JP2009204381A - Fabry-perot interferometer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Fabry-Perot interferometer for efficiently transmitting a light even if the light has a wide wavelength band. <P>SOLUTION: A plurality of projections and recesses 1c are entirely provided in a portion on the other surface 1b of a semiconductor substrate 1. When the portion of an aperture 14 is projected to the other surface 1b in the direction perpendicular to the other surface 1b of the semiconductor substrate 1, the light is transmitted through it. Since an refractive index can be smoothly and continuously changed in an interface between the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 and the air, the light can be transmitted efficiently through the interface even if the light has the wide wavelength band. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、屈折材料で形成された下側ミラーと上側ミラーとの間に空気のギャップを介してなる光学多層膜ミラーを備えたファブリペロー干渉計に関する。   The present invention relates to a Fabry-Perot interferometer provided with an optical multilayer mirror provided with an air gap between a lower mirror and an upper mirror made of a refractive material.

従来より、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知られており、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が特許文献1で提案されている。   Conventionally, an apparatus using a Fabry-Perot interferometer in which an optical multilayer film is used to form a high-reflection mirror is known as a gas concentration measurement apparatus, and an optical multilayer film is used to make a high-reflection mirror. An interferometer is proposed in US Pat.

具体的に、特許文献1では、下側ミラーと上側ミラーとを有し、これら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を基板の表面に形成し、さらに、下側のミラーを基板の上にシリコン酸化膜と多結晶シリコン層を交番的に積層することにより形成すると共に、上側のミラーをシリコン層と酸化物層を交番的に積層することにより形成することで、光学多層膜を用いた高反射ミラーを備えたファブリペロー干渉計が提案されている。   Specifically, in Patent Document 1, a structure in which a lower mirror and an upper mirror are provided and the lower mirror and the upper mirror are opposed to each other through an air gap is formed on the surface of the substrate. The side mirror is formed by alternately laminating the silicon oxide film and the polycrystalline silicon layer on the substrate, and the upper mirror is formed by alternately laminating the silicon layer and the oxide layer. A Fabry-Perot interferometer having a high-reflection mirror using an optical multilayer film has been proposed.

このようなファブリペロー干渉計には干渉計構造と一体的に金属層が形成されており、この金属層に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、金属、ドーピングしたシリコン等がある。すなわち、上側および下側ミラーで多重反射した光は、このアパーチャを通過してディテクタにて検出される。   In such a Fabry-Perot interferometer, a metal layer is formed integrally with the interferometer structure, and this metal layer prevents radiation transmission (light transmission) outside the optically active central region, called an aperture. A hole is provided. Examples of the material for realizing the aperture include metal, doped silicon, and the like. That is, the light that has been multiple-reflected by the upper and lower mirrors passes through this aperture and is detected by the detector.

また、基板の裏面にカットオフフィルターエレメントを形成する層が設けられているが、この層と基板との界面で光が反射することを防止するために、つまり光を効率的に透過させるために、反射防止膜と呼ばれる膜が基板の裏面に設けられている。例えば、付加する反射防止膜の屈折率をnとし、透過する波長をλとした場合、nλ≒1/4とされている。   In addition, a layer for forming a cutoff filter element is provided on the back surface of the substrate. In order to prevent light from being reflected at the interface between this layer and the substrate, that is, to transmit light efficiently. A film called an antireflection film is provided on the back surface of the substrate. For example, when the refractive index of the antireflection film to be added is n and the transmission wavelength is λ, nλ≈¼.

しかしながら、上記従来の技術では、光学多層膜を用いて高反射ミラーを構成する場合、光学多層膜は反射率の波長依存性が大きいため、ミラーの高反射な帯域が狭くなる。そして、ファブリペロー干渉計の分光帯域はミラーの高反射領域に対応しているため、高反射帯域が狭いミラーで形成するファブリペロー干渉計では分光帯域が狭くなるという問題があった。例えば、ミラーの高反射帯域の波長が3〜9μmとなる場合では、その帯域ΔWは6μm以上となり、n比は約3.3以上が必要になる。   However, in the above-described conventional technique, when a high reflection mirror is configured using an optical multilayer film, the optical multilayer film has a large wavelength dependency of reflectivity, and thus the high reflection band of the mirror is narrowed. Since the spectral band of the Fabry-Perot interferometer corresponds to the high reflection region of the mirror, the Fabry-Perot interferometer formed by a mirror having a narrow high reflection band has a problem that the spectral band becomes narrow. For example, when the wavelength of the high reflection band of the mirror is 3 to 9 μm, the band ΔW is 6 μm or more, and the n ratio is required to be about 3.3 or more.

そこで、出願人は特願2006−319779において、半導体工程で使える材料で、尚且つ3〜9μmの波長に対して透明なGe(屈折率=4)やSi(屈折率=3.45)などの高屈折率材料と、空気(屈折率=1)や真空などの低屈折率材料とを組み合わせることにより、高n比(例えば、n比3.4以上)を得ることが可能な高反射帯域が広い光学多層膜ミラーを提案した。この光学多層膜ミラーを有するファブリペロー干渉計を図9に示す。   Therefore, in Japanese Patent Application No. 2006-319779, the applicant has disclosed materials such as Ge (refractive index = 4) and Si (refractive index = 3.45) that are materials that can be used in semiconductor processes and are transparent to wavelengths of 3 to 9 μm. By combining a high refractive index material with a low refractive index material such as air (refractive index = 1) or vacuum, a high reflection band capable of obtaining a high n ratio (for example, an n ratio of 3.4 or more) is obtained. A wide optical multilayer mirror was proposed. A Fabry-Perot interferometer having this optical multilayer mirror is shown in FIG.

図9では、例えばシリコン基板からなる半導体基板1上に下側ミラーM1が配置されると共に、該下側ミラーM1と対応する位置において、該下側ミラーM1から空気のギャップAgを介して配置された上側ミラーM2とを有してなる光学多層膜ミラーが示されている。   In FIG. 9, a lower mirror M1 is disposed on a semiconductor substrate 1 made of, for example, a silicon substrate, and is disposed from the lower mirror M1 through an air gap Ag at a position corresponding to the lower mirror M1. An optical multilayer mirror having an upper mirror M2 is shown.

図9に示すように、例えばシリコン基板からなる半導体基板1の表面全面に、シリコン酸化膜等で構成された絶縁膜2が形成されている。この絶縁膜2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第1屈折率の第1高屈折率膜3が形成されている。   As shown in FIG. 9, an insulating film 2 made of a silicon oxide film or the like is formed on the entire surface of a semiconductor substrate 1 made of, for example, a silicon substrate. A first high refractive index film 3 having a first refractive index made of polycrystalline silicon or the like is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 via the insulating film 2.

第1高屈折率膜3のうち、光学積層膜ミラーとなる領域には、例えば空気層で構成された第1屈折率よりも低い第2屈折率の第1低屈折率層4が形成されている。そして、この第1低屈折率層4の上を含めて第1高屈折率膜3の表面には、例えば多結晶シリコン等で構成された第1屈折率の第2高屈折率膜5が積層されている。すなわち、第1低屈折率層4は、第1高屈折率膜3と第2高屈折率膜5の間に挟まれた構成とされている。   A first low refractive index layer 4 having a second refractive index lower than the first refractive index composed of, for example, an air layer is formed in a region of the first high refractive index film 3 to be an optical laminated film mirror. Yes. Then, on the surface of the first high refractive index film 3 including the first low refractive index layer 4, a second high refractive index film 5 having a first refractive index made of, for example, polycrystalline silicon is laminated. Has been. That is, the first low refractive index layer 4 is sandwiched between the first high refractive index film 3 and the second high refractive index film 5.

第1低屈折率層4は、第2高屈折率膜5によって上面が覆われると共に側面が囲まれた構造となっている。第2高屈折率膜5のうち、第1低屈折率層4の側面を囲む部分5aは第1低屈折率層4の補強部として機能するものであり、機械的な強度が不足する第1低屈折率層4の変形を抑制する。具体的には、第1低屈折率層4は複数個に細分化されるように分割されており、分割されたそれぞれの上面形状が六角形状を為し、複数の第1低屈折率層4がハニカム(蜂の巣)状に配置されている。すなわち、第2高屈折率膜5のうち第1低屈折率層4の上面および側面を囲む部分5aと第1高屈折率膜3とにより六角錐台状の空間が形成され、この空間内が第1低屈折率層4とされている。そして、第2高屈折率膜5のうち六角錐台の側面に位置する部分5aが第1低屈折率層4の補強部となる。   The first low refractive index layer 4 has a structure in which the upper surface is covered with the second high refractive index film 5 and the side surfaces are surrounded. Of the second high refractive index film 5, the portion 5 a surrounding the side surface of the first low refractive index layer 4 functions as a reinforcing portion of the first low refractive index layer 4, and the mechanical strength is insufficient. The deformation of the low refractive index layer 4 is suppressed. Specifically, the first low refractive index layer 4 is divided so as to be subdivided into a plurality of pieces, and each of the divided upper surfaces has a hexagonal shape, and the plurality of first low refractive index layers 4 are divided. Are arranged in a honeycomb shape. That is, a hexagonal frustum-shaped space is formed by the portion 5a surrounding the upper surface and the side surface of the first low refractive index layer 4 in the second high refractive index film 5 and the first high refractive index film 3, and this space is formed in the space. The first low refractive index layer 4 is used. A portion 5 a located on the side surface of the hexagonal frustum of the second high refractive index film 5 serves as a reinforcing portion of the first low refractive index layer 4.

このような第1、第2高屈折率膜3、5および第1低屈折率層4により、下側ミラーM1が構成されており、第2高屈折率膜5のうち第1低屈折率層4の上面に位置する部分において光を透過させると共に、第2高屈折率膜5のうち第1低屈折率層4の側面に位置する部分5aにおいて光を透過させない(あまり透過させない)ようになっている。   The lower mirror M1 is constituted by the first and second high refractive index films 3 and 5 and the first low refractive index layer 4, and the first low refractive index layer in the second high refractive index film 5. The light is transmitted through the portion located on the upper surface of the light source 4, and the light is not transmitted through the portion 5a of the second high refractive index film 5 located on the side surface of the first low refractive index layer 4 (not so much transmitted). ing.

なお、第2高屈折率膜5や第1高屈折率膜3には、図示しないが不純物がドーピングされた拡散層による配線層が備えられており、下側ミラーM1用の電極(以下、下部電極という)11への電圧がこの配線層を通じて印加されることで、第2高屈折率膜5および第1高屈折率膜3の電位を調整できるようになっている。   The second high-refractive index film 5 and the first high-refractive index film 3 are provided with a wiring layer made of a diffusion layer doped with an impurity (not shown), and an electrode for the lower mirror M1 (hereinafter referred to as a lower part). The potential of the second high refractive index film 5 and the first high refractive index film 3 can be adjusted by applying a voltage to the electrode 11 (referred to as an electrode) through this wiring layer.

さらに、第2高屈折率膜5の上面には、下側ミラーM1およびその周辺を避けるように、例えばシリコン酸化膜で構成された絶縁膜6が形成されている。そして、この絶縁膜6の表面および下側ミラーM1やその周辺と対向する位置までほぼ全域に渡って、第1屈折率の第3高屈折率膜7および第4高屈折率膜9が形成されていると共に、その中央位置において第2屈折率の第2低屈折率層8が形成されている。これらのうち、絶縁膜6の表面ではない領域、すなわち下側ミラーM1やその周辺と対向する位置がメンブレンMenとなる。なお、メンブレンMenは、実際には図1に示す断面図よりも広い範囲とされ、下側ミラーM1および上側ミラーM2にて構成される光学多層膜ミラーは、メンブレンMenの一部の領域にのみ形成されているが、図9では便宜上、縮尺を変えた図としてある。   Further, an insulating film 6 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the upper surface of the second high refractive index film 5 so as to avoid the lower mirror M1 and its periphery. Then, the third high refractive index film 7 and the fourth high refractive index film 9 having the first refractive index are formed over almost the entire area up to the surface of the insulating film 6 and the position facing the lower mirror M1 and its periphery. In addition, a second low refractive index layer 8 having a second refractive index is formed at the center position. Among these, a region that is not the surface of the insulating film 6, that is, a position facing the lower mirror M1 and its periphery is the membrane Men. Note that the membrane Men is actually wider than the cross-sectional view shown in FIG. 1, and the optical multilayer mirror composed of the lower mirror M1 and the upper mirror M2 is only in a partial region of the membrane Men. Although it is formed, in FIG. 9, the scale is changed for convenience.

具体的には、第3高屈折率膜7のうち、光学積層膜ミラーとなる領域には、例えば空気層で構成された第2低屈折率層8が形成されている。そして、この第2低屈折率層8の上を含めて第3高屈折率膜7の表面には、例えば多結晶シリコン等で構成された第4高屈折率膜9が積層されている。すなわち、第2低屈折率層8は、第3高屈折率膜7と第4高屈折率膜9の間に挟まれた構成とされている。   Specifically, a second low-refractive index layer 8 made of, for example, an air layer is formed in a region of the third high-refractive index film 7 to be an optical laminated film mirror. A fourth high refractive index film 9 made of, for example, polycrystalline silicon is laminated on the surface of the third high refractive index film 7 including the second low refractive index layer 8. That is, the second low refractive index layer 8 is sandwiched between the third high refractive index film 7 and the fourth high refractive index film 9.

第2低屈折率層8は、第4高屈折率膜9によって上面が覆われると共に側面が囲まれた構造となっている。第4高屈折率膜9のうち、第2低屈折率層8の側面を囲む部分9aは第2低屈折率層8の補強部として機能するものであり、機械的な強度が不足する第2低屈折率層8の変形を抑制する。具体的には、本実施形態の場合、第2低屈折率層8は複数個に細分化されるように分割されており、分割されたそれぞれの上面形状が六角形状を為し、複数の第2低屈折率層8がハニカム(蜂の巣)状に配置されている。すなわち、第4高屈折率膜9のうち第2低屈折率層8の上面および側面を囲む部分9aと第3高屈折率膜7とにより六角錐台状の空間が形成され、この空間内が第2低屈折率層8とされている。そして、第4高屈折率膜9のうち六角錐台の側面に位置する部分9aが第2低屈折率層8の補強部となる。   The second low refractive index layer 8 has a structure in which the upper surface is covered with the fourth high refractive index film 9 and the side surfaces are surrounded. Of the fourth high-refractive index film 9, the portion 9a surrounding the side surface of the second low-refractive index layer 8 functions as a reinforcing part of the second low-refractive index layer 8, and the second is insufficient in mechanical strength. The deformation of the low refractive index layer 8 is suppressed. Specifically, in the case of the present embodiment, the second low refractive index layer 8 is divided so as to be subdivided into a plurality of parts, and each of the divided upper surfaces has a hexagonal shape, and a plurality of second 2 Low refractive index layers 8 are arranged in a honeycomb (honeycomb) shape. That is, a hexagonal frustum-shaped space is formed by the portion 9a surrounding the upper surface and the side surface of the second low refractive index layer 8 and the third high refractive index film 7 in the fourth high refractive index film 9, and this space is formed in the space. The second low refractive index layer 8 is used. A portion 9 a located on the side surface of the hexagonal frustum of the fourth high refractive index film 9 serves as a reinforcing portion of the second low refractive index layer 8.

このような第3、第4高屈折率膜7、9および第2低屈折率層8により、上側ミラーM2が構成されており、第4高屈折率膜9のうち第2低屈折率層8の上面に位置する部分において光を透過させると共に、第4高屈折率膜9のうち第2低屈折率層8の側面に位置する部分9aにおいて光を透過させない(あまり透過させない)ようになっている。   The upper mirror M2 is constituted by the third and fourth high refractive index films 7 and 9 and the second low refractive index layer 8, and the second low refractive index layer 8 of the fourth high refractive index film 9 is formed. The light is transmitted through a portion located on the upper surface of the second high-refractive index film 9 and light is not transmitted (not transmitted so much) through the portion 9a located on the side surface of the second low-refractive index layer 8 in the fourth high-refractive index film 9. Yes.

このように構成される上側ミラーM2は、下側ミラーM1と上面レイアウトが一致させられている。
すなわち、第2低屈折率層8および第4高屈折率膜9のハニカム状の上面レイアウトは、第1低屈折率層4および第2高屈折率膜5のハニカム状の上面レイアウトと同様となっている。これにより、上側ミラーM2のミラーとして働く部分を透過した光が下側ミラーM1のミラーとして働く部分に効率的に入射されるようにできる。
The upper mirror M2 configured as described above has the same upper surface layout as that of the lower mirror M1.
That is, the honeycomb-shaped top layout of the second low-refractive index layer 8 and the fourth high-refractive index film 9 is the same as the honeycomb-shaped top layout of the first low-refractive index layer 4 and the second high-refractive index film 5. ing. Thereby, the light that has passed through the portion serving as the mirror of the upper mirror M2 can be efficiently incident on the portion serving as the mirror of the lower mirror M1.

なお、第4高屈折率膜9や第3高屈折率膜7には、図示しないが不純物がドーピングされた拡散層による配線層が備えられており、上側ミラーM2用の電極(以下、上部電極という)12への電圧がこの配線層を通じて印加されることで、第4高屈折率膜9および第3高屈折率膜7の電位を調整できるようになっている。   The fourth high-refractive index film 9 and the third high-refractive index film 7 are provided with a wiring layer made of a diffusion layer doped with an impurity (not shown), and an electrode for the upper mirror M2 (hereinafter referred to as an upper electrode). The potential of the fourth high refractive index film 9 and the third high refractive index film 7 can be adjusted by applying a voltage to 12 through this wiring layer.

さらに、絶縁膜6および第3、第4高屈折率膜7、9のうち、メンブレンMenよりも外周の位置には、第2高屈折率膜5に達する開口部10が形成されている。この開口部10にはAu/Cr等により構成された下部電極11が形成されており、第2高屈折率膜5に形成された不純物の拡散層よりなる図示しない配線部とオーミック接触させられている。同様に、第4高屈折率膜9の表面のうち、メンブレンMenよりも外周の位置にも、Au/Cr等により構成された上部電極12が形成されており、第4高屈折率膜9に形成された不純物の拡散層よりなる図示しない配線部とオーミック接触させられている。なお、これら第2高屈折率膜5や第4高屈折率膜9に形成された配線部は、下側ミラーM1や上側ミラーM2の外周部や下側ミラーM1や上側ミラーM2のうち補強部となる部分など高反射ミラーとして機能しない部分などに不純物がドーピングされることで構成されるようにすると好ましい。これは、不純物がドーピングされると光が吸収されるためであり、ミラーとして働く部分には不純物が導入されない方が好ましい。   Furthermore, an opening 10 reaching the second high refractive index film 5 is formed in the insulating film 6 and the third and fourth high refractive index films 7 and 9 at positions on the outer periphery of the membrane Men. A lower electrode 11 made of Au / Cr or the like is formed in the opening 10 and is brought into ohmic contact with a wiring portion (not shown) made of an impurity diffusion layer formed in the second high refractive index film 5. Yes. Similarly, an upper electrode 12 made of Au / Cr or the like is formed on the surface of the fourth high-refractive index film 9 on the outer periphery of the membrane Men. It is in ohmic contact with a wiring portion (not shown) made of the formed impurity diffusion layer. The wiring portions formed on the second high refractive index film 5 and the fourth high refractive index film 9 are the reinforcing portions of the outer periphery of the lower mirror M1 and the upper mirror M2, the lower mirror M1, and the upper mirror M2. It is preferable that a portion that does not function as a high reflection mirror, such as a portion to be formed, is doped with impurities. This is because light is absorbed when the impurity is doped, and it is preferable that the impurity is not introduced into the portion serving as a mirror.

そして、メンブレンMenの内部において、第3、第4高屈折率膜7、9を貫通し、エアギャップAgと外部とを連通させる孔13が形成され、かつ図示していないが下側ミラーM1の第1低屈折率層4上の高屈折率膜5の一部と、上側ミラーM2の第2低屈折率層4上の高屈折率膜の一部には孔が形成された構造とされている。   A hole 13 is formed inside the membrane Men so as to pass through the third and fourth high-refractive-index films 7 and 9 and connect the air gap Ag and the outside. A hole is formed in part of the high refractive index film 5 on the first low refractive index layer 4 and part of the high refractive index film on the second low refractive index layer 4 of the upper mirror M2. Yes.

これによると、例えば、Ge/Air/GeやSi/Air/Siといった高屈折率材料と低屈折率材料との組み合わせにより、従来と比較して高反射帯域が広い光学多層膜ミラーを備えたファブリペロー干渉計とすることが可能となる。   According to this, for example, a fabric having an optical multilayer film mirror having a wide high reflection band compared to the prior art by combining a high refractive index material such as Ge / Air / Ge and Si / Air / Si and a low refractive index material. It becomes possible to use a Perot interferometer.

上記のような光学多層膜ミラーを用いた広帯域(n比3.3以上、△W6μm以上)に分光できるファブリペロー干渉計においてもまた、基板の裏面には、光を透過させるための反射防止膜が必要である。このため、上述のように、波長に併せるような厚さの反射防止膜を基板の裏面に設けることとなる。
特許第3457373号公報
Also in the Fabry-Perot interferometer using the optical multilayer film mirror as described above and capable of performing spectroscopy in a wide band (n ratio 3.3 or more, ΔW 6 μm or more), an antireflection film for transmitting light on the back surface of the substrate. is required. For this reason, as described above, an antireflection film having a thickness matching the wavelength is provided on the back surface of the substrate.
Japanese Patent No. 3457373

しかしながら、反射防止膜は、△Wが数μmという狭い波長域では反射防止膜として機能するが、優位なガス濃度計測に必要なセンサとして機能させる広帯域な波長帯域(△Wで例えば6μm以上)を計測させようとした場合、反射防止膜の設計波長から離れた波長で透過効率が大幅に低下してしまい、反射防止膜として機能しなくなってしまうという問題がある。   However, the antireflection film functions as an antireflection film in a narrow wavelength range where ΔW is several μm, but has a wide wavelength band (ΔW is, for example, 6 μm or more) that functions as a sensor necessary for superior gas concentration measurement. When trying to measure, there is a problem that the transmission efficiency is significantly lowered at a wavelength away from the design wavelength of the antireflection film, and it does not function as an antireflection film.

図10は、反射防止膜として厚さが440nmであり屈折率nが2であるシリコン窒化膜の反射特性を示した図である。この図に示されるように、波長λが4〜5μmであって波長帯域が1μmの範囲では、窒化膜の反射率は低くなっており、透過効率が高い反射防止膜として機能している。一方、波長λが4〜5μmより小さくなったり、逆に大きくなったりすると、これに伴って反射率も増加してしまい、透過効率が低下してしまっている。この場合、低い反射率を得るために窒化膜の厚さを波長に応じて薄くしたり厚くしたりしなければならないが、反射防止膜として機能する波長帯域は1μm程度であるから、狙った波長以外では反射防止膜の透過効率は低下してしまう。   FIG. 10 is a diagram showing the reflection characteristics of a silicon nitride film having a thickness of 440 nm and a refractive index n of 2 as an antireflection film. As shown in this figure, when the wavelength λ is 4 to 5 μm and the wavelength band is 1 μm, the reflectance of the nitride film is low, and it functions as an antireflection film with high transmission efficiency. On the other hand, when the wavelength λ is smaller than 4 to 5 μm or vice versa, the reflectivity increases accordingly, and the transmission efficiency is lowered. In this case, in order to obtain a low reflectance, the thickness of the nitride film must be reduced or increased depending on the wavelength, but the wavelength band that functions as an antireflection film is about 1 μm, so the target wavelength Otherwise, the transmission efficiency of the antireflection film is lowered.

本発明は、上記点に鑑み、広帯域な波長帯域の光であっても、効率良く光を透過させ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目的とする。   An object of the present invention is to provide a Fabry-Perot interferometer that can efficiently transmit light even in a wide wavelength band.

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(1)の一方の面(1a)に高屈折材料と低屈折材料とを用いた高屈折率材料/低屈折率材料/高屈折率材料の3層構造で形成された下側ミラー(M1)が配置されると共に、該下側ミラー(M1)と対応する位置において、該下側ミラー(M1)から空気のギャップ(Ag)を介して配置され高屈折材料と低屈折材料とを用いた高屈折率材料/低屈折率材料/高屈折率材料の3層構造で形成された上側ミラー(M2)とを有してなる光学多層膜ミラーを備えたファブリペロー干渉計において、高屈折率材料はシリコンもしくはゲルマニウムであり、低屈折率材料は空気であり、基板(1)には、前記一方の面(1a)に垂直な方向において光学多層膜ミラーを基板(1)に投影したとき、光学多層膜ミラーに対応する部分では光を通過させると共に、光学多層膜ミラーを除いた部分では光の通過を妨げるアパーチャ(14)が設けられており、基板(1)の他方の面(1b)には、他方の面(1b)に垂直な方向においてアパーチャ(14)のうち光を透過させる部分を他方の面(1b)に投影したとき、当該光を透過させる部分の全域に、透過させる光の波長よりも短い距離間隔で配置され、かつ表面側の方が内部よりも細い、尖った形状を有する複数の凹凸(1c)が設けられていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a high refractive index material / low refractive index material / high refractive index material using a high refractive material and a low refractive material on one surface (1a) of the substrate (1). A lower mirror (M1) formed of a three-layer structure of refractive index material is disposed, and an air gap (Ag) from the lower mirror (M1) at a position corresponding to the lower mirror (M1). And an upper mirror (M2) formed of a three-layer structure of a high refractive index material / a low refractive index material / a high refractive index material using a high refractive index material and a low refractive index material. In a Fabry-Perot interferometer equipped with a multilayer mirror, the high refractive index material is silicon or germanium, the low refractive index material is air, and the substrate (1) has a direction perpendicular to the one surface (1a). Project an optical multilayer mirror on the substrate (1) When the portion corresponding to the optical multilayer mirror is allowed to pass light, the portion other than the optical multilayer mirror is provided with an aperture (14) that prevents the passage of light, and the other surface of the substrate (1) ( In 1b), when a portion of the aperture (14) that transmits light in the direction perpendicular to the other surface (1b) is projected onto the other surface (1b), the light is transmitted over the entire portion of the portion that transmits light. A plurality of concaves and convexes (1c) having a sharp shape, which are arranged at a distance interval shorter than the wavelength of light to be generated and whose surface side is thinner than the inside, are provided.

このような凹凸(1c)を利用することで、通常では基板(1)と空気との屈折率の違いで生じる界面での反射を、基板(1)の他方の面(1b)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、基板(1)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、極めて広帯域の波長で反射防止機能を持たせることができる。   By utilizing such unevenness (1c), reflection at the interface usually caused by the difference in refractive index between the substrate (1) and air is reduced between the other surface (1b) of the substrate (1) and air. The refractive index can be gradually and continuously changed at the interface. Therefore, even light in a wide wavelength band can be prevented from being reflected at the interface between the substrate (1) and air, and an antireflection function can be provided at an extremely wide wavelength.

請求項2に記載の発明では、複数の凹凸(1c)はそれぞれ四角錐であり、四角錐の底面が他方の面(1b)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。   In the invention according to claim 2, each of the plurality of irregularities (1c) is a quadrangular pyramid, the bottom surface of the quadrangular pyramid is arranged on the other surface (1b), and the length of the diagonal line of the bottom surface of the quadrangular pyramid is light. It is characterized by being shorter than the wavelength.

このように、凹凸(1c)が四角錐になっていることで、四角錐の側面によって基板(1)と空気との屈折率をなだらかに変化させることができる。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(1c)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。   Thus, the unevenness | corrugation (1c) is a square pyramid, and the refractive index of a board | substrate (1) and air can be gently changed with the side surface of a square pyramid. Further, by defining the length of the diagonal line of the bottom surface of the quadrangular pyramid, it is possible to prevent light from being scattered by the unevenness (1c).

請求項3に記載の発明では、基板(1)は、シリコンもしくはゲルマニウム基板であり、基板面は(100)面であり、複数の凹凸(1c)の側面は(111)面になっていることを特徴とする。このような基板を用いることで、中赤外光を透過させることができ、かつ容易に四角錐を形成することができる。   In the invention described in claim 3, the substrate (1) is a silicon or germanium substrate, the substrate surface is a (100) surface, and the side surfaces of the plurality of irregularities (1c) are (111) surfaces. It is characterized by. By using such a substrate, mid-infrared light can be transmitted and a quadrangular pyramid can be easily formed.

請求項4に記載の発明では、アパーチャ(14)は、基板(1)の他方の面(1b)に設けられ、光を吸収する金属膜で形成されたものであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the aperture (14) is provided on the other surface (1b) of the substrate (1) and is formed of a metal film that absorbs light.

これにより、光学多層膜ミラーで多重反射した光のみをアパーチャ(14)のうち光が通過する部分から外部に取り出すことができる。すなわち、基板(1)内のノイズ光がアパーチャ(14)から外部に取り出されないようにすることができる。   As a result, only the light that has been multiple-reflected by the optical multilayer mirror can be taken out from the portion of the aperture (14) through which the light passes. That is, it is possible to prevent noise light in the substrate (1) from being taken out from the aperture (14).

請求項5に記載の発明のように、光学多層膜ミラーのうち光の反射面を六角形に細分化し、この細分化した光学多層膜ミラーをハニカム状に配置し、基板(1)の他方の面(1b)のうち、他方の面(1b)に垂直な方向においてハニカム状に配置された六角形の光学多層膜ミラーが投影された領域全域に凹凸(1c)を設けることができる。   As in the invention described in claim 5, the light reflecting surface of the optical multilayer mirror is subdivided into hexagons, and the subdivided optical multilayer mirror is arranged in a honeycomb shape so that the other side of the substrate (1) is arranged. Unevenness (1c) can be provided in the entire region of the surface (1b) where the hexagonal optical multilayer mirror disposed in a honeycomb shape is projected in a direction perpendicular to the other surface (1b).

この場合、請求項6に記載の発明のように、基板(1)の他方の面(1b)に投影された一つの六角形の面積は、細分化された光学多層膜ミラーの一つの六角形の面積よりも小さくなっていることが好ましい。これにより、ノイズ光が基板(1)に僅かに斜めに入射したとしても進入することを抑制することができる。   In this case, as in the invention described in claim 6, the area of one hexagon projected on the other surface (1b) of the substrate (1) is one hexagon of the subdivided optical multilayer mirror. It is preferable that it is smaller than the area. Thereby, even if the noise light enters the substrate (1) slightly obliquely, it can be prevented from entering.

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。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(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。以下では、図9に示す構成要素と同一のものには、同一符号を記してある。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。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same components as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals. The Fabry-Perot interferometer shown in this embodiment is used, for example, in an apparatus for measuring a gas concentration.

図1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、(a)は表面側すなわち干渉計に光が入射する面を示しており、(b)は裏面側すなわち干渉計から光が射出する面を示している。また、図2は、図1(a)のA−A断面図である。以下、図1および図2を参照してファブリペロー干渉計について説明する。   FIG. 1 is a plan view of a Fabry-Perot interferometer according to the first embodiment of the present invention, in which (a) shows a front side, that is, a surface on which light enters the interferometer, and (b) shows a back side, The surface from which light is emitted from the interferometer is shown. Moreover, FIG. 2 is AA sectional drawing of Fig.1 (a). The Fabry-Perot interferometer will be described below with reference to FIGS.

図2に示されるように、ファブリペロー干渉計は、例えばシリコン基板からなる半導体基板1と、当該半導体基板1の一方の面1aに設けられた光学多層膜ミラーと、半導体基板1の他方の面1bに設けられたアパーチャ14および被覆層15とを備えている。   As shown in FIG. 2, the Fabry-Perot interferometer includes a semiconductor substrate 1 made of, for example, a silicon substrate, an optical multilayer mirror provided on one surface 1 a of the semiconductor substrate 1, and the other surface of the semiconductor substrate 1. The aperture 14 and the coating layer 15 provided in 1b are provided.

光学多層膜ミラーは、図9に示されるものと同じ構造である。ここで、各ミラーM1、M2を構成する高屈折率材料として、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。また、半導体基板1の結晶面は(100)面となっている。   The optical multilayer mirror has the same structure as that shown in FIG. Here, as the high refractive index material constituting each of the mirrors M1 and M2, a material formed of silicon or germanium is employed. The crystal plane of the semiconductor substrate 1 is a (100) plane.

また、図1(a)に示されるように、メンブレンMenの領域うち、上側ミラーM2が設けられた透過領域に光が入射するようになっている。   Further, as shown in FIG. 1A, light is incident on a transmissive region where the upper mirror M2 is provided in the region of the membrane Men.

アパーチャ14は、半導体基板1の一方の面1aに垂直な方向において光学多層膜ミラーを半導体基板1に投影したとき、光学多層膜ミラーに対応する部分では光を通過させ、光学多層膜ミラーを除いた部分では光の通過を妨げるものである。つまり、光を通過させる貫通孔を有するものである。   When the optical multilayer mirror is projected onto the semiconductor substrate 1 in a direction perpendicular to the one surface 1a of the semiconductor substrate 1, the aperture 14 allows light to pass through a portion corresponding to the optical multilayer mirror and removes the optical multilayer mirror. This part prevents the passage of light. That is, it has a through hole through which light passes.

したがって、アパーチャ14のうち光を通過させる部分は開口しており、半導体基板1の他方の面1bが露出している。一方、アパーチャ14のうち光を通過させない部分は半導体基板1の他方の面1bを覆っている。これによると、光学多層膜ミラーで多重反射した光のみをアパーチャ14のうち光が通過する部分から外部に取り出すことが可能となり、半導体基板1内のノイズ光がアパーチャ14から外部に取り出されないようになる。   Therefore, a portion of the aperture 14 through which light passes is open, and the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 is exposed. On the other hand, the portion of the aperture 14 that does not transmit light covers the other surface 1 b of the semiconductor substrate 1. According to this, it becomes possible to take out only the light multiple-reflected by the optical multilayer mirror from the portion of the aperture 14 through which light passes, so that noise light in the semiconductor substrate 1 is not taken out from the aperture 14 to the outside. become.

図1(b)に示されるように、本実施形態では、アパーチャ14において光を通過させる貫通孔は1つである。このようなアパーチャ14は、光を吸収する金属膜で形成されたものである。この金属膜として、例えばTiW等の材料が採用される。   As shown in FIG. 1B, in the present embodiment, the aperture 14 has one through hole through which light passes. Such an aperture 14 is formed of a metal film that absorbs light. For example, a material such as TiW is used as the metal film.

被覆層15は、アパーチャ14の上に形成され、このアパーチャ14を保護するものである。このような被覆層15として、例えばSiN膜が採用される。   The covering layer 15 is formed on the aperture 14 and protects the aperture 14. As such a covering layer 15, for example, a SiN film is employed.

また、図1(b)および図2に示されるように、半導体基板1の他方の面1bには、他方の面1bに垂直な方向においてアパーチャ14のうち光を透過させる部分を他方の面1bに投影したとき、当該光を透過させる部分、すなわち光の透過領域の全域に複数の微小な凹凸1cが設けられている。   Further, as shown in FIGS. 1B and 2, the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 has a portion that transmits light in the aperture 14 in the direction perpendicular to the other surface 1b. A plurality of minute irregularities 1c are provided in a portion that transmits the light, that is, the entire light transmission region.

本実施形態では、アパーチャ14が半導体基板1の他方の面1bに設けられているので、アパーチャ14の開口部分から露出する半導体基板1の他方の面1b全体が凹凸1cの形状になっている。   In the present embodiment, since the aperture 14 is provided on the other surface 1b of the semiconductor substrate 1, the entire other surface 1b of the semiconductor substrate 1 exposed from the opening portion of the aperture 14 has an uneven shape 1c.

複数の凹凸1cはそれぞれ四角錐になっており、四角錐の底面が他方の面1bに配置されている。このような半導体基板1の他方の面1bのパターンは、半導体基板1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で、透過領域に形成される複数の凹凸1cはそれぞれ四角錐形状となる。半導体基板1の他方の面1bは(100)面であるので、四角錐の側面は(111)面になっている。   Each of the plurality of irregularities 1c is a quadrangular pyramid, and the bottom surface of the quadrangular pyramid is disposed on the other surface 1b. Such a pattern of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 uses a (100) plane as the crystal plane of the semiconductor substrate 1 and utilizes anisotropic etching of silicon, thereby forming a plurality of patterns formed in the transmission region. The irregularities 1c each have a quadrangular pyramid shape. Since the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 is the (100) plane, the side surface of the quadrangular pyramid is the (111) plane.

この微小な凹凸1cは、透過させる光の波長よりも短い距離間隔で配置され、かつ表面側の方が内部よりも細い、尖った形状であるため、半導体基板1内を通過した光が半導体基板1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。これにより、半導体基板1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1内を通過した光が半導体基板1の他方の面1bと空気との界面での屈折率差で反射されずに、当該他方の面1bから空気に射出されるようになっている。特に、微小な凹凸の距離間隔よりも長い波長では、屈折率はなだらかに変化するように働くため、広帯域な光に対して反射防止として機能するものである。   The minute irregularities 1c are arranged at a distance interval shorter than the wavelength of light to be transmitted and have a pointed shape whose surface side is narrower than the inside, so that the light that has passed through the semiconductor substrate 1 passes through the semiconductor substrate. It plays a role of smoothly and continuously changing the refractive index at the interface between 1 and air. As a result, the refractive index at the interface between the semiconductor substrate 1 and air gently changes, so that the light that has passed through the semiconductor substrate 1 is a difference in refractive index at the interface between the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 and the air. The light is emitted from the other surface 1b without being reflected. In particular, at a wavelength longer than the distance interval of minute irregularities, the refractive index functions to change gently, and thus functions as an antireflection for broadband light.

「微小な凹凸1c」とは、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意味しており、波長の半分よりも短い方が望ましい。だたし、当該対角線の長さの寸法が短すぎると四角錐の高さが低くなるため、屈折率の変化が緩やかにならず、凹凸1cを通過する光の透過率、すなわち反射防止性能は悪化する。   “Fine unevenness 1c” means that the length of the diagonal line of the bottom surface of the quadrangular pyramid is shorter than the wavelength of light, and is preferably shorter than half the wavelength. However, if the length of the diagonal line is too short, the height of the quadrangular pyramid is lowered, so the change in refractive index does not become gradual, and the transmittance of light passing through the unevenness 1c, that is, the antireflection performance is Getting worse.

そこで、本実施形態では、具体的には、帯域3〜9μm(△W6μm)を分光させるために、微小な凹凸と長さを面内方向の寸法(四角錐の底面の対角線)を最低波長である3μm以下の2μmとした。その際、高さは四角錐の形状で決まり、対角線の長さの半分として形成される。   Therefore, in this embodiment, specifically, in order to disperse the band 3 to 9 μm (ΔW6 μm), the minute unevenness and the length are measured in the in-plane dimension (diagonal line of the bottom surface of the quadrangular pyramid) at the minimum wavelength. It was set to 2 μm, which is 3 μm or less. At that time, the height is determined by the shape of a quadrangular pyramid and is formed as half the length of the diagonal line.

一方、半導体基板1として、近赤外光〜中赤外域まで透過特性を持つ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。その際、半導体基板1はゲルマニウム基板が長波長まで透過特性を持ち好適である一方、半導体基板1に含まれる不純物によって赤外光が吸収され易いため、極力不純物の無い高抵抗な基板(低効率>1000Ωcm)が好適である。   On the other hand, the semiconductor substrate 1 is made of silicon or germanium having transmission characteristics from near infrared light to mid infrared light. At this time, the germanium substrate is suitable for the semiconductor substrate 1 because it has a transmission characteristic up to a long wavelength, while infrared light is easily absorbed by the impurities contained in the semiconductor substrate 1. > 1000 Ωcm) is preferred.

次に、図1および図2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3および図4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。   Next, a manufacturing method of the Fabry-Perot interferometer shown in FIGS. 1 and 2 will be described with reference to manufacturing steps of the Fabry-Perot interferometer shown in FIGS.

〔図3(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1を用意する。このとき、(100)基板を用いると、後の微小な凹凸1cを形成するのに有利である。そして、この半導体基板1の表面全面に、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜2と多結晶シリコン等で構成された第1高屈折率膜3をデポジションすると共に、第1高屈折率膜3の表面全面に例えばシリコン酸化膜など、第1、第2高屈折率膜3、5とエッチング選択比の高い材料で構成された犠牲膜20をデポジションする。このとき、犠牲膜20の膜厚は、上述した第1低屈折率層4の厚み相当とする。その後、犠牲膜20の表面にレジスト21を配置したのち、レジスト21のうち第1低屈折率層4の形成予定位置と対応する部分のみを残るように開口部21aを形成し、この状態でエッチング(等方性エッチングなど)を行うことで、犠牲膜20を六角錐台形状とする。その後、レジスト21を除去する。
[Step shown in FIG. 3 (a)]
First, a semiconductor substrate 1 composed of a silicon substrate or the like is prepared. At this time, the use of the (100) substrate is advantageous for forming the minute unevenness 1c later. Then, an insulating film 2 made of, for example, a silicon oxide film and a first high refractive index film 3 made of polycrystalline silicon or the like are deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and the first high refractive index film 3 is formed. A sacrificial film 20 made of a material having a high etching selectivity with the first and second high refractive index films 3 and 5 such as a silicon oxide film is deposited on the entire surface. At this time, the thickness of the sacrificial film 20 is equivalent to the thickness of the first low refractive index layer 4 described above. Thereafter, after a resist 21 is disposed on the surface of the sacrificial film 20, an opening 21a is formed so as to leave only a portion corresponding to a position where the first low refractive index layer 4 is to be formed in the resist 21, and etching is performed in this state. By performing (isotropic etching or the like), the sacrificial film 20 is formed into a hexagonal frustum shape. Thereafter, the resist 21 is removed.

〔図3(b)に示す工程〕
犠牲膜20および第1高屈折率膜3のうち犠牲膜20で覆われていない部分の表面全面に多結晶シリコン等で構成された第2高屈折率膜5をデポジションする。このとき、犠牲膜20が六角錐台形状を為しているため、第2高屈折率膜5のうち犠牲膜20の上に配置された部分に関しては、その形状が受け継がれ、六角錐台形状となる。
[Step shown in FIG. 3B]
The second high refractive index film 5 made of polycrystalline silicon or the like is deposited on the entire surface of the portion of the sacrificial film 20 and the first high refractive index film 3 that is not covered with the sacrificial film 20. At this time, since the sacrificial film 20 has a hexagonal frustum shape, the portion of the second high refractive index film 5 disposed on the sacrificial film 20 is inherited, and the hexagonal frustum shape is obtained. It becomes.

続いて、第2高屈折率膜5の表面にレジスト22を配置したのち、図3(b)とは別断面において、レジスト22のうち下側ミラーM1の孔M1bと対応する部分に開口部22aを設ける。そして、レジスト22をマスクとしたドライエッチング(異方性エッチング)を行うことにより、孔M1bを開口させる。このとき、第2高屈折率膜5の形状が六角錐台形状を受け継いだものとなっているため、孔M1bを形成したときに、第1高屈折率膜3と犠牲膜20との境界部近傍に残渣が発生し難くなる。   Subsequently, after disposing the resist 22 on the surface of the second high refractive index film 5, an opening 22a is formed in a portion of the resist 22 corresponding to the hole M1b of the lower mirror M1 in a different cross section from FIG. Is provided. Then, the hole M1b is opened by performing dry etching (anisotropic etching) using the resist 22 as a mask. At this time, since the shape of the second high refractive index film 5 inherits the hexagonal frustum shape, when the hole M1b is formed, the boundary portion between the first high refractive index film 3 and the sacrificial film 20 Residues are less likely to occur in the vicinity.

その後、レジスト22を除去したのち、配線部形成領域が開口するマスク(図示せず)を用いて不純物をイオン注入する。   Thereafter, after removing the resist 22, impurities are ion-implanted using a mask (not shown) having an opening in the wiring portion formation region.

〔図3(c)に示す工程〕
第2高屈折率膜5の表面全面に、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜6をデポジションする。このとき、絶縁膜6の膜厚は、エアギャップAgの大きさ、つまり下側ミラーM1と上側ミラーM2との間の間隔分の厚さとされる。なお、この絶縁膜6の材質は特に限定されないが、犠牲膜20の材質と同じであるのが好ましい。また、絶縁膜6の厚さによっては、絶縁膜6の表面に第2高屈折率膜5の凹凸形状が残った状態になるが、残っていても構わない。
[Step shown in FIG. 3 (c)]
An insulating film 6 made of, for example, a silicon oxide film is deposited on the entire surface of the second high refractive index film 5. At this time, the film thickness of the insulating film 6 is the size of the air gap Ag, that is, the thickness corresponding to the interval between the lower mirror M1 and the upper mirror M2. The material of the insulating film 6 is not particularly limited, but is preferably the same as the material of the sacrificial film 20. Depending on the thickness of the insulating film 6, the uneven shape of the second high refractive index film 5 remains on the surface of the insulating film 6, but may remain.

〔図3(d)に示す工程〕
絶縁膜6の表面全面に、例えば多結晶シリコンからなる第3高屈折率膜7をデポジションすると共に、第2高屈折率膜7の表面全面に例えばシリコン酸化膜など、第3、第4高屈折率膜7、9とエッチング選択比の高い材料で構成された犠牲膜23をデポジションする。このとき、犠牲膜23の膜厚は、上述した第2低屈折率層8の厚み相当とする。その後、犠牲膜23の表面にレジスト24を配置したのち、レジスト24のうち第2低屈折率層8の形成予定位置と対応する部分のみを残るように開口部24aを形成し、この状態でエッチング(等方性エッチングなど)を行うことで、犠牲膜23を六角錐台形状とする。その後、レジスト24を除去する。
[Step shown in FIG. 3 (d)]
A third high-refractive index film 7 made of, for example, polycrystalline silicon is deposited on the entire surface of the insulating film 6, and third and fourth high-index films such as a silicon oxide film are deposited on the entire surface of the second high-refractive index film 7. A sacrificial film 23 made of a material having a high etching selectivity with respect to the refractive index films 7 and 9 is deposited. At this time, the thickness of the sacrificial film 23 is equivalent to the thickness of the second low refractive index layer 8 described above. Thereafter, after a resist 24 is disposed on the surface of the sacrificial film 23, an opening 24a is formed so as to leave only a portion of the resist 24 corresponding to a position where the second low refractive index layer 8 is to be formed, and etching is performed in this state. By performing (isotropic etching or the like), the sacrificial film 23 is formed into a hexagonal frustum shape. Thereafter, the resist 24 is removed.

〔図3(e)に示す工程〕
犠牲膜23および第3高屈折率膜7のうち犠牲膜23で覆われていない部分の表面全面に多結晶シリコン等で構成された第4高屈折率膜9をデポジションする。このとき、犠牲膜23が六角錐台形状を為しているため、第4高屈折率膜9のうち犠牲膜23の上に配置された部分に関しては、その形状が受け継がれ、六角錐台形状となる。
[Step shown in FIG. 3 (e)]
A fourth high refractive index film 9 made of polycrystalline silicon or the like is deposited on the entire surface of the portion of the sacrificial film 23 and the third high refractive index film 7 that is not covered with the sacrificial film 23. At this time, since the sacrificial film 23 has a hexagonal frustum shape, the shape of the portion of the fourth high refractive index film 9 disposed on the sacrificial film 23 is inherited, and the hexagonal frustum shape is obtained. It becomes.

続いて、配線部形成領域が開口するマスク(図示せず)を用いて不純物をイオン注入したのち、そのマスクを除去する。   Subsequently, impurities are ion-implanted using a mask (not shown) having an opening in the wiring portion formation region, and then the mask is removed.

さらに、第4高屈折率膜9の表面にレジスト25を配置したのち、レジスト25のうち上側ミラーM2の孔M2bと対応する部分に開口部25a(図3(e)とは別断面)および開口部10や孔13と対応する部分に開口部25bを設ける。そして、レジスト25をマスクとしたドライエッチング(異方性エッチング)を行うことにより、孔M2bおよび孔13を開口させると共に、開口部10の一部を形成する。   Further, after the resist 25 is disposed on the surface of the fourth high refractive index film 9, an opening 25a (a different cross section from FIG. 3E) and an opening are formed in the resist 25 corresponding to the hole M2b of the upper mirror M2. An opening 25 b is provided in a portion corresponding to the portion 10 and the hole 13. Then, by performing dry etching (anisotropic etching) using the resist 25 as a mask, the hole M2b and the hole 13 are opened, and a part of the opening 10 is formed.

〔図4(a)に示す工程〕
続いて、レジスト25を除去したのち、第4高屈折率膜9をマスクとし、HFによるウェットなどによりエッチングを行う。これにより、絶縁膜6が部分的に除去されて開口部10が形成される。このとき、第4高屈折率膜9のうち、メンブレンMenの位置する部分にマスクを配置した状態でエッチングを行うことで、孔M2bや孔13を通じて絶縁膜6が除去されないようにしても構わないが、除去しておくと、メンブレンMenを構成するためにメンブレンMenの下方の絶縁膜6を除去する際に除去し易くなる。
[Step shown in FIG. 4 (a)]
Subsequently, after removing the resist 25, the fourth high refractive index film 9 is used as a mask and etching is performed by wet with HF or the like. As a result, the insulating film 6 is partially removed to form the opening 10. At this time, the insulating film 6 may be prevented from being removed through the hole M2b and the hole 13 by performing etching in a state where the mask is disposed in the portion where the membrane Men is located in the fourth high refractive index film 9. However, if it is removed, it becomes easier to remove the insulating film 6 below the membrane Men in order to form the membrane Men.

その後、開口部10を覆うために用いたマスクを除去した後、メタルマスク等を用いてAu/Crを蒸着し、開口部10内に下部電極11を形成すると共に、メンブレンMenの外周部に上部電極12を形成し、必要に応じてこれらを研削、研磨する。   Thereafter, the mask used to cover the opening 10 is removed, and then Au / Cr is vapor-deposited using a metal mask or the like to form a lower electrode 11 in the opening 10 and an upper portion on the outer periphery of the membrane Men. Electrodes 12 are formed and ground and polished as necessary.

〔図4(b)に示す工程〕
続いて、裏面にアパーチャ14となる金属TiWを成膜し、透過領域部以外の領域に残るように、パターニングし、エッチングする。
[Step shown in FIG. 4B]
Subsequently, a metal TiW serving as the aperture 14 is formed on the back surface, and is patterned and etched so as to remain in a region other than the transmission region.

その後、透過領域に微小な凹凸1cを形成するために、プラズマCVD法によるSiN膜(窒化シリコン)を形成し、パターニングする。これにより、アパーチャ14の上に被覆層15を形成する。   Thereafter, in order to form minute unevenness 1c in the transmission region, a SiN film (silicon nitride) is formed by plasma CVD and patterned. Thereby, the coating layer 15 is formed on the aperture 14.

〔図4(c)に示す工程〕
次に、専用の治具を用いて、被覆層15となるSiN膜をマスクとし、裏面のみ(半導体基板1の他方の面1b)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を行うことで、透過領域に四角錐形状の凹凸1cを複数形成する。強アルカリ液に晒さているシリコンの全ての面が(111)面で止まるようにパターニングされており、安定して構造を形成できる。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
Next, using a dedicated jig, the SiN film serving as the coating layer 15 is used as a mask, and only a back surface (the other surface 1b of the semiconductor substrate 1) is exposed to a strong alkaline solution (KOH, TMAH) or the like, so that different silicon is used. By performing isotropic etching, a plurality of quadrangular pyramid-shaped irregularities 1 c are formed in the transmission region. Since all the surfaces of the silicon exposed to the strong alkali solution are patterned so as to stop at the (111) plane, the structure can be formed stably.

この際、透過領域部分のマスクとして用いたSiN膜は、凹凸1cが形成された際に、自然に剥離する。   At this time, the SiN film used as the mask for the transmissive region part is naturally peeled off when the unevenness 1c is formed.

なお、凹凸1cを形成する方法として、本実施形態では、強アルカリ液を用いた異方性シリコンエッチングを用いたが、これに限定するものでは無く、透過させる光の波長よりも短い距離間隔で配置でき、かつ表面側の方が内部よりも細い、尖った形状を形成できる方法であれば何でも良い。   In this embodiment, anisotropic silicon etching using a strong alkaline solution is used as a method for forming the unevenness 1c. However, the present invention is not limited to this, and the distance is shorter than the wavelength of light to be transmitted. Any method can be used as long as it can be arranged and can form a pointed shape whose surface is thinner than the inside.

〔図4(d)に示す工程〕
次に、さらに、上側ミラーM2の孔M2bおよびその外周に位置する孔13を通じて、さらには下側ミラーM1の孔1bを通じて、絶縁膜6や第1、第2低屈折率層4、8が配置される空間に存在する犠牲膜20、23をエッチングする。このとき、必要に応じて図示しないマスクにより開口部10を覆うことで、開口部10において露出している絶縁膜6が除去されないようにしても良い。このエッチングにより、絶縁膜6のうちメンブレンMenの下部に位置する部分が除去されることでエアギャップAgが形成されると共に、第1、第2低屈折率層4、8が構成される。
[Step shown in FIG. 4 (d)]
Next, the insulating film 6 and the first and second low-refractive index layers 4 and 8 are disposed through the hole M2b of the upper mirror M2 and the hole 13 located on the outer periphery thereof, and further through the hole 1b of the lower mirror M1. The sacrificial films 20 and 23 existing in the space to be formed are etched. At this time, the insulating film 6 exposed in the opening 10 may be prevented from being removed by covering the opening 10 with a mask (not shown) as necessary. By this etching, a portion of the insulating film 6 located under the membrane Men is removed, whereby an air gap Ag is formed and the first and second low refractive index layers 4 and 8 are formed.

このような製造方法により、図1および図2に示した本実施形態の光学多層膜ミラーを有するファブリペロー干渉計が完成する。   By such a manufacturing method, a Fabry-Perot interferometer having the optical multilayer mirror of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

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、そしてディテクタ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、光学多層膜ミラー側がバンドパスフィルタ側に向けられ、微小な凹凸1c側がディテクタ側に向けられる。ファブリペロー干渉計の光学多層膜ミラーには光が垂直に入射するように配置される。   Gas concentration detection using the Fabry-Perot interferometer manufactured as described above is performed as follows. First, a light source, a gas introduction cell, a bandpass filter, a Fabry-Perot interferometer, and a detector are arranged in a straight line in this order. In the Fabry-Perot interferometer, the optical multilayer mirror side is directed to the bandpass filter side, and the minute unevenness 1c side is directed to the detector side. The optical multilayer mirror of the Fabry-Perot interferometer is arranged so that light is incident vertically.

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光学多層膜ミラーに入射する。光学多層膜ミラーに入射した光は、上側ミラーM2と下側ミラーM1との間を多重反射して半導体基板1に進入し、アパーチャ14のうち開口した部分、すなわち微小な凹凸1cを介してファブリペロー干渉計から射出され、ディテクタにて受光される。   When the gas introduction cell is filled with gas and light is emitted from the light source, the light passes through the gas and bandpass filter and enters the optical multilayer mirror of the Fabry-Perot interferometer. The light that has entered the optical multilayer mirror enters the semiconductor substrate 1 by being multiple-reflected between the upper mirror M2 and the lower mirror M1, and is fabricated through the open portion of the aperture 14, that is, through the minute unevenness 1c. The light is emitted from the Perot interferometer and received by the detector.

ここで、ファブリペロー干渉計の上部電極12および下部電極11に印加する電圧を変化させて上側ミラーM2と下側ミラーM1との間隔を調節することにより、光学多層膜ミラーに入射した光を分光することができる。したがって、光学多層膜ミラー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。   Here, the voltage applied to the upper electrode 12 and the lower electrode 11 of the Fabry-Perot interferometer is changed to adjust the distance between the upper mirror M2 and the lower mirror M1, thereby spectroscopically analyzing the light incident on the optical multilayer mirror. can do. Therefore, the component of the gas contained in the gas can be examined by spectroscopically analyzing the light incident on the optical multilayer mirror to 3 to 9 μm and measuring the absorption spectrum of the gas in the gas introduction cell.

図5は、半導体基板1の他方の面1bに凹凸1cが形成されたものと、図10に示されるものとの、反射防止能力の比較を示した図である。この図に示されるように、本実施形態に係るファブリペロー干渉計では、波長が2〜10μmの広帯域な波長帯域であっても、反射率が波長に依存してほとんど変化していない。すなわち、広帯域な波長帯域であっても、低い反射率を維持できており、効率良く光を透過させることができていると言える。   FIG. 5 is a diagram showing a comparison of the antireflection ability between the semiconductor substrate 1 having the uneven surface 1b formed on the other surface 1b and the semiconductor substrate 1 shown in FIG. As shown in this figure, in the Fabry-Perot interferometer according to this embodiment, the reflectance hardly changes depending on the wavelength even in a wide wavelength band of 2 to 10 μm. That is, it can be said that even in a wide wavelength band, low reflectance can be maintained and light can be transmitted efficiently.

これは、光学多層膜ミラーから半導体基板1に進入した光がアパーチャ14を介して空気中に射出される際に、半導体基板1と空気との屈折率がなだらかに連続的に変化するため、屈折率差で生じる反射が無いからである。   This is because when the light that has entered the semiconductor substrate 1 from the optical multilayer mirror is emitted into the air through the aperture 14, the refractive index of the semiconductor substrate 1 and air changes smoothly and continuously. This is because there is no reflection caused by the rate difference.

以上説明したように、本実施形態では、半導体基板1の他方の面1bに、他方の面1bに垂直な方向においてアパーチャ14のうち光を透過させる部分を他方の面1bに投影したとき、当該光を透過させる部分の全域に複数の凹凸1cを設けたことが特徴となっている。   As described above, in the present embodiment, when the portion of the aperture 14 that transmits light in the direction perpendicular to the other surface 1b is projected onto the other surface 1b of the semiconductor substrate 1, A feature is that a plurality of concaves and convexes 1c are provided over the entire portion of the light transmitting portion.

この微小な凹凸1cは、透過させる光の波長よりも短い距離間隔で配置され、かつ表面側の方が内部よりも細い、尖った形状であるため、半導体基板1内を通過した光が半導体基板1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。   The minute irregularities 1c are arranged at a distance interval shorter than the wavelength of light to be transmitted and have a pointed shape whose surface side is narrower than the inside, so that the light that has passed through the semiconductor substrate 1 passes through the semiconductor substrate. It plays a role of smoothly and continuously changing the refractive index at the interface between 1 and air.

これにより、広帯域な波長帯域の光であっても、半導体基板1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。   Thereby, even if it is light of a wide wavelength band, light can be efficiently permeate | transmitted at the interface of the semiconductor substrate 1 and air.

また、凹凸1cを四角錐とすることで半導体基板1と空気との屈折率をなだらかに容易に変化させることができる。さらに、四角錐の底面の対角線の長さを光の波長よりも短くすることで、凹凸1cによって光が散乱されてしまうことを防止し、光の透過率が低下してしまうことを防止できる。   Moreover, the refractive index of the semiconductor substrate 1 and air can be gently changed easily by making the unevenness | corrugation 1c into a square pyramid. Furthermore, by making the length of the diagonal line of the bottom surface of the quadrangular pyramid shorter than the wavelength of light, it is possible to prevent light from being scattered by the unevenness 1c and to prevent the light transmittance from being lowered.

そして、光を吸収する金属膜でアパーチャ14を形成することにより、光学多層膜ミラーから半導体基板1に進入したノイズ光を吸収することができる。これにより、ファブリペロー干渉計から精度の良い光を取り出すことができる。   Then, by forming the aperture 14 with a metal film that absorbs light, noise light that has entered the semiconductor substrate 1 from the optical multilayer mirror can be absorbed. Thereby, it is possible to extract light with high accuracy from the Fabry-Perot interferometer.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第1実施形態では、アパーチャ14には光が通過する貫通孔が一つしか設けられていないが、本実施形態では、細分化された光学多層膜ミラーの六角形それぞれに対応した貫通孔をアパーチャ14に設けたことが特徴となっている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. In the first embodiment, the aperture 14 is provided with only one through-hole through which light passes. However, in this embodiment, the through-hole corresponding to each hexagon of the subdivided optical multilayer film mirror is provided. It is characterized by being provided in the aperture 14.

図6(a)は、本実施形態に係るファブリペロー干渉計において半導体基板1の他方の面1bの平面図であり、図6(b)は図6(a)のB部拡大図である。また、図7は、本実施形態に係るファブリペロー干渉計の断面図であり、図1(a)のA−A断面に相当する断面図である。   6A is a plan view of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 in the Fabry-Perot interferometer according to the present embodiment, and FIG. 6B is an enlarged view of a portion B in FIG. 6A. FIG. 7 is a cross-sectional view of the Fabry-Perot interferometer according to the present embodiment, and is a cross-sectional view corresponding to the AA cross section of FIG.

図7に示されるように、光学多層膜ミラーのうち光の反射面が六角形に細分化され、この細分化された光学多層膜ミラーがハニカム状に配置されている。さらに、半導体基板1の他方の面1bのうち、他方の面1bに垂直な方向においてハニカム状に配置された六角形の光学多層膜ミラーが投影された領域に開口部を有するアパーチャ14が設けられている。すなわち、図6(a)に示されるように、アパーチャ14には六角形の集合体が設けられている。   As shown in FIG. 7, the light reflection surface of the optical multilayer mirror is subdivided into hexagons, and the subdivided optical multilayer mirrors are arranged in a honeycomb shape. Furthermore, an aperture 14 having an opening is provided in a region of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 where a hexagonal optical multilayer mirror disposed in a honeycomb shape in a direction perpendicular to the other surface 1b is projected. ing. That is, as shown in FIG. 6A, the aperture 14 is provided with a hexagonal aggregate.

具体的には、図6(b)に示されるように、光学多層膜ミラーの六角形を光の進行方向にアパーチャ14に投影したとき、アパーチャ14には当該六角形が投影された場所に開口部が設けられている。そして、半導体基板1の他方の面1bのうちアパーチャ14の開口部それぞれに凹凸1cが設けられている。この凹凸1cは、各開口部全域にそれぞれ設けられている。   Specifically, as shown in FIG. 6B, when the hexagonal shape of the optical multilayer mirror is projected onto the aperture 14 in the light traveling direction, the aperture 14 has an opening at a location where the hexagonal shape is projected. Is provided. And the unevenness | corrugation 1c is provided in each opening part of the aperture 14 among the other surfaces 1b of the semiconductor substrate 1. FIG. The unevenness 1c is provided over the entire area of each opening.

このようにアパーチャ14に六角形の開口部をハニカム状に形成することで、ハニカムミラー(細分化された光学多層膜ミラー)のエッジで、特性が若干悪化する部分の光を遮断することができる。   By forming the hexagonal opening in the aperture 14 in this way in a honeycomb shape, light at a portion where the characteristics are slightly deteriorated can be blocked at the edge of the honeycomb mirror (subdivided optical multilayer film mirror). .

また、半導体基板1の他方の面1bに投影された一つの六角形の面積は、細分化された光学多層膜ミラーの一つの六角形の面積よりも小さくなっている。これは、半導体基板1の上部からほぼ垂直に光を入射させたとしても、若干光の拡がりがあり、光線は角度を持つこととなる。そのため、ハニカムミラーエッジ(六角形と他の部分との境界)で若干特性が悪化する光もまた、裏面(半導体基板1の他方の面1b)に来たときに角度を持ち、微小凹凸1c内に光線が入るため、ノイズが大きくなるからである。   The area of one hexagon projected on the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 is smaller than the area of one hexagon of the subdivided optical multilayer film mirror. This is because even if light is incident substantially vertically from the upper part of the semiconductor substrate 1, the light spreads slightly, and the light beam has an angle. Therefore, the light whose characteristics are slightly deteriorated at the honeycomb mirror edge (boundary between the hexagon and other portions) also has an angle when it comes to the back surface (the other surface 1b of the semiconductor substrate 1), and is within the minute unevenness 1c. This is because the noise increases because the light enters.

具体的には、アパーチャ14にハニカムミラーの面積の80%の大きさに縮小した六角形の領域に微小凹凸1cを形成した結果、ほとんどノイズとなる光は観察されなかった。以上説明したように、アパーチャ14の開口部を光学多層膜ミラーの六角形に合わせることで、ファブリペロー干渉計を通過する光のノイズを小さくすることが可能となる。   Specifically, as a result of forming the minute unevenness 1c in the hexagonal region reduced to 80% of the area of the honeycomb mirror in the aperture 14, almost no light that causes noise was observed. As described above, it is possible to reduce the noise of light passing through the Fabry-Perot interferometer by matching the opening of the aperture 14 with the hexagonal shape of the optical multilayer mirror.

(第3実施形態)
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第1、第2実施形態では、微小な凹凸1cを形成する方法として、半導体基板の(100)面を用いて(111)面を持つ四角錐を形成したが、このような基板の結晶面を用いなくても、以下のような方法でも凹凸1cを形成することができる。
(Third embodiment)
In the present embodiment, only portions different from the first and second embodiments will be described. In the first and second embodiments, as a method for forming the minute unevenness 1c, the (100) plane of the semiconductor substrate is used to form a quadrangular pyramid having the (111) plane. Even if it does not use, the unevenness | corrugation 1c can be formed also by the following methods.

図8は、本実施形態において、凹凸1cの製造工程を示した図である。この図に示されるように、半導体基板1の他方の面1bのうち透過領域に四角や丸等の微細なマスクパターン30を形成し、等方性に近いエッチング条件によるドライエッチングを行う。これにより、他方の面1bにテーパ状の傾斜面が形成される。   FIG. 8 is a diagram showing a manufacturing process of the unevenness 1c in the present embodiment. As shown in this figure, a fine mask pattern 30 such as a square or a circle is formed in the transmissive region of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1, and dry etching is performed under etching conditions close to isotropic. Thereby, a tapered inclined surface is formed on the other surface 1b.

この場合、凹凸1cの一つの凸部分において、半導体基板1の他方の面1bの面方向の長さを波長よりも短くできる一方、半導体基板1の深さ方向(光の進行方向)を長くすることができるので、屈折率をさらに緩やかに変化でき、好適である。   In this case, the length in the surface direction of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 can be made shorter than the wavelength in one convex portion of the unevenness 1c, while the depth direction (light traveling direction) of the semiconductor substrate 1 is lengthened. Therefore, the refractive index can be changed more gradually, which is preferable.

(他の実施形態)
上記各実施形態では、アパーチャ14は半導体基板1の他方の面1bに設けられているが、これは一例を示すものであって、他の場所にアパーチャ14が設けられていても良い。
(Other embodiments)
In each of the embodiments described above, the aperture 14 is provided on the other surface 1b of the semiconductor substrate 1, but this is an example, and the aperture 14 may be provided at another location.

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、(a)は干渉計の表面側の平面図であり、(b)は干渉計の裏面側の平面図である。It is a top view of the Fabry-Perot interferometer which concerns on 1st Embodiment of this invention, (a) is a top view of the surface side of an interferometer, (b) is a top view of the back surface side of an interferometer. 図1(a)のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of Fig.1 (a). 図1および図2に示すファブリペロー干渉計の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the Fabry-Perot interferometer shown in FIG. 1 and FIG. 図3に続くファブリペロー干渉計の製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the Fabry-Perot interferometer following FIG. 3. 波長と反射率との相関関係を示した図である。It is the figure which showed the correlation of a wavelength and a reflectance. (a)は、本発明の第2実施形態に係るファブリペロー干渉計において半導体基板の他方の面の平面図であり、(b)は(a)のB部拡大図である。(A) is a top view of the other surface of a semiconductor substrate in the Fabry-Perot interferometer concerning 2nd Embodiment of this invention, (b) is the B section enlarged view of (a). 第2実施形態に係るファブリペロー干渉計の断面図である。It is sectional drawing of the Fabry-Perot interferometer which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第3実施形態において、凹凸の製造工程を示した図である。In 3rd Embodiment of this invention, it is the figure which showed the manufacturing process of an unevenness | corrugation. 光学多層膜ミラーを有するファブリペロー干渉計の断面図である。It is sectional drawing of the Fabry-Perot interferometer which has an optical multilayer film mirror. 反射防止膜として厚さが440nmであり屈折率nが2である窒化膜の反射特性を示した図である。It is the figure which showed the reflective characteristic of the nitride film whose thickness is 440 nm and whose refractive index n is 2 as an antireflection film.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板
1a 半導体基板の一方の面
1b 半導体基板の他方の面
1c 凹凸
14 アパーチャ
M1 下側ミラー
M2 上側ミラー
Ag ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 1a One surface of a semiconductor substrate 1b The other surface of a semiconductor substrate 1c Concavity and convexity 14 Aperture M1 Lower mirror M2 Upper mirror Ag Gap

Claims (6)

基板(1)の一方の面(1a)に高屈折材料と低屈折材料とを用いた高屈折率材料/低屈折率材料/高屈折率材料の3層構造で形成された下側ミラー(M1)が配置されると共に、該下側ミラー(M1)と対応する位置において、該下側ミラー(M1)から空気のギャップ(Ag)を介して配置され高屈折材料と低屈折材料とを用いた高屈折率材料/低屈折率材料/高屈折率材料の3層構造で形成された上側ミラー(M2)とを有してなる光学多層膜ミラーを備えたファブリペロー干渉計において、
高屈折率材料はシリコンもしくはゲルマニウムであり、低屈折率材料は空気であり、
前記基板(1)には、前記一方の面(1a)に垂直な方向において前記光学多層膜ミラーを前記基板(1)に投影したとき、前記光学多層膜ミラーに対応する部分では光を通過させると共に、前記光学多層膜ミラーを除いた部分では光の通過を妨げるアパーチャ(14)が設けられており、
前記基板(1)の他方の面(1b)には、前記他方の面(1b)に垂直な方向において前記アパーチャ(14)のうち光を透過させる部分を前記他方の面(1b)に投影したとき、当該光を透過させる部分の全域に、透過させる光の波長よりも短い距離間隔で配置され、かつ表面側の方が内部よりも細い、尖った形状を有する複数の凹凸(1c)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。
A lower mirror (M1) formed of a three-layer structure of a high refractive index material / low refractive index material / high refractive index material using a high refractive index material and a low refractive index material on one surface (1a) of the substrate (1). ) And at a position corresponding to the lower mirror (M1), an air gap (Ag) is disposed from the lower mirror (M1), and a high refractive material and a low refractive material are used. In a Fabry-Perot interferometer including an optical multilayer mirror having an upper mirror (M2) formed of a three-layer structure of high refractive index material / low refractive index material / high refractive index material,
The high refractive index material is silicon or germanium, the low refractive index material is air,
When the optical multilayer mirror is projected onto the substrate (1) in a direction perpendicular to the one surface (1a), light passes through the substrate (1) at a portion corresponding to the optical multilayer mirror. In addition, an aperture (14) that prevents passage of light is provided in a portion excluding the optical multilayer mirror,
On the other surface (1b) of the substrate (1), a portion of the aperture (14) that transmits light in the direction perpendicular to the other surface (1b) is projected onto the other surface (1b). In this case, a plurality of concave and convex portions (1c) having a pointed shape, which is arranged at a distance interval shorter than the wavelength of the light to be transmitted and whose surface side is narrower than the inside, is provided in the entire portion where the light is transmitted. Fabry-Perot interferometer, characterized in that
前記複数の凹凸(1c)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(1b)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に記載のファブリペロー干渉計。
Each of the plurality of irregularities (1c) is a quadrangular pyramid, and a bottom surface of the quadrangular pyramid is disposed on the other surface (1b),
The Fabry-Perot interferometer according to claim 1, wherein a length of a diagonal line on a bottom surface of the quadrangular pyramid is shorter than a wavelength of the light.
前記基板(1)は、シリコンもしくはゲルマニウム基板であり、基板面は(100)面であり、前記複数の凹凸(1c)の側面は(111)面になっていることを特徴とする請求項2に記載のファブリペロー干渉計。   The substrate (1) is a silicon or germanium substrate, a substrate surface is a (100) surface, and side surfaces of the plurality of irregularities (1c) are (111) surfaces. Fabry-Perot interferometer described in 1. 前記アパーチャ(14)は、前記基板(1)の他方の面(1b)に設けられ、光を吸収する金属膜で形成されたものであ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。   The said aperture (14) is provided in the other surface (1b) of the said board | substrate (1), and is formed with the metal film which absorbs light, The any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. Fabry-Perot interferometer described in 1. 前記光学多層膜ミラーのうち前記光の反射面が六角形に細分化され、この細分化された前記光学多層膜ミラーがハニカム状に配置されており、
前記基板(1)の他方の面(1b)のうち、前記他方の面(1b)に垂直な方向において前記ハニカム状に配置された六角形の光学多層膜ミラーが投影された領域全域に前記凹凸(1c)が設け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。
Of the optical multilayer mirror, the light reflecting surface is subdivided into hexagons, and the subdivided optical multilayer mirror is arranged in a honeycomb shape,
Of the other surface (1b) of the substrate (1), the irregularities are formed over the entire region where the hexagonal optical multilayer mirror arranged in the honeycomb shape is projected in a direction perpendicular to the other surface (1b). The Fabry-Perot interferometer according to any one of claims 1 to 4, wherein (1c) is provided.
前記基板(1)の他方の面(1b)に投影された一つの六角形の面積は、前記細分化された光学多層膜ミラーの一つの六角形の面積よりも小さくなっていることを特徴とする請求項5に記載のファブリペロー干渉計。   The area of one hexagon projected on the other surface (1b) of the substrate (1) is smaller than the area of one hexagon of the subdivided optical multilayer film mirror. The Fabry-Perot interferometer according to claim 5.
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