JP2012112777A - ファブリペロー干渉計 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも分光帯域の広いファブリペロー干渉計を提供する。
【解決手段】メンブレンの周辺領域には、複数のばね変形部が、分光領域をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられ、メンブレンの外周端からメンブレンの中心に向かう方向においてメンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定される。メンブレン及び固定ミラー構造体のメンブレン対向部位における周辺領域には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成される。この電極対は、分光領域を取り囲みつつ複数のばね変形部に対応してばね変形部と同数の多重に設けられる。そして、各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、メンブレンが変位される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ファブリペロー干渉計に関するものである。

例えば特許文献１，２に示されるファブリペロー干渉計が知られている。このファブリペロー干渉計は、シリコン、ゲルマニウム等の半導体薄膜からなる高屈折率層の間に、空気、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる低屈折率層を配置してなる一対のミラー構造体（固定ミラー構造体及び可動ミラー構造体）を備える。これらミラー構造体は、エアギャップを介して対向配置されており、特許文献１では、低屈折率層としての二酸化シリコン層が分光領域に配置されてミラーが構成されている。一方、特許文献２では、低屈折率層としての空気層が分光領域に配置されてミラーが構成されている。

また、各ミラー構造体の高屈折率層には、不純物がドーピングされて電極が形成されている。したがって、各ミラー構造体の電極に電圧を印加して生じる静電気力により、ギャップ上に位置する可動ミラー構造体のメンブレンを変位させ、これによりギャップ長さが変化して、ギャップにおけるミラーの対向距離に応じた波長の光を選択的に透過させることができる。

特許第３４５７３７３号公報 特開２００８−１３４３８８号公報

ところで、上記ファブリペロー干渉計の分光帯域を広くするには、広帯域にわたるミラーの高反射率に加え、可動ミラー構造体のメンブレンにおける分光領域部分（可動ミラー形成部分）の変位量が大きいことが必要である。

各ミラー構造体の電極に電圧を印加して生じる静電気力は、電極の対向距離（以下、ギャップ長さと示す）の２乗に反比例し、メンブレンの変位に伴うばね復元力は、ギャップ長さの変化量に正比例する。したがって、特許文献１，２に示されるように、一対の電極を有した従来のファブリペロー干渉計では、ギャップ長さの変化量が初期長さの１/３よりも大きくなると静電気力がばね復元力を上回り、両ミラー構造体が静電気力で引き込まれ、スティッキングし、電圧を除去しても元の状態に戻らなくなる（プルイン現象が生じる）。このため、従来は、ギャップ長さの変化量がギャップの初期長さの１/３よりも大きくなるようにメンブレンを変位させ、ひいては分光帯域を広くすることが困難であった。

なお、ファブリペロー干渉計のように静電気力を用いた静電デバイスとして、特開２０１０−８６４４号公報には、ミラーや電極の表面に突起を設けた光フィルタが示されている。この構成をファブリペロー干渉計に適用した場合、突起により、製造時や動作時にミラー同士、電極同士が接合するのを防ぐことはできる。しかしながら、プルイン限界（ギャップの初期長さの１/３）を超えてメンブレンを変位させることはできない。

また、特表２００８−５１７７８４号公報には、一対の電極の電圧を印加して生じる静電気力による引き込み力に対して、逆方向に抵抗力を与えるために追加電極を配置したＭＥＭＳデバイス用ばね構造体が示されている。この構成を、ファブリペロー干渉計に適用した場合、スティッキングが生じるのを抑制することはできる。しかしながら、プルイン限界を超えてメンブレンを変位させることはできない。

本発明は上記問題点に鑑み、従来よりも分光帯域の広いファブリペロー干渉計、換言すれば、ギャップ長さの変化量がギャップの初期長さの１/３よりも大きくなるようにメンブレンを変位させることの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。

上記目的を達成する為に請求項１に記載の発明は、
分光領域に固定ミラーを有する固定ミラー構造体と、
分光領域に可動ミラーを有する可動ミラー構造体と、を備え、
可動ミラー構造体において、可動ミラーを含み、ギャップを介して固定ミラー構造体と対向する部分が変位可能なメンブレンとされたファブリペロー干渉計であって、
メンブレンにおける分光領域を除く周辺領域には、複数のばね変形部が、分光領域をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられ、
複数のばね変形部は、メンブレンの外周端からメンブレンの中心に向かう方向においてメンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定され、
メンブレン及び固定ミラー構造体のメンブレン対向部位における分光領域を除く周辺領域には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成され、
該電極対は、分光領域を取り囲みつつ複数のばね変形部に対応してばね変形部と同数の多重に設けられ、
各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、メンブレンが変位されることを特徴とする。

本発明では、メンブレンの周辺領域において、ばね変形部が分光領域をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられており、多重に設けられた複数のばね変形部は、メンブレンの中心に近いほどばね定数が小さく設定されている。また、メンブレンを変位させるための電極対は、ばね変形部に対応してばね変形部と同数の多重に設けられている。

したがって、最外周のばね変形部に対応する最外周の電極対に電圧を印加することで、該電極対に生じる静電気力により、複数のばね変形部のうち、最外周のばね変形部を変形させることができる。これにより、メンブレン全体が変位することとなる。また、例えば最外周の電極対よりも１つ内側に位置する電極対に電圧を印加することで、該電極対に生じる静電気力により、メンブレンの中心に近いほどばね定数が小さいため最外周のばね変形部を殆ど変形させずに、最外周の１つ内側に位置するばね変形部を変形させることができる。

このため、例えば最外周の電極対に電圧を印加してメンブレンの分光領域部分を変位させた状態で、内側に位置する電極対に電圧を印加することで、メンブレンの分光領域部分をさらに変位させることができる。この多段の変位により、プルイン現象を生じさせることなく、メンブレンを従来のプルイン限界を超えて変位させることができる。このように本発明によれば、各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、メンブレンを、従来のプルイン限界を超えて変位させることができる。すなわち、従来よりも分光帯域の広いファブリペロー干渉計を提供することができる。なお、原理については、詳細を後述する。

請求項２に記載のように、メンブレンの外周端にばね変形部が設けられ、
メンブレンの外周端からメンブレンの中心に向かう方向において、複数のばね変形部と複数の電極対が交互に設けられており、
メンブレンにおいて、各電極対を構成する電極の剛性が、ばね変形部いずれの剛性よりも高い構成とすることが好ましい。

これによれば、電極とばね変形部を分離しており、電極の剛性がばね変形部よりも高いので、電極対をなす電極を平行に保ったまま、ばね変形部を変形させて、メンブレンを変位させることができる。したがって、請求項３に記載の構成に較べて、ギャップ長さの制御性を向上することができる。これにより、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。

請求項３に記載のように、メンブレンにおいて、電極対を構成する電極がばね変形部を兼ねる構成としても良い。これによれば、請求項２に記載の構成に較べて、構成を簡素化し、ギャップ長さの方向に垂直な方向において、ファブリペロー干渉計の体格を小型化することができる。

請求項４に記載のように、複数のばね変形部は、メンブレンの外周端から所定範囲にわたって設けられた第１ばね変形部と、該第１ばね変形部よりも内側に設けられた第２ばね変形部を有し、
複数の電極対は、電圧の印加により生じる静電気力によって、第１ばね変形部を変形させる第１電極対と、該第１電極対よりも内側に設けられ、電圧の印加により生じる静電気力により主として第２ばね変形部を変形させる第２電極対を有する構成を採用することができる。

なお、ばね変形部と電極対が交互に設けられる場合、メンブレンにおいて、外周端側から中心（分光領域に位置する可動ミラー）に向けて、第１ばね変形部、第１電極対を構成する電極、第２ばね変形部、第２電極対を構成する電極の順となる。

請求項５に記載のように、第１ばね変形部のばね定数をｋ１、第２ばね変形部のばね定数をｋ２とすると、ｋ１／ｋ２≧７を満たすように複数のばね変形部が構成されることが好ましい。

ここで、透過光の波長λは、λ＝２×ｄ／ｍで示される。ｍは干渉光の次数を示す正の整数であり、ｄはミラーの対向距離である。したがって、１次の干渉光（ｍ＝１）の波長可変帯域は、ミラーの対向距離の変化量のほぼ２倍となる。しかしながら、従来のファブリペロー干渉計では、電極の対向距離（ギャップ）の初期長さの１/３がプルイン限界であり、これによりメンブレンの変位量を大きくとることができないため、１次の干渉光（ｍ＝１）の可変波長帯域と２次の干渉光（ｍ＝２）の可変透過波長帯域の間に、分光不可能な波長帯域が存在していた。そして、この分光不可域が、広帯域化の障害となっていた。

これに対し、本発明によれば、ギャップ長さの変化量を、ギャップの初期長さの１/２よりも大きくすることができる。そして、これにより、１次の干渉光（ｍ＝１）の可変波長帯域を広くして、１次の干渉光（ｍ＝１）の可変波長帯域と２次の干渉光（ｍ＝２）の可変透過波長帯域を連続させることができる。すなわち、分光不可域を無くすことができる。したがって、１次の干渉光と２次の干渉光により、分光帯域をより広くすることができる。なお、原理については、詳細を後述する。

請求項６に記載のように、各ばね変形部は、メンブレンを貫通する貫通孔により梁構造をなし、
複数のばね変形部は、梁の本数、メンブレンの外周端からメンブレンの中心に向かう方向に沿う梁の長さ、及び梁の幅の少なくとも１つが異なることで、メンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されても良い。

このように梁構造を採用すると、ばね定数の設計自由度を高くすることができる。また、エッチングによりギャップを形成する場合には、ギャップを形成する際のエッチングによって貫通孔を形成し、ひいては梁構造のばね変形部を形成することもできる。したがって、製造工程を簡素化することができる。なお、梁の本数が多いほど、梁の長さが短いほど、梁の幅が広いほど、ばね定数が大きくなる。

請求項７に記載のように、複数のばね変形部は、メンブレンを貫通し、ギャップに連通する貫通孔の大きさ、密度の少なくとも１つがメンブレン内で部分的に異なることで、メンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されても良い。

エッチングによりギャップを形成する場合には、この貫通孔をエッチング用の貫通孔として利用しつつ、ばね定数を設定することができる。したがって、製造工程を簡素化することができる。なお、メンブレンの中心に近いばね変形部ほど、貫通孔の大きさを大きくすることで、ばね定数が小さくなる。また、メンブレンの中心に近いばね変形部ほど、貫通孔の密度を高くすることで、ばね定数が小さくなる。

請求項８に記載のように、複数のばね変形部は、イオン注入の有無、ドーズ量の少なくとも１つが異なることで、メンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されても良い。

注入されるイオンのドーズ量が多いほど、メンブレンにおける注入部位の引張の内部応力が低下し、剛性が低くなる。すなわち、ばね定数が小さくなる。したがって、イオン注入の有無、ドーズ量により、ばね定数を設定することができる。また、イオン注入によりメンブレンに電極を形成しつつ、ばね変形部を形成することもできる。したがって、製造工程の簡素化することができる。

請求項９に記載のように、複数のばね変形部は、厚さが異なることで、メンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されても良い。この場合、厚さが厚いほど、ばね定数が大きくなる。

請求項１０に記載のように、複数のばね変形部は、ヤング率の異なる構成材料を用いることで、メンブレンの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されても良い。この場合、メンブレンの周辺領域全域において厚さを均一とすることもできる。厚さを均一とすると、局所的な応力の集中を抑制し、メンブレンを壊れにくくすることができる。なお、ヤング率が高いほど剛性が高くなる。すなわち、ばね定数が大きくなる。

請求項１１に記載のように、第１ばね変形部は、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜からなる２層の高屈折率層を接触させて積層してなり、
第２ばね変形部は、２層の高屈折率層の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の空気層を介在させてなる構成としても良い。

これによれば、第２ばね変形部のばね定数を、第１ばね変形部のばね定数よりも小さくすることができる。また、後述するように、可動ミラーとしてエアミラーを採用する場合には、可動ミラーととともに第２ばね変形部を形成することができる。したがって、製造工程を簡素化することができる。

なお、上記構成では、第２ばね変形部が、多層膜構造のエアミラーと同じ構造となる。したがって、請求項１２に記載のように、第２ばね変形部の部分であって２層の高屈折率層の少なくとも一方に不純物がイオン注入された構成とすると良い。これにより、第２ばね変形部を光が透過しにくくなり、第２ばね変形部をアパーチャー（絞り）として機能させることができる。このため、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。

具体的には、請求項１３に記載のように、固定ミラー構造体及び可動ミラー構造体において、
固定ミラー及び可動ミラーは、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜からなる高屈折率層の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の低屈折率層を介在させてなり、
複数の電極対を構成する各電極は、２つの高屈折率層の少なくとも一方に、不純物がイオン注入されてなる構成を採用することができる。

請求項１４に記載のように、複数の電極対は、それぞれ独立して電圧を印加できるように電気的に分離されても良い。電極間に生じる静電気力は、電極の対向面積に比例するとともに、印加する電圧の２乗に比例する。したがって、複数の電極対を電気的に分離すると、電極対ごとに電圧を設定することができるので、電極の配置自由度（面積の自由度）を向上することができる。また、電極の面積を抑制し、小型化も可能である。

請求項１５に記載のように、固定ミラー構造体は基板の一面上に配置され、可動ミラー構造体のメンブレン及び固定ミラー構造体のメンブレン対向部位の少なくとも一方に、複数の電極対を構成する複数の電極が設けられ、該複数の電極は、ｐｎ接合によって互いに電気的に分離されることが好ましい。これによれば、ｐｎ接合分離によって、複数の電極を確実に分離することができる。

また、請求項１６に記載のように、可動ミラー構造体のメンブレン及び固定ミラー構造体のメンブレン対向部位の少なくとも一方に、複数の電極対を構成する複数の電極が設けられ、該複数の電極は、トレンチによって互いに電気的に分離されても良い。これによれば、トレンチ絶縁分離によって、複数の電極を確実に分離することができる。

請求項１７に記載のように、可動ミラー構造体のメンブレン及び固定ミラー構造体のメンブレン対向部位のうち、固定ミラー構造体のメンブレン対向部位に複数の電極対を構成する複数の電極が互いに電気的に分離されて設けられ、可動ミラー構造体のメンブレンに、複数の電極に対向して１つの電極が設けられた構成とすると良い。

これによれば、電気的に分離された複数の電極対を有しつつ、メンブレンに１つの電極のみが設けられるので、メンブレンに複数の電極が設けられる構成に較べて、電極に電圧を印加すべくパッドと電極とを繋ぐ配線を少なくすることができる。したがって、ばね変形部の対称性が良く、メンブレンの変位時において、メンブレンの分光領域部分の平坦性を向上することができる。

請求項１８に記載のように、複数の電極対は、電極の対向面積が互いに異なるように、複数の電極対を構成しても良い。上記したように、電極間に生じる静電気力は、電極の対向面積に比例する。したがって、電極の対向面積によっても、静電気力を調整することができる。例えば、複数の電極対に印加する電圧を同じとしつつ、対向面積の差で静電気力を異ならせることができる。この場合、複数の電極対に印加する電圧が１つで良く、また電極の引き出し配線やパッドなどを簡素化することもできる。

請求項１９に記載のように、低屈折率層として空気層を採用すると、固定ミラー及び可動ミラーが広帯域にわたって高反射率となる。したがって、上記したメンブレンを従来のプルイン限界を超えて変位させる効果と合わせて、分光帯域の広いファブリペロー干渉計を提供することができる。

請求項２０に記載のように、メンブレンに設けられた電極が、高屈折率層の間に、固体であり、該高屈折率層よりも低屈折率の低屈折率固体層を介在させてなる構成を採用すると良い。これによれば、メンブレンの周辺領域において、電極の剛性をばね変形部の剛性よりも高いので、電極部分をほぼ平坦に保った状態で、メンブレンを変位させることができる。

従来のファブリペロー干渉計の概略構成を示す断面図である。 図１に示すファブリペロー干渉計を、ばね変形部と電極とで簡易モデル化した図である。 図２に示すモデルのプルイン限界を示す図である。 第１実施形態に係るファブリペロー干渉計を、ばね変形部と電極とで簡易モデル化した図である。 ばね定数比と初期長さに対する変位割合との関係を示す図である。 第１実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、２つの電極対にそれぞれ電圧を印加して静電気力を生じさせた状態を示す。 （ａ）は、比較例として従来のファブリペロー干渉計の分光帯域を示す図、（ｂ）は第１実施形態に係るファブリペロー干渉計においてばね定数比を７としたときの分光帯域を示す図である。 第２実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ線に沿う断面図である。 ファブリペロー干渉計の変形例の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＩＸｃ−ＩＸｃ線に沿う断面図である。 ファブリペロー干渉計の変形例の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図ある。 図８に示すファブリペロー干渉計の製造工程を示す断面図である。 図８に示すファブリペロー干渉計の製造工程を示す断面図である。 第３実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＸＩＩＩｃ−ＸＩＩＩｃ線に沿う断面図である。 第４実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＸＩＶｃ−ＸＩＶｃ線に沿う断面図である。 第５実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＸＶｃ−ＸＶｃ線に沿う断面図である。 第６実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＸＶＩｃ−ＸＶＩｃ線に沿う断面図である。 第７実施形態に係るファブリペロー干渉計の概略構成を示す図であり、（ａ）は固定ミラー構造体の平面図、（ｂ）は可動ミラー構造体の平面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のＸＶＩＩｃ−ＸＶＩＩｃ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。また、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体７０との間のギャップがエアギャップＡＧ（空隙）である例を示す。また、エアギャップＡＧの長さ方向、換言すればメンブレンＭＥＭの変位方向を単に長さ方向と示し、該長さ方向に垂直な方向を単に垂直方向と示す。また、平面形状とは、特に断りのない限り、上記垂直方向に沿う形状を示すものとする。

また、ミラーＭ１，Ｍ２の対向領域を分光領域Ｓ１とし、可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭに対応する領域であって、分光領域Ｓ１を除く領域を周辺領域Ｔ１とする。この周辺領域Ｔ１は、垂直方向に沿う少なくとも一方向において分光領域Ｓ１を挟むように設けられれば良く、本実施形態では、分光領域Ｓ１を取り囲むように周辺領域Ｔ１が設定されている。

先ず、本発明の実施の形態を説明する前に、本発明者が本発明を創作するに至った経緯を説明する。

図１に従来のファブリペロー干渉計１００を示す。このファブリペロー干渉計１００については、上記した本出願人による特許文献１（特開２００８−１３４３８８号公報）に開示されたものと基本的に同じであるので、以下においては簡単に説明する。

図１に示すファブリペロー干渉計１００は、ＭＥＭＳ技術を利用して形成されており、基板１０上に配置され、分光領域Ｓ１に固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体３０と、支持部材５０を介して固定ミラー構造体３０上に配置され、分光領域Ｓ１に可動ミラーＭ２を有する可動ミラー構造体７０を備えている。可動ミラー構造体７０のエアギャップＡＧを架橋する部位は、変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。そして、固定ミラー構造体３０の電極３５と可動ミラー構造体７０の電極７５の間に印加する電圧に基づいて生じる静電気力によりメンブレンＭＥＭが変位し、エアギャップＡＧの長さが変化するようになっている。このメンブレンＭＥＭの変位により、エアギャップＡＧにおけるミラーＭ１，Ｍ２の対向距離が変化し、該対向距離に応じた所望波長の光を選択的に透過させることができる。

固定ミラー構造体３０は例えばポリシリコンからなり、基板１０の一面に、絶縁膜１１を介して積層された高屈折率下層３１と、例えばポリシリコンからなり、該高屈折率下層３１上に積層された高屈折率上層３２と、を有する。そして、高屈折率下層３１と高屈折率上層３２との間に、低屈折率層としての空気層３３が介在された部位が光学多層膜構造の固定ミラーＭ１となっている。また、固定ミラーＭ１は、高屈折率下層３１に高屈折率上層３２の一部位が接してなる連結部Ｃ１により複数個に分割（細分化）されており、各固定ミラーＭ１は連結部Ｃ１によって連結されている。また、分光領域Ｓ１（固定ミラーＭ１の形成領域）を除く領域では、高屈折率下層３１に高屈折率上層３２が接しており、メンブレンＭＥＭの対向部位であって分光領域Ｓ１を取り囲む周辺領域Ｔ１領域には、電極３５が形成されている。なお、符号３４は、空気層３３をエッチングにより形成するための貫通孔である。

一方、可動ミラー構造体７０は、例えばポリシリコンからなり、エアギャップＡＧを架橋して支持部材５０上に配置された高屈折率下層７１と、例えばポリシリコンからなり、高屈折率下層７１上に積層された高屈折率上層７２と、を有する。そして、高屈折率下層７１と高屈折率上層７２との間に、低屈折率層としての空気層７３が介在された部位が光学多層膜構造の可動ミラーＭ２となっている。また、可動ミラーＭ２は、高屈折率下層７１に高屈折率上層７２の一部位が接してなる連結部Ｃ２により複数個に分割（細分化）されており、各可動ミラーＭ２は連結部Ｃ２によって連結されている。この可動ミラーＭ２は、固定ミラーＭ１と対向している。また、分光領域Ｓ１（固定ミラーＭ１の形成領域）を除く領域では、高屈折率下層７１に高屈折率上層７２が接しており、メンブレンＭＥＭであって分光領域Ｓ１を取り囲む周辺領域Ｔ１領域には、電極７５が形成されている。なお、符号７４は、空気層７３をエッチングにより形成するための貫通孔である。

このように、図１に示すファブリペロー干渉計１００では、対をなすミラー構造体３０，７０のうち、可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭのみが、静電気力により変位可能な構成となっている。なお、図１に示す符号５１は、支持部材５０を貫通し、高屈折率上層３２に達するコンタクトホールとしての開口部であり、この開口部５１に電極３５用のパッド３６が形成されている。また、符号７６は、電極７５用のパッドであり、符号７７は、メンブレンＭＥＭを貫通し、エアギャップＡＧと外部とを連通させる貫通孔である。

図２は、図１に示すような周知のファブリペロー干渉計１００を、ばね変形部（ばね）と電極とで簡易モデル化した図である。図２に示すように、従来のファブリペロー干渉計１００は、対向配置された一対の電極Ｅ１，Ｅ２と、該電極Ｅ１，Ｅ２を接続するばね変形部Ｂ１を有しており、電極Ｅ１の位置が固定され、電極Ｅ２が変位可能となっている。なお、図１の電極３５が電極Ｅ１に相当し、図１の電極７５が電極Ｅ２及びばね変形部Ｂ１に相当する。

ここで、ばね変形部Ｂ１のばね定数をｋ、電極対Ｅ１，Ｅ２に印加する電圧をＶ、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離の初期長さ（電圧が印加されない状態での長さ）をｄｉ、電圧Ｖを印加したときの電極Ｅ２の変位量をｘ、大気中の誘電率をε、電極Ｅ１，Ｅ２の対向面積をＳとする。電極Ｅ２がｘ変位したときのばね復元力Ｆ１、静電気力Ｆ２は、下記式にて示される。
（数１）Ｆ１＝ｆ（ｘ）＝ｋｘ
（数２）Ｆ２＝ｇ（ｘ）＝εＳＶ^２／{２（ｄｉ−ｘ）^２}
プルイン限界は、図３に示すように、ばね復元力Ｆ１と静電気力Ｆ２が唯一接点を持つ状態であるから、ｘ＝ａで共通接線を持つとすると下記式が成立する。
（数３）ｆ（ａ）＝ｇ（ａ）、すなわち、ｋａ＝εＳＶ^２／{２（ｄｉ−ａ）^２}
（数４）ｆ′（ａ）＝ｇ′（ａ）、すなわち、ｋ＝εＳＶ^２／（ｄｉ−ａ）^３
したがって、数式３，４から、電極Ｅ２のプルイン限界の変位量（プルイン現象が生じない最大変位量）は、下記式に示すように初期長さｄｉの１／３となる。
（数５）ｘ＝ｄｉ／３
このように、従来のファブリペロー干渉計１００では、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離（ギャップ長さ）の変化量が初期長さｄｉの１/３よりも大きくなると静電気力Ｆ２がばね復元力Ｆ１を上回る。そして、両ミラー構造体３０，７０が静電気力で引き込まれ、スティッキングし、電圧を除去しても元の状態に戻らなくなってしまう（プルイン現象が生じる）。このため、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離の変化量が初期長さｄｉの１/３よりも大きくなるようにメンブレンを変位させ、ひいては分光帯域を広くすることが困難であった。

そこで、本発明者は、電極の対向距離の変化量を初期長さの１/３よりも大きくできる、すなわちメンブレンＭＥＭを従来よりも大きく変位させることができる構成について検討を行った。以下に示す実施形態は、本検討により得られたものである。

（第１実施形態）
図４は、本実施形態に係るファブリペロー干渉計１００を、ばね変形部と電極とで簡易モデル化した図である。図４では、電極Ｅ１に電極Ｅ２が対向配置され、電極Ｅ１，Ｅ２はばね変形部Ｂ１にて接続されている。また、電極Ｅ１に電極Ｅ３が対向配置され、電極Ｅ３はばね変形部Ｂ２にて電極Ｅ２と接続されている。すなわち、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２と２つの電極対を有している。また、３つの電極Ｅ１〜Ｅ３のうち、電極Ｅ１の位置が固定され、電極Ｅ２，Ｅ３が変位可能となっている。

ここで、ばね変形部Ｂ１のばね定数をｋ_１、ばね変形部Ｂ２のばね定数をｋ_２、電極対Ｅ１，Ｅ２に印加する電圧をＶ_１、電極対Ｅ１，Ｅ３に印加する電圧をＶ_２、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離及び電極Ｅ１，Ｅ３の初期長さ（電圧が印加されない状態での長さ）をともにｄｉとする。また、電圧Ｖ１，Ｖ２を印加したときの電極Ｅ２の絶対変位量をｘ_１、同じく電圧Ｖ１，Ｖ２を印加したときの電極Ｅ３の絶対変位量をｘ_２、大気中の誘電率をε、電極Ｅ１，Ｅ２の対向面積をＳ_１、電極Ｅ１，Ｅ３の対向面積をＳ_２とする。

電極Ｅ２に働く力の釣り合いは、電圧Ｖ１，Ｖ２の印加による電極Ｅ２の変位ｘ_１でのばね変形部Ｂ１の復元力と、電極Ｅ２の変位ｘ_１での電圧Ｖ１の印加にて生じる静電気力との釣り合いで決定され、下記式６で示される。
（数６）ｋ_１ｘ_１＝ｋ_２（ｘ_２−ｘ_１）＋εＳ_１Ｖ_１ ^２／{２（ｄｉ−ｘ_１）^２}
一方、電極Ｅ３に働く力の釣り合いは、電圧Ｖ１，Ｖ２に印加による、電極Ｅ２の変位ｘ_１と電極Ｅ３の変位ｘ_２でのばね変形部Ｂ２の復元力と、電極Ｅ３の変位ｘ_２での電圧Ｖ２の印加にて生じる静電気力との釣り合いで決定され、下記式７で示される。
（数７）
ｋ_２（ｘ_２−ｘ_１）＝εＳ_２Ｖ_２ ^２／{２（ｄｉ−ｘ_２）^２}
プルイン限界は、これら数式６，７において、変位ｘ_１とｘ_２が最大の接点解を持つ状態であり、数値計算によって算出することができる。

図５は、算出した電極Ｅ３の変位ｘ_２の最大値の、ばね定数比ｋ_１／ｋ_２に対する依存性を示す図である。ばね定数比ｋ_１／ｋ_２を１よりも大きくする、すなわちばね定数ｋ_２をばね定数ｋ_１よりも小さくすると、電極Ｅ３の変位量を初期長さｄｉの１/３（０．３３）よりも大きくすることができる。なお、ばね定数比ｋ_１／ｋ_２を無限大とすると、ｘ_２＝５ｄｉ／９となる。すなわち、理想的には、初期長さｄｉの５/９（０．５６）まで変位させることができる。

次に、図４に示す簡易モデルの構成を適用したファブリペロー干渉計１００について説明する。図６に示すファブリペロー干渉計１００は、分光領域Ｓ１に固定ミラーＭ１を有する固定ミラー構造体３０と、分光領域Ｓ１に可動ミラーＭ２を有する可動ミラー構造体７０と、を備える。可動ミラー構造体７０において、可動ミラーＭ２を含み、エアギャップＡＧを介して固定ミラー構造体３０と対向する部分が変位可能なメンブレンＭＥＭとされ、該メンブレンＭＥＭを除く部分の少なくとも一部が、支持部材５０によって固定ミラー構造体３０上に支持されている。なお、メンブレンＭＥＭに構成された可動ミラーＭ２は、固定ミラーＭ１に対向配置されている。

また、メンブレンＭＥＭにおける分光領域Ｓ１（可動ミラーＭ２の形成領域）を除く周辺領域Ｔ１には、複数のばね変形部が、分光領域Ｓ１をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられている。これらばね変形部は、メンブレンＭＥＭの外周端からメンブレンＭＥＭの中心に向かう方向においてメンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部ほどばね定数が小さく設定されている。図６に示す例では、複数のばね変形部として、図４のモデル同様、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２を有し、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部Ｂ２のばね定数ｋ_２が、メンブレンＭＥＭの外周端に近いばね変形部Ｂ１のばね定数ｋ_１よりも小さくなっている。

また、メンブレンＭＥＭ及び固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部位の周辺領域Ｔ１には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成されている。この電極対は、分光領域Ｓ１を取り囲みつつ複数のばね変形部に対応してばね変形部と同数の多重に設けられるとともに、複数の電極対はそれぞれ独立して電圧を印加できるように電気的に分離されている。図６に示す例では、可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭに、複数の電極Ｅ２，Ｅ３が、分光領域Ｓ１を取り囲みつつ複数のばね変形部Ｂ１，Ｂ２に対応してばね変形部Ｂ１，Ｂ２と同数の多重に設けられている。より詳しくは、メンブレンＭＥＭの外周端側から、ばね変形部Ｂ１、電極Ｅ２、ばね変形部Ｂ２、電極Ｅ３、そして可動ミラーＭ２の順となっている。また、電極Ｅ２，Ｅ３に対向して、固定ミラー構造体３０に電極Ｅ１が設けられている。すなわち、メンブレンＭＥＭの外周端にばね変形部Ｂ１が設けられ、メンブレンＭＥＭの外周端からメンブレンＭＥＭの中心に向かう方向において、複数のばね変形部Ｂ１，Ｂ２と複数の電極対（電極対Ｅ１，Ｅ２と電極対Ｅ１，Ｅ３）が交互に設けられている。また、メンブレンＭＥＭにおいて、各電極対を構成する電極Ｅ２，Ｅ３の剛性が、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２いずれの剛性よりも高くなっている。

このように、本実施形態に係るファブリペロー干渉計１００では、最外周のばね変形部Ｂ１に対応する最外周の電極対Ｅ１，Ｅ２に電圧Ｖ１を印加することで、該電極対Ｅ１，Ｅ２に生じる静電気力により、複数のばね変形部Ｂ１，Ｂ２のうち、最外周のばね変形部Ｂ１を変形させることができる。この電圧Ｖ１の印加では、メンブレンＭＥＭ全体が変位することとなる。また、例えば最外周の電極対Ｅ１，Ｅ２よりも内側に位置する電極対Ｅ１，Ｅ３に電圧Ｖ２を印加することで、該電極対Ｅ１，Ｅ３に生じる静電気力により、ばね定数の関係（ｋ_１＞ｋ_２）から最外周のばね変形部Ｂ１を殆ど変形させずに、内側に位置するばね変形部Ｂ２を変形させることができる。本実施形態では、ばね定数の関係（ｋ_１＞ｋ_２）から、電極対Ｅ１，Ｅ３に生じる静電気力を、電極対Ｅ１，Ｅ２に生じる静電気力よりも小さくしている。

このため、最外周の電極対Ｅ１，Ｅ２に電圧Ｖ１を印加してメンブレンＭＥＭの分光領域Ｓ１部分（可動ミラーＭ２）を変位させた状態で、内側に位置する電極対Ｅ１，Ｅ３に電圧Ｖ２を印加することで、電極Ｅ３よりも内側に位置するメンブレンＭＥＭの分光領域Ｓ１部分を、図６に示すようにさらに変位させることができる。理想的には、ミラーＭ１，Ｍ２の対向距離を電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離同様ｄｉとすると、電極対Ｅ１，Ｅ２に生じる静電気力によりミラーＭ２を初期長さｄｉの１／３変位させる。これにより、ミラーＭ１，Ｍ２の対向距離は初期長さｄｉの２／３となる。そして、電極対Ｅ１，Ｅ３に生じる静電気力により、ミラーＭ２を初期長さｄｉの２／３に対してさらに１／３変位させる。すなわち、理想的には、トータルで、ミラーＭ２を初期長さｄｉの５／９変位させることができる。この多段（本例では２段）の変位により、プルイン現象を生じさせることなく、メンブレンＭＥＭを従来のプルイン限界を超えて変位させることができる。したがって、従来よりも分光帯域の広いファブリペロー干渉計１００となっている。

また、本実施形態（図６に示す例）では、電極Ｅ２，Ｅ３の剛性がばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも高くされ、電極Ｅ２，Ｅ３とばね変形部Ｂ１，Ｂ２とが電気的に分離されている。すなわち、電極Ｅ２，Ｅ３とばね変形部Ｂ１，Ｂ２が構造的に分離されている。したがって、電極対をなす電極Ｅ２，Ｅ３を平行に保ったまま、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２を変形させて、メンブレンＭＥＭを変位させることができる。これにより、電極Ｅ３に接続された可動ミラーＭ２と固定ミラーＭ１との対向距離の制御性を向上することができる。そして、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。

しかしながら、メンブレンＭＥＭにおいて、電極対を構成する電極Ｅ２，Ｅ３がばね変形部Ｂ１，Ｂ２を兼ねる構成としても良い。具体的には、電極Ｅ２がばね変形部Ｂ１を兼ね、電極Ｅ３がばね変形部Ｂ２を兼ねても良い。これによれば、電極Ｅ２，Ｅ３とばね変形部Ｂ１，Ｂ２が構造的に分離される構成に較べて、構成を簡素化し、垂直方向において、ファブリペロー干渉計１００の体格を小型化することができる。

また、本実施形態では、可動ミラー構造体７０が互いに電気的に分離された複数の電極Ｅ２，Ｅ３を有し、固定ミラー構造体３０が、複数の電極Ｅ２，Ｅ３に対向配置された１つの電極Ｅ１を有する例を示した。しかしながら、固定ミラー構造体３０が互いに電気的に分離された複数の電極Ｅ２，Ｅ３を有し、可動ミラー構造体７０が、複数の電極Ｅ２，Ｅ３に対向配置された１つの電極Ｅ１を有しても良い。また、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体７０がともに同数の電極を有して複数の電極対が構成されても良い。

また、本実施形態では、ファブリペロー干渉計１００が、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２と２つの電極対を有する例を示した。しかしながら、３つ以上のばね変形部及び電極対を有する構成を採用することもできる。ばね変形部と電極対の数を増やすほど、プルイン現象を生じさせることなく、メンブレンＭＥＭを変位させることができる変位量を大きくすることができる。すなわち、より分光帯域を広くすることができる。

また、上記したように、ファブリペロー干渉計１００が、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２と２つの電極対を有する構成において、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ_１／ｋ_２を７以上とするとなお良い。

次数の異なる干渉光（例えば１次の干渉光と２次の干渉光）を用いることで、分光帯域を広くすることも考えられる。透過光の波長λは、λ＝２×ｄ／ｍで示される。ｍは干渉光の次数を示す正の整数であり、ｄはミラーの対向距離である。したがって、１次の干渉光（ｍ＝１）の波長可変帯域は、ミラーの対向距離ｄの変化量のほぼ２倍となる。しかしながら、従来のファブリペロー干渉計では、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離（ギャップ）の初期長さｄｉの１/３がプルイン限界であり、これによりメンブレンの変位量を大きくとることができないため、図７（ａ）に示すように１次の干渉光の可変波長帯域と２次の干渉光の可変透過波長帯域の間に、分光不可能な波長帯域が存在していた。そして、この分光不可域が、広帯域化の障害となっていた。

これに対し、上記したように、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２のばね定数比ｋ_１／ｋ_２を７以上とすると、図５に示したように、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離の変化量を、初期長さｄｉの１/２よりも大きくすることができる。なお、ばね定数比ｋ_１／ｋ_２が６で、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離の変化量が初期長さｄｉの１/２よりも若干小さく、ばね定数比ｋ_１／ｋ_２が７で、電極Ｅ１，Ｅ３の対向距離の変化量が初期長さｄｉの１/２よりも大きくなる。これにより、図７（ｂ）に示すように、１次の干渉光の可変波長帯域を広くして、１次の干渉光の可変波長帯域と２次の干渉光の可変透過波長帯域を連続させることができる。すなわち、分光不可域を無くすことができる。したがって、１次の干渉光と２次の干渉光により、分光帯域をより広くすることができる。

以下、第１実施形態に示したファブリペロー干渉計１００の具体的な構成例について説明する。また、以下に示すファブリペロー干渉計１００は、所謂エアミラー構造のファブリペロー干渉計であり、上記した本出願人による特許文献１（特開２００８−１３４３８８号公報）に示されるものと基本構造が同じである。したがって、ミラーＭ１，Ｍ２などの詳細構造については説明を割愛し、異なる部分を重点的に説明する。また、固定ミラー構造体３０及び可動ミラー構造体７０を示す平面図において、イオン注入された部分及びパッド３６，７６に、区別のためハッチングを施している。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るファブリペロー干渉計について説明する。なお、図８（ａ），（ｂ）では、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

図８（ｃ）に示すように、本実施形態に係るファブリペロー干渉計１００では、基板１０の一面上に、絶縁膜１１を介して固定ミラー構造体３０が配置されている。本実施形態では、基板１０として、例えば単結晶シリコンからなる平面矩形状の半導体基板を採用している。また、基板１０の一面上には、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜１１が略均一の厚みをもって形成されている。そして、絶縁膜１１を介して、基板１０の一面上に固定ミラー構造体３０が配置されている。なお、図８（ｃ）では省略するが、基板１０の一面側表層に、不純物がドーピングされてなる吸収領域が、垂直方向において、分光領域Ｓ１を除く領域に選択的に設けられ、これにより、分光領域Ｓ１外での光の透過を抑制するようにしても良い。

固定ミラー構造体３０は、空気よりも屈折率の高い材料、例えばシリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜からなり、基板１０の一面全面に絶縁膜１１を介して積層された高屈折率下層３１と、該高屈折率下層３１に同じくシリコンなどの高屈折率材料からなり、高屈折率下層３１上に積層された高屈折率上層３２とを有する。本実施形態においては、高屈折率層３１，３２が、ともにポリシリコンからなる。

そして、分光領域Ｓ１における高屈折率下層３１と高屈折率上層３２との間には、低屈折率層としての空気層３３が介在され、この部分が実際にミラーとして機能する光学多層膜構造の固定ミラーＭ１となっている。このように、固定ミラーＭ１は空気層３３が介在されたエアミラーとなっている。

なお、図８（ｃ）に示す符号３４は、固定ミラー構造体３０において、固定ミラーＭ１における空気層３３の上面を覆う高屈折率上層３２の部分に形成された貫通孔であり、この貫通孔３４を介してエッチングすることで、空気層３３が形成される。

上記した固定ミラーＭ１は、平面円形状のメンブレンＭＥＭの中央領域に形成された可動ミラーＭ２に対向して形成されている。また、固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部位であって、分光領域Ｓ１を除く周辺領域Ｔ１では、高屈折率層３１，３２が積層配置されており、複数の電極が電気的に分離されて設けられている。

本実施形態では、図８（ａ）に示すように、２つの電極３５ａ，３５ｂが、分光領域Ｓ１を取り囲みつつ多重に設けられている。本実施形態では、高屈折率層３１，３２にｐ導電型の不純物（たとえば硼素）がイオン注入され、各電極３５ａ，３５ｂが構成されている。また、各電極３５ａ，３５ｂは、略Ｃ字状に設けられている。そして、配線３７ａ，３７ｂを介して対応するパッド３６ａ，３６ｂに接続されている。なお、外側の電極３５ａが上記した電極Ｅ２に相当し、内側の電極３５ｂが電極Ｅ３に相当する。

また、周辺領域Ｔ１のうち、メンブレンＭＥＭのばね変形部７８ａ，７８ｂに対向する部分及びＣ字状の電極３５ａ，３５ｂの先端間には、各電極を３５ａ，３５ｂを確実に電気的に分離するために、上記配線３７ａ，３７ｂを避けて、ｎ導電型の不純物（たとえばリン）がイオン注入されている。本実施形態では、分光領域Ｓ１、すなわち固定ミラーＭ１を構成する高屈折率層３１，３２の部分にも、ばね変形部７８ａ，７８ｂに対向する部分３８ａ，３８ｂよりもドーズ量が少ないものの、ｎ導電型の不純物がイオン注入されている。このように、ｎ導電型の不純物がイオン注入された固定ミラーＭ１及びばね変形部７８ａ，７８ｂに対向する部分３８ａ，３８ｂが電気的に一体化されている。そして、ばね変形部７８ａに対向する部分３８ａに配線３７ｃが接続され、この配線３７ｃはパッド３６ｃに接続されている。なお、各パッド３６ａ〜３６ｃは、Ａｕ／Ｃｒ等からなり、高屈折率上層３２上に形成されており、対応する配線３７ａ〜３７ｃとオーミック接触されている。

この固定ミラー構造体３０における高屈折率上層３２上の、メンブレンＭＥＭと対向する部分を除く部位には、支持部材５０が配置されている。この支持部材５０は、固定ミラー構造体３０上に可動ミラー構造体７０を支持するとともに、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体７０との間に、エアギャップＡＧを構成するためのスペーサとしての機能を果たすものである。本実施形態では、支持部材５０が二酸化シリコンからなり、支持部材５０における可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭに対応する中央部位がくり抜かれてエアギャップＡＧとされた構造となっている。すなわち、支持部材５０として所謂犠牲層を採用している。また、メンブレンＭＥＭよりも外側の部位にも、各パッド３６ａ〜３６ｃを形成するための開口部５１ａ〜５１ｃが形成されている。

可動ミラー構造体７０は、空気よりも屈折率の高い材料、例えばシリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜からなり、エアギャップＡＧを架橋して支持部材５０の表面上に配置された高屈折率下層７１と、該高屈折率下層７１に同じくシリコンなどの高屈折率材料からなり、高屈折率下層７１上に積層された高屈折率上層７２とを有する。本実施形態においては、高屈折率層７１，７２が、ともにポリシリコンからなる。

そして、分光領域Ｓ１における高屈折率下層７１と高屈折率上層７２との間には、低屈折率層としての空気層７３が介在され、この部分が実際にミラーとして機能する光学多層膜構造の可動ミラーＭ２となっている。このように、可動ミラーＭ２も空気層７３が介在されたエアミラーとなっている。この可動ミラーＭ２を構成する高屈折率下層７１のエアギャップＡＧ側表面と、上記した固定ミラーＭ１を構成する高屈折率上層３２のエアギャップＡＧ側表面とは、少なくとも電極３５ａ，３５ｂ，７５ａ，７５ｂに電圧が印加されない状態で略平行となっている。

なお、図２に示す符号７４は、可動ミラー構造体７０において、可動ミラーＭ２における空気層７３の上面を覆う高屈折率上層７２の部分に形成された貫通孔であり、この貫通孔７４を介してエッチングすることで、空気層７３が形成される。

図８（ｂ）に示すように、上記した可動ミラーＭ２は、メンブレンＭＥＭの中央領域に形成されている。そして、メンブレンＭＥＭにおける分光領域Ｓ１（可動ミラーＭ２の形成領域）を除く周辺領域Ｔ１に、２つのばね変形部７８ａ，７８ｂが、分光領域Ｓ１をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられている。また、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部７８ｂのばね定数ｋ_２が、メンブレンＭＥＭの外周端に近いばね変形部７８ａのばね定数ｋ_１よりも小さくなっている。詳しくは、図８（ｃ）に示すように、内側に位置するばね変形部７８ｂの厚さが、外側に位置するばね変形部７８ａの厚さよりも薄いことで、ばね変形部７８ｂのばね定数ｋ_２が、ばね変形部７８ａのばね定数ｋ_１よりも小さくなっている。より詳しくは、ばね変形部７８ａは、高屈折率層７１，７２が積層されてなり、ばね変形部７８ｂは、高屈折率上層７２が除去されて、高屈折率下層７１のみからなる。また、各ばね変形部７８ａ，７８ｂは、円環状に設けられている。なお、ばね変形部７８ａが、上記したばね変形部Ｂ１及び特許請求の範囲に記載の第１ばね変形部に相当し、ばね変形部７８ｂが、ばね変形部Ｂ２及び特許請求の範囲に記載の第２ばね変形部に相当する。

また、メンブレンＭＥＭにおける周辺領域Ｔ１のうち、ばね変形部７８ａ，７８ｂの形成領域を除く領域、すなわち２重の円環状領域には、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物が導入されて電極７５ａ，７５ｂが構成されている。本実施形態では、ｐ導電型の不純物がイオン注入されて電極７５ａ，７５ｂが構成されている。これら電極７５ａ，７５ｂは互いに同電位とされ、第１実施形態に示した電極Ｅ１に相当する。このように、メンブレンＭＥＭには、外周端側から中心に向けて、ばね変形部７８ａ、電極７５ａ、ばね変形部７８ｂ、電極７５ｂ、そして可動ミラーＭ２の順に設けられている。また、２重の円環状領域の電極７５ａ，７５ｂに対向して、固定ミラー構造体３０に電極３５ａ，３５ｂが設けられている。すなわち、メンブレンＭＥＭの外周端からメンブレンＭＥＭの中心に向かう方向において、複数のばね変形部７８ａ，７８ｂと複数の電極対（電極対３５ａ，７５ａと電極対３５ｂ，７５ｂ）が交互に設けられている。

また、メンブレンＭＥＭにおいて、電極７５ａ，７５ｂの形成部分だけでなく、分光領域Ｓ１、すなわち可動ミラーＭ２を構成する高屈折率層７１，７２の部分やばね変形部７８ａ，７８ｂにも、ｐ導電型の不純物がイオン注入されている。なお、分光領域Ｓ１のドーズ量を、電極７５ａ，７５ｂやばね変形部７８ａ，７８ｂよりも少なくすることで、可動ミラーＭ２の電位を電極７５ａ，７５ｂなどと同電位としつつ、不純物による可動ミラーＭ２での光の透過阻害を抑制するようにしている。そして、外側のばね変形部７８ａに配線７９が接続され、この配線７９がパッド７６に接続されている。パッド７６は、Ａｕ／Ｃｒ等からなり、高屈折率上層７２上に形成されており、対応する配線７９とオーミック接触されている。

また、電極７５ａ，７５ｂは、高屈折率層７１，７２間に、固体で、該高屈折率層７１，７２よりも低屈折率の低屈折率層７３ａを介在させてなる。詳しくは、二酸化シリコンからなる低屈折率層７３ａが介在されている。このように、高屈折率層７１，７２と低屈折率層７３ａの３層構造をなすことで、メンブレンＭＥＭの電極７５ａ，７５ｂは、ばね変形部７８ａ，７８ｂのいずれよりも剛性が高くなっている。この低屈折率層７３ａが、特許請求の範囲に記載の低屈折率固体層に相当する。

また、図８（ｃ）に示す符号７７は、可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭのうち、可動ミラーＭ２を除く部分に形成された貫通孔であり、この貫通孔７７を介して支持部材５０及び固定ミラーＭ１の低屈折率層をエッチングする。

このように、ミラー構造体３０，７０を構成する高屈折率層３１，３２，７１，７２として、ポリシリコンを採用すると、波長２〜１０μｍ程度の赤外光に対して透明であるので、赤外線ガス検出器の波長選択フィルターとして好適である。なお、ポリシリコン以外にも、ポリゲルマニウムやポリシリコンゲルマニウムなど、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜を採用すると、同様の効果を期待することができる。

加えて、上記したように、ミラーＭ１，Ｍ２の低屈折率層として空気層３３，７３を採用すると、高屈折率層の屈折率ｎＨ（例えばＳｉでは３．４５、Ｇｅでは４）と低屈折率層の屈折率ｎＬ（空気では１）との屈折率比（ｎＨ／ｎＬ）を大きく（例えば３．３以上と）して、上記した波長２〜１０μｍ程度の赤外光を選択的に透過させることのできるファブリペロー干渉計１００を安価に実現することができる。

また、上記したファブリペロー干渉計１００では、複数のばね変形部７８ａ，７８ｂは互いに厚さが異なっており、メンブレンの中心に近いばね変形部７８ｂほど厚さが薄くされて、これによりばね定数が小さく設定されている。したがって、第１実施形態で示したように、外側の電極対３５ａ，７５ａに電圧Ｖ１を印加してメンブレンＭＥＭの分光領域Ｓ１部分（可動ミラーＭ２）を変位させた状態で、内側に位置する電極対３５ｂ，７５ｂに電圧Ｖ２を印加することで、ばね定数の関係から最外周のばね変形部７８ａを殆ど変形させずに、内側に位置する薄肉のばね変形部７８ｂを変形させることができる。すなわち、メンブレンＭＥＭの分光領域Ｓ１部分をさらに変位させることができる。この多段（本例では２段）の変位により、プルイン現象を生じさせることなく、メンブレンＭＥＭを従来のプルイン限界を超えて変位させることができる。なお、電圧の印加は、例えば固定ミラー構造体３０のパッド３６ｃと可動ミラー構造体７０のパッド７６を同一の電位（たとえばグランド電位）とし、固定ミラー構造体３０のパッド３６ａ，３６ｂに、パッド３６ｃ，７６とは異なる電位（グランド電位よりも高い電位）であって互いに異なる電位を印加すれば良い。

また、本実施形態では、第１実施形態で示したように、メンブレンＭＥＭにおいて、電極７５ａ，７５ｂとばね変形部７８ａ，７８ｂが構造的に分離され、電極７５ａ，７５ｂの剛性がばね変形部７８ａ，７８ｂよりも高くなっている。したがって、電極対をなす電極７５ａ，７５ｂを平行に保ったまま、ばね変形部７８ａ，７８ｂを変形させて、メンブレンＭＥＭを変位させることができる。したがって、ミラーＭ２に接続された可動ミラーＭ２と固定ミラーＭ１との対向距離の制御性を向上することができる。これにより、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。

また、本実施形態では、固定ミラー構造体３０が互いに電気的に分離された複数の電極３５ａ，３５ｂを有し、可動ミラー構造体７０が、複数の電極３５ａ，３５ｂに対向配置された電極７５ａ，７５ｂを有する。これら電極７５ａ，７５ｂは、同電位であり１つの電極とみなすことができる。このように、電気的に分離された複数の電極対（電極対３５ａ，７５ａと電極対３５ｂ，７５ｂ）を有しつつ、メンブレンＭＥＭに１つの電極７５（電極７５ａ，７５ｂ）のみが設けられるので、メンブレンＭＥＭに複数の電極が設けられる構成に較べて、ばね変形部７８ａ，７８ｂを横切る配線７９を少なくすることができる。したがって、ばね変形部７８ａ，７８ｂの対称性が良く、メンブレンＭＥＭの変位時において、メンブレンＭＥＭの分光領域Ｓ１部分（可動ミラーＭ２）の平坦性を向上することができる。これにより、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。

また、本実施形態においても、第１実施形態に示したように２つのばね変形部７８ａ，７８ｂのばね定数比ｋ_１／ｋ_２を７以上とすると、内側に位置する電極３５ｂ，７５ｂの対向距離の変化量を、初期長さｄｉの１/２よりも大きくすることができる。これにより、１次の干渉光の可変波長帯域を広くして、１次の干渉光の可変波長帯域と２次の干渉光の可変透過波長帯域を連続させ、分光不可域を無くすことができる。したがって、１次の干渉光と２次の干渉光により、分光帯域をより広くすることができる。

また、本実施形態では、低屈折率層として空気層３３，７３を採用しており、このため、固定ミラーＭ１及び可動ミラーＭ２が広帯域にわたって高反射率となる。したがって、上記したメンブレンＭＥＭを従来のプルイン限界を超えて変位させる効果と合わせて、分光帯域の広いファブリペロー干渉計１００を提供することができる。

また、本実施形態では、固定ミラー構造体３０に設けられた複数の電極３５ａ，３５ｂが、ｐｎ接合によって互いに電気的に分離されている。したがって、複数の電極３５ａ，３５ｂを確実に分離することができる。なお、ｐｎ接合分離以外にも、トレンチ絶縁分離を採用することができる。この場合、エッチングストッパとなり得る部材、例えば高屈折率層３１,３２間に低屈折率層３３ａを配置し、この低屈折率層３３ａをエッチングストッパとして、高屈折率上層３２にトレンチを形成すれば良い。なお、図８（ｃ）に示す構成において、可動ミラー構造体７０側に複数の電極を形成する場合には、低屈折率層７３ａをエッチングストッパとして、高屈折率上層７２にトレンチを形成すれば良い。

なお、第１実施形態に示したように、本実施形態においても、メンブレンＭＥＭにおいて、電極対を構成する電極３５がばね変形部７８ａ，７８ｂを兼ねる構成としても良い。すなわち、メンブレンＭＥＭに、外周端側から中心に向けて、電極７５ａ兼用のばね変形部７８ａ、電極７５ｂ兼用のばね変形部７８ｂ、そして可動ミラーＭ２の順に設けられた構成としても良い。

また、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、可動ミラー構造体７０が互いに電気的に分離された複数の電極７５ａ，７５ｂを有し、固定ミラー構造体３０が、複数の電極７５ａ，７５ｂに対向配置された１つの電極３５（電極３５ａ，３５ｂが同電位）を有しても良い。図９に示す構成では、図８に示す構成と電極３５ａ，３５ｂ、電極７５ａ，７５ｂ（不純物をイオン注入してなる構成）が逆となっている。この構成では、支持部材５０に設ける開口部５１の個数を、上記した構成（図８参照）よりも少なくすることができる。したがって、犠牲層としての支持部材５０を多く残すことができるので、ファブリペロー干渉計１００の強度を向上することができる。なお、図９（ａ），（ｂ）でも、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

また、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体７０がともに同数の電極を有して複数の電極対が構成されても良い。すなわち、可動ミラー構造体７０の電極７５ａ，７５ｂを、電極３５ａに対向する部分と電極３５ｂに対向する部分とで、電気的に分離しても良い。

また、ファブリペロー干渉計１００が、２つのばね変形部７８ａ，７８ｂと２つの電極対を有する例を示したが、３つ以上のばね変形部及び電極対を有する構成を採用することもできる。

また、メンブレンＭＥＭ及び固定ミラー構造体３０のメンブレン対向部位において、電極３５ａ，３５ｂ，７５ａ，７５ｂ及び配線３７ａ，３７ｂの形成領域を除く領域にもイオン注入する例を示した。しかしながら、例えば図１０（ａ），（ｂ）に示すように、電極３５ａ，３５ｂ，７５ａ，７５ｂ及び配線３７ａ，３７ｂの形成領域のみにイオン注入するようにしても良い。なお、図１０（ａ），（ｂ）でも、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

次に、上記したファブリペロー干渉計１００の製造方法の一例について説明する。

先ず、図１１（ａ）に示すように、基板１０として、単結晶シリコンからなる半導体基板を準備し、必要に応じて、基板１０の一面側表層のうち、ミラーＭ１，Ｍ２による分光領域Ｓ１を除く部分に、硼素（Ｂ）などの不純物を導入して吸収領域を形成する。次いで、基板１０の平坦な一面全面に、シリコン窒化膜などからなる絶縁膜１１を均一に堆積形成する。

そして、絶縁膜１１上に、ポリシリコンなどからなる高屈折率下層３１、シリコン酸化膜などからなる低屈折率層３３ａの順に、堆積形成する。次いで、低屈折率層３３ａの表面にレジストなどからなるマスク３９を形成し、該マスク３９を介して低屈折率層３３ａをエッチングし、低屈折率層３３ａをパターニングする。このパターニングされた低屈折率層３３ａは、後にエッチングされて、固定ミラーＭ１の空気層３３となる。本実施形態では、マスク３９を介してウェットエッチング（等方性エッチング）を行うと共に、必要に応じてドライエッチング（異方性エッチング）を行うことで、低屈折率層３３ａを円錐台形、又は、六角錐台形状とする。

次に、マスク３９を除去し、図１１（ｂ）に示すように、高屈折率下層３１上に、低屈折率層３３ａを覆うようにポリシリコンなどからなる高屈折率上層３２を堆積形成する。次いで、高屈折率上層３２の表面にレジストなどからなるマスク４０を形成し、マスク４０を介してドライエッチング（異方性エッチング）を行うことにより、分光領域Ｓ１の低屈折率層３３ａ上に位置する高屈折率上層３２の一部に、低屈折率層３３ａに達する貫通孔３４を形成する。

このマスクを除去した後、高屈折率上層３２の表面に新たなマスク（図示略）を形成し、該マスクを介して、少なくとも高屈折率上層３２に不純物をイオン注入する。本実施形態では、電極３５ａ，３５ｂ及び配線３７ａ，３７ｂの形成位置に、ｐ導電型の不純物であるボロンをイオン注入し、図１１（ｃ）に示すように、電極３５ａ，３５ｂ及び配線３７ａ，３７ｂを形成する。また、メンブレンＭＥＭのばね変形部７８ａ，７８ｂに対向する部分３８ａ，３８ｂ及び配線３７ｃにｎ型導電型の不純物であるリンをイオン注入し、ｐｎ接合により電極３５ａ，３５ｂを分離する。なお、固定ミラーＭ１となる領域に不純物が存在すると、光が不純物によって吸収されることとなる。したがって、本実施形態では、分光領域Ｓ１に注入するイオンのドーズ量を、ばね変形部７８ａ，７８ｂよりも少なくする。又は、分光領域Ｓ１に不純物をイオン注入しないようにしても良い。

次に、マスクを除去し、図１１（ｃ）に示すように、高屈折率膜上層３２の表面全面に、例えば二酸化シリコンからなる支持部材５０を堆積形成する。これにより、貫通孔３４内にも支持部材５０が配置される。支持部材５０の構成材料としては、電気絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、好ましくは低屈折率層３３ａと同一材料とすると良い。支持部材５０の膜厚は、電圧が印加されない初期状態での、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体７０（メンブレンＭＥＭ）との対向距離と等しい厚さとする。

次いで、必要に応じて支持部材５０の表面を平坦化処理し、図１２（ａ）に示すように、支持部材５０の表面全面に、ポリシリコンなどからなる高屈折率下層７１を堆積形成する。そして、二酸化シリコンなどからなる低屈折率層７３ａを堆積形成する。そして、低屈折率層７３ａの表面にレジストなどからなるマスク８０を形成し、該マスク８０を介して低屈折率層７３ａをエッチングし、低屈折率層７３ａをパターニングする。このパターニングされた低屈折率層７３ａのうち、分光領域Ｓ１の部分は、後にエッチングされて可動ミラーＭ２の空気層７３となる。一方、周辺領域Ｔ１の部分は、電極７５ａ，７５ｂの一部をなすこととなる。本実施形態では、マスク８０を介してウェットエッチング（等方性エッチング）を行うと共に、必要に応じてドライエッチング（異方性エッチング）を行うことで、低屈折率層７３ａを円錐台形、又は、六角錐台形状とする。低屈折率層７３ａの構成材料としては、電気絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、好ましくは支持部材５０と同一材料とすると良い。

次に、マスク８０を除去後、図１２（ｂ）に示すように、内側のばね変形部７８ｂに対応する位置にレジスト８１を配置し、レジスト８１で覆われた部分、及び、パターニングされた低屈折率層７３ａを覆うように、高屈折率下層７１上に、ポリシリコンなどからなる高屈折率上層７２を堆積形成する。

そして、図１２（ｃ）に示すように、レジスト８１を除去することで、レジスト８１上に位置した高屈折率上層７２の部分をリフトオフにより除去する。そして、高屈折率上層７２の表面に新たなマスク（図示略）を形成し、該マスクを介して、少なくとも高屈折率上層７２に不純物をイオン注入する。これにより、電極７５ａ，７５ｂ及び配線７９が形成される。このとき、メンブレンＭＥＭのばね変形部７８ａ，７８ｂ及び分光領域Ｓ１にもイオン注入する。なお、可動ミラーＭ２となる領域に不純物が存在すると、光が不純物によって吸収されることとなる。したがって、本実施形態では、分光領域Ｓ１に注入するイオンのドーズ量を、他の領域（電極７５ａ，７５ｂ及びばね変形部７８ａ，７８ｂ）よりも少なくする。又は、分光領域Ｓ１に不純物をイオン注入しないようにしても良い。

さらに、高屈折率上層７２の表面に新たなマスク８２を形成し、図１２（ｃ）に示すように、高屈折率層７１，７２を、エッチングにより選択的に除去する。これにより、高屈折率層７１，７２を貫通する、支持部材エッチング用の貫通孔７７が形成される。また、分光領域Ｓ１において、低屈折率層７３ａ上における高屈折率上層７２の一部に、低屈折率層７３ａに達する貫通孔７４が形成される。また、開口部５１ａ〜５１ｃの形成部分に開口部８３ａ〜８３ｃが形成される。

次いで、図示しないが、マスク８２を除去し、高屈折率上層７２をマスクとした異方性エッチングを行う。これにより、支持部材５０が部分的に除去されて開口部５１ａ〜５１ｃが形成される。その後、メタルマスク等を用いてＡｕ／Ｃｒを蒸着し、各開口部５１ａ〜５１ｃ内に、パッド３６ａ〜３６ｃを形成するともに、高屈折率上層７２上であってメンブレンＭＥＭの外部にパッド７６を形成する。そして、必要に応じてこれらを研削、研磨する。さらに、貫通孔７７を通じて、支持部材５０におけるエアギャップＡＧを形成すべき部位をエッチングしてエアギャップＡＧを形成する。このとき、貫通孔３４，７４を介して、分光領域Ｓ１における低屈折率層３３ａ及び低屈折率層７３ａをエッチングし、これら低屈折率層３３ａ，７３ａを除去して空気層３３,７３を形成する。このとき、電極７５ａ，７５ｂを構成する低屈折率層７３ａは、エッチングされずに残る。このようにして、図８（ａ）〜（ｃ）に示すファブリペロー干渉計１００を得ることができる。

なお、上記製造方法では、レジスト８１を配置し、リフトオフにより、ばね変形部７８ｂを薄肉化する例を示した。しかしながら、レジスト８１の代わりに、低屈折率層７３ａを配置し、該低屈折率層７３ａをエッチングストッパとして高屈折率上層７２を除去し、その後、低屈折率層７３ａを除去することで、ばね変形部７８ｂを薄肉化することもできる。また、それ以外にも、ばね変形部７８ｂの形成部位において、少なくとも高屈折率上層７２の一部を熱酸化し、その後熱酸化部分を選択的に除去することで、ばね変形部７８ｂを薄肉化しても良い。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るファブリペロー干渉計について説明する。図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第３実施形態に係るファブリペロー干渉計は、第２実施形態に示したファブリペロー干渉計１００（図８参照）と基本構造が同じである。なお、図１３（ａ），（ｂ）では、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

本実施形態では、高屈折率層７１，７２の積層部分に、メンブレンＭＥＭを貫通する貫通孔８４ａ，８４ｂを形成することで、梁構造のばね変形部７８ａ，７８ｂが構成されている。そして、梁の本数、メンブレンＭＥＭの外周端から中心に向かう方向に沿う梁の長さ、及び梁の幅の少なくとも１つが異なることで、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部７８ｂほどばね定数が小さく設定されている。

図１３（ｂ），（ｃ）に示すように、メンブレンＭＥＭの周辺領域Ｔ１において、電極７５ａ，７５ｂの形成領域には、梁構造とすべく上記貫通孔８４ａ，８４ｂが存在せず、これにより、ばね変形部７８ａ，７８ｂに較べて電極７５ａ，７５ｂの剛性が高まっている。また、ばね変形部７８ａ，７８ｂはともに４つの梁構造部分を有しており、内側のばね変形部７８ｂは、外側のばね変形部７８ａよりも梁の長さが長く、梁の幅が狭くなっている。なお、梁の本数が多いほど、梁の長さが短いほど、梁の幅が長いほど、ばね定数が大きくなるため、本実施形態においても、ばね変形部７８ｂのばね定数がばね変形部７８ａよりも小さくなっている。

このように梁構造を採用すると、ばね定数の設計自由度を高くすることができる。また、エッチングにより支持部材５０にエアギャップＡＧを形成する場合には、エアギャップＡＧを形成する際のエッチングによって貫通孔８４ａ，８４ｂを形成し、ひいては梁構造のばね変形部７８ａ，７８ｂを形成することもできる。したがって、製造工程の簡素化することができる。

なお、電極７５ａ，７５ｂの形成領域には、上記貫通孔８４ａ，８４ｂが存在せず、これにより、ばね変形部７８ａ，７８ｂに較べて電極７５ａ，７５ｂの剛性が高まっている。したがって、低屈折率層７３ａが存在せず、高屈折率層７１，７２が互いに接してなる構成としても良い。

このようなファブリペロー干渉計１００は、第２実施形態に示した製造方法とほぼ同じ方法にて形成することができる。異なる点は、第２実施形態で示したレジスト８１形成及びリフトオフのばね変形部７８ａ薄肉化処理が不要である点と、貫通孔８４ａ，８４ｂを形成して、梁構造のばね変形部７８ａ，７８ｂを形成する点である。

貫通孔８４ａ，８４ｂは、高屈折率上層７２の堆積形成後、貫通孔８４ａ，８４ｂの形成位置に開口を有するマスクを、高屈折率上層７２上に形成し、このマスクを介して、高屈折率層７１，７２をドライエッチング（異方性エッチング）する。これにより、貫通孔８４ａ，８４ｂが形成されるとともに、梁構造のばね変形部７８ａ，７８ｂが形成される。そして、マスクを除去した後、第２実施形態同様、貫通孔８４ａ，８４ｂを覆うように、高屈折率上層７２の表面に新たなマスク８２を形成し、図１２（ｃ）に示したように、高屈折率層７１，７２を、エッチングにより選択的に除去する。これにより、高屈折率層７１，７２を貫通する、支持部材エッチング用の貫通孔７７が形成される。また、分光領域Ｓ１において、低屈折率層７３ａ上における高屈折率上層７２の一部に、低屈折率層７３ａに達する貫通孔７４が形成される。また、開口部５１ａ〜５１ｃの形成部分に開口部８３ａ〜８３ｃが形成される。以後の工程は、第２実施形態と同じである。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るファブリペロー干渉計について説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第４実施形態に係るファブリペロー干渉計は、第２実施形態に示したファブリペロー干渉計１００（図８参照）と基本構造が同じである。なお、図１４（ａ），（ｂ）では、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４を省略して図示している。

本実施形態では、メンブレンＭＥＭにおいて、支持部材５０にエアギャップＡＧに連通する貫通孔７７が設けられ、この貫通孔７７の大きさ、密度の少なくとも１つが異なることで、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部７８ｂほどばね定数が小さく設定されている。上記したように、本実施形態においても、支持部材５０をエッチングしてエアギャップＡＧを形成するため、エアギャップＡＧを形成するための貫通孔７７を利用する。第３実施形態と異なる点は、ばね変形部７８ａ，７８ｂを梁構造としない点、すなわち貫通孔７７が貫通孔８４ａ，８４ｂよりも小さい点である。

図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、メンブレンＭＥＭの周辺領域Ｔ１において、電極７５ａ，７５ｂの形成領域には、貫通孔７７が存在せず、これにより、ばね変形部７８ａ，７８ｂに較べて電極７５ａ，７５ｂの剛性が高まっている。また、ばね変形部７８ａ，７８ｂには複数の貫通孔７７がそれぞれ形成されており、内側のばね変形部７８ｂのほうが、外側のばね変形部７８ａよりも貫通孔７７の配置密度が高くなっている。なお、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部ほど、貫通孔７７の大きさを大きくすることで、ばね定数が小さくなる。また、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部ほど、貫通孔７７の密度を高くすることで、ばね定数が小さくなる。このため、本実施形態においても、ばね変形部７８ｂのばね定数がばね変形部７８ａよりも小さくなっている。

したがって、エッチングにより支持部材５０にエアギャップＡＧを形成する場合には、この貫通孔７７をエッチング用の貫通孔として利用しつつ、ばね定数を設定することができる。したがって、製造工程の簡素化することができる。実際、第２実施形態に示した製造方法とほぼ同じ方法にて形成することができる。異なる点は、第２実施形態で示したレジスト８１形成及びリフトオフのばね変形部７８ａ薄肉化処理が不要である点である。したがって、第２実施形態よりも、製造工程を簡素化することができる。

なお、電極７５ａ，７５ｂの形成領域には、上記貫通孔７７が存在せず、これにより、ばね変形部７８ａ，７８ｂに較べて電極７５ａ，７５ｂの剛性が高まっている。したがって、低屈折率層７３ａが存在せず、高屈折率層７１，７２が互いに接してなる構成としても良い。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係るファブリペロー干渉計について説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第５実施形態に係るファブリペロー干渉計は、第２実施形態に示したファブリペロー干渉計１００（図９参照）と基本構造が同じである。なお、図１５（ａ），（ｂ）では、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

本実施形態では、イオン注入の有無、ドーズ量の少なくとも１つが異なることで複数のばね変形部７８ａ，７８ｂのばね定数が互いに異なる値に設定されており、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部７８ｂほどばね定数が小さくなっている。

図１５（ｂ），（ｃ）に示すように、メンブレンＭＥＭの周辺領域Ｔ１において、ばね変形部７８ａ，７８ｂは、ともにポリシリコンからなる高屈折率層７１，７２を積層してなる。これら高屈折率層７１，７２の内部応力は、メンブレンＭＥＭの座屈を抑制すべく、引張となっている。そして、外側のばね変形部７８ａよりも内側のばね変形部７８ｂのほうが、注入されるイオンのドーズ量が多くなっている。なお、注入されるイオン（例えばリン）のドーズ量が多いほど、メンブレンにおける注入部位の内部応力（引張応力）が低下し、剛性が低くなる。すなわち、ばね定数が小さくなる。したがって、本実施形態においても、ばね変形部７８ｂのばね定数がばね変形部７８ａよりも小さくなっている。なお、イオン注入により、メンブレンＭＥＭに座屈が生じないように（内部応力がゼロ乃至圧縮とならないように）、高屈折率層７１，７２の内部応力及びドーズ量の少なくとも１つが調整される。

したがって、メンブレンＭＥＭが複数の電極７５ａ，７５ｂを有し、ｐｎ接合分離により各電極７５ａ，７５ｂを電気的に分離する場合には、ばね変形部７８ａ，７８ｂへのイオン注入を利用しつつ、ばね定数を設定することができる。したがって、製造工程の簡素化することができる。

なお、図１５（ａ），（ｂ）では、メンブレンＭＥＭが複数の電極７５ａ，７５ｂを有し、ｐｎ接合分離により各電極７５ａ，７５ｂが分離される構成において、ばね変形部７８ａ，７８ｂのドーズ量を異ならせる例を示した。しかしながら、イオン注入しないと、イオン注入する場合に較べて剛性が高くなる。したがって、ばね変形部７８ａはイオン注入せず、ばね変形部７８ｂのみイオン注入しても良い。

また、固定ミラー構造体３０が複数の電極３５ａ，３５ｂを有する構成にも適用することができる。この場合も、ばね変形部７８ｂに注入されるイオンのドーズ量をばね変形部７８ａに注入されるイオンのドーズ量よりも多くしても良いし、ばね変形部７８ａはイオン注入せず、ばね変形部７８ｂのみイオン注入しても良い。その際、電極７８ａ，７８ｂに注入される不純物（例えばｐ導電型）とは導電型の異なる不純物（例えばｎ導電型）を注入すれば良い。

なお、電極７５ａ，７５ｂは、イオン注入されているものの、高屈折率層７１，７２間に低屈折率層７３ａを介在させてなり、ばね変形部７８ａ，７８ｂよりも剛性が高くなっている。したがって、電極７５ａ，７５ｂの変形を抑制しつつ、ばね変形部７８ａ，７８ｂを変形させることができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係るファブリペロー干渉計について説明する。図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第６実施形態に係るファブリペロー干渉計は、第２実施形態に示したファブリペロー干渉計１００（図８参照）と基本構造が同じである。なお、図１６（ａ），（ｂ）では、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

本実施形態では、複数のばね変形部７８ａ，７８ｂが、互いにヤング率の異なる構成材料を用いることで、メンブレンＭＥＭの中心に近いばね変形部７８ｂほどばね定数が小さく設定されている。

図１６（ｂ），（ｃ）に示すように、メンブレンＭＥＭの周辺領域Ｔ１において、外側のばね変形部７８ａは、ポリシリコンからなる高屈折率層７１，７２を積層してなり、内側のばね変形部７８ｂは、ポリシリコンからなる高屈折率下層７１上にポリイミドからなる樹脂層８５を積層してなる。また、ばね変形部７８ａ，７８ｂの厚さは同程度となっている。ポリシリコン（シリコン）のヤング率は１６０ＧＰａであり、ポリイミドのヤング率は１０ＧＰａである。これにより、内側のばね変形部７８ｂのほうが、外側のばね変形部７８ａよりもばね定数が小さくなっている。

また、本実施形態では、メンブレンＭＥＭの周辺領域Ｔ１全域において厚さを均一とする。このように厚さを均一とすると、電極対の電圧を印加し、メンブレンＭＥＭが変位したときの局所的な応力の集中を抑制し、メンブレンＭＥＭを壊れにくくすることができる。すなわち、信頼性の高いファブリペロー干渉計１００を提供することができる。

このようなファブリペロー干渉計１００は、第２実施形態に示した製造方法とほぼ同じ方法にて形成することができる。異なる点は、リフトオフにより高屈折率上層７２を除去したあとに、除去した部分にポリイミドを配置して、ばね変形部７８ｂとする点である。

また、低剛性の材料としては、上記したポリイミド以外にも、二酸化シリコン（７０ＧＰａ）を採用することもできる。一方高剛性の材料としては、上記したポリシリコン以外にも、窒化シリコン（３００ＧＰａ）などを採用することができる。例えば、ばね変形部７８ａは、ポリシリコンからなる高屈折率層７１，７２の少なくとも一方を熱酸化により二酸化シリコンとすることで、ばね変形部７８ａよりも低剛性とすることもできる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係るファブリペロー干渉計について説明する。図１７（ａ）〜（ｃ）に示すように、第６実施形態に係るファブリペロー干渉計は、第２実施形態に示したファブリペロー干渉計１００（図８参照）と基本構造が同じである。なお、図１６（ａ），（ｂ）では、便宜上、エッチング用の貫通孔３４，７４，７７を省略して図示している。

本実施形態では、外側のばね変形部７８ａが、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜（例えばポリシリコン）からなる２層の高屈折率層７１，７２を接触させて積層してなる。また、内側のばね変形部７８ｂが、２層の高屈折率層７１，７２の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の空気層７３を介在させてなる構成としても良い。

このように、第２ばね変形部７８ｂを、ミラーＭ１，Ｍ２同様、エアミラー構造とすると、第２ばね変形部７８ｂのばね定数を、第１ばね変形部７８ａのばね定数よりも小さくすることができる。

また、本実施形態では、第２実施形態同様、第２ばね変形部７８ｂを構成する高屈折率層７１，７２の少なくとも一方に不純物が高濃度に注入されている。したがって、第２ばね変形部７８ｂがエアミラー構造を有しながらも、注入された不純物によって光が透過しにくくなっている。このため、第２ばね変形部７８ｂをアパーチャー（絞り）として機能させることができる。このため、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくする、すなわち分解能を向上することができる。

なお、このようなファブリペロー干渉計１００は、第２実施形態に示した製造方法とほぼ同じ方法にて形成することができる。異なる点は、第２実施形態で示したレジスト８１形成及びリフトオフのばね変形部７８ａ薄肉化処理が不要である点と、低屈折率層７３ａをばね変形部７８ｂの形成部位にも残し、貫通孔７４を形成する際に高屈折率上層７２を貫通する貫通孔８５を形成して可動ミラーＭ２とともに低屈折率層７３ａを除去する点である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、基板１０として、一面上に絶縁膜１１を備えた半導体基板の例を示した。しかしながら、基板１０としては上記例に限定されるものではなく、ガラスなどの絶縁基板を採用することも可能である。その場合、絶縁膜１１を不要とすることができる。

本実施形態では、固定ミラーＭ１及び可動ミラーＭ２として、高屈折率層間に低屈折率層としての空気層を介在させてなる光学多層膜構造の例を示した。しかしながら、ミラーの構成は上記例に限定されるものではない。低屈折率層としては、空気層３３，７３に代えて、二酸化シリコンなどの固体、液体、空気以外の気体、ゾル、ゲル、真空などを採用しても良い。

また、ばね変形部７８（７８ａ，７８ｂ）及び電極７５（７５ａ，７５ｂ）は、分光領域Ｓ１をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられればよい。分光領域Ｓ１を取り囲むとは、Ｃ字状、環状に限らず、実施形態に示した梁構造のばね変形部７８ａ，７８ｂのように、間隙を有して配置された複数のエレメントにより構成されても良い。ただし、電極７５の場合、各エレメントを電気的に接続するワイヤなどが必要となる。

本実施形態では、それぞれ独立して電圧を印加できるように、複数の電極対が電気的に分離され、電極３５，７５の対向面積については特に言及しなかった。上記したように、電極３５，７５間に生じる静電気力は、電極３５，７５の対向面積に比例するとともに、印加する電圧の２乗に比例する。したがって、複数の電極対を電気的に分離すると、電極対ごとに電圧を設定することができ、ひいては電極３５，７５の配置自由度（面積の自由度）を向上することができる。また、電極３５，７５の面積を抑制し、小型化も可能である。一方、図示しないが、電極３５，７５の対向面積によっても、静電気力を調整することができる。例えば、対向面積を異ならせることで、電極対ごとに静電気力を異ならせることができる。この場合、複数の電極対に印加する電圧を同じとすれば、複数の電極対に印加する電圧が１つで良く、また電極の引き出し配線やパッドなどを簡素化することもできる。さらには、複数の電極対が電気的に分離され、且つ、複数の電極対で電極３５，７５の対向面積が互いに異なる構成としても良い。

本実施形態では、可動ミラー構造体７０が、支持部材５０を介して固定ミラー構造体３０上に支持される例を示した。しかしながら、メンブレンＭＥＭよりも外側に位置する可動ミラー構造体７０の部分が、固定ミラー構造体３０に接して、メンブレンＭＥＭを支持する支持部材としての機能を果たす構成を採用することもできる。すなわち、支持部材５０を有さない構成とすることもできる。この場合、製造工程において、犠牲層としての支持部材５０を、固定ミラー構造体３０の高屈折率膜上層３２の表面全面ではなく、メンブレンＭＥＭに対向する部分のみに形成する。そして、この支持部材５０を覆うように可動ミラー構造体７０を形成し、エッチングにより、支持部材５０を全て除去してエアギャップＡＧとすれば良い。

１０・・・基板
３０・・・固定ミラー構造体
３５，３５ａ，３５ｂ・・・電極
５０・・・支持部材
７０・・・可動ミラー構造体
７５，７５ａ，７５ｂ・・・電極
７８ａ，７８ｂ・・・ばね変形部
１００・・・ファブリペロー干渉計
ＡＧ・・・エアギャップ（ギャップ）
Ｅ１〜Ｅ３・・・電極
Ｂ１，Ｂ２・・・ばね変形部
Ｍ１・・・固定ミラー
Ｍ２・・・可動ミラー
ＭＥＭ・・・メンブレン
Ｓ１・・・分光領域
Ｔ１・・・周辺領域

Claims (20)

1. 分光領域に固定ミラーを有する固定ミラー構造体と、
   前記分光領域に可動ミラーを有する可動ミラー構造体と、を備え、
   前記可動ミラー構造体において、前記可動ミラーを含み、ギャップを介して前記固定ミラー構造体と対向する部分が変位可能なメンブレンとされたファブリペロー干渉計であって、
   前記メンブレンにおける前記分光領域を除く周辺領域には、複数のばね変形部が、前記分光領域をそれぞれ取り囲みつつ多重に設けられ、
   複数の前記ばね変形部は、前記メンブレンの外周端から前記メンブレンの中心に向かう方向において前記メンブレンの中心に近い前記ばね変形部ほどばね定数が小さく設定され、
   前記メンブレン及び前記固定ミラー構造体のメンブレン対向部位における前記分光領域を除く周辺領域には、互いに対向するように電極が設けられて電極対が構成され、
   該電極対は、前記分光領域を取り囲みつつ複数の前記ばね変形部に対応して前記ばね変形部と同数の多重に設けられ、
   各電極対に電圧を印加する期間を少なくとも一部重複させ、該重複期間において各電極対に生じる静電気力により、前記メンブレンが変位されることを特徴とするファブリペロー干渉計。
2. 前記メンブレンの外周端に前記ばね変形部が設けられ、
   前記メンブレンの外周端から前記メンブレンの中心に向かう方向において、複数の前記ばね変形部と複数の前記電極対が交互に設けられており、
   前記メンブレンにおいて、各電極対を構成する電極の剛性が、前記ばね変形部いずれの剛性よりも高い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。
3. 前記メンブレンにおいて、前記電極対を構成する電極が前記ばね変形部を兼ね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。
4. 複数の前記ばね変形部は、前記メンブレンの外周端から所定範囲にわたって設けられた第１ばね変形部と、該第１ばね変形部よりも内側に設けられた第２ばね変形部を有し、
   複数の前記電極対は、電圧の印加により生じる静電気力によって、前記第１ばね変形部を変形させる第１電極対と、該第１電極対よりも内側に設けられ、電圧の印加により生じる静電気力により主として前記第２ばね変形部を変形させる第２電極対を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のファブリペロー干渉計。
5. 前記第１ばね変形部のばね定数をｋ_１、前記第２ばね変形部のばね定数をｋ_２とすると、ｋ_１／ｋ_２≧７を満たすように複数の前記ばね変形部が構成されていることを特徴とする請求項４記載のファブリペロー干渉計。
6. 各ばね変形部は、前記メンブレンを貫通する貫通孔により梁構造をなし、
   複数の前記ばね変形部は、梁の本数、前記メンブレンの外周端から前記メンブレンの中心に向かう方向に沿う梁の長さ、及び梁の幅の少なくとも１つが異なることで、前記メンブレンの中心に近い前記ばね変形部ほどばね定数が小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
7. 複数の前記ばね変形部は、前記メンブレンを貫通し、前記ギャップに連通する貫通孔の大きさ、密度の少なくとも１つが異なることで、前記メンブレンの中心に近い前記ばね変形部ほどばね定数が小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
8. 複数の前記ばね変形部は、イオン注入の有無、ドーズ量の少なくとも１つが異なることで、前記メンブレンの中心に近い前記ばね変形部ほどばね定数が小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
9. 複数の前記ばね変形部は、厚さが異なることで、前記メンブレンの中心に近い前記ばね変形部ほどばね定数が小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
10. 複数の前記ばね変形部は、ヤング率の異なる構成材料を用いることで、前記メンブレンの中心に近い前記ばね変形部ほどばね定数が小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
11. 前記第１ばね変形部は、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜からなる２層の高屈折率層を接触させて積層してなり、
    前記第２ばね変形部は、２層の前記高屈折率層の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の空気層を介在させてなることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のファブリペロー干渉計。
12. 前記第２ばね変形部の部分であって２層の前記高屈折率層の少なくとも一方には、不純物がイオン注入されていることを特徴とする請求項１１に記載のファブリペロー干渉計。
13. 前記固定ミラー構造体は、基板の一面上に配置され、
    前記固定ミラー構造体及び前記可動ミラー構造体において、
    前記固定ミラー及び前記可動ミラーは、シリコン及びゲルマニウムの少なくとも一方を含む半導体薄膜からなる高屈折率層の間に、該高屈折率層よりも低屈折率の低屈折率層を介在させてなり、
    複数の前記電極対を構成する各電極は、２つの前記高屈折率層の少なくとも一方に、不純物がイオン注入されてなることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
14. 複数の前記電極対は、それぞれ独立して電圧を印加できるように電気的に分離されていることを特徴とする請求項１３に記載のファブリペロー干渉計。
15. 前記可動ミラー構造体のメンブレン及び前記固定ミラー構造体のメンブレン対向部位の少なくとも一方に、複数の前記電極対を構成する複数の電極が設けられ、該複数の電極は、ｐｎ接合によって互いに電気的に分離されていることを特徴とする請求項１４に記載のファブリペロー干渉計。
16. 前記可動ミラー構造体のメンブレン及び前記固定ミラー構造体のメンブレン対向部位の少なくとも一方に、複数の前記電極対を構成する複数の電極が設けられ、該複数の電極は、トレンチによって互いに電気的に分離されていることを特徴とする請求項１４に記載のファブリペロー干渉計。
17. 前記可動ミラー構造体のメンブレン及び前記固定ミラー構造体のメンブレン対向部位のうち、前記固定ミラー構造体のメンブレン対向部位に複数の前記電極対を構成する複数の電極が互いに電気的に分離されて設けられ、前記可動ミラー構造体のメンブレンに、複数の前記電極に対向して１つの電極が設けられていることを特徴とする請求項１４〜１６いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
18. 複数の前記電極対は、電極の対向面積が互いに異なることを特徴とする請求項１３〜１７いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
19. 前記低屈折率層は、空気層であることを特徴とする請求項１３〜１８いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。
20. 前記メンブレンに設けられた電極は、前記高屈折率層の間に、固体であり、該高屈折率層よりも低屈折率の低屈折率固体層を介在させてなることを特徴とする請求項１３〜１９いずれか１項に記載のファブリペロー干渉計。

Images