JP2015169495A - 熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留りを向上できる熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器を提供する。【解決手段】ベース部材１０と、ベース部材１０に立設するポスト２０と、ポスト２０に支持される支持部材３０と、ベース部材１０との間に空洞部が介在するように支持部材３０に支持される熱検出素子４０と、熱検出素子４０上に形成されている光吸収層５０と、を有する熱型光検出器１であって、支持部材３０は、熱検出素子４０及び光吸収層５０を支持する本体部３１と、ポスト２０に接続する接続部３２と、本体部３１と接続部３２との間を連結するアーム部３３と、を有し、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部３３Ａにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０を有する、という構成を採用する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器に関する。

特許文献１には、テラヘルツカメラ及び当該テラヘルツカメラを用いた電子機器が記載されている。近年、テラヘルツ周波数の光を用いた画像計測技術の研究開発が進められており、例えば、特定物質探知装置、偽造紙幣の判定、封筒内の薬品検出、建造物の非破壊検査等への応用が期待されている。

テラヘルツ周波数の光を検出する機器として、特許文献２に記載の熱型光検出器が知られている。熱型光検出器は、物体から放射された光を光吸収層によって吸収し、光を熱に変換し、温度の変化を熱検出素子によって検出する。熱型光検出器には、光吸収にともなう温度上昇を直接検出するサーモパイル、電気分極の変化として検出する焦電型素子、温度上昇を抵抗変化として検出するボロメーター等がある。熱型光検出器は、検出できる波長帯域が広い特徴がある。近年、半導体製造技術（ＭＥＭＳ技術等）を利用して、より小型の熱型光検出器を製造する試みがなされている。

このような熱型光検出器において、温度検出の感度を高めるには、熱検出素子と基板を含むベース部材とを熱的に分離して、テラヘルツ周波数の光を受光した際の熱検出素子の温度上昇幅を大きくする必要がある。このため、熱型光検出器は、熱検出素子及び光吸収層をベース部材との間に空洞部（空気断熱層）が介在するように支持部材に支持させ、ベース部材への放熱を抑えることで、テラヘルツ周波数の光を受光した際の熱検出素子の温度上昇幅を大きくするようになっている。

特開２０１３−１３４０８１号公報 特開２０１２−１３７３６６号公報

ところで、ベース部材にはポストと称される柱部材が設けられており、支持部材はポストに支持され、熱検出素子はポストに設けられたプラグを介して基板に設けられた回路に電気的に接続されている。支持部材は、ポストを介したベース部材への熱伝導を低減するべく、熱検出素子及び光吸収層を支持する本体部から、細長く熱抵抗の大きいアーム部を延出させ、ポストに接続するようになっている。

しかしながら、小型の熱型光検出器を製造する場合、支持部材は薄く形成され、内部の残留応力によって反りが生じ易くなる。そうすると、例えば、特許文献２の図１（ａ）の配置であれば、この残留応力によって本体部の反りが生じると、アーム部を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力が作用する。アーム部は、その性質上、細長く形成しなければならないため、この回転応力の大きさによっては、アーム部にクラックが生じたり、熱検出素子の配線層が断線する等して、歩留りが低下する場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、歩留りを向上できる熱型光検出器、熱型光検出装置及び電子機器を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、ベース部材と、前記ベース部材に立設する柱部材と、前記柱部材に支持される支持部材と、前記ベース部材との間に空洞部が介在するように前記支持部材に支持される熱検出素子と、前記熱検出素子上に形成されている光吸収層と、を有する熱型光検出器であって、前記支持部材は、前記熱検出素子及び前記光吸収層を支持する本体部と、前記柱部材に接続する接続部と、前記本体部と前記接続部との間を連結するアーム部と、を有し、前記アーム部が前記本体部と連結する連結部において、前記アーム部を部分的に幅広に形成する幅広部を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、支持部材において本体部と連結するアーム部の連結部が部分的に幅広に形成されるため、連結部におけるアーム部の剛性を高めることができ、残留応力による破壊を抑制することができる。また、アーム部を幅広に形成すると熱抵抗が大きくなるが、熱抵抗はアーム部の最小幅で決まるため、アーム部の幅広部分を部分的にすることで、ベース部材へのアーム部を介した熱伝導を抑えることができ、熱検出素子の検出特性の低下を防止することができる。

また、本発明においては、前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、前記幅広部は、前記連結部において、前記屈曲部の外側に対応する前記アーム部の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、アーム部が本体部に沿って屈曲する屈曲部を有する場合、本体部がアーム部を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力が作用すると、屈曲部の外側には大きな引張応力が作用するため、連結部において、屈曲部の外側に対応するアーム部の一方側を幅広に形成することで、連結部におけるアーム部の剛性を効果的に高めることができる。

また、本発明においては、前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、前記幅広部は、前記連結部において、前記屈曲部の内側と外側に対応する前記アーム部の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、アーム部が本体部に沿って屈曲する屈曲部を有する場合、本体部がアーム部を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力が作用すると、屈曲部の外側には引張応力が作用し、また、屈曲部の内側には圧縮応力が作用するため、連結部において、屈曲部の内側と外側に対応するアーム部の両側を幅広に形成することで、連結部におけるアーム部の剛性をより高めることができる。

また、本発明においては、前記幅広部は、前記連結部において、前記本体部に近づくに従って前記アーム部の幅を漸次大きくする、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、連結部においてアーム部の幅が本体部に近づくに従って漸次大きくなるため、アーム部の根元付近における応力集中を緩和することができる。

また、本発明においては、前記アーム部が前記接続部と連結する第２連結部において、前記アーム部を部分的に幅広に形成する第２幅広部を有する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、支持部材において接続部と連結するアーム部の第２連結部が部分的に幅広に形成されるため、第２連結部におけるアーム部の剛性を高めることができ、残留応力による破壊を抑制することができる。また、アーム部を幅広に形成すると熱抵抗が大きくなるが、熱抵抗はアーム部の最小幅で決まるため、アーム部の幅広部分を部分的にすることで、ベース部材へのアーム部を介した熱伝導を抑えることができ、熱検出素子の検出特性の低下を防止することができる。

また、本発明においては、前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、前記第２幅広部は、前記第２連結部において、前記屈曲部の外側に対応する前記アーム部の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、アーム部が本体部に沿って屈曲する屈曲部を有する場合、本体部がアーム部を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力が作用すると、屈曲部の外側には大きな引張応力が作用するため、第２連結部において、屈曲部の外側に対応するアーム部の一方側を幅広に形成することで、第２連結部におけるアーム部の剛性を効果的に高めることができる。

また、本発明においては、前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、前記第２幅広部は、前記第２連結部において、前記屈曲部の内側と外側に対応する前記アーム部の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、アーム部が本体部に沿って屈曲する屈曲部を有する場合、本体部がアーム部を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力が作用すると、屈曲部の外側には引張応力が作用し、また、屈曲部の内側には圧縮応力が作用するため、第２連結部において、屈曲部の内側と外側に対応するアーム部の両側を幅広に形成することで、第２連結部におけるアーム部の剛性をより高めることができる。

また、本発明においては、前記第２幅広部は、前記第２連結部において、前記接続部に近づくに従って前記アーム部の幅を漸次大きくする、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、第２連結部においてアーム部の幅が接続部に近づくに従って漸次大きくなるため、アーム部の根元付近における応力集中を緩和することができる。

また、本発明においては、先に記載の熱型光検出器が複数、２次元配置されている、ことを特徴とする熱型光検出装置という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、複数の熱型光検出器（熱型光検出素子）が２次元に配置された（例えば、直交２軸の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置（熱型光アレイセンサー）が得られる。

また、本発明においては、先に記載の熱型光検出器または熱型光検出装置を有する、ことを特徴とする電子機器という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、先に記載の熱型光検出器また熱型光検出装置は、光の検出感度が高いため、この熱型光検出器を搭載する電子機器の性能が高まる。電子機器としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。

本発明の第１実施形態における熱型光検出器の平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第１実施形態における熱型光検出器の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。 本発明の第２実施形態における熱型光検出器の平面図である。 本発明の第３実施形態における熱型光検出装置の示す平面図である。 本発明の第４実施形態における電子機器の構成図である。 本発明の第４実施形態における電子機器のセンサーデバイスの構成図である。 本発明の第４実施形態における電子機器としてのテラヘルツカメラの構成図である。

以下、本発明に係る各実施形態について、図を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における熱型光検出器１の平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１及び図２に示す熱型光検出器１は、焦電型赤外線検出器（光センサーの一種）である。この熱型光検出器１は、光吸収層５０における光吸収によって発生する熱を、熱検出素子４０（本実施形態では焦電キャパシター）において電気信号に変換するものである。熱型光検出器１は、これら光吸収層５０及び熱検出素子４０によって、受光した光の強度に対応する検出信号（電気信号）を出力する構成となっている。

熱型光検出器１は、図１に示すように、ベース部材１０と、ポスト２０（柱部材）と、を有し、また、図２に示すように、支持部材３０と、熱検出素子４０と、光吸収層５０と、を有する。
ベース部材１０は、図２に示すように、基板１１と、基板１１上に形成されるスペーサー層１２と、を含む。基板１１は、例えば、シリコン基板から形成されている。この基板１１には、不図示の電気回路が設けられており、ポスト２０（図１参照）を介して熱検出素子４０と電気的に接続される構成となっている。

スペーサー層１２は、絶縁層であって、例えば、ＳｉＯ_２等によって形成されている。このスペーサー層１２上には、エッチングストッパー膜１３ａが形成されている。エッチングストッパー膜１３ａは、空洞部６０を形成するために犠牲層１４（後述する図６参照）を除去する工程において、エッチングの対象外の層が除去されるのを防止するものである。エッチングストッパー膜１３ａは、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４やＡｌ_２Ｏ_３等によって形成されている。なお、支持部材３０の下面にも、エッチングストッパー膜１３ａと同構成のエッチングストッパー膜１３ｂが形成されている。

ポスト２０は、ベース部材１０から柱状に立設するものである。本実施形態のポスト２０は、図１に示すように２本設けられ、支持部材３０を２点で支持する構成となっている。ポスト２０には、熱検出素子４０と電気的に接続されるプラグ２１が配置されている。プラグ２１は、基板１１に設けられた不図示の電気回路に接続される。このポスト２０は、ＳｉＯ_２等によって形成されている犠牲層１４をパターンエッチングすることで選択的に形成され、空洞部６０と同時に形成される。

支持部材３０（メンブレン）は、図１に示すように、２本のポスト２０に支持されるものである。支持部材３０は、熱検出素子４０及び光吸収層５０を支持する本体部３１と、ポスト２０に接続する接続部３２と、本体部３１と接続部３２との間を連結するアーム部３３（３３ａ，３３ｂ）と、を有する。アーム部３３は、本体部３１の縁部から２本延出され、熱検出素子４０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に形成されている。

アーム部３３（３３ａ，３３ｂ）上には、配線層４１（４１ａ，４１ｂ）が形成されている。配線層４１ａは、熱検出素子４０の第１電極４２に接続されており、アーム部３３ａに沿って延設され、ポスト２０を介して基板１１内の電気回路に接続されている。また、配線層４１ｂは、熱検出素子４０の第２電極４３に接続されており、アーム部３３ｂに沿って延設され、ポスト２０を介して基板１１内の電気回路に接続されている。配線層４１（４１ａ，４１ｂ）も、熱検出素子４０を熱分離するために、細幅でかつ冗長に形成されている。

支持部材３０は、例えば、酸化シリコン膜（ＳｉＯ）／窒化シリコン膜（ＳｉＮ）／酸化シリコン膜（ＳｉＯ）の３層の積層膜をパターニングすることによって形成することができる。支持部材３０を積層構造とすることにより、例えば、中間層である窒化膜が有する強い引張残留応力を、上下２層の酸化膜が有する圧縮残留応力によって相殺するように作用させて、支持部材３０に反りを生じさせる残留応力を低減できる。この支持部材３０は、熱検出素子４０及び光吸収層５０を安定的に支持するために、支持部材３０のトータルの厚みは、必要な機械強度を満足する厚みを有する。なお、支持部材３０は必ずしも積層構造でなくてもよく、ＳｉＯ_２層（第１絶縁層）の単層にて形成してもよい。

熱検出素子４０は、図２に示すように、ベース部材１０との間に空洞部６０が介在するように支持部材３０に支持される。熱検出素子４０は、第１電極４２（下部電極）と、第２電極４３（上部電極）と、第１電極４２と第２電極４３との間に設けられた焦電体４４と、を含む。第１電極４２及び第２電極４３は共に、例えば、３層の金属膜を積層することによって形成することができる。例えば、焦電体４４から遠い位置から順に、例えばスパッタリングにて形成されるイリジウム（Ｉｒ）、イリジウム酸化物（ＩｒＯ_ｘ）及びプラチナ（Ｐｔ）の三層構造とすることができる。

焦電体４４は、例えば、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｉ，Ｔｉ）Ｏ_３：チタン酸ジルコン酸鉛）で形成することができる。この焦電体４４に熱が伝達されると、焦電効果（パイロ電子効果）によって、焦電体４４の電気分極量の変化が生じる。この電気分極量の変化に伴う電流を検出することによって、入射した光の強度を検出することができる。焦電体４４は、例えば、スパッタリング法やＭＯＣＶＤ法等で成膜することができる。
本実施形態の熱検出素子４０は、厚みや形成材料によって、支持部材３０と接する第１電極４２の熱抵抗を、第２電極４３の熱抵抗よりも大きくしている。この構成によれば、熱が第２電極４３を介して焦電体４４に伝達されやすく、しかも、焦電体４４の熱が第１電極４２を介して支持部材３０に逃げ難くなり、熱検出素子４０の感度が向上する。

熱検出素子４０は、保護膜４５ａによって覆われている。また、熱検出素子４０は、保護膜４５ａの外側が絶縁層４６によって覆われている。一般に、絶縁層４６の原料ガス（ＴＥＯＳ）が化学反応する際には、水素ガスや水蒸気等の還元ガスが発生する。保護膜４５ａは、この絶縁層４６の形成中に発生する還元ガスから熱検出素子４０を保護するものである。この保護膜４５ａは、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３等によって形成されている。なお、支持部材３０の一部、配線層４１及び光吸収層５０、も、保護膜４５ａと同構成の保護膜４５ｂによって覆われている。

絶縁層４６上には、配線層４１（４１ａ，４１ｂ）が配線される。絶縁層４６には、コンタクトホール４７（４７ａ，４７ｂ）が形成されている。図２に示すように、コンタクトホール４７は、保護膜４５にも同様に貫通して形成されている。図１に示すように、配線層４１ａは、コンタクトホール４７ａを介して、第１電極４２と導通する。また、配線層４１ｂは、コンタクトホール４７ｂを介して、第２電極４３と導通する。

光吸収層５０は、絶縁層４６に覆われた熱検出素子４０上に形成されている。光吸収層５０は、入射した光を吸収して発熱するものであり、例えば、ＳｉＯ_２等によって形成されている。第２電極４３をＰｔ等の金属にて形成すると、第２電極４３の上面を反射面とすることができる。この場合、光吸収層５０の上面から第２電極４３の上面までの距離Ｌをλ／４（λは入射する光の波長）とすることで、波長λの光が多重反射される光共振器（λ１／４光共振器）を構成することができる。これにより、光吸収層５０は、波長λの光を効率よく吸収することができる。

上記構成の熱型光検出器１は、熱検出素子４０が第１電極４２と第２電極４３との間に焦電体４４を有し、支持部材３０によってベース部材１０との間に空洞部６０が介在するように支持される。そして、光吸収層５０に光が入射すると、光が共振等して光吸収層５０が発熱し、焦電体４４に熱が伝達される。焦電体４４では、焦電効果（パイロ電子効果）によって電気分極量の変化が生じ、この電気分極量の変化に伴う電流が配線層４１（４１ａ，４１ｂ）を介して基板１１の電気回路に流れ、その電流を検出することによって、入射した光の強度を検出することができる。

この熱型光検出器１は、上述のように支持部材３０が残留応力を有する。この残留応力によって本体部３１の反りが生じると、図１に示すように、アーム部３３を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力Ｓが作用する。アーム部３３は、その性質上、細長く形成しなければならないため、この回転応力Ｓの大きさによっては、アーム部３３にクラックが生じたり、熱検出素子４０の配線層４１が断線する場合がある。
このため、熱型光検出器１は、図１に示すように、支持部材３０のアーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０及び第２幅広部８０を有する。

第１幅広部７０（幅広部）は、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部３３Ａ（連結部）において、アーム部３３を部分的に幅広に形成するものである。第１幅広部７０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部７１ａ，７１ｂを有する。拡張部７１ａ，７１ｂは、本体部３１とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料及び同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部７１ａ，７１ｂは、平面視で矩形状に形成されている。この拡張部７１ａ，７１ｂによって、第１連結部３３Ａの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。

アーム部３３は、本体部３１に沿って屈曲する屈曲部３３Ｃを有する。すなわち、アーム部３３は、平面視で矩形状に形成された本体部３１から、その任意の一辺に平行な方向に延出した後、直角に屈曲し、本体部３１の当該一辺に隣接する他の一辺に平行な方向に延びて接続部３２に接続されている。このように、平面視でＬ字状に形成されたアーム部３３ａ，３３ｂは、本体部３１の中心に対して点対称に形成されている。

第１幅広部７０の拡張部７１ａは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成するものである。また、第１幅広部７０の拡張部７１ｂは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２に対応するアーム部３３の幅方向における他方側を部分的に幅広に形成するものである。このように、本実施形態では、第１幅広部７０は、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっている。

第２幅広部８０は、アーム部３３が接続部３２と連結する第２連結部３３Ｂにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成するものである。第２幅広部８０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部８１ａ，８１ｂを有する。拡張部８１ａ，８１ｂは、接続部３２とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料及び同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部８１ａ，８１ｂは、平面視で矩形状に形成されている。この拡張部８１ａ，８１ｂによって、第１連結部３３Ａの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。

第２幅広部８０の拡張部８１ａは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成するものである。また、第２幅広部８０の拡張部８１ｂは、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２に対応するアーム部３３の幅方向における他方側を部分的に幅広に形成するものである。このように、本実施形態では、第２幅広部８０は、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっている。

続いて、上記構成の熱型光検出器１の製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。
図３〜図６は、本発明の第１実施形態における熱型光検出器１の製造方法における主要な工程を経時的に示す図である。

先ず、図３（ａ）に示すように、基板１１の上に、スペーサー層１２を形成する。さらに、スペーサー層１２の上に、エッチングストッパー膜１３ａを形成し、さらに、犠牲層１４、エッチングストッパー膜１３ｂを形成する（ベース部材形成工程）。エッチングストッパー膜１３ａ，１３ｂの形成方法として、例えば、原子の大きさレベルで膜厚が調整できる原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法を用いることができる。
次に、図３（ｂ）に示すように、エッチングストッパー膜１３ｂの上に、支持部材３０となる３層積層膜を形成する（メンブレン形成工程）。

次に、図４（ａ）に示すように、支持部材３０に、第１電極４２、焦電体４４、第２電極４３を積層形成して、熱検出素子４０を形成すると共に、保護膜４５ａ及び絶縁層４６を形成する（焦電キャパシター形成工程）。熱検出素子４０の形成方法として、例えば、原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法を用いることができる。また、保護膜４５ａの形成方法として、例えば、原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法を用いることができる。また、絶縁層４６の形成方法として、例えば、通常のＣＶＤ法を用いることができる。
次に、図４（ｂ）に示すように、熱検出素子４０の第１電極４２と第２電極４３にそれぞれコンタクトホール４７（４７ａ，４７ｂ）を形成し、また、配線層４１（４１ａ，４１ｂ）を形成する（配線層形成工程）。保護膜４５ａは、絶縁層４６にコンタクトホール４７を形成する際、還元ガスが熱検出素子４０に侵入することを防止する。

次に、図５（ａ）に示すように、光吸収層５０を形成し、パターニングする（光吸収層形成工程）。光吸収層５０の形成方法として、例えば、通常のＣＶＤ法を用いることができる。また、光吸収層５０の表面を、例えば、ＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）によって平坦化してもよい。
次に、図５（ｂ）に示すように、支持部材３０をパターニングし、本体部３１、接続部３２、アーム部３３を形成する（メンブレン加工工程）。この工程において、第１幅広部７０の拡張部７１ａ，７１ｂ及び第２幅広部８０の拡張部８１ａ，８１ｂもパターニングによって同時に形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、犠牲層１４をエッチングする際の保護膜４５ｂを形成し、犠牲層１４をウエットエッチングする（犠牲層エッチング工程）。犠牲層１４をウエットエッチングする際、エッチングストッパー膜１３ａはスペーサー層１２を保護し、エッチングストッパー膜１３ｂは支持部材３０を保護する。
最後に、図６（ｂ）に示すように、ウエットエッチングによって犠牲層１４を除去することで、空洞部６０を形成する（空洞加工工程）。また、犠牲層１４を選択的に除去することで、空洞部６０と同時にポスト２０も形成する。空洞部６０によって、支持部材３０はベース部材１０から分離され、支持部材３０を経由した放熱が抑制される。このようにして、熱型光検出器１が製造される。

この熱型光検出器１は、図１に示すように、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部３３Ａにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０を有する。この構成によれば、支持部材３０において本体部３１と連結するアーム部３３の第１連結部３３Ａが部分的に幅広に形成されるため、第１連結部３３Ａにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、上記製造工程において生じた支持部材３０の残留応力による破壊を抑制することができる。また、アーム部３３を幅広に形成すると熱抵抗が大きくなるが、熱抵抗はアーム部３３の最小幅で決まるため、アーム部３３の幅広部分を部分的にすることで、ベース部材１０へのアーム部３３を介した熱伝導を抑えることができ、熱検出素子４０の検出特性の低下を防止することができる。

また、第１幅広部７０は、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっている。本実施形態のように、アーム部３３が本体部３１に沿って屈曲する屈曲部３３Ｃを有する場合、本体部３１がアーム部３３を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力Ｓが作用すると、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１には引張応力が作用し、また、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２には圧縮応力が作用する。このため、第１連結部３３Ａにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の両側を幅広に形成することで、第１連結部３３Ａにおけるアーム部３３の剛性をより高めることができる。

さらに、熱型光検出器１は、アーム部３３が接続部３２と連結する第２連結部３３Ｂにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第２幅広部８０を有する。この構成によれば、上記第１連結部３３Ａと同様に、第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、残留応力による破壊を抑制することができる。
また、第２幅広部８０は、第２連結部３３Ｂにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２と外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する構成となっており、屈曲部３３Ｃの存在による引張応力と圧縮応力に対応でき、第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性をより高めることができる。

したがって、上述した本実施形態によれば、ベース部材１０と、ベース部材１０に立設するポスト２０と、ポスト２０に支持される支持部材３０と、ベース部材１０との間に空洞部６０が介在するように支持部材３０に支持される熱検出素子４０と、熱検出素子４０上に形成されている光吸収層５０と、を有する熱型光検出器１であって、支持部材３０は、熱検出素子４０及び光吸収層５０を支持する本体部３１と、ポスト２０に接続する接続部３２と、本体部３１と接続部３２との間を連結するアーム部３３と、を有し、アーム部３３が本体部３１と連結する第１連結部３３Ａにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成する第１幅広部７０を有する、という構成を採用することによって、アーム部３３にクラックが生じたり、熱検出素子４０の配線層４１が断線したりすることを効果的に抑制できるため、歩留りを向上できる熱型光検出器１が得られる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図７は、本発明の第２実施形態における熱型光検出器１の平面図である。
第２実施形態では、図７に示すように、第１幅広部７０及び第２幅広部８０の構成が、上記実施形態と異なる。

第２実施形態の第１幅広部７０は、第１連結部３３Ａにおいて、本体部３１に近づくに従ってアーム部３３の幅を漸次大きくする構成となっている。この第１幅広部７０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部７２ａ，７２ｂを有する。拡張部７２ａ，７２ｂは、本体部３１とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料及び同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部７２ａ，７２ｂは、それぞれ平面視で直角三角形状に形成されている。この拡張部７２ａ，７２ｂによって、第１連結部３３Ａの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。この第１幅広部７０は、上述したメンブレン加工工程のパターニングにて形成することができる。

また、第２実施形態の第２幅広部８０は、第２連結部３３Ｂにおいて、接続部３２に近づくに従ってアーム部３３の幅を漸次大きくする構成となっている。この第２幅広部８０は、アーム部３３を部分的に拡張した拡張部８２ａ，８２ｂを有する。拡張部８２ａ，８２ｂは、接続部３２とアーム部３３との間に跨って一体で形成されるものであり、支持部材３０と同一の材料及び同一の厚みで形成されている。本実施形態の拡張部８２ａ，８２ｂは、それぞれ平面視で直角三角形状に形成されている。この拡張部８２ａ，８２ｂによって、第２連結部３３Ｂの幅は、アーム部３３の中間部における幅より大きく形成されるようになっている。この第２幅広部８０は、上述したメンブレン加工工程のパターニングにて形成することができる。

上記構成の第２実施形態によれば、第１連結部３３Ａにおいてアーム部３３の幅が本体部３１に近づくに従って漸次大きくなるため、アーム部３３の根元付近における応力集中を緩和することができる。したがって、第１連結部３３Ａにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、上記製造工程において生じた支持部材３０の残留応力による破壊を抑制することができる。
さらに、上記構成の第２実施形態によれば、第２連結部３３Ｂにおいてアーム部３３の幅が接続部３２に近づくに従って漸次大きくなるため、アーム部３３の先端付近における応力集中を緩和することができる。したがって、上記第１連結部３３Ａと同様に、第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性を高めることができ、残留応力による破壊を抑制することができる。

したがって、第２実施形態によれば、上述した第１実施形態における作用効果が得られると共に、さらに、アーム部３３の根元付近に応力集中を緩和することができるため、アーム部３３にクラックが生じたり、熱検出素子４０の配線層４１が断線したりすることをより効果的に抑制できる。このため、第２実施形態では、歩留りをより向上できる熱型光検出器１が得られる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図８は、本発明の第３実施形態における熱型光検出装置１００の示す平面図である。
図８に示すように、熱型光検出装置１００は、複数の熱型光検出器１が２次元配置されて構成されている。

熱型光検出装置１００において、熱型光検出器１はセル単位で設けられ、２軸方向例えば直交２軸方向に配列されている。なお、１セル分のみの熱型光検出器１にて熱型光検出装置１００が構成されても良い。ベース部材１０からから複数のポスト２０が立設され、例えば２本のポスト２０に支持された１セル分の熱型光検出器１が、直交２軸方向に配列されている。１セル分の熱型光検出器１が占める領域は、例えば１００×１００μｍである。

熱型光検出器１は、２本のポスト２０に連結された支持部材３０と、熱検出素子４０及び光吸収層５０と、を含んでいる。１セル分の熱型光検出器１が占める領域は、例えば８０×８０μｍである。１セル分の熱型光検出器１は、２本のポスト２０と接続される以外は非接触とされ、熱型光検出器１の下方には空洞部６０（図２参照）が形成され、平面視で熱型光検出器１の周囲には、空洞部６０に連通する開口部１０１が配置される。これにより、１セル分の熱型光検出器１は、ベース部材１０や他のセルの熱型光検出器１から熱的に分離されている。

上記構成の第３実施形態によれば、複数の熱型光検出器１が２次元的に配置された（例えば、直交２軸（Ｘ軸およびＹ軸）の各々に沿ってアレイ状に配置された）、熱型光検出装置１００（熱型光アレイセンサー）が実現される。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図９は、本発明の第４実施形態における電子機器２００の構成図である。図１０は、本発明の第４実施形態における電子機器２００のセンサーデバイス４１０の構成図である。図１１は、本発明の第４実施形態における電子機器２００としてのテラヘルツカメラ１０００の構成図である。
図９に示すように、電子機器２００は、熱型光検出器１または熱型光検出装置１００からなるセンサーデバイス４１０を有する。

電子機器２００は、光学系４００、センサーデバイス４１０、画像処理部４２０、処理部４３０、記憶部４４０、操作部４５０、表示部４６０を含む。なお、本実施形態の電子機器２００は図９の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば光学系、操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりするなどの種々の変形実施が可能である。

光学系４００は、例えば１又は複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス４１０への物体像の結像などを行う。また、必要であればフォーカス調整なども行う。

センサーデバイス４１０は、上述した本実施形態の熱型光検出器１を二次元配列させて構成され、複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。センサーデバイス４１０は、二次元配列された検出器に加えて、行選択回路（行ドライバー）と、列線を介して検出器からのデータを読み出す読み出し回路と、Ａ／Ｄ変換部等を含むことができる。二次元配列された各検出器からのデータを順次読み出すことで、物体像の撮像処理を行うことができる。

画像処理部４２０は、センサーデバイス４１０からのデジタルの画像データ（画素データ）に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。

処理部４３０は、電子機器２００の全体の制御や、電子機器２００内の各ブロックの制御を行う。この処理部４３０は、例えばＣＰＵ等により実現される。記憶部４４０は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部４３０や画像処理部４２０のワーク領域として機能する。操作部４５０は、ユーザーが電子機器２００を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやＧＵＩ（Graphical User Interface）画面などにより実現される。表示部４６０は、例えばセンサーデバイス４１０により取得された画像やＧＵＩ画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどの各種のディスプレイにより実現される。

このように、１セル分の熱型光検出器１をセンサーとして用いる他、１セル分の熱型光検出器１を二軸方向例えば直交二軸方向に二次元配置することでセンサーデバイス４１０を構成することができ、こうすると電磁波に起因する熱分布画像を提供することができる。このセンサーデバイス４１０を用いて、特定物質探知装置、偽造紙幣の判定、封筒内の薬品検出、建造物の非破壊検査などのテラヘルツカメラを用いる電子機器２００を構成することができる。

図１０（ａ）に図９のセンサーデバイス４１０の構成例を示す。このセンサーデバイスは、センサーアレイ５００と、行選択回路（行ドライバー）５１０と、読み出し回路５２０を含む。またＡ／Ｄ変換部５３０、制御回路５５０を含むことができる。このセンサーデバイスを用いることで、高性能なテラヘルツカメラを実現できる。

センサーアレイ５００には、例えば図８に示すように二軸方向に複数のセンサーセルが配列（配置）される。また複数の行線（ワード線、走査線）と複数の列線（データ線）が設けられる。なお行線及び列線の一方の本数が１本であってもよい。例えば行線が１本である場合には、図１０（ａ）において行線に沿った方向（横方向）に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が１本である場合には、列線に沿った方向（縦方向）に複数のセンサーセルが配列される。

図１０（ｂ）に示すように、センサーアレイ５００の各センサーセルは、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置（形成）される。例えば図１０（ｂ）のセンサーセルは、行線ＷＬ１と列線ＤＬ１の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。

行選択回路５１０は、１又は複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図１０（ｂ）のようなＱＶＧＡ（３２０×２４０画素）のセンサーアレイ５００（焦点面アレイ）を例にとれば、行線ＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２・・・・ＷＬ２３９を順次選択（走査）する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号（ワード選択信号）をセンサーアレイ５００に出力する。

読み出し回路５２０は、１又は複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。ＱＶＧＡのセンサーアレイ５００を例にとれば、列線ＤＬ０、ＤＬ１、ＤＬ２・・・・ＤＬ３１９からの検出信号（検出電流、検出電荷）を読み出す動作を行う。

Ａ／Ｄ変換部５３０は、読み出し回路５２０において取得された検出電圧（測定電圧、到達電圧）をデジタルデータにＡ／Ｄ変換する処理を行う。そしてＡ／Ｄ変換後のデジタルデータＤＯＵＴを出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換部５３０には、複数の列線の各列線に対応して各Ａ／Ｄ変換器が設けられる。そして、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する列線において読み出し回路５２０により取得された検出電圧のＡ／Ｄ変換処理を行う。なお、複数の列線に対応して１つのＡ／Ｄ変換器を設け、この１つのＡ／Ｄ変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にＡ／Ｄ変換してもよい。

制御回路５５０（タイミング生成回路）は、各種の制御信号を生成して、行選択回路５１０、読み出し回路５２０、Ａ／Ｄ変換部５３０に出力する。例えば充電や放電（リセット）の制御信号を生成して出力する。或いは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。

図１１は、本実施形態のセンサーデバイス４１０を含むテラヘルツカメラ１０００である。前述のセンサーデバイス４１０の光吸収層５０の電磁波吸収材は、その吸収波長がテラヘルツ波で最適になるように設定されており、テラヘルツ光照射ユニットと組み合わせてテラヘルツカメラ１０００を構成した例を示す。

テラヘルツカメラ１０００は、制御ユニット１０１０と、照射光ユニット１０２０と、光学フィルター１０３０と、撮像ユニット１０４０と、表示部１０５０とを備えて構成されている。撮像ユニット１０４０は、図示しないレンズなどの光学系と前述の熱型光検出器１の光吸収層５０の電磁波吸収材の吸収波長をテラヘルツ域で最適化したセンサーデバイスを含んで構成されている。

制御ユニット１０１０は、本装置全体を制御するシステムコントローラーを含み、該システムコントローラーは制御ユニットに含まれる光源駆動部および画像処理ユニットを制御する。照射光ユニット１０２０は、テラヘルツ光（波長が１００μｍ〜１０００μｍの範囲にある電磁波を指す。）出射するレーザー装置と光学系を含み、テラヘルツ光を検査対象の人物１０６０に照射する。人物１０６０からの反射テラヘルツ光は、探知対象である特定物質１０７０の分光スペクトルのみを通過させる光学フィルター１０３０を介して撮像ユニット１０４０に受光される。撮像ユニット１０４０で生成された画像信号は、制御ユニット１０１０の画像処理ユニットで所定の画像処理が施され、その画像信号が表示部１０５０へ出力される。そして人物１０６０の衣服内等に特定物質１０７０が存在するか否かにより受光信号の強度が異なるので特定物質１０７０の存在が判別できる。

以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。

例えば、上記実施形態では、第１連結部３３Ａ及び第２連結部３３Ｂにおいて、アーム部３３を部分的に幅広に形成すると説明したが、第１連結部３３Ａ及び第２連結部３３Ｂの一方のみを幅広に形成する構成であってもよい。

また、例えば、上記実施形態では、第１幅広部７０及び第２幅広部８０は、第１連結部３３Ａ及び第２連結部３３Ｂにおいて、屈曲部３３Ｃの内側３３Ｃ２及び外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における両側を部分的に幅広に形成すると説明したが、アーム部３３の幅方向における一方側（片側）のみを部分的に幅広に形成する構成であってもよい。アーム部３３が本体部３１に沿って屈曲する屈曲部３３Ｃを有する場合、本体部３１がアーム部３３を巻き込んで引っ張ろうとする平面方向の回転応力Ｓが作用すると、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１には大きな引張応力が作用するため、屈曲部３３Ｃの外側３３Ｃ１に対応するアーム部３３の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成することが好ましい。この構成によれば、第１連結部３３Ａ及び第２連結部３３Ｂにおけるアーム部３３の剛性を効果的に高めることができる。

また、本発明は、種々の熱型光検出器１に広く適用することができる。なお、検出する電磁波の波長は、特にテラヘルツ波である場合に有効な技術である。電子機器の応用例としては、例えば、赤外線センサー装置、サーモグラフィー装置、車載用夜間カメラや監視カメラ等が挙げられる。

１ 熱型光検出器
１０ ベース部材
２０ ポスト（柱部材）
３０ 支持部材
３１ 本体部
３２ 接続部
３３（３３ａ，３３ｂ） アーム部
３３Ａ 第１連結部（連結部）
３３Ｂ 第２連結部
３３Ｃ 屈曲部
３３Ｃ１ 外側
３３Ｃ２ 内側
４０ 熱検出素子
５０ 光吸収層
６０ 空洞部
７０ 第１幅広部（幅広部）
８０ 第２幅広部
１００ 熱型光検出装置
２００ 電子機器
１０００ テラヘルツカメラ（電子機器）

Claims (10)

1. ベース部材と、前記ベース部材に立設する柱部材と、前記柱部材に支持される支持部材と、前記ベース部材との間に空洞部が介在するように前記支持部材に支持される熱検出素子と、前記熱検出素子上に形成されている光吸収層と、を有する熱型光検出器であって、
   前記支持部材は、前記熱検出素子及び前記光吸収層を支持する本体部と、前記柱部材に接続する接続部と、前記本体部と前記接続部との間を連結するアーム部と、を有し、
   前記アーム部が前記本体部と連結する連結部において、前記アーム部を部分的に幅広に形成する幅広部を有する、ことを特徴とする熱型光検出器。
2. 前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、
   前記幅広部は、前記連結部において、前記屈曲部の外側に対応する前記アーム部の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱型光検出器。
3. 前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、
   前記幅広部は、前記連結部において、前記屈曲部の内側と外側に対応する前記アーム部の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の熱型光検出器。
4. 前記幅広部は、前記連結部において、前記本体部に近づくに従って前記アーム部の幅を漸次大きくする、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱型光検出器。
5. 前記アーム部が前記接続部と連結する第２連結部において、前記アーム部を部分的に幅広に形成する第２幅広部を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱型光検出器。
6. 前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、
   前記第２幅広部は、前記第２連結部において、前記屈曲部の外側に対応する前記アーム部の幅方向における一方側を部分的に幅広に形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の熱型光検出器。
7. 前記アーム部は、前記本体部に沿って屈曲する屈曲部を有しており、
   前記第２幅広部は、前記第２連結部において、前記屈曲部の内側と外側に対応する前記アーム部の幅方向における両側を部分的に幅広に形成する、ことを特徴とする請求項５に記載の熱型光検出器。
8. 前記第２幅広部は、前記第２連結部において、前記接続部に近づくに従って前記アーム部の幅を漸次大きくする、ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の熱型光検出器。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱型光検出器が複数、２次元配置されている、ことを特徴とする熱型光検出装置。
10. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱型光検出器または請求項９に記載の熱型光検出装置を有する、ことを特徴とする電子機器。

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