JP4649727B2 - 薄膜部材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシンや微少な素子を有する各種のデバイスなどにおいて用いられる薄膜部材、及びこれを用いた放射検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、マイクロマシンや、微少な素子を有する各種のデバイスなどにおいては、空中に位置するように支持された平板状部を備えた薄膜部材が用いられている。この薄膜部材は、一般的に、半導体製造工程を用いて作製されている。
【０００３】
例えば、特開２０００−９５４２号に開示された光読み出し型の熱型放射検出装置は、基体と、該基体に支持され、放射を吸収する放射吸収部にて発生した熱に応じて前記基体に対して変位する変位部と、該変位部に対して固定された読み出し光反射板とを備えており、この反射板として前記薄膜部材が用いられている。
【０００４】
前述したような従来の薄膜部材では、前記平板状部は、単に、所望の平面形状を有する１層以上の膜からなる平面部のみで構成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の薄膜部材では、平板状部が単に所望の平面形状を有する１層以上の膜からなる平面部のみで構成されていたので、所望の機械的強度を確保するためには、膜厚を厚くしなければならなかった。特に、平板状部の面積が比較的大きい場合には、膜厚をかなり厚くしなければならなかった。このため、従来の薄膜部材では、その用途に応じて種々の不都合が生じていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、所望の機械的強度を確保しつつ膜厚を薄くすることができる薄膜部材を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、所望の機械的強度を確保しつつ膜厚を薄くすることができる薄膜部材を用いることによって、感度等の特性の向上を図ることができる放射検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による薄膜部材は、空中に位置するように支持された平板状部を備えた薄膜部材であって、前記平板状部は、１層又は複数層の膜からなる平面部と、該平面部に混在するように形成され前記平面部の表面側又は裏面側に突出した凸条部とを有するものである。ここで、「混在する」とは、凸条部が平面部に混じって存在することを意味し、凸条部が平面部に必ずしも複雑に混じり込む必要はなく、凸条部が平面部に単純な形で混じっていてもよい。この第１の態様による薄膜部材は、通常、半導体製造工程を用いて作製される。
【０００９】
この第１の態様によれば、平板状部が平面部のみならずこれに混在された凸条部を有しているので、平面部が凸条部により補強される。したがって、平板状部の所望の機械的強度を確保しつつ、平板状部の膜厚を薄くすることができる。
【００１０】
また、平面部を複数層の膜で構成した場合、各層の膜の膨張係数の差によって平面部が温度変化により変位しようとしても、その変位が凸条部によって阻止され、平面部の平坦性が維持されることとなる。
【００１１】
本発明の第２の態様による薄膜部材は、前記第１の態様において、前記凸条部は、前記平面部を実質的に複数の領域に区分するように形成されたものである。
この第２の態様のように凸条部を形成すると、凸条部により実質的に区分された平面部の個々の領域の面積が小さくなるので、平板状部の機械的強度を向上させる上で好ましい。
【００１２】
本発明の第３の態様による薄膜部材は、前記第１又は第２の態様において、前記凸条部は、前記平面部を、前記平板状部の周辺部分から隔てられた１つ以上の領域、及び、当該各領域の周辺部分の一部が前記平板状部の周辺部分の一部となる複数の領域に、実質的に区分するように、形成されたものである。
【００１３】
この第３の態様のように、平面部を中央寄りの１つ以上の領域及び周辺寄りの複数の領域に実質的に区分するように、凸条部を形成すると、凸条部により実質的に区分された平面部の個々の領域の面積が小さくなることと相俟って、後述する第４の態様のような凸条部の配置を実現し易くなるため、平板状部の機械的強度を向上させる上で好ましい。
【００１４】
本発明の第４の態様による薄膜部材は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記凸条部は、前記平板状部の周辺部分の任意の２点を結ぶ各仮想直線について、当該仮想直線の全体に渡っては前記凸条部が位置することがないように、形成されたものである。
【００１５】
本発明者の実験の結果、平板状部の周辺部分の２点（例えば、ある点とこの点に対向する点）を結ぶ仮想直線の全体に渡って凸条部が位置するように形成すると、この直線に沿って平板状部が曲がり易くなる一方、前記第４の態様のように凸条部を形成すれば、そのような曲がりが生じ難くなり、平板状部の機械的強度を向上させる上で好ましいことが判明した。
【００１６】
本発明の第５の態様による薄膜部材は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記凸条部は、曲線状に形成された部分を含むものである。
【００１７】
この第５の態様のように、凸条部が曲線状に形成された部分を含むと、前記第４の態様のような凸条部の配置を実現し易くなるため、平板状部の機械的強度を向上させる上で好ましい。
【００１８】
本発明の第６の態様による薄膜部材は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記凸条部の少なくとも一部の断面形状が、突出側と反対の側に開口する略コ字状であるか、あるいは、略中実形状であるものである。
【００１９】
この第６の態様は凸条部の断面形状の例を挙げたものであるが、前記第１乃至第５の態様ではこの例に限定されるものではない。
【００２０】
本発明の第７の態様による薄膜部材は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記凸条部は、前記平面部を構成する少なくとも１層の膜からそれと同じ材料で連続して一体に形成されたものである。
【００２１】
この第７の態様によれば、平面部の少なくとも１層の膜を形成する際に凸条部を同時に形成することができるので、製造が容易となる。もっとも、前記第１乃至第６の態様では、凸条部は、例えば、平面部と別の材料で形成してもよい。
【００２２】
本発明の第８の態様による薄膜部材は、前記第１乃至第７のいずれかの態様において、前記平面部の各領域の周辺部分のうち前記平板状部の周辺部分となる部分の少なくとも一部に渡って、当該平面部から立ち上がるかあるいは立ち下がる立ち上がり部又は立ち下がり部が形成されたものである。
【００２３】
この第８の態様によれば、平板状部は立ち上がり部又は立ち下がり部によっても補強される。したがって、平板状部の所望の機械的強度を確保しつつ、平板状部の膜厚を一層薄くすることができる。
【００２４】
本発明の第９の態様による放射検出装置は、基体と、該基体に支持され、放射を吸収する放射吸収部にて発生した熱に応じて前記基体に対して変位する変位部と、該変位部に対して固定された変位読み出し部材であって、前記変位部に生じた変位に応じた所定の変化を得るために用いられる変位読み出し部材とを備えた放射検出装置において、前記変位読み出し部材が前記第１乃至第８のいずれかの態様による薄膜部材で構成されたものである。
【００２５】
この第９の態様によれば、変位読み出し部材が前記第１乃至第８のいずれかの態様による薄膜部材で構成されているので、変位読み出し部材の所望の機械的強度を確保しつつ、変位読み出し部材の膜厚を薄くすることができる。このため、変位読み出し部材の軽量化を図ることができるので、変位部の機械的強度を低下させることができ、変位部の膜厚を薄くすることができる。変位部は、通常、異なる膨張係数を有する異なる物質の互いに重なった少なくとも２つの層を有する構造を持つが、変位部の膜厚が薄いほど温度変化に対する変位量が大きくなって感度が高くなる。したがって、前記第９の態様によれば、変位部の感度を高めることができ、ひいては、放射検出の感度を高めることができる。また、変位部に対して固定された変位読み出し部材の膜厚を薄くすることができるので、これら全体としての熱容量が少なくなる。このため、熱に対する応答性が高まり、ひいては検出すべき放射の変化に対する応答性が高まる。
【００２６】
前記第９の態様において、前記変位読み出し部材は、例えば、受光した読み出し光を反射する反射板であってもよいし、電極であってもよい。前者は、前記第９の態様を、入射放射量を読み出し光の変化として読み出すいわば光読み出し型の放射検出装置に適用した例である。後者は、前記第９の態様を、入射放射量を静電容量の変化として読み出す静電容量型の放射検出装置等に適用した例である。もっとも、前記第９の態様は、これらのタイプの放射検出装置に限定されるものではない。これらの点は、後述する第１０の態様についても同様である。なお、前記第１乃至第８の態様による薄膜部材は、例えば、ボロメータ素子の受光部に適用することもできる。
【００２７】
前記第９の態様による放射検出装置において、前記変位部及び前記変位読み出し部材を１個の素子として当該素子を複数個設け、当該素子を１次元状又は２次元状に配列してもよい。この場合、放射の像を映像化することが可能となるが、前記第９の態様では、変位部及び変位読み出し部材の対を１個のみ有していてもよい。これらの点は、後述する第１０の態様についても同様である。前記第９の態様では、読み出し部材の形状が安定化することから、前記素子を複数個設ける場合には、各素子間での読み出し部材の形状のばらつきが小さくなるので、各素子間での変位読み出し特性のばらつきが小さくなり、ひいては、各素子間での放射検出特性のばらつきが小さくなるという効果も得られる。
【００２８】
本発明の第１０の態様による放射検出装置は、基体と、該基体に支持され、放射を吸収する放射吸収部にて発生した熱に応じて前記基体に対して変位する変位部とを備えた放射検出装置において、前記放射吸収部が入射した放射の一部を反射する特性を有し、ｎを奇数、前記放射の所望の波長域の中心波長をλ_０として、前記放射吸収部から実質的にｎλ_０／４の間隔をあけて配置され前記放射を略々全反射する放射反射部を備え、前記放射吸収部及び前記放射反射部の少なくとも一方が前記第１乃至第８のいずれかの態様による薄膜部材で構成されたものである。
【００２９】
この第１０の態様によれば、放射吸収部に放射反射部と反対側から放射が入射すると、入射した放射は放射吸収部で一部吸収され、残りは放射反射部で反射され放射吸収部で反射し再度放射反射部に入射する。このため、放射吸収部と放射反射部との間で干渉現象が起こり、両者の間隔が入射放射の所望の波長域の中心波長の１／４の略奇数倍とされているので、放射吸収部での放射吸収がほぼ最大となり、放射吸収部における放射の吸収率が高まる。したがって、放射吸収部の厚みを薄くしてその熱容量を小さくしても、放射の吸収率を高めることができる。その結果、検出感度及び検出応答性の両方を高めることができる。なお、前記放射吸収部の反射率を約３３％（約１／３）にすると、放射吸収部における放射の吸収率が一層高まるので、好ましい。
【００３０】
そして、前記第１０の態様では、放射吸収部及び放射反射部の少なくとも一方が前記第１乃至第８のいずれかの態様による薄膜部材で構成されているので、放射吸収部や放射反射部の所望の機械的強度を確保しつつ、放射吸収部や放射反射部の膜厚を薄くすることができる。このため、放射吸収部や放射反射部の軽量化を図ることができるので、放射吸収部や放射反射部を直接的又は間接的に変位部により支持されるように設けた場合であっても、変位部の機械的強度を低下させることができ、変位部の膜厚を薄くすることができる。したがって、前記第１０の態様によれば、前記第９の態様と同様に、変位部の感度を高めることができ、ひいては、放射検出の感度を高めることができる。また、前記第１０の態様によれば、放射吸収部や放射反射部の膜厚を薄くすることができるので、放射吸収部や放射反射部を変位部に対して直接的又は間接的に固定した場合、これら全体としての熱容量が少なくなる。このため、熱に対する応答性が高まり、ひいては検出すべき放射の変化に対する応答性が高まる。なお、前記第１０の態様において、前記第９の態様の事項を具備していてもよいことは、言うまでもない。
【００３１】
なお、前記第９及び第１０の態様は、前記第１乃至第８の態様による薄膜部材を放射検出装置に用いた例であったが、前記第１乃至第８の態様による薄膜部材は、他の種々のデバイスやマイクロマシン等において用いることもできる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、放射を赤外線とし読み出し光を可視光とした例について説明するが、本発明では、放射を赤外線以外のＸ線や紫外線やその他の種々の放射としてもよいし、また、読み出し光を可視光以外の他の光としてもよい。
【００３３】
［第１の実施の形態］
【００３４】
図１は本発明の第１の実施の形態による光読み出し型の放射検出装置１００の単位画素（単位素子）を示す図であり、図１（ａ）はその概略平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＸ１−Ｘ２線に沿った概略断面図である。
【００３５】
この放射検出装置１００は、基体としての赤外線ｉを透過させるＳｉ基板等の基板１と、脚部２を介して基板１に支持され熱に応じて基板１に対して変位する変位部３と、変位部３に生じた変位に応じた所定の変化を得るために用いられる変位読み出し部材としての、受光した読み出し光ｊを反射する反射板６を備えている。
【００３６】
変位部３は、互いに重なった２つの膜４，５を有している。変位部３は、その一端が脚部２を介して支持されることにより、カンチレバーを構成しており、基板１上に間隔をあけて浮いた状態に支持されている。膜４及び膜５は、互いに異なる膨張係数を有する異なる物質で構成されており、いわゆる熱バイモルフ構造（bi-material elementともいう。）を構成している。したがって、変位部３は、受けた熱に応じて、下側の膜４の膨張係数が上側の膜５の膨張係数より大きい場合には上方に、逆の場合には下方に湾曲して傾斜する。
【００３７】
本実施の形態では、変位部３が赤外線ｉを吸収する赤外線吸収部を兼用している。したがって、変位部３は、赤外線ｉを受けると、自身が熱を発生し、この熱に応じて変位することとなる。もっとも、必ずしも変位部３が赤外線吸収部を兼用する必要はなく、例えば、膜４の下面に金黒等の赤外線吸収膜を形成しておいてもよい。
【００３８】
反射板６は、その一部が反射板用接続部７を介して変位部３の先端部に対して固定されることにより、変位部３の上方に空間を隔てて配置され、単位画素領域のほぼ全体をカバーするように配置されている。これにより、反射板６は、空中に位置するように支持されている。反射板６は平面視で正方形状の平板状部からなる薄膜部材で構成され、この平板状部は、１層の膜（２層以上の膜でもよい）からなる平面部８と、平面部８に混在するように形成され平面部８の下面側（裏面側）に突出した凸条部９とから構成されている。すなわち、平面部８及び凸条部９の全体が、平板状部を構成している。平面部８が、平板状部の面積の大部分を占めており、読み出し光ｊを反射する反射面として実質的に有効な部分となっている。
【００３９】
本実施の形態では、凸条部９は、図１（ａ）に示すように、平面部８を、平板状部の周辺部分から隔てられた１つの領域８ｅ、及び、当該各領域８ａ〜８ｄの周辺部分の一部が平板状部の周辺部分の一部となる４つの領域８ａ〜８ｄの、合計５つの領域８ａ〜８ｅに、区分するように形成されている。そして、図１に示すように、平板状部の周辺部分の任意の２点を結ぶ各仮想直線について、当該仮想直線の全体に渡っては前記凸条部が位置することがないように、形成されている。また、凸条部９の断面形状は、図１（ｂ）に示すように、凸条部９の突出側と反対の側（上側）に開口する略コ字状に構成されている。さらに、凸条部９は、平面部８を構成する膜からそれと同じ材料で連続して一体に形成されている。
【００４０】
さらに、本実施の形態では、平面部８の各領域８ａ〜８ｅの周辺部分のうち平板状部の周辺部分となる部分（具体的には、図１において、領域８ａの上辺部分、領域８ｂの右辺部分、領域８ｃの下辺部分、領域８ｄの左辺部分）の全体（その一部でもよい）に渡って、平面部８から立ち下がる立ち下がり部８ｆが形成されている。そして、立ち下がり部８ｆの下部から側方に外側にわずかに延びた水平部８ｇも、形成されている。水平部８ｇは、必ずしも必要ではなく、取り除いておいてもよい。また、立ち下がり部８ｆは、強度をより向上させるためには形成しておくことが好ましいが、本発明では必ずしも形成しておかなくてもよい。
【００４１】
本実施の形態では、平面部８、凸条部９、立ち下がり部８ｆ及び水平部８ｇは、反射板用接続部７と共に、Ａｌ膜等の１層の膜で一体に形成されている。なお、反射板用接続部７は、反射板６より熱伝導率の低い材料で構成してもよい。わずかながら読み出し光ｊの一部が反射板６に吸収されて反射板６の温度が上昇するが、接続部７を反射板６より熱伝導率の低い材料で構成しておけば、接続部７が断熱材として作用してその熱が変位部３に伝わり難くなり、赤外線検出のＳ／Ｎが高まるので、好ましい。
【００４２】
図面には示していないが、変位部３、脚部２及び反射板６を単位素子（画素）として、この画素が基板１上に１次元状又は２次元状に配置されている。
【００４３】
次に、本実施の形態による放射検出装置１００の製造方法の一例について、図２を参照して説明する。図２は、この製造工程を模式的に示す概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。
【００４４】
まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１上の全面に犠牲層としてのレジスト１０を塗布し、脚部２に応じた開口１０ａをフォトリソグラフィーにより形成する。次に、脚部２となるべきＳｉＯ膜（例えば、厚さ５０００オングストローム）をＰ−ＣＶＤ法等によりデポした後、フォトエッチ法によりパターニングし、脚部２の形状とする（図２（ａ））。その後、変位部３の下側膜４となるべきＳｉＮ膜（例えば、厚さ２５００オングストローム）をＰ−ＣＶＤ法等によりデポした後、フォトエッチ法によりパターニングし、下側膜４の形状とする（図２（ａ））。さらに、変位部３の上側膜５となるべきＡｌ膜（例えば、厚さ１５００オングストローム）を蒸着法等によりデポした後、フォトエッチ法によりパターニングし、上側膜５の形状とする（図２（ａ））。
【００４５】
次に、図２（ａ）に示す状態の基板上の全面に犠牲層としてのレジスト１１を塗布し、反射板用接続部７に応じた開口１１ａをレジスト１１にフォトリソグラフィーにより形成する（図２（ｂ））。
【００４６】
その後、図２（ｂ）に示す状態の基板上の全面にスピンコート法等により犠牲層としてのポリイミド膜１２を被着させ、反射板６の立ち下がり部８ｆ及び水平部８ｇに応じた溝１２ａ、反射板用接続部７に応じた開口１２ｂ並びに凸条部９に応じた溝１２ｃを、ポリイミド膜１２にフォトエッチ法により形成する（図２（ｃ））。
【００４７】
次いで、図２（ｃ）に示す状態の基板上に、反射板６及び反射板用接続部７となるべきＡｌ膜（例えば、厚さ２０００オングストローム）を蒸着法等（例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、ＭＢＥ法など）により形成した後、フォトエッチ法によりパターニングし、反射板６の形状とする（図２（ｄ））。このとき、Ａｌ膜のパターニングによって残す領域を、ポリイミド膜１２と重なりかつポリイミド膜１２の大きさよりも大きくすることによって、立ち下がり部８ｆ及び水平部８ｇが形成されることとなる。また、このＡｌ膜により、平面部８のみならず、凸条部９も同時に形成されることになる。なお、前記Ａｌ膜のパターニングの大きさを適宜変更することによって、水平部８ｇを形成しないようにすることも可能である。なお、反射板６及び反射板用接続部７となるべき薄膜の材質は、Ａｌに代えて、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｗ又はＭｏなどを用いてもよい。
【００４８】
最後に、図２（ｄ）に示す状態の基板を、ダイシングなどによりチップ毎に分割し、レジスト１０，１１及びポリイミド膜１２をアッシング法などにより除去する。これにより、図１に示す放射検出装置が完成する。
【００４９】
本実施の形態によれば、反射板６を構成する平板状部が平面部８のみならずこれに混在された凸条部９を有しているので、平面部８が凸条部９により補強される。したがって、反射板６の所望の機械的強度を確保しつつ、反射板６の膜厚を薄くすることができている。そして、本実施の形態では、凸条部９が平面部８を複数の領域８ａ〜８ｅに区分するように形成されていることから、凸条部９により区分された平面部８の個々の領域８ａ〜８ｅの面積が小さくなるので、反射板６の機械的強度が更に向上している。また、本実施の形態では、凸条部９が平板状部の周辺部分の任意の２点を結ぶ各仮想直線について、当該仮想直線の全体に渡っては凸条部９が位置することがないように、形成されているので、反射板６が曲がり難くなり、反射板６の機械的強度が更に向上している。さらに、本実施の形態による放射検出装置では、反射板６は立ち下がり部８ｆによっても補強されるので、反射板６の機械的強度が更に向上している。
【００５０】
このように、反射板６の所望の機械的強度を確保しつつ反射板６の膜厚（特に、平面部８の膜厚）を薄くすることができるので、反射板６の軽量化を図ることができる。このため、反射板６を支持している変位部３の機械的強度を低下させることができ、変位部３を構成する膜４，５の膜厚を薄くすることができる。変位部３の膜厚が薄くなるほど、温度の変化量に対する変位部３の変位量が増大し、変位部３の感度が高まる。したがって、本実施の形態によれば、変位部３の感度を高めることができ、赤外線検出の感度を高めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、変位部３に対して固定された反射板６の膜厚を薄くすることができるので、これら全体としての熱容量が少なくなる。このため、熱に対する応答性が高まり、ひいては赤外線の変化に対する応答性が高まる。
【００５２】
さらに、本実施の形態によれば、反射板６を構成する平板状部が平面部８のみならずこれに混在された凸条部９を有しているので、反射板６の形状が安定化する。このため、各画素間での反射板６の形状のばらつきが小さくなるので、各画素間での変位読み出し特性のばらつきが小さくなり、ひいては、各画素間での赤外線検出特性のばらつきが小さくなるという効果も得られる。
【００５３】
さらにまた、本実施の形態によれば、凸条部９は、平面部８を構成する膜からそれと同じ材料で連続して一体に形成されていることから、前述したように、平面部８及び凸条部９を同時に形成することができるので、製造が容易となる。
【００５４】
ここで、本実施の形態による放射検出装置１００を用いた映像化装置の一例について、図３を参照して説明する。図３は、この映像化装置を示す概略構成図である。
【００５５】
この映像化装置は、前述した放射検出装置１００の他に、読み出し光学系と、撮像手段としての２次元ＣＣＤ２０と、観察対象（目標物体）としての熱源２１からの赤外線ｉを集光して、放射検出装置１００の赤外線吸収部としての変位部３が分布している面上に、熱源２１の赤外線画像を結像させる赤外線用の結像レンズ２２とから構成されている。
【００５６】
この映像化装置では、前記読み出し光学系は、読み出し光を供給するための読み出し光供給手段としてのＬＤ（レーザーダイオード）２３と、ＬＤ２３からの読み出し光を放射検出装置１００の全ての画素の反射板６へ導く第１レンズ系２４と、第１レンズ系２４を通過した後に全ての画素の反射板６にて反射された読み出し光の光線束のうち所望の光線束のみを選択的に通過させる光線束制限部２５と、第１レンズ系２５と協働して各画素の反射板６と共役な位置を形成し且つ該共役な位置に光線束制限部２５を通過した光線束を導く第２レンズ系２６とから構成されている。前記共役な位置にはＣＣＤ２０の受光面が配置されており、レンズ系２４，２６によって全ての画素の反射板６とＣＣＤ２０の複数の受光素子とが光学的に共役な関係となっている。
【００５７】
ＬＤ２３は、第１レンズ系２４の光軸Ｏに関して一方の側（図３中の右側）に配置されており、当該一方の側の領域を読み出し光が通過するように読み出し光を供給する。本例では、ＬＤ２３が第１レンズ系２４の第２レンズ系２６側の焦点面付近に配置されて、第１レンズ系２４を通過した読み出し光が略平行光束となって全ての画素の反射板６を照射するようになっている。ＣＣＤ２０上の光学像のコントラストを高めるため、ＬＤ２３の前部に読み出し光絞りを設けてもよい。本例では、放射検出装置１００は、その基板１の面（本例では、目標物体からの赤外線が入射しない場合の反射板６の面と平行）が光軸Ｏと直交するように配置されている。もっとも、このような配置に限定されるものではない。
【００５８】
光線束制限部２５は、前記所望の光線束のみを選択的に通過させる部位が第１レンズ系２４の光軸Ｏに関して他方の側（図３中の左側）の領域に配置されるように構成されている。本例では、光線束制限部２５は、開口２５ａを有する遮光板からなり、開口絞りとして構成されている。本例では、いずれの画素の赤外線吸収膜を兼ねる変位部３にも目標物体からの赤外線が入射していなくて全ての画素の反射板６の面が基板１の面と平行である場合に、全ての画素の反射板６で反射した光線束（各反射板６で反射した個別光線束の束）が第１レンズ系２４によって集光する集光点の位置と開口２５ａの位置とがほぼ一致するように、光線束制限部２５が配置されている。また、開口２５ａの大きさは、この光線束の前記集光点での断面の大きさとほぼ一致するように定められている。もっとも、このような配置や大きさに限定されるものではない。
【００５９】
図３に示す映像化装置によれば、ＬＤ２３から出射した読み出し光の光線束３１は、第１レンズ系２４に入射し、略平行化された光線束３２となる。次にこの略平行化された光線束３２は、放射検出装置１００の全ての画素の反射板６に、基板１の法線に対してある角度をもって入射する。
【００６０】
一方、結像レンズ２２によって、熱源（目標物体）２１からの赤外線が集光され、放射検出装置１００の変位部３が分布している面上に、熱源２１の赤外線画像が結像される。これにより、放射検出装置１００の各画素の変位部３に熱源２１からの赤外線が入射する。この入射赤外線は、各画素の反射板６の傾きに変換される。
【００６１】
今、全ての画素の変位部３には熱源２１からの赤外線が入射しておらず、全ての画素の反射板６が基板１と平行であるものとする。全ての画素の反射板６に入射した光線束３２は、これらの反射板６にて反射されて光線束３３となり、再び第１レンズ系２４に今度はＬＤ２３の側とは反対の側から入射して集光光束３４となり、この集光光束３４の集光点の位置に配置された光線束制限部２５の開口２５ａの部位に集光する。その結果、集光光束３４は開口２５ａを透過して発散光束３５となって第２レンズ系２６に入射する。第２レンズ系２６に入射した発散光束３５は、第２レンズ系２６により例えば略平行光束３６となってＣＣＤ２０の受光面に入射する。ここで、各画素の反射板６とＣＣＤ２０の受光面とはレンズ系２４，２６によって共役な関係にあるので、ＣＣＤ２０の受光面上の対応する各部位にそれぞれ各反射板６の像が形成され、全体として、全ての画素の反射板６の分布像である光学像が形成される。
【００６２】
今、ある画素の変位部３に熱源２１からある量の赤外線が入射して、その入射量に応じた量だけ当該画素の反射板６が基板１の面に対して傾いたものとする。光線束３２のうち当該反射板６に入射する個別光線束は、当該反射板６によってその傾き量だけ異なる方向に反射されるので、第１レンズ系２４を通過した後、その傾き量に応じた量だけ前記集光点（すなわち、開口２５ａ）の位置からずれた位置に集光し、その傾き量に応じた量だけ光線束制限部２５により遮られることになる。したがって、ＣＣＤ２０上に形成された全体としての光学像のうち当該反射板６の像の光量は、当該反射板６の傾き量に応じた量だけ低下することになる。
【００６３】
したがって、ＣＣＤ２０の受光面上に形成された読み出し光による光学像は、放射検出装置１００に熱源２１から入射した赤外線像を反映したものとなる。この光学像は、ＣＣＤ２０により撮像される。なお、ＣＣＤ２０を用いずに、接眼レンズ等を用いて前記光学像を肉眼で観察してもよい。
【００６４】
なお、読み出し光学系の構成が前述した構成に限定されるものではないことは、言うまでもない。
【００６５】
以上は映像化装置の例であったが、図３において、放射検出装置１００として、単一の画素（素子）のみを有する放射検出装置を用い、２次元ＣＣＤ２０に代えて、単一の受光部のみを有する光検出器を用いれば、赤外線のいわゆるポイントセンサとしての検出装置を構成することができる。この点は、後述する各実施の形態についても同様である。
【００６６】
［第２の実施の形態］
【００６７】
図４は、本発明の第２の実施の形態による光読み出し型の放射検出装置の単位画素（単位素子）を示す概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。図４において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６８】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、反射板６の凹凸構成が逆になっている点のみである。すなわち、本実施の形態では、すなわち、反射板６において、凸条部９が平面部８の上面側（表面側）に突出し、立ち下がり部８ｆに代えて立ち上がり部８ｆ’が形成されている点のみである。本実施の形態も前記第１の実施の形態と同様の製造方法によって製造することができることは、言うまでもない。
【００６９】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００７０】
［第３の実施の形態］
【００７１】
図５は、本発明の第３の実施の形態による光読み出し型の放射検出装置の単位画素（単位素子）を示す概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、反射板６の凸条部９の断面形状が略中実形状とされている点のみである。本実施の形態も、前記第１の実施の形態と同様の製造方法によって製造することができる。この場合、図２（ｃ）に示す工程において凸条部９に対応する溝１２ｃの幅を狭めておけば、図２（ｄ）に示す工程において、断面略中実形状の凸条部９が形成されることになる。
【００７３】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００７４】
［第４の実施の形態］
【００７５】
図６は、本発明の第４の実施の形態による光読み出し型の放射検出装置の単位画素（単位素子）を示す概略断面図であり、図１（ｂ）に対応している。図６において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７６】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、反射板６において、凸条部９が、平面部８を構成する膜とは別の材料で形成されている点である。本実施の形態も、前記第１の実施の形態と同様の製造方法によって製造することができる。この場合、図２（ｃ）に示す工程において凸条部９に対応する溝１２ｃは形成せず、図２（ｄ）に示す工程の後に、凸条部９を構成することになる膜を形成し、その膜を凸条部９の形状にパターニングすればよい。
【００７７】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００７８】
［凸条部のパターン例］
【００７９】
前記第１乃至第５の実施の形態では、反射板６における平面視での凸条部９のパターンは、前述したように図１（ａ）に示す通りであった。このパターンを模式的に示したものが、図７（ａ）である。ただし、図７（ａ）では、平板状部の平面視での外形は長方形状となっている。図７（ｂ）〜（ｎ）は、平面視での凸条部９の他のパターンをそれぞれ模式的に示す図である。図７（ａ）〜（ｎ）において、外形線以外の線は凸条部９を示し、線で囲まれた領域は平面部８の領域を示している。ただし、これらの図において、凸条部９の幅は省略している。
【００８０】
前述した第１乃至第４の実施の形態において、反射部６における平面視での凸条部９のパターンを、図１（ａ）及び図７（ｂ）に示すパターンの代わりに、例えば、図７（ｂ）〜（ｎ）に示すパターンとしてもよい。
【００８１】
既に説明したように、図１（ａ）及び図７（ｂ）に示すパターンでは、強度が大幅に向上する。このようなパターンの場合に強度が大幅に向上することは、本発明者の実験により判明した。
【００８２】
図７（ｂ）〜（ｄ）に示すパターンは、凸条部９により区切られた平面部８の中央の領域の形状がそれぞれ円形、たなびいた旗のような形状、及び菱形となるように、図１（ａ）及び図７（ａ）に示すパターンを変更したものである。これらのパターンであっても、図１（ａ）及び図７（ａ）に示すパターンと同様に、強度が向上する。
【００８３】
図７（ｅ）（ｆ）に示すパターンはそれぞれ、凸条部９により区切られた平板状部の領域のうち平板状部の周辺部分から隔てられた領域（中央寄りの領域）が５つとなるように、凸条部９が形成されたものである。これらのパターンであっても、図１（ａ）及び図７（ａ）に示すパターンと同様に、強度が向上する。
【００８４】
図７（ｇ）に示すパターンは、図７（ｂ）において平板状部の対角線に沿ってＸ字状に配置された凸条部９の部分を、十字状に配置し直したものである。このパターンによっても凸条部９を形成しない場合に比べて強度が大幅に向上するが、図７（ｂ）に示すパターンに比べると、例えば図７（ｇ）中のＡ点とＢ点とを結ぶ直線に沿って比較的曲がり易いことから、やや強度が低下する。
【００８５】
図７（ｈ）に示すパターンは、図１（ａ）及び図７（ａ）に示すパターンと基本的に同じであるが、平板状部の形状が、図１（ａ）及び図７（ａ）の場合の平板状部の角部を面取りした形状となっている。この平板状部の外形や凸条部９のパターンであっても、図１（ａ）及び図７（ａ）に示す場合と同様に、強度が向上する。
【００８６】
図７（ｉ）に示すパターンでは、長方形状の平板状部の対角線に完全に沿うように、凸条部９が形成されている。このパターンによっても凸条部９を形成しない場合に比べて強度が大幅に向上するが、図７（ａ）〜（ｈ）に示すパターンのように、平板状部の周辺部分の任意の２点を結ぶ各仮想直線について、当該仮想直線の全体に渡っては前記凸条部が位置することがないように、凸条部９が形成されている場合に比べると、図７（ｇ）中の対角線に沿って比較的曲がり易いことから、やや強度が低下する。
【００８７】
図７（ｊ）は、平板状部の形状が三角形状である場合の凸条部９のパターンの例を示している。この例では、図７（ｉ）の場合と同じく、凸条部９により区切られた領域のうちには、平板状部の周辺部分から隔てられた領域が存在しないが、平板状部の周辺部分の任意の２点を結ぶ各仮想直線について、当該仮想直線の全体に渡っては前記凸条部９が位置することがないように、凸条部９が形成されているため、図１（ａ）及び図７（ａ）に示す場合と同様に、強度が向上する。
【００８８】
図７（ｋ）に示すパターンは、図１（ａ）及び図７（ａ）に示すパターンと基本的に同じであるが、凸条部９が途中の５箇所で若干途切れており、厳密に言えば凸条部９が平面部８を複数の領域には区分していない。しかし、このパターンであっても、凸条部９が平面部８を実質的に５つの領域に区分しており、図１（ａ）及び図７（ａ）に示す場合と同様に、強度が向上する。
【００８９】
図７（ａ）〜（ｋ）に示すパターンでは凸条部９が平面部８を実質的に複数の領域に区分しているのに対し、図７（ｌ）〜（ｎ）に示すパターンでは、凸条部９は平面部８を実質的に複数の領域に区分していない。しかしながら、図７（ｌ）では凸条部９が平板状部の長辺と平行に３本互いに間隔をあけて形成され、図７（ｍ）では凸条部９がジグザグ状に形成され、図７（ｎ）では凸条部９が波形に曲がりくねって形成されているため、これらのパターンの場合であっても、凸条部９を形成しない場合に比べて強度が大幅に向上する。
【００９０】
図７（ｂ）（ｃ）（ｇ）（ｎ）のパターンのように、凸条部９が曲線状に形成された部分を含むと、応力の集中が緩和されたり直線に沿った曲がりに対して強くなったりするので、好ましい。
【００９１】
［第５の実施の形態］
【００９２】
図８は、本発明の第５の実施の形態による静電容量型の放射検出装置の単位画素（単位素子）を示す図であり、図８（ａ）はその概略平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）中のＹ１−Ｙ２線に沿った概略断面図である。
【００９３】
本実施の形態による放射検出装置は、基体としてのＳｉ基板等の基板４１と、基板４１から立ち上がった２つの脚部４２，４３と、赤外線ｉを吸収する赤外線吸収部４４と、脚部４２，４３を介して基板４１に支持され、赤外線吸収部４４にて発生した熱に応じて基板４１に対して変位する変位部４５，４６と、該変位部４５，４６の先端部分に接続された部材５０と、を備えている。
【００９４】
図８中、４２ａ，４３ａは、脚部４２，４３における基板４１へのコンタクト部をそれぞれ示している。脚部４２，４３の平面部４２ｂ，４３ｂは、それぞれＬ字状に構成されている。脚部４２，４３は、断熱性の高い材料として、例えば、ＳｉＯ膜で構成される。
【００９５】
変位部４５，４６はそれぞれ、互いに重なった２つの膜４８，４９で構成されている。変位部４５，４６は、それらの一方端部が脚部４２，４３の平面部４２ｂ，４３ｂの先端部分にそれぞれ接続されて支持されることにより、それぞれカンチレバーを構成しており、基板１上に浮いた状態に支持されている。膜４８及び膜４９は、互いに異なる膨張係数を有する異なる物質で構成されており、変位部４５，４６はそれぞれ、いわゆる熱バイモルフ構造（bi-material elementともいう。）を構成している。したがって、変位部４５，４６は、受けた熱に応じて、下側の膜４８の膨張係数が上側の膜４９の膨張係数より大きい場合には上方に、逆の場合には下方に湾曲して傾斜する。本実施の形態では、膜４８は例えば厚さ３０００オングストロームのＳｉＮ膜で構成され、膜４９は例えば厚さ１０００オングストロームのＡｌ膜で構成されている。
【００９６】
部材５０は、Ａｌ膜４９が変位部４５，４６からそのまま延びることによって構成されている。この部材５０は、変位部４５，４６に生じた変位に応じた静電容量の変化を得るために用いられる変位読み出し部材としての可動電極部となっている。また、部材５０は、赤外線ｉを略々全反射する赤外線反射部となっている。すなわち、本実施の形態では、赤外線反射部は可動電極部として兼用されている。なお、部材５０における後述する赤外線吸収部４４との対向面に赤外線反射部としての反射膜を形成し、部材５０を可動電極部のみとして用いることもできる。
【００９７】
赤外線吸収部４４は、入射した赤外線ｉの一部を反射する特性を有している。赤外線吸収部５の赤外線反射率は、約３３％であることが好ましい。赤外線吸収部４４は、前記第１の実施の形態における反射板６と同様の薄膜部材で構成され、１層の膜からなる平面部５１と、平面部５１に混在するように形成され平面部５１の下面側（裏面側）に突出した凸条部５２とから構成されている。ただし、赤外線吸収部４４は、前記第１の実施の形態における反射板６と異なり、立ち下がり部８ｆに相当する立ち下がり部は形成されていない。もっとも、このような立ち下がり部を形成してもよいことは、言うまでもない。赤外線吸収部４４の断面構造は、例えば、図１（ａ）、図４、図５、図６のうちのいずれの反射板６の断面構造と同様にしてもよいし、凸条部５２の平面視でのパターンは、例えば、図７中のいずれのパターンと同様にしてもよい。
【００９８】
赤外線吸収部４４の４箇所（１箇所以上であればよい。）の部分が接続部５３を介して部材５０に固定されることにより、部材５０の上方に間隔（部材５０と赤外線吸収部４４の平面部５３との間の間隔）Ｌ１をあけて部材５０と実質的に平行に配置されている。本実施の形態では、赤外線吸収部４４の各部及び接続部５３は、例えば厚さ３０００オングストロームのＳｉＮ膜で一体に形成されている。
【００９９】
前記間隔Ｌ１は、ｎを奇数、入射赤外線ｉの所望の波長域の中心波長をλ_０として、実質的にｎλ_０／４となるように設定されている。本実施の形態では、具体的には、λ_０を１０μｍ、ｎを１として、間隔Ｌ１は約２．５μｍに設定されているが、これに限定されるものではない。
【０１００】
基板４１には、可動電極部としての部材５０と対向するように、金属膜からなる固定電極部５４が設けられている。固定電極部５４の上面は、必要に応じて誘電体膜で覆ってもよい。また、基板４１には、この固定電極部５４の下側にこの電極５４と電気的に接続された拡散層５５が形成されるとともに、脚部４２，４３のコンタクト部４２ａ，４３ａ付近の下側に拡散層５６が形成されている。脚部４２，４３上にはそれぞれ、Ａｌ膜４９と拡散層５６との間（ひいては、可動電極部としての部材５０と拡散層５６との間）を電気的に接続する配線層５７が形成されている。コンタクト部４２ａ，４３ａにはそれぞれ開口が形成され、これらの開口を介して配線層５７が拡散層５６と電気的に接続されるようになっている。
【０１０１】
本実施の形態による放射検出装置は、前述した第１の実施の形態と同様に、膜の形成及びパターニング、犠牲層の形成及び除去などの半導体製造技術を利用して、製造することができる。
【０１０２】
本実施の形態による放射検出装置では、上方から目標物体からの赤外線ｉが入射すると、入射した赤外線ｉは赤外線吸収部４４で一部吸収され、残りは赤外線反射部としての部材５０で反射され赤外線吸収部４４で反射し再度部材５０に入射する。このため、赤外線吸収部４４と部材５０との間で干渉現象が起こり、両者の間隔Ｌ１が入射赤外線ｉの所望の波長域の中心波長の１／４の略奇数倍とされているので、赤外線吸収部４４での赤外線吸収がほぼ最大となり、赤外線吸収部４４における赤外線の吸収率が高まる。したがって、赤外線吸収部４４の厚みを薄くしてその熱容量を小さくしても、赤外線の吸収率を高めることができる。その結果、検出感度及び検出応答性の両方を高めることができる。
【０１０３】
そして、赤外線吸収部４４で発生した熱が変位部４５，４６に伝わり、この熱に応じてカンチレバーを構成している変位部４５，４６が下方に湾曲して傾斜する。このため、部材５０が、赤外線吸収部４４との相対的な位置関係（すなわち、間隔Ｌ１）を保ったまま、入射した赤外線ｉの量に応じた量だけ基板４１の面に対して傾き、可動電極部としての部材５０と固定電極部５４との間の距離が変化する。これにより、部材５０と固定電極部５４との間の静電容量の値が変化し、入射赤外線量を拡散層５５，５６間から静電容量の変化として検出することができる。なお、図面には示していないが、拡散層５５，５６はその静電容量を読み出す読み出し回路に接続されている。
【０１０４】
なお、図面には示していないが、変位部４５，４６、脚部４２，４３、電極部５０，５４及び赤外線吸収部４４を単位素子（画素）として、この画素が基板４１上に１次元状又は２次元状に配置されており、前記読み出し回路から赤外線画像信号が得られる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、前述したように、赤外線吸収部４４が前記第１の実施の形態における反射板６と同様の薄膜部材で構成されているので、赤外線吸収部４４の所望の機械的強度を確保しつつ、赤外線吸収部４４の膜厚を薄くすることができる。このため、この点からも、赤外線吸収部４４の軽量化を図ることができるので、検出感度及び検出応答性を高めることができる。
【０１０６】
本実施の形態では、部材５０は平面部のみで構成されているが、放射吸収部４４と同様に、平面部と該平面部に混在するように形成された凸条部とを有する薄膜部材で構成してもよい。
【０１０７】
また、本実施の形態を次のように変形して、光読み出し型の放射検出装置としてもよい。すなわち、拡散領域５５，５６、固定電極５４及び配線層５７を取り除き、部材４４をＡｌ膜で構成し、この部材４４に、上方から入射する読み出し光を反射する反射板、及び、基板４１を透過して下方から入射する赤外線をほぼ反射する赤外線反射部、を兼用させる。そして、膜４９をＳｉＮ膜で構成して、部材５０を赤外線吸収部とする。この場合、部材５０も、平面部と該平面部に混在するように形成された凸条部とを有する薄膜部材で構成してもよい。
【０１０８】
以上、本発明の各実施の形態やその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、膜の材料や寸法等は前述したものに限定されない。
【０１０９】
前記第１乃至第４の実施の形態は、本発明による薄膜部材を光読み出し型の放射検出装置の反射板に適用した例であり、前記第５の実施の形態は、本発明による薄膜部材を静電容量型の放射検出装置の赤外線吸収部や赤外線反射部に適用した例であったが、本発明による薄膜部材の用途はこれらに限定されるものではなく、マイクロマシンや微少な素子を有する各種のデバイスなどにおいて用いることができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所望の機械的強度を確保しつつ膜厚を薄くすることができる薄膜部材を提供することができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、所望の機械的強度を確保しつつ膜厚を薄くすることができる薄膜部材を用いることによって、感度等の特性の向上を図ることができる放射検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による放射検出装置の単位画素を示す図である。
【図２】図１に示す放射検出装置の製造工程を示す概略断面図である。
【図３】図１に示す放射検出装置を用いた映像化装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による放射検出装置の単位画素を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による放射検出装置の単位画素を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による放射検出装置の単位画素を示す概略断面図である。
【図７】平面視での凸条部のパターンの各例を模式的に示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態による静電容量型の放射検出装置の単位画素を示す図である。
【符号の説明】
１，４１ 基板
２，４２，４３ 脚部
３，４５，４６ 変位部
６ 反射板
８，５１ 平面部
８ａ〜８ｅ 平面部の領域
８ｆ 立ち下がり部
８ｆ’ 立ち上がり部
９，５２ 凸条部
４４ 赤外線吸収部
５０ 部材
５４ 固定電極

Claims (4)

1. 空中に位置するように支持された平板状部を備え、前記平板状部は、１層又は複数層の膜からなる平面部と、該平面部に混在するように形成され前記平面部の表面側又は裏面側に突出した凸条部とを有する薄膜部材の製造方法であって、
   第一の犠牲層を形成する工程と、
   前記第一の犠牲層に、前記平板状部を空中に支持するための接続部に応じた開口を形成する工程と、
   前記第一の犠牲層上に第二の犠牲層を形成する工程と、
   前記第二の犠牲層に、前記接続部及び前記凸条部に応じた開口を形成する工程と、
   前記平板状部及び前記接続部を構成する薄膜を形成する工程と、
   前記第一及び第二の犠牲層を除去する工程と、
   を有し、
   前記凸条部は、前記平面部を、前記平板状部の周辺部分から隔てられた１つ以上の領域、及び、当該各領域の周辺部分の一部が前記平板状部の周辺部分の一部となる複数の領域に、区分するように、形成され、
   前記凸条部は、前記平板状部の周辺部分の任意の２点を結ぶ各仮想直線について、当該仮想直線の全体に渡っては前記凸条部が位置することがないように、形成され、
   前記平面部及び前記凸条部は、互いに同じ層数の層からなる膜が互いに連続して形成されたものであることを特徴とする薄膜部材の製造方法。
2. 前記凸条部は、曲線状に形成された部分を含むことを特徴とする請求項１記載の薄膜部材の製造方法。
3. 前記凸条部の少なくとも一部の断面形状が、突出側と反対の側に開口する略コ字状であるか、あるいは、略中実形状であることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜部材の製造方法。
4. 前記平面部の各領域の周辺部分のうち前記平板状部の周辺部分となる部分の少なくとも一部に渡って、当該平面部から立ち上がるかあるいは立ち下がる立ち上がり部又は立ち下がり部が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜部材の製造方法。

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