JP5516358B2 - ファブリペロー干渉計の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定ミラー構造体と、ギャップを介して固定ミラー構造体に対向配置されるとともに、ギャップを架橋する部位が変位可能なメンブレンとされた可動ミラー構造体と、を備えるファブリペロー干渉計の製造方法に関するものである。

従来、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、ポリシリコンからなる高屈折率層の間に、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を変化させて、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、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ｄｅ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、対向距離ｄｅの変化量Δｄｅに正比例する。このため、変化量Δｄｅが対向距離ｄｅの初期長さｄｅｉの１/３となった状態がプルイン限界である。したがって、変化量Δｄｅが初期長さｄｅｉ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）。

特許文献１に示されるファブリペロー干渉計では、ポリシリコンのミラー形成部分に不純物がドーピングされて電極が構成されており、電極の対向距離ｄｅとミラーの対向距離ｄｍが等しくなっている。このため、対向距離ｄｍ（＝ｄｅ）の変化量Δｄｍ（＝Δｄｅ）が初期長さｄｍｉ（＝ｄｅｉ）の１/３となった状態がプルイン限界である。一方、特許文献２に示されるファブリペロー干渉計では、ポリシリコンに部分的に不純物をドーピングして電極としており、ミラーを構成するポリシリコンの部分が電極と電気的に結合されている。すなわち、ミラー部分も、静電気力の生じる電極として実質的に作用するようになっている。このため、ミラーの対向距離ｄｍの変化量Δｄｍが初期長さｄｍｉの１/３となった状態がプルイン限界である。

このように、従来は、ミラーの対向距離ｄｍと電極の対向距離ｄｅがほぼ等しいため、変化量Δｄｍが初期長さｄｍｉ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。

また、透過光の波長λは、λ＝２×ｄｍ／ｎで示される。ｎは干渉光の次数を示す正の整数である。したがって、プルイン限界でのミラーの対向距離ｄｍの変化量をΔｄｍｐとすると、１次の干渉光（ｎ＝１）の波長可変帯域は、理想的には２ｄｍｉ〜２（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。また、２次の干渉光（ｎ＝２）の波長可変帯域は、理想的にはｄｍｉ〜（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。このように、次数の異なる干渉光、特に次数が小さく、波長可変帯域の広い１次と２次の干渉光を利用することで、分光帯域を広くすることも考えられる。

しかしながら、上記したように、従来のファブリペロー干渉計では、プルイン限界によって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（分光不可域）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。

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の製造方法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、
固定ミラー構造体と、ギャップを介して固定ミラー構造体に対向配置されるとともに、ギャップを架橋する部位が変位可能なメンブレンとされた可動ミラー構造体と、を備え、
ギャップを介した対向部位として、
固定ミラー構造体は、固定ミラーと、固定電極とを有し、
可動ミラー構造体は、固定ミラーに対向して形成された可動ミラーと、可動電極とを有し、
固定電極と可動電極の間に印加された電圧に基づいて生じる静電気力によりメンブレンが変位され、ギャップにおける固定ミラーと可動ミラーとの対向距離に応じた波長の光を選択的に透過させるものであり、
電圧が印加されない初期状態で、固定ミラーと可動ミラーの対向距離が、固定電極と可動電極の対向距離以下とされ、
固定電極と該固定電極を除く固定ミラー構造体の他の部分、及び、可動電極と該可動電極を除く可動ミラー構造体の他の部分、の少なくとも一方が電気的に分離され、
メンブレンは、可動ミラーと、可動電極を含み、可動ミラーを取り囲む高剛性部と、メンブレンの外端に設けられ、高剛性部と接続された第１ばね変形部と、高剛性部と可動ミラーとの間に設けられ、高剛性部及び可動ミラーと接続された第２ばね変形部を有し、
可動ミラーを取り囲むように多重に設けられた２つのばね変形部は、メンブレンを構成する他の可動ミラー及び高剛性部よりも剛性が低くされ、
可動電極における固定電極との対向部分が、メンブレンの中心から外端に向かう方向において、高剛性部の一部のみを占めており、
メンブレンの中心から外端に向かう方向において、可動電極における固定電極との対向部分の中心と高剛性部における第１ばね変形部側の端部との距離をＬ１、高剛性部の長さをＬ２とすると、
Ｌ２／Ｌ１≧３
を満たすように構成されるファブリペロー干渉計の製造方法であって、
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間の固定ミラー形成領域に、高屈折率層を構成する元素の酸化膜からなる酸化物層を配置して、固定ミラー構造体を基板の一面上に形成する工程と、
固定ミラー構造体の酸化物層と同じ材料からなる犠牲層を、固定ミラー構造体の基板と反対の面上に形成する工程と、
固定ミラー構造体と同じ半導体薄膜からなる高屈折率層間の可動ミラー形成領域に、固定ミラー構造体と同じ酸化膜からなる酸化物層を配置して、可動ミラー構造体を犠牲層を覆うように形成する工程と、
エッチングにより、メンブレンに対応する犠牲層の部分を除去して、固定ミラー構造体と可動ミラー構造体とを対向させるギャップを設けるとともに、固定ミラー構造体及び可動ミラー構造体の酸化物層を除去して、固定ミラーおよび可動ミラーを、高屈折率層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エアミラーとする工程と、を備え、
可動ミラー構造体を形成する工程において、酸化物層を、可動ミラー形成領域だけでなく、高剛性部の形成領域にも配置し、
エッチングの工程において、高剛性部の酸化物層を除去せずに残すことを特徴とする。

ここで、可動ミラーと固定ミラーとの対向距離をｄｍ、特に電圧が印加されない初期状態の対向距離をｄｍｉ、電圧印加による変位量をΔｄｍ、特にプルイン限界での変位量をΔｄｍｐとする。上記したように、１次の干渉光の波長可変帯域は、理想的には２ｄｍｉ〜２（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。２次の干渉光の波長可変帯域は、理想的にはｄｍｉ〜（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。１次の干渉光と２次の干渉光との分光不可域を無くすには、１次の干渉光の波長可変帯域の下限値が、２次の干渉光の波長可変帯域の上限値以下となれば良い。プルイン限界での変位量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となると、１次の干渉光の波長可変帯域の下限値が２次の干渉光の波長可変帯域の上限値ｄｍｉ以下となる。

そこで本発明では、メンブレンの外端から中心に向けて、第１ばね変形部、可動電極を含む高剛性部、第２ばね変形部、可動ミラーの順に設けた。すなわち、第１ばね変形部及び第２ばね変形部とは別に、これらばね変形部よりも剛性の高い高剛性部を設けた。したがって、電極間に電圧を印加し、電極間に生じる静電気力により可動電極が固定電極に向けて変位しようとすると、高剛性部は、第２ばね変形部との接続端が第１ばね変形部との接続端よりも固定ミラー構造体に近づくように傾斜しつつ変位する。また、ばね変形部よりも剛性の高い高剛性部は、ばね変形部のように撓むことなく平坦な状態で傾斜しつつ変位することができる。

また、高剛性部における可動電極と固定電極との対向部分（以下、単に電極対向部分と示す）の位置に着目し、電極対向部分の中心と高剛性部における第１ばね変形部側の端部との距離Ｌ１と高剛性部の長さＬ２が、Ｌ２／Ｌ１≧３を満たすように構成した。高剛性部の長さが第１ばね変形部の長さに対して十分に長く、電圧が印加されない状態での高剛性部（可動電極）と固定ミラー構造体（固定電極）との対向距離をｄ、高剛性部における第１ばね変形部側の端部を基準端とし、基準端に対する電極対向部分でのプルイン限界の変位量をｄ×１／３、このときの高剛性部における第２ばね変形部側の端部での変位量をｄ×１／２とする。上記したように高剛性部は平坦な状態で傾斜しつつ変位するので、比例関係からＬ２／Ｌ１＝３／２となる。したがって、Ｌ２／Ｌ１≧３／２を満たすことで、高剛性部における第２ばね変形部側の端部での変位量はｄ×１／２以上となる。可動ミラーは高剛性部と第２ばね変形部を介して接続されているため、可動ミラーと固定ミラーとの対向距離ｄｍの変位量Δｄｍｐも、初期長さｄｍｉの１／２以上となる。

このように本発明によれば、可動ミラーを初期長さｄｍｉの１／２以上変位させ、これにより１次の干渉光の可変波長帯域を長くして、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。特に本発明では、Ｌ２／Ｌ１≧３を満たすように構成したため、可動電極がプルイン限界まで変位した状態で、可動ミラーを初期長さｄｍｉまで、すなわち固定ミラーに接触するまで変位させることができる。このため、１次の干渉光の波長可変帯域が２ｄｍｉから理想的にはゼロまでの範囲となり、１次の干渉光のみで分光帯域をさらに広くすることができる。

なお、本発明では、高剛性部と可動ミラーとが、高剛性部及び可動ミラーよりも剛性の低い（ばね定数が小さい）第２ばね変形部によって力学的（構造的）に分離されている。したがって、電極間に電圧を印加し、可動電極を含む高剛性部が変位しても、可動ミラーを固定ミラー構造体（固定ミラー）に対してほぼ平行に保持することができる。また、固定電極と該固定電極を除く固定ミラー構造体の他の部分、及び、可動電極と該可動電極を除く可動ミラー構造体の他の部分、の少なくとも一方が電気的に分離されているため、電極間に電圧を印加してもミラー間に静電気力が殆ど生じず（又は全く生じず）、可動ミラー及び固定ミラーを平坦に保持することができる。これにより、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を低減することができる。すなわち、分光帯域を広くしつつ、透過波長の半値幅を低減することができる。

また、本発明では、固定ミラー及び可動ミラーとして、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光学多層膜構造のミラーを採用する。このようにエアミラーを採用すると、低屈折率層に対する高屈折率層の屈折率比が大きくなり、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、上記した効果と合わせて、より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。

また、本発明では、高剛性部が、２つの高屈折率層と、該高屈折率層の間に介在された、高屈折率層を構成する元素の酸化物層とを有する。エアミラーの空気層は、高屈折率層を構成する元素の酸化物層（例えば二酸化シリコン層）をエッチングにより除去して形成される。このため、本発明によれば、ギャップ及びエアミラーとともに高剛性部を形成し、製造工程を簡素化することができる。

また。請求項２に記載のように、可動ミラー構造体を形成する工程において、酸化物層を、第１ばね変形部及び第２ばね変形部の形成領域にも配置し、エッチングの工程において、犠牲層とともに、第１ばね変形部及び第２ばね変形部の酸化物層も除去するようにしても良い。これによれば、ギャップ、エアミラー、及び高剛性部とともに各ばね変形部を形成し、製造工程をさらに簡素化することができる。

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断面図であり、電圧が印加された状態を示している。 図１に示すファブリペロー干渉計において、高剛性部における可動電極と固定電極の対向部分の位置及びその効果を説明するための図である。 （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の分光帯域を示す図である。 図１に示すファブリペロー干渉計の具体例として、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可動ミラー構造体側から見た平面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 ファブリペロー干渉計の製造工程を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 製造工程の変形例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可動ミラー構造体側から見た平面図である。 変形例を示す平面図である。 変形例を示す平面図である。 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断面図である。 膜厚比と高剛性部の平均応力との関係を示す図である。

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。

（第１実施形態）
以下においては、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の変位方向を単に変位方向と示し、該変位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Ｘ１とする。この周辺領域Ｘ１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Ｘ１が設定されている。換言すれば、メンブレンＭＥＭの中心を含む領域（中央領域）に可動ミラーＭ２が設けられている。

また、以下においては、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の対向距離をｄｅ、特に電圧が印加されない初期状態での対向距離をｄｅｉ、プルイン限界での対向距離をｄｅｐ、対向距離の変化量をΔｄｅ、特にプルイン限界での変化量をΔｄｅｐとする。また、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２の対向距離をｄｍ、特に電圧が印加されない初期状態での対向距離をｄｍｉ、プルイン限界での対向距離をｄｍｐ、対向距離の変化量をΔｄｍ、特にプルイン限界での変化量をΔｄｍｐとする。

図１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は、エアギャップＡＧを介して対向配置された固定ミラー構造体３０及び可動ミラー構造体７０を備えている。可動ミラー構造体７０のエアギャップＡＧを架橋する部分は、後述する電極Ｅ１，Ｅ２間への電圧の印加により変位可能なメンブレンＭＥＭとなっている。また、エアギャップＡＧを介した対向部位として、固定ミラー構造体３０は、固定ミラーＭ１と固定電極Ｅ１を有している。一方、可動ミラー構造体７０は、エアギャップＡＧを介して固定ミラーＭ１に対向配置された可動ミラーＭ２と、エアギャップＡＧを介して少なくとも一部が固定電極Ｅ１に対向配置された可動電極Ｅ２を有している。なお、図１に示す例では、支持部材５０を介して可動ミラー構造体７０が固定ミラー構造体３０の一面上に支持（固定）されている。

そして、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の間に印加される電圧Ｖに基づいて静電気力が生じると、可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭが変位し、エアギャップＡＧの長さが変化する。これにより、エアギャップＡＧにおける固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との対向距離ｄｍに応じた波長の光を選択的に透過させることができる。

なお、ミラーＭ１，Ｍ２間の対向距離の変化量Δｄｍをできるだけ大きくするために、ミラーＭ１，Ｍ２間の初期長さｄｍｉは、電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉ以下とされる。本実施形態では、ｄｍｉ＝ｄｅｉとなっている。

特に本実施形態では、固定電極Ｅ１と該固定電極Ｅ１を除く固定ミラー構造体３０の他の部分（固定ミラーＭ１など）、及び、可動電極Ｅ２と該可動電極Ｅ２を除く可動ミラー構造体７０の他の部分（可動ミラーＭ２など）、の少なくとも一方が電気的に分離されている。したがって、エアギャップＡＧを変化させるべく固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の間に電圧を印加しながらも、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２をほぼ同電位または完全に同電位とすることができる。このため、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２との間で静電気力が殆ど生じないか、全く生じない状態となり、プルイン限界は、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２との対向距離ｄｅに依存する。なお、このような電気的な分離構造としては、ｐｎ接合分離や、ポリシリコンをエッチングによりパターニングし、空間的に分離するトレンチ絶縁分離を採用することができる。

また、図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、メンブレンＭＥＭが、可動ミラーＭ２と、可動ミラーＭ２を取り囲む高剛性部Ｈ１と、メンブレンＭＥＭの外端に設けられ、高剛性部Ｈ１と接続された第１ばね変形部Ｂ１と、高剛性部Ｈ１と可動ミラーＭ２との間に設けられ、高剛性部Ｈ１及び可動ミラーＭ２と接続された第２ばね変形部Ｂ２と、を有している。すなわち、メンブレンＭＥＭの外端から中心に向けて、第１ばね変形部Ｂ１、可動電極Ｅ２を含む高剛性部Ｈ１、第２ばね変形部Ｂ２、可動ミラーＭ２の順に設けられている。

高剛性部Ｈ１は、メンブレンＭＥＭの変位時に撓まず平坦なまま変位するようにばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも剛性が高く設定された部分であり、少なくとも一部に可動電極Ｅ２を含んでいる。図２（ａ）〜（ｃ）において、高剛性部Ｈ１のうち、外側の端部、すなわち第１ばね変形部Ｂ１と接続される側の端部をＨ１ａと示し、内側の端部、すなわち第２ばね変形部Ｂ２と接続される側の端部をＨ１ｂと示す。この高剛性部Ｈ１は、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、固定ミラー構造体３０との初期状態での対向距離が全域で等しくなっている。すなわち、高剛性部Ｈ１全域で初期長さがｄｅｉとなっている。

２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２は、可動ミラーＭ２を取り囲むように多重（２重）に設けられ、メンブレンＭＥＭを構成する他の部分、すなわち可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも剛性が低くされて、変形しやすくされた部分である。より具体的には、可動ミラー構造体７０における固定ミラー構造体３０との固定部分（図１の支持部材５０による支持部分）と高剛性部Ｈ１（メンブレンＭＥＭにおける第１ばね変形部Ｂ１以外の部分）とを力学的（構造的に）分離してメンブレンＭＥＭを変位可能とすべく、剛性が低く設定された部分である。第１ばね変形部Ｂ１は、可動電極Ｅ２よりも外側に位置しており、電圧印加時にメンブレンＭＥＭを変位させるべく、剛性が低く（ばね定数が低く）設定されている。また、第１ばね変形部Ｂ１の長さが、高剛性部Ｈ１の長さに対して十分に短い長さに設定されている。一方、第２ばね変形部Ｂ２は、可動電極Ｅ２（高剛性部Ｈ１）よりも内側に位置しており、高剛性部Ｈ１と可動ミラーＭ２とを力学的（構造的に）分離すべく、剛性が低く（ばね定数が低く）設定されている。

さらに本実施形態では、固定電極Ｅ１及び可動電極Ｅ２は、可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分（換言すれば、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ１との対向部分）が、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において高剛性部Ｈ１の一部のみを占めるように設けられている。そして、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分（換言すれば、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ１との対向部分）の中心Ｅｃと高剛性部Ｈ１における第１ばね変形部Ｂ１側の端部Ｈ１ａとの距離Ｌ１、高剛性部Ｈ１の長さ（端部Ｈ１ａから端部Ｈ１ｂまでの長さ）Ｌ２が、少なくともＬ２／Ｌ１≧３／２を満たすように構成されている。より好ましくは、Ｌ２／Ｌ１≧３を満たすように構成されている。このように、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２の間に、可動電極Ｅ２を含む高剛性部Ｈ１を設けた点と、高剛性部Ｈ１と可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分とを所定の位置関係とする点が、本実施形態の主たる特徴部分である。なお、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の寸法の関係は特に限定されるものではない。固定電極Ｅ１のほうが長くても良いし、可動電極Ｅ２のほうが長くても良い。また、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の長さが等しくても良い。

次に、上記特徴点の効果を説明する。

ここで、透過光の波長λは次式で示される。なお、ｎは干渉光の次数を示す正の整数である。
（数１）λ＝２×ｄｍ／ｎ
したがって、１次の干渉光（ｎ＝１）の波長可変帯域は、理想的には２ｄｍｉ〜２（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。また、２次の干渉光（ｎ＝２）の波長可変帯域は、理想的にはｄｍｉ〜（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）となる。１次の干渉光と２次の干渉光との分光不可域を無くすには、１次の干渉光の波長可変帯域の下限値［２（ｄｍｉ−Δｄｍｐ）］が、２次の干渉光の波長可変帯域の上限値［ｄｍｉ］以下となれば良い。プルイン限界での変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となると、１次の干渉光の波長可変帯域の下限値が２次の干渉光の波長可変帯域の上限値ｄｍｉ以下となる。

これに対し、本実施形態では、第１ばね変形部Ｂ１の長さが、高剛性部Ｈ１の長さに対して十分に短い長さに設定されており、これにより、第１ばね変形部Ｂ１が変位方向の長さに殆ど影響を与えないようになっている。このため、電圧Ｖを印加し、メンブレンＭＥＭが、図２（ａ）に示す初期状態から図２（ｂ）に示す状態に変位したときの高剛性部Ｈ１の外側の端部Ｈ１ａの変化量はほぼゼロとみなすことができる。高剛性部Ｈ１の外側の端部Ｈ１ａを基準端とし、電圧Ｖを印加したときの基準端に対する可動電極Ｅ２における固定電極Ｅ１との対向部分の中心Ｅｃの変化量を上記Δｄｅ、基準端に対する高剛性部Ｈ１の内側の端部Ｈ１ｂの変化量をΔｄ１とする。

ここで、本実施形態では、第１ばね変形部Ｂ１及び第２ばね変形部Ｂ２とは別に高剛性部Ｈ１を設け、この高剛性部Ｈ１の少なくとも一部に可動電極Ｅ２を設けている。したがって、電圧Ｖを印加し、電極Ｅ１，Ｅ２間に生じる静電気力により可動電極Ｅ２が固定電極Ｅ１に向けて変位しようとすると、図２（ｂ）に示すように、高剛性部Ｈ１は、内側の端部Ｈ１ｂが外側の端部Ｈ１ａよりも固定ミラー構造体３０に近づくように傾斜しつつ変位する。また、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも剛性の高い高剛性部Ｈ１は、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２のように撓むことなく平坦な状態で傾斜しつつ変位する。

このように、高剛性部Ｈ１は平坦な状態で傾斜しつつ変位する。したがって、距離Ｌ１，Ｌ２と変化量Δｄｅ、Δｄ１との間に下記比例関係が成立する。
（数２）Ｌ２／Ｌ１＝Δｄ１／Δｄｅ
可動ミラーＭ２は、第２ばね変形部Ｂ２を介して高剛性部Ｈ１の端部Ｈ１ｂに接続されている。したがって、電極間の対向距離の変化量Δｄｅがプルイン限界Δｄｅｐ（＝ｄｅｉ×１／３）のとき、高剛性部Ｈ１の内側の端部Ｈ１ｂの変化量Δｄ１は、下記式で示されることとなる。
（数３）Ｌ２／Ｌ１＝３Δｄ１／ｄｅｉ
上記したように、プルイン限界での変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となると、１次の干渉光の波長可変帯域の下限値が２次の干渉光の波長可変帯域の上限値ｄｍｉ以下となる。また、ミラーＭ１，Ｍ２間の初期長さｄｍｉは電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉ以下である。したがって、高剛性部Ｈ１の端部Ｈ１ｂの変化量Δｄ１が、電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉの１／２以上となれば、ミラーＭ１，Ｍ２間のプルイン限界での変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２以上となる。本実施形態に示すように、初期長さｄｅｉと初期長さｄｍｉが等しい場合には、Δｄ１が初期長さｄｅｉの１／２で、変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉの１/２となる。これを満たす式は、数式３から下記の通りとなる。
（数４）Ｌ２／Ｌ１≧３／２
このように、数式４の関係を満たすと、可動ミラーＭ２を初期長さｄｍｉの１/２以上変位させ、これにより、図３（ｂ）に示すように、１次の干渉光の可変波長帯域を長くして、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。

なお、図３（ａ），（ｂ）は、本実施形態同様、初期長さｄｅｉ，ｄｍｉが等しい構成での結果を示している。図３（ｂ）では、エアギャップ４２００ｎｍが初期長さｄｍｉであり、エアギャップ２１００ｎｍが可動ミラーＭ２を初期長さｄｍｉの１/２変位させた状態を示している。比較例として示す図３（ａ）では、初期長さｄｍｉ（４２００ｎｍ）に対し、プルイン限界の２８００ｎｍ（ｄｍｉ×１／３）までしか可動ミラーＭ２を変位させることができないため、１次干渉光の可変波長帯域が狭く、分光不可域が存在している。

また、ミラーＭ１，Ｍ２間の初期長さｄｍｉは電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉ以下であるので、高剛性部Ｈ１の端部Ｈ１ｂの変化量Δｄ１が、電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉとなれば、ミラーＭ１，Ｍ２間の変化量Δｄｍｐが初期長さｄｍｉとなる。したがって、好ましくは、下記式を満たすと良い。
（数５）Ｌ２／Ｌ１≧３
このように、数式５の関係を満たすと、可動電極Ｅ２がプルイン限界まで変位した状態で、可動ミラーＭ２を初期長さｄｍｉまで、すなわち固定ミラーＭ１に接触するまで変位させることができる。このため、１次の干渉光の波長可変帯域が２ｄｍｉから理想的にはゼロまでの範囲となり、１次の干渉光のみで分光帯域をさらに広くすることができる。なお、可動ミラーＭ２が固定ミラーＭ１に接触すると、スティッキングの状態となり、電圧Ｖの印加を解除しても可動ミラーＭ２が固定ミラーＭ１から離れがたくなる。したがって、実際は、可動ミラーＭ２が固定ミラーＭ１に接触しないように電圧を調整すると良い。

また、本実施形態では、高剛性部Ｈ１と可動ミラーＭ２とが、高剛性部Ｈ１及び可動ミラーＭ２よりも剛性の低い第２ばね変形部Ｂ２によって力学的（構造的）に分離されている。したがって、電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧Ｖを印加し、可動電極Ｅ２を含む高剛性部Ｈ１が変位しても、可動ミラーＭ２を固定ミラー構造体３０（固定ミラーＭ１）に対してほぼ平行に保持することができる。また、固定電極Ｅ１と該固定電極Ｅ１を除く固定ミラー構造体３０の他の部分、及び、可動電極Ｅ２と該可動電極Ｅ２を除く可動ミラー構造体７０の他の部分、の少なくとも一方が電気的に分離されているため、電極Ｅ１，Ｅ２間に電圧を印加しながらも、固定ミラーＭ１と可動ミラーＭ２をほぼ同電位または完全に同電位とすることができる。このため、ミラーＭ１，Ｍ２間に静電気力が殆ど生じず（又は全く生じず）、可動ミラーＭ２及び固定ミラーＭ１を平坦に保持することができる。これにより、透過波長の半値幅（ＦＷＨＭ）を低減することができる。すなわち、分光帯域を広くしつつ、透過波長の半値幅を低減することができる。

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。

（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を、図４及び図５を用いて説明する。

図５に示すファブリペロー干渉計１００は、基板１０の一面上に、絶縁膜１２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１２が略均一の厚みをもって形成されている。そして、絶縁膜１２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。さらに、本実施形態では基板１０の一面側表層には、不純物がドーピングされてなる吸収領域１１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なっている。この吸収領域１１を有さない構成を採用することもできる。

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１２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。この固定ミラー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に対向している。

なお、図５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。

また、固定ミラー構造体３０の周辺領域Ｘ１では、高屈折率層３１，３２間に酸化物層３５が介在されている。より詳しくは、酸化物層３５が、少なくとも高剛性部Ｈ１全域と対向する部分に設けられている。これにより、固定ミラーＭ１と周辺領域Ｘ１のエアギャップＡＧ側の表面が略面一となっている。換言すれば、電極Ｅ１，Ｅ２間の初期長さｄｅｉとミラー間の初期長さｄｍｉを等しくすべく、空気層３３に対応して酸化物層３５が配置されている。本実施形態では、分光領域Ｓ１を除く領域のほぼ全域に酸化物層３５が設けられている。酸化物層３５としては、高屈折率層３１，３２を構成する元素の酸化物を採用することができ、本実施形態では、二酸化シリコン層となっている。

また、固定ミラー構造体３０の周辺領域Ｘ１には、少なくともエアギャップＡＧ側の高屈折率上層３２に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物が導入されて固定電極Ｅ１が形成されている。本実施形態では、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において、高剛性部Ｈ１の一部のみと対向すべく、高屈折率上層３２にリン（Ｐ）がイオン注入されてｎ導電型の固定電極Ｅ１が形成されている。この固定電極Ｅ１は、固定ミラーＭ１（分光領域Ｓ１）を取り囲んで環状に形成されている。また、高剛性部Ｈ１と対向する部分であって固定電極Ｅ１の周囲には、高屈折率上層３２に硼素（Ｂ）がイオン注入されてｐ導電型の絶縁分離領域３６が形成されている。このように、本実施形態では、固定電極Ｅ１と固定ミラー構造体３０の他の部分とがｐｎ接合分離によって電気的に分離されている。なお、絶縁分離領域３６の形成範囲は上記例に限定されるものではない。例えば、固定ミラーＭ１、固定電極Ｅ１、及び該固定電極Ｅ１とパッド３７とを繋ぐ配線部（図示略）を除く部分を絶縁分離領域としても良い。パッド３７は、Ａｕ／Ｃｒ等からなり、可動ミラー構造体７０のメンブレンＭＥＭとの対向部位を除く領域の高屈折率上層３２上に形成されている。

この固定ミラー構造体３０における高屈折率上層３２上には、メンブレンＭＥＭと固定ミラー構造体３０におけるメンブレンＭＥＭと対向する部分との間にエアギャップＡＧを有するように、可動ミラー構造体７０が配置されている。図４及び図５に示すように、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している。このメンブレンＭＥＭよりも外側の部分には、パッド３７を形成するための開口部５１が形成されている。

可動ミラー構造体７０も、固定ミラー構造体３０同様、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、固定ミラー構造体３０と対向する高屈折率下層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Ｅ１，Ｅ２に電圧が印加されない状態で略平行となっている。すなわち、電極Ｅ２，Ｅ２間の初期長さｄｅｉとミラーＭ１，Ｍ２間の初期長さｄｍｉがほぼ等しくなっている。また、可動電極Ｅ２を含む高剛性部Ｈ１全域において、対向する固定ミラー構造体３０の部分との初期状態での対向距離が等しく（ｄｅｉ）となっている。

なお、図５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４及び図５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Ｘ１に、２つのばね変形部Ｂ１，Ｂ２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Ｂ１，Ｂ２は、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも剛性が低くなっている。詳しくは、図５に示すように、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が高屈折率下層７１のみからなり、高屈折率層７１，７２を有する可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも厚さが薄いことで、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも剛性が低く（ばね定数が小さく）なっている。また、各ばね変形部Ｂ１，Ｂ２は、円環状に設けられており、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向における長さが、可動ミラーＭ２や高剛性部Ｈ１と較べて十分短い長さとされている。

メンブレンＭＥＭにおける周辺領域Ｘ１のうち、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の形成領域を除く領域、すなわちばね変形部Ｂ１，Ｂ２間の円環状領域には、高剛性部Ｈ１が構成されている。この高剛性部Ｈ１は、高屈折率層７１，７２間に酸化物層７５が介在されてなる主要部分と、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向において主要部分の両端に位置する高屈折率層７１，７２の積層部分からなる。酸化物層７５は、高剛性部Ｈ１のほぼ全域に設けられている。このように、酸化物層７５を有することで、メンブレンＭＥＭの中心から外端に向かう方向での長さを確保しつつ、厚さを稼いで、高剛性部Ｈ１の剛性を高めるようにしている。酸化物層７５としては、高屈折率層７１，７２を構成する元素の酸化物を採用することができ、本実施形態では、二酸化シリコン層となっている。

また、高屈折率下層７１のうち、可動ミラーＭ２（分光領域Ｓ１）を除く領域に、ｐ導電型又はｎ導電型の不純物が導入されて可動電極Ｅ２が構成されている。この可動電極Ｅ２は、高屈折率層７１，７２におけるイオン注入されていない部分（可動ミラーＭ２）と接している。すなわち、可動ミラーＭ２は、可動電極Ｅ２と電気的且つ機械的に結合されており、可動ミラー構造体７０全体が、可動電極Ｅ２と同電位の領域となっている。また、可動電極Ｅ２は、高屈折率下層７１上であって高屈折率上層７２の開口部内に形成された、Ａｕ／Ｃｒ等からなるパッド７７と接続されている。

なお、可動ミラーＭ２を構成する高屈折率下層７１にイオン注入することも可能であるが、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には、上記したようにイオン注入しないか、若しくは、イオン注入のドーズ量を高剛性部Ｈ１などの他の部分よりも少なくすることが好ましい。また、高屈折率下層７１だけでなく、高屈折率上層７２にもイオン注入して可動電極Ｅ２を構成しても良い。

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ｎ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、本実施形態では、第１実施形態で示した数式４、より好ましくは数式５の関係を満たしてファブリペロー干渉計１００が構成されている。したがって、第１実施形態に記載のした効果を奏することができる。

また、静電気力のために電極Ｅ１，Ｅ２の対向面積を稼ぎつつ、上記したように距離Ｌ２と距離Ｌ１の比をできるだけ大きくするには、高剛性部Ｈ１として所定の長さを必要とする。反面、長さが長くなると剛性は低下する。これに対し、本実施形態では、高剛性部Ｈ１が、高屈折率層７１，７２だけでなく、さらに酸化物層７５も有する。したがって、酸化物層７５を有さない高剛性部Ｈ１に較べて、長さを確保しつつ剛性を高めることができる。また、酸化物層７５を採用するので、後述するように製造工程を簡素化することもできる。

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、図６を用いて説明する。

先ず、図６（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、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１１を形成する。次いで、次いで、基板１０の平坦な一面全面に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などからなる絶縁膜１２を均一に堆積形成する。

そして、絶縁膜１２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（二酸化シリコン）の順に、堆積形成する。次いで、シリコン酸化膜の表面にレジストなどからなるマスク（図示略）を形成し、該マスクを介してシリコン酸化膜をエッチング（例えばＲＩＥなどの異方性のドライエッチング）し、シリコン酸化膜をパターニングする。このパターニングにより、後にエッチングされて、固定ミラーＭ１の空気層３３となる酸化物層３３ａと、酸化物層３５が形成される。

次に、マスクを除去し、酸化物層３３ａ，３５を覆うように、高屈折率下層３１上に、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（図示略）を形成し、マスク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の酸化物層３３ａ上に位置する高屈折率上層３２の一部に、酸化物層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、また、固定電極Ｅ１及び配線を含む所定領域にｐ型導電型の不純物であるボロンをイオン注入し、次いで固定電極Ｅ１及び配線の形成位置に、ｎ導電型の不純物であるリンをイオン注入する。このようにして、固定電極Ｅ１及び配線を形成するとともに、絶縁分離領域３６を形成する。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、固定ミラーＭ１を構成する高屈折率層３１，３２に不純物をイオン注入しないようにする。

次に、マスクを除去し、図６（ｂ）に示すように、高屈折率膜上層３２の表面のうち、エアギャップＡＧに対応する部分に、例えば二酸化シリコンからなる犠牲層５２を堆積形成する。これにより、貫通孔３４内にも犠牲層５２の構成材料が配置される。犠牲層５２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、好ましくは酸化物層３３ａと同一材料とすると良い。犠牲層５２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ｄｅｉ，ｄｍｉに対応する厚さとする。

次いで、必要に応じて犠牲層５２の表面を平坦化処理し、図６（ｂ）に示すように、犠牲層５２を覆うように固定ミラー構造体３０の高屈折率上層３２上全域に、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、高屈折率下層７１の表面にマスク（図示略）を形成し、該マスクを介して、高屈折率下層７１に不純物をイオン注入する。これにより、可動電極Ｅ２が形成される。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、可動ミラーＭ２を構成する高屈折率下層７１に不純物をイオン注入しないようにする。

次いで、高屈折率下層７１上にシリコン酸化膜（二酸化シリコン）を堆積形成する。そして、シリコン酸化膜の表面にレジストなどからなるマスク（図示略）を形成し、該マスクを介したエッチング（例えばＲＩＥなどの異方性のドライエッチング）により、シリコン酸化膜をパターニングする。このパターニングにより、後にエッチングされて、可動ミラーＭ２の空気層７３となる酸化物層７３ａと、高剛性部Ｈ１を構成する酸化物層７５が形成される。また、本実施形態では、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２にも酸化物層７８ａ，７８ｂが形成される。

次に、マスクを除去後、パターニングされた酸化物層７３ａ，７５，７８ａ，７８ｂ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、高屈折率上層７２の表面に新たなマスクを形成し、図６（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、犠牲層エッチング用の貫通孔７６が形成される。また、酸化物層７３ａ上における高屈折率上層７２の一部に、酸化物層７３ａに達する貫通孔７４が形成される。

さらには、図６（ｃ）に示すように、酸化物層７８ａ，７８ｂ上における高屈折率上層７２を、酸化物層７８ａ，７８ｂをエッチングストッパとして除去する。ここで、酸化物層７８ａ，７８ｂ上における高屈折率上層７２の除去については、少なくともエッチングにより後工程で酸化物層７８ａ，７８ｂを除去できる程度、であれば良い。本実施形態では、図６（ｃ）に示すように、酸化物層７８ａ，７８ｂ上の高屈折率上層７２をほぼ全て除去する。

次いで、図６（ｄ）に示すように、貫通孔７６を通じて、エッチングにより犠牲層５２を全て除去し、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における酸化物層３３ａ及び酸化物層７３ａもエッチングし、これら酸化物層３３ａ，７３ａを除去して空気層３３,７３を形成する。さらには、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２に対応する部分の酸化物層７８ａ，７８ｂもエッチングし、酸化物層７８ａ，７８ｂを除去する。これにより、メンブレンＭＥＭにおいて、酸化物層７８ａ，７８ｂを除去した部分が、高屈折率下層７１のみのばね変形部Ｂ１，Ｂ２となる。このように、このエッチングでは、酸化物層７３ａ，７５，７８ａ，７８ｂのうち、高剛性部Ｈ１をなす酸化物層７５のみが残るようにエッチングする。

本実施形態では、これらエッチングが、フッ酸（ＨＦ）の気相エッチング乃至液相エッチングにより同一工程で実施される。すなわち、酸化物層７３ａ，７５，７８ａ，７８ｂのうち、高剛性部Ｈ１をなす酸化物層７５のみが残るようにエッチングする。このエッチングにより、犠牲層５２が除去されてエアギャップＡＧが形成される。また、空気層３３，７３が形成されてエアミラー構造のミラーＭ１，Ｍ２となる。また、酸化物層７８ａ，７８ｂが除去されて、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が形成される。

そして、開口部５１、パッド３７，７７の形成を経て、図４及び図５に示すファブリペロー干渉計１００を得ることができる。

このように本実施形態では、メンブレンＭＥＭを有する可動ミラー構造体７０の周辺領域Ｘ１において、高屈折率層７１，７２間に酸化物層７８ａ，７８ｂを介在させた後、酸化物層７８ａ，７８ｂをエッチングストッパとして酸化物層７８ａ，７８ｂ上の高屈折率上層７２を除去する。そして除去してなる高屈折率上層７２の開口部を介して、酸化物層７８ａ，７８ｂを選択的に除去する。したがって、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の厚さを、高屈折率上層７２と酸化物層７８ａ，７８ｂの厚さ分除去してなる厚さ、すなわち高屈折率下層７１の厚さとすることができる。このため、製品ごとの膜厚ばらつきを抑制し、ひいては製品ごとの波長分解能のばらつきを抑制することができる。

また、酸化物層７８ａ，７８ｂの除去により、メンブレンＭＥＭの酸化物層７８ａ，７８ｂ除去部分を、高屈折率下層７１の単層のみが存在する構造とすることができる。これにより、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の剛性を、メンブレンＭＥＭにおける他の部分の剛性よりも低くすることができる。

また、酸化物層７５のみを残しつつ、酸化物層７３ａ，７８ａ，７８ｂをエッチングにより除去することで、エアミラー構造の可動ミラーＭ２、高剛性部Ｈ１、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２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。

また、本実施形態では、エッチングにより、酸化物層７８ａ，７８ｂ上に位置する高屈折率上層７２を除去するとともに、犠牲層エッチング用の貫通孔７６を形成する。このように、高屈折率上層７２の除去と貫通孔７６の形成を同時に行うと、製造工程を簡素化することができる。特に本実施形態では、該エッチングにより、分光領域Ｓ１の酸化物層７３ａ上に位置する高屈折率上層７２に、エッチング用の貫通孔７４も形成する。したがって、製造工程をさらに簡素化することができる。しかしながら、酸化物層７８ａ，７８ｂ上に位置する高屈折率上層７２の除去と貫通孔７６，７４の形成を異なるタイミング（工程）で行うこともできる。

また、本実施形態では、酸化物層７３ａ，７８ａ，７８ｂと犠牲層５２がともに同一材料（二酸化シリコン）からなり、同一工程で、エッチングにより、酸化物層７３ａ，７８ａ，７８ｂと犠牲層５２を除去する。このように、犠牲層５２のエッチングと酸化物層７３ａ，７８ａ，７８ｂの除去を同時に行うと、製造工程を簡素化することができる。

特に本実施形態では、酸化物層３３ａ，７３ａも除去し、光学多層膜構造のミラーＭ１，Ｍ２をエアミラーとする。したがって、製造工程をさらに簡素化することができる。また、可動ミラーＭ２及び固定ミラーＭ１がエアミラーとなるので、高反射な帯域が広いミラーＭ１，Ｍ２、ひいては分光帯域の広いファブリペロー干渉計１００とすることができる。なお、酸化物層７８ａ，７８ｂの除去と犠牲層５２、酸化物層３３ａ，７３ａの除去を異なるタイミング（工程）で行うこともできる。

（変形例）
上記例では、可動ミラー構造体７０が、エアギャップＡＧ上に位置するメンブレンＭＥＭと、メンブレンＭＥＭと固定ミラー構造体３０との間にエアギャップＡＧを構成すべくメンブレンＭＥＭを固定ミラー構造体３０上に支持する部分を有する例を示した。しかしながら、図７に示すように、固定ミラー構造体３０と可動ミラー構造体７０の間に、スペーサとしての機能を果たす支持部材５０を介在させても良い。図７に示す例では、二酸化シリコンからなる犠牲層の一部をエッチングにより除去してエアギャップＡＧを形成しつつ、残った犠牲層の部分を支持部材５０としている。これによれば、上記例に較べて、メンブレンＭＥＭを支持する部分の剛性を確保しやすくなる。反面、犠牲層の一部を除去してエアギャップＡＧを形成しつつ残った部分を支持部材５０とするので、エアギャップＡＧ（メンブレンＭＥＭ）の垂直方向の寸法精度が上記例よりも劣ることとなる。第１べナ変形部Ｂ１の垂直方向の長さ（剛性）の調整の観点では、上記例のほうが好ましい。

また、上記例では、高剛性部Ｈ１が酸化物層７５を有する例を示した。しかしながら、図８に示すように、酸化物層７５を有さず、高屈折率下層７１に高屈折率上層７２が接してなる積層構造を採用することもできる。このような積層構造においても、高屈折率下層７１のみのばね変形部Ｂ１，Ｂ２より厚いので、剛性をばね変形部Ｂ１，Ｂ２より高くすることができる。

また、上記例では、ミラーＭ１，Ｍ２として、空気層３３,７３を有するエアミラーの例を示した。しかしながら、図９に示すように、空気層３３,７３に代えて、高屈折率層３１，３２，７１，７２よりも低屈折率の固体材料からなる低屈折率層３３ｂ，７３ｂが配置された構成としても良い。これによれば、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の剛性を可動ミラーＭ２の剛性よりも低くしやすくなる。なお、このような低屈折率層３３ｂ，７３ｂとしては、二酸化シリコンなどを採用することができる。高剛性部Ｈ１を構成する酸化物層７５やばね変形部Ｂ１，Ｂ２を構成するための酸化物層７８ａ，７８ｂと同一材料とすると、製造工程を簡素化することができる。なお、ミラーＭ１，Ｍ２を構成する低屈折率層としては、それ以外にも、液体、空気以外の気体、ゾル、ゲル、真空などを採用することも可能である。

また、上記例では、固定ミラー構造体３０の固定ミラー形成領域（分光領域Ｓ１）を除く領域において、高屈折率層３１，３２間に酸化物層３５が介在される例を示した。しかしながら、図１０に示すように、固定ミラー構造体３０が酸化物層３５を有さず、上記領域において、高屈折率下層３１に高屈折率上層３２が接してなる積層構造を採用することもできる。この場合、電圧Ｖが印加されない初期状態において、ミラーＭ１，Ｍ２の対向距離ｄｍｉのほうが、電極Ｅ１，Ｅ２の対向距離ｄｅｉよりも狭くなる。したがって、初期長さがｄｍｉ＝ｄｅｉの構成に較べて、ミラーＭ１，Ｍ２の対向距離の変化量Δｄｍを大きくとることができる。

また、上記例では、酸化物層７８ａ，７８ｂ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、酸化物層７８ａ，７８ｂを除去することで、厚さの薄いばね変形部Ｂ１，Ｂ２を形成する例を示した。しかしながら、例えば図１１に示すように、酸化物層７３ａ，７５を形成し、高屈折率上層７２を堆積形成後、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２に対応する部分に開口を有するマスク７９を介して高屈折率上層７２側から熱酸化し、少なくとも高屈折率上層７２の一部を二酸化シリコン部８０ａ，８０ｂとしても良い。そして、二酸化シリコン部８０ａ，８０ｂを選択的に除去することで、厚さの薄いばね変形部Ｂ１，Ｂ２を形成しても良い。この場合、酸化物層３３ａ，７３ａや犠牲層５２と同一工程で除去することもできる。また、熱酸化の深さを制御し、例えば高屈折率上層７２の一部のみが熱酸化された構造、高屈折率下層７１の一部まで熱酸化された構造とすることもできる。

また、上記例では、ミラー構造体３０，７０のうち、固定ミラー構造体３０のみに絶縁分離領域３６が設けられ、これにより、高剛性部Ｈ１における、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ１との対向部分の位置が決定される例を示した。しかしながら、可動ミラー構造体７０において、可動電極Ｅ２と他の部分とを電気的に分離する絶縁分離領域が設けられ、これにより、高剛性部Ｈ１における、可動電極Ｅ２と固定電極Ｅ１との対向部分の位置が決定されても良い。また、ミラー構造体３０，７０に絶縁分離領域がそれぞれ設けられた構成とすることも可能である。なお、絶縁分離構造としてｐｎ接合分離のみを示したが、ポリシリコンをエッチングによりパターニングし、空間的に分離するトレンチ絶縁分離を採用することができるのは言うまでもない。

（第３実施形態）
第２実施形態では、厚さにより、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の剛性を、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも低くする例を示した。これに対し、本実施形態においては、メンブレンＭＥＭを貫通し、エアギャップＡＧに連通する貫通孔７６により、メンブレンＭＥＭを構成する他の可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりも剛性が低くなっている点を特徴とする。

図１２に示す例では、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７６を形成することで、梁構造のばね変形部Ｂ１，Ｂ２が構成されている。なお、梁の本数が少ないほど、梁の長さが長いほど、梁の幅が短いほど、剛性が低く（ばね定数が小さく）なる。ばね変形部Ｂ１，Ｂ２はともに、回転対称位置に４つの梁構造部分を有している。また、各梁部分において、梁の幅は厚さ（変位方向の厚さ）に較べて十分に長くなっている。一方、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１の形成領域は梁構造となっておらず、特に高剛性部Ｈ１は円環状の構造となっている。これにより、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１は、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２に較べて剛性が高まっている。

このように梁構造を採用すると、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の剛性の設計自由度を高くすることができる。また、犠牲層５２をエッチングしてエアギャップＡＧを形成する場合には、梁構造のばね変形部Ｂ１，Ｂ２を形成するとともに、犠牲層５２エッチング用の貫通孔７６を形成することができる。したがって、製造工程の簡素化することができる。

なお、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１の形成領域には、可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１を梁構造とせず、且つ、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２よりも高剛性を確保できる範囲で、犠牲層５２をエッチングするための貫通孔７６が形成されても良い。

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実施形態で示したばね変形部Ｂ１，Ｂ２に対応する酸化物層７８ａ，７８ｂの形成及び薄肉化処理が不要である点と、貫通孔７６により梁構造のばね変形部Ｂ１，Ｂ２を形成する点である。

（変形例）
上記例では、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２を梁構造とする例を示した。しかしながら、図１３に示すように、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２とともに高剛性部Ｈ１を梁構造としても良い。図１３では、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の間に高剛性部Ｈ１が接続された梁構造部が、回転対称位置に４つの配置されている。また、各梁部分において、梁の幅は厚さ（変位方向の厚さ）に較べて十分に長くなっている。

この構成では、梁構造とすることで高剛性部Ｈ１の剛性も低下するので、図１３に示す例では、図示しないが、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が高屈折率層７１，７２からなり、高剛性部Ｈ１は、高屈折率層７１，７２間に酸化物層７５が介在されてなる。このように、第２実施形態に示した厚さによる剛性の調整を本実施形態と組み合わせても良い。また、図１３に示す例では、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の対向面積が減少するので、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２の対向面積の観点では、図１２に示す構成のほうが好ましい。

また、上記例では、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が梁構造とされる例を示した。しかしながら、図１４に示すように、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が、貫通孔７６を有する環状構造とされても良い。貫通孔７６の大きさが大きいほど、密度が高いほど、メンブレンＭＥＭの外端から遠い位置ほど、剛性が低く（ばね定数が小さく）なる。

（第４実施形態）
本実施形態では、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が、一部にメンブレンＭＥＭを構成する他の可動ミラーＭ２及び高剛性部Ｈ１よりもヤング率の小さい構成材料を用いることで、剛性が低くされている点を特徴とする。

図１５に示す例では、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２が、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８１を積層してなる。また、樹脂層８１の厚さは、酸化物層７３ａ、７５と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、ポリイミドのヤング率は１０ＧＰａ、二酸化シリコンのヤング率は７０ＧＰａである。このため、高屈折率層７１，７２からなる可動ミラーＭ２、高屈折率層７１，７２及び酸化物層７５からなる高剛性部Ｈ１に較べて、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２の剛性が低くなっている。

なお、図１５では、高剛性部Ｈ１とばね変形部Ｂ１，Ｂ２の厚さが異なるが、高剛性部Ｈ１とばね変形部Ｂ１，Ｂ２を同程度の厚さとすることもできる。例えば、樹脂層８１の厚さを酸化物層７５及び高屈折率上層７２の厚さの和と同程度としても良い。また、高剛性部Ｈ１を酸化物層７５を有さない構成とし、樹脂層８１の厚さを高屈折率上層７２の厚さと同程度としても良い。これによれば、メンブレンＭＥＭの周辺領域Ｘ１において厚さがほぼ均一となる。したがって、電圧Ｖ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、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からなる樹脂層８１を配置して、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２とする点である。

なお、高剛性部Ｈ１及びばね変形部Ｂ１，Ｂ２の材料構成は上記例に限定されるものではない。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）などがある。したがって、ばね変形部Ｂ１，Ｂ２を、高屈折率下層７１と二酸化シリコン層からなる構成とし、高剛性部Ｈ１を高屈折率層７１,７２間に窒化シリコン層が介在された構成としても良い。

（第５実施形態）
本実施形態では、ミラーＭ１，Ｍ２がエアミラーであり、高剛性部Ｈ１が酸化物層７５を有する構成において、高剛性部Ｈ１が、高屈折率上層７２上に、内部応力が引張応力に調整された引張応力層８２を、少なくとも酸化物層７５に対応して有する点を特徴とする。なお、少なくとも酸化物層７５に対応するとは、酸化物層７５上に引張応力層８２が位置する位置関係である。

通常、酸化物層７５（例えば二酸化シリコン層）の内部応力は圧縮応力（−３００ＭＰａ程度）となっている。一方、高屈折率層７１，７２を構成する半導体薄膜（例えばポリシリコン）は、エアミラー構造を成立させるため、内部応力がほぼゼロ又は数十ＭＰａ程度の弱い引張応力に調整される。このため、高剛性部Ｈ１が酸化物層７５を有すると、座屈する恐れがある。

これに対し、図１６に示す例では、高剛性部Ｈ１が引張応力層８２を有するので、引張応力層８２を有さない構成に較べてメンブレンＭＥＭの座屈を抑制することができる。特に図１６に示す例では、引張応力層８２が、減圧化学気相成長法（Low Pressure Chemical Vapor Deposition法）によって成膜されたシリコン窒化膜（以下、ＬＰ−シリコン窒化膜と示す）からなる。このように、引張応力層８２として、高屈折率層７１，７２を構成する元素の、低圧にて形成された窒化膜を採用すると、プラズマなどその他の製法にて形成された窒化膜に較べて引張応力を大きくすることができる。このため、メンブレンＭＥＭの座屈を効果的に抑制することができる。また、膜内のピンホールも少ないため、引張応力層８２が破壊の起点となりにくく、これによりメンブレンＭＥＭの信頼性を高めることもできる。

図１７には、シリコン酸化膜（二酸化シリコン）に対するＬＰ−シリコン窒化膜の膜厚比と、高剛性部Ｈ１の平均応力との関係を示す図である。ＬＰ−シリコン窒化膜の内部応力は１２００ＭＰａ程度の引張である。したがって、図１７に示すように、膜厚比を０．２５以上とすることで、高剛性部Ｈ１の平均応力をゼロ又は引張応力とすることができる。これにより、メンブレンＭＥＭの座屈をより効果的に抑制することができる。

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、高屈折率上層７２を堆積形成したあとに、高屈折率上層７２上に、例えばＬＰ−シリコン窒化膜からなる引張応力層８２を堆積形成し、パターニングして、高剛性部Ｈ１における少なくとも酸化物層７５上のみを残す点である。その後、酸化物層３３ａ，７３ａ，７８ａ，７８ｂ及び犠牲層５２の除去を行えば良い。

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、一面側表層に吸収領域１１を有するとともに、一面上に絶縁膜１２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１２を不要とすることができる。

また、吸収領域１１についても、蒸着などにより、基板１０の表面に形成されたものを採用することもできる。例えば、固定ミラー構造体３０などが形成される側の面の裏面上に形成されても良い。

本実施形態では、光学多層膜構造の固定ミラーＭ１及び可動ミラーＭ２を構成する各膜の厚さについて特に言及しなかった。しかしながら、ミラーＭ１，Ｍ２を構成する高屈折率層３１，３２，７１，７２と空気層３３，７３の厚みを、光学長で、所定の検出対象波長に対して全て１／４程度とすると、吸収スペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）を小さくし、ひいては検出精度を向上することができる。

３０・・・固定ミラー構造体
７０・・・可動ミラー構造体
１００・・・ファブリペロー干渉計
ＡＧ・・・エアギャップ（ギャップ）
Ｂ１・・・第１ばね変形部
Ｂ２・・・第２ばね変形部
Ｅ１・・・固定電極
Ｅ２・・・可動電極
Ｅｃ・・・電極Ｅ１，Ｅ２の対向部分の中心
Ｈ１・・・高剛性部
Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ・・・端部
Ｍ１・・・固定ミラー
Ｍ２・・・可動ミラー
ＭＥＭ・・・メンブレン

Claims (2)

1. 固定ミラー構造体と、ギャップを介して前記固定ミラー構造体に対向配置されるとともに、前記ギャップを架橋する部位が変位可能なメンブレンとされた可動ミラー構造体と、を備え、
   前記ギャップを介した対向部位として、
   前記固定ミラー構造体は、固定ミラーと、固定電極とを有し、
   前記可動ミラー構造体は、前記固定ミラーに対向して形成された可動ミラーと、可動電極とを有し、
   前記固定電極と前記可動電極の間に印加された電圧に基づいて生じる静電気力により前記メンブレンが変位され、前記ギャップにおける前記固定ミラーと前記可動ミラーとの対向距離に応じた波長の光を選択的に透過させるものであり、
   電圧が印加されない初期状態で、前記固定ミラーと前記可動ミラーの対向距離が、前記固定電極と前記可動電極の対向距離以下とされ、
   前記固定電極と該固定電極を除く前記固定ミラー構造体の他の部分、及び、前記可動電極と該可動電極を除く前記可動ミラー構造体の他の部分、の少なくとも一方が電気的に分離され、
   前記メンブレンは、前記可動ミラーと、前記可動電極を含み、前記可動ミラーを取り囲む高剛性部と、前記メンブレンの外端に設けられ、前記高剛性部と接続された第１ばね変形部と、前記高剛性部と前記可動ミラーとの間に設けられ、前記高剛性部及び前記可動ミラーと接続された第２ばね変形部を有し、
   前記可動ミラーを取り囲むように多重に設けられた２つの前記ばね変形部は、前記メンブレンを構成する他の前記可動ミラー及び前記高剛性部よりも剛性が低くされ、
   前記可動電極における前記固定電極との対向部分が、前記メンブレンの中心から外端に向かう方向において、前記高剛性部の一部のみを占めており、
   前記メンブレンの中心から外端に向かう方向において、前記可動電極における前記固定電極との対向部分の中心と前記高剛性部における第１ばね変形部側の端部との距離をＬ１、前記高剛性部の長さをＬ２とすると、
   Ｌ２／Ｌ１≧３
   を満たすように構成されるファブリペロー干渉計の製造方法であって、
   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間の固定ミラー形成領域に、前記高屈折率層を構成する元素の酸化膜からなる酸化物層を配置して、前記固定ミラー構造体を基板の一面上に形成する工程と、
   前記固定ミラー構造体の酸化物層と同じ材料からなる犠牲層を、前記固定ミラー構造体の前記基板と反対の面上に形成する工程と、
   前記固定ミラー構造体と同じ半導体薄膜からなる高屈折率層間の可動ミラー形成領域に、前記固定ミラー構造体と同じ酸化膜からなる酸化物層を配置して、前記可動ミラー構造体を前記犠牲層を覆うように形成する工程と、
   エッチングにより、前記メンブレンに対応する前記犠牲層の部分を除去して、前記固定ミラー構造体と前記可動ミラー構造体とを対向させる前記ギャップを設けるとともに、前記固定ミラー構造体及び前記可動ミラー構造体の酸化物層を除去して、前記固定ミラーおよび前記可動ミラーを、前記高屈折率層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エアミラーとする工程と、を備え、
   前記可動ミラー構造体を形成する工程において、前記酸化物層を、前記可動ミラー形成領域だけでなく、前記高剛性部の形成領域にも配置し、
   前記エッチングの工程において、前記高剛性部の酸化物層を除去せずに残すことを特徴とするファブリペロー干渉計の製造方法。
2. 前記可動ミラー構造体を形成する工程において、前記酸化物層を、前記第１ばね変形部及び前記第２ばね変形部の形成領域にも配置し、
   前記エッチングの工程において、前記犠牲層とともに、前記第１ばね変形部及び前記第２ばね変形部の酸化物層も除去す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の製造方法。

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