JP6327349B2 - ガス測定装置、集合基板、および、それらの製造方法、並びに、赤外線光源およびセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ガス測定装置、集合基板、および、それらの製造方法、並びに、赤外線光源およびセンサの製造方法に関する。
従来より、赤外線を放射する赤外線光源や、赤外線光源を用いた赤外線装置（ガス測定装置など）が知られている。
特許文献１（特開２００５−２０７８９１号公報）および特許文献２（特開平９−１８４７５７号公報）には、メンブレン構造を有するタイプの赤外線光源が開示されている。また、特許文献３（特開２０１４−５３０８８号公報）および特許文献４（特開２０１３−８３４７８号公報）には、放射体を有するタイプの赤外線光源が開示されている。
特許文献１に記載の赤外線光源は、基板と、基板に設けられたメンブレンと、メンブレンに設けられた抵抗体（ヒータ）とを備え、通電することにより抵抗体を発熱させ、赤外線を放射する。特許文献２に記載の赤外線光源は、基板と、基板上に形成された第１絶縁層、第１絶縁層上に形成された放射表面層、放射表面層上に形成された第２絶縁層、第２絶縁層上に形成された第１金属層、第１金属層上に形成された第３絶縁層、および第３絶縁層上に形成された接触用の第２金属層からなり、第１金属層は白熱フィラメント（ヒータ）を形成している。
特許文献３に記載の赤外線光源は、発熱体（ヒータ）と、発熱体上に配置された放射体とを有し、放射体の最表面は第１金属層からなり、第１金属層の表面には円筒形のマイクロキャビティが複数配列されている。特許文献３に記載の赤外線光源は、放射体により、特定の波長の赤外線を選択的に放射する。
特許文献４に記載の赤外線光源は、発熱体（ヒータ）と、発熱体上に配置された放射体とを有し、放射体の表面には一定方向に延びる矩形状の断面を有する溝が一定周期で形成されている。特許文献４に記載の赤外線光源は、放射体により、特定の波長の赤外線を選択的に放射する。
赤外線光源を用いたガス測定装置としては、非分散型赤外線吸収（ＮＤＩＲ：Ｎｏｎ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ）方式のガス測定装置が知られている。多くのガスが、赤外線スペクトルの領域において、それぞれ特有の赤外線吸収波長を有しているが、その特性を利用した特定のガスの検出手法がＮＤＩＲ法である。このようなガス測定装置は、主に赤外線光源、ガスセル、バンドパス光学フィルタおよび赤外線センサから構成されている。ＮＤＩＲ方式のガス測定装置は、例えば、特許文献５（特表２０００−５０３１２２号公報）、特許文献６（特開２０１３−１１３６９２号公報）および特許文献７（特開２０１２−２２０４１９号公報）に開示されている。
特許文献１および２に記載の赤外線光源では、特定の波長の赤外線を選択的に放射することができない。特許文献３および４に記載の赤外線光源では、発熱体上に配置された放射体を有することにより、特定の波長の赤外線を選択的に放射することができる。しかし、発熱体と放射体をそれぞれ異なるプロセスで形成する必要があるため、製造工程が複雑となる。
また、特許文献１〜４に記載の赤外線光源を用いてＮＤＩＲ方式のガス測定装置などを製造する場合、赤外線光源と赤外線センサとをそれぞれ異なるプロセスで製造して用意する必要があり、製造工程が複雑となる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容易なプロセスで製造することのできるガス測定装置、集合基板、赤外線光源および焦電型赤外線センサ、並びに、それらの製造方法を提供することを目的とする。
［１］ 赤外線光源と、センサと、ガスセルとを備えるガス測定装置であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含むことを特徴とする、ガス測定装置。
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含むことを特徴とする、ガス測定装置。
［２］ 前記第１上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、かつミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有する、［１］に記載のガス測定装置。
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有する、［１］に記載のガス測定装置。
［３］ 前記第１上部電極は特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、
前記第１下部電極はミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有する、［１］に記載のガス測定装置。
前記第１下部電極はミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有する、［１］に記載のガス測定装置。
［４］ 前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮおよびＺｎＯの少なくともいずれかを主材料として含む、［１］〜［３］のいずれかに記載のガス測定装置。
［５］ 前記第１上部電極および前記第２上部電極は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含み、
前記第１下部電極および前記第２下部電極は、前記第１上部電極および前記第２上部電極とは独立に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む、［１］〜［４］のいずれかに記載のガス測定装置。
前記第１下部電極および前記第２下部電極は、前記第１上部電極および前記第２上部電極とは独立に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む、［１］〜［４］のいずれかに記載のガス測定装置。
［６］ さらに、前記第１上部電極を覆う第１保護膜、および、前記第２上部電極を覆う第２保護膜を備え、
前記第１保護膜および前記第２保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２およびＡｌＮからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む、［１］〜［５］のいずれかに記載のガス測定装置。
前記第１保護膜および前記第２保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２およびＡｌＮからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む、［１］〜［５］のいずれかに記載のガス測定装置。
［７］ 前記センサは焦電型赤外線センサであり、前記第２中間層は焦電体層であり、前記ガス測定装置は非分散型赤外線吸収方式のガス測定装置である、［１］〜［６］のいずれかに記載のガス測定装置。
［８］ ［１］〜［７］のいずれかに記載のガス測定装置の製造方法であって、
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、ガス測定装置の製造方法。
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、ガス測定装置の製造方法。
［９］ ウエハまたはチップと、同一の前記ウエハまたは前記チップ上に設けられた赤外線光源およびセンサとを備える集合基板であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含むことを特徴とする、集合基板。
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含むことを特徴とする、集合基板。
［１０］ ［９］に記載の集合基板の製造方法であって、
同一の前記ウエハまたは前記チップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、集合基板の製造方法。
同一の前記ウエハまたは前記チップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、集合基板の製造方法。
［１１］ 赤外線光源およびセンサの製造方法であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、赤外線光源およびセンサの製造方法。
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、赤外線光源およびセンサの製造方法。
［１２］ ガスセルと、［１１］に記載の製造方法によって製造された前記赤外線光源および前記センサとを備える、ガス測定装置。
本発明によれば、容易なプロセスで製造することのできるガス測定装置、集合基板、赤外線光源および焦電型赤外線センサ、並びに、それらの製造方法を提供することができる。
本発明のガス測定装置は、赤外線光源と、センサと、ガスセルとを備える。そして、赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、センサは、第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、中間層と同じ材料からなる第２中間層と、第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含むことを特徴とする。つまり、赤外線光源とセンサとは、同一の材料からなる同一の層構成を有しており、電極の形状（電極パターン）のみが異なっている。
このため、赤外線光源およびセンサを、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術等を用いて、同一ウエハまたはチップ上に同一の工程で同時に作製することができるため、容易なプロセスでガス測定装置を製造することが可能である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表す。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
＜実施形態１＞
まず、図１を参照して、本実施形態のガス測定装置１００の全体の概要について説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態のガス測定装置１００の全体の概要について説明する。
本実施形態のガス測定装置（ガスセンサ）は、図１に示すようなＮＤＩＲ方式のガス測定装置（赤外線装置）１００である。ガス測定装置１００は、赤外線光源１と、ガスセル３と、センサ（焦電型赤外線センサ）２とを備えている。ガス測定装置１００は、赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２との間のガスセル３内に存在する試料ガスの吸光度等に応じて、試料ガスの濃度等を測定する装置である。
ガスセル３は、例えば、内部空間を有しており、該内部空間に試料ガスを流通させることができる。具体的には、ガスセル３の一端側（赤外線光源１側）には、試料ガス導入管（図示せず）が接続され、ガスセル３の他端側（焦電型赤外線センサ２側）には、試料ガス導出管（図示せず）が接続されている。試料ガス導入管を介してガスセル３の内部空間に導入された試料ガスは、試料ガス導出管から排出される。
赤外線光源１は、赤外線を出射する。赤外線光源１としては、たとえばフィラメント型光源を採用することができる。赤外線光源１から出射された赤外線の一部は、試料ガスの有する吸収特性に基づいて試料ガスに吸収される。赤外線光源１から出射された赤外線は、主として、光軸方向（図中の矢印方向）に進行して焦電型赤外線センサ２に到達する。
焦電型赤外線センサ２は、信号処理回路基板（図示せず）に電気的に接続されており、赤外線の検出量に基づいて出力信号を信号処理回路基板に出力する。信号処理回路基板は、出力信号に基づいて試料ガスの濃度等を算出する。
本実施形態のガス測定装置では、バンドパス光学フィルタは設けられていない。これは、後述する赤外線光源１の第１上部電極および焦電型赤外線センサ２の第２上部電極の周期構造がバンドパス光学フィルタの役割を果たすためである。
なお、本実施形態のガス測定装置においては、図１（ａ）に示すように、赤外線光源１とセンサ（焦電型赤外線センサ）２とが対向するように配置されていてもよく、また、図１（ｂ）に示すように、赤外線光源１とセンサ（焦電型赤外線センサ）２とが隣接しており、１つのチップ内に形成されていてもよい。なお、後者の場合、赤外線光源から放射され試料ガスを通過した後にガスセル３で反射された赤外線を焦電型赤外線センサ２で検出する。この場合、赤外線光源とセンサとを同一ウエハ上で製造した後に１つのチップとして取り出すことができ、より簡単なプロセスでガス測定装置を製造することができる。
次に、赤外線光源１とセンサ（焦電型赤外線センサ）２の詳細について説明する。本実施形態のガス測定装置においては、赤外線光源１の第１上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、かつ通電によって均一に発熱するようにミアンダ形状を有し、センサの第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有している。
図２および図３を参照して、赤外線光源１は、貫通孔である開口部を有する基板（Ｓｉウエハ）１０と、開口部を覆うように設けられたメンブレン部とから構成される。メンブレン部は、支持層１４、第１下部電極１２、第１中間層１３および第１上部電極１１を有する。
主に図３（ｂ）を参照して、第１上部電極１１はミアンダ形状であり、ヒーターとして機能する。また、第１上部電極１１は、周期的に配列された複数の開口１１ａを含む周期構造（ホールアレイ）を有している。このため、赤外線光源１は、特定波長の赤外線を選択的に放射することができる。また、第１下部電極１２は、赤外線の反射膜として機能する。
図２を参照して、センサ（焦電型赤外線センサ）２は、貫通孔である開口部を有する基板２０と、開口部を覆うように設けられたメンブレン部とから構成される。メンブレン部は、支持層２４、第２下部電極２２、第２中間層（焦電体層）２３および第２上部電極２１を有する。第２上部電極２１は、周期構造（ホールアレイ）を有している。このため、焦電型赤外線センサ２は、検出対象のガスの吸収波長などの特定波長の赤外線を選択的に吸収することができる。
このように、赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２とは、同一の材料からなる同一の層構成を有し、電極パターンのみが異なる。このため、図２（ａ）に示すように、赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２とを同一ウエハ上で同じ製造プロセスで製造することができる。このようにして製造された集合基板４から、例えば、図２（ｂ）に示すような赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２とを有するチップを切り出すことで、容易にガス測定装置１００に用いられる赤外線光源１および焦電型赤外線センサ２を得ることができる。
第１中間層１３および第２中間層（焦電体層）２３は、ＡｌＮおよびＺｎＯの少なくともいずれかを主材料として含むことが好ましい。これらの材料を用いることで、通常の半導体の製造プロセスが利用でき、赤外線光源の第１中間層として用いた場合に、高温になっても光源としての性能が安定である。また、ＡｌＮは熱伝導性が高いため、赤外線光源の第１中間層として用いた場合は、ヒーター温度を均一にすることができる。
なお、本明細書中において、主材料とは、部材中に最も多く含まれる材料であり、主材料の材料全体に対する比率は、好ましくは８０重量％以上であり、より好ましくは９０重量％以上である。また、第１中間層１３および第２中間層（焦電体層）２３には、Ｓｃなどの金属がドープされていてもよい。
また、赤外線光源１および焦電型赤外線センサ２において、上部電極（第１上部電極および第２上部電極）は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含むことが好ましい。また、下部電極（第１下部電極および第２下部電極）も同様に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含むことが好ましい。これらの材料は、赤外線をよく反射するため、特定波長以外の波長の赤外線の吸収を抑制することができるという利点がある。また、融点が高く、５００〜６００℃に加熱することができる。
なお、第１上部電極と第２上部電極とは同じ材料から構成され、第１下部電極と第２下部電極とも同じ材料から構成される。ただし、上部電極（第１上部電極および第２上部電極）と下部電極（第１下部電極および第２下部電極）とは、独立に異なる材料から構成されていてもよい。
赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２における支持層１４，２４は、例えばＡｌＮからなる。
赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２は、第１上部電極を覆う第１保護膜１５、および、第２上部電極を覆う第２保護膜２５を備えていても良い。この場合、上部電極（第１上部電極１１および第２上部電極２１）の酸化を防止することが出来る。第１保護膜１５および第２保護膜２５は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ２およびＡｌＮからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む。なお、上部電極及び下部電極がＡｕやＰｔなどの酸化しにくい金属からなる場合は、保護膜は特に必要ではない。
上部電極および下部電極が有する、特定波長の赤外線を選択的に吸収または放射するための周期構造は、好ましくは周期構造や準周期構造である。周期構造とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造のことであり、準周期構造とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造のことである。周期構造は、その対称の次元に応じて、１次元周期構造、２次元周期構造または３次元周期構造に分類される。これらの周期構造のうちでも、２次元周期構造が好適に用いられる。
周期構造は、例えば、電極の主面上の少なくとも一方向に周期的に配置された複数の開口から構成される。このような周期構造としては、例えば、複数の開口１１ａが上面視において正方格子状に周期的に配列されてなる２次元周期構造が挙げられる（図３（ｂ）参照）。
開口１１ａの配列周期（ピッチ）などの周期構造の周期は、測定対象となるガスの吸収波長に応じて適宜設計される。すなわち、周期構造の周期は、測定対象のガスの吸収波長の赤外線を選択的に吸収または放射できるように設計される。具体的には、周期構造における開口１１ａの配列周期が測定対象のガスの吸収波長と同程度の長さになるように設計される。例えば、測定対象のガスがＣＯ２ガス（吸収波長は４．２〜４．４μｍ）である場合、周期構造における開口１１ａの配列周期が４．１〜４．５μｍ程度であるように設計されることが好ましい。
なお、図３（ｂ）では、周期的に配列された複数の開口１１ａの上面視における形状が円形であるが、このような形状に限定されず、例えば、上面視における形状が長方形や六角形であってもよい。また、開口１１ａは、その全てが周期的に配置されていてもよく、所望の波長の赤外線を選択的に吸収または放射可能な範囲内で、一部の開口１１ａが非周期的に配置されていてもよい。
焦電型赤外線センサは、赤外線を単に熱源として用いており、センサ自体の波長依存性が低いため、従来は、特定の試料ガス（例えばＣＯ２）を選択的に測定するためには、別途バンドパス光学フィルタを設ける必要があったが、上記のような周期構造がバンドパス光学フィルタとして機能するため、別途高価なバンドパス光学フィルタを設ける必要がなく、装置の小型化が可能であると共に、部材コストを低減することができる。
なお、本実施形態では、ＮＤＩＲ方式のガス測定装置（赤外線装置は）について説明したが、赤外線光源を用いたガス測定装置の他の例としては、光音響分光（ＰＡＳ：Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法を用いた赤外分光装置が挙げられる。
本発明のガス測定装置は、このようなＰＡＳ法を用いた赤外分光装置であってもよい。ＰＡＳ法は、（ｉ）密閉されたセル内に試料を配置した状態で赤外光を試料に放射し、（ii）試料によって吸収された赤外光のエネルギーは熱となって試料から再放出され、（iii）再放出された熱がセル内のガスに伝搬し粗密波が発生し、（iv）発生した粗密波を音響センサで検出し、スペクトルに変換することで、吸収スペクトルと同等の情報を持った光音響スペクトルを得る方法である。赤外分光装置は、例えば、赤外線光源、バンドパス光学フィルタ、セルおよび音響センサで構成されている。音響センサとしては、マイクロフォン（例えば、特開２００８−１１８６３９号公報参照）や圧電素子が用いられる。この場合、実施形態１の焦電型赤外線センサに代えて、センサとして、赤外線光源と同じ構造を有する音響センサを備える。なお、音響センサにおいては、中間層は音波を検知するための圧電体層として機能する。
（製造方法）
次に、本実施形態のセンサ（焦電型赤外線センサ）２および赤外線光源１の製造方法の一例について説明する。まず、図５を参照して、センサ（焦電型赤外線センサ）２の製造装置工程について先に説明する。
次に、本実施形態のセンサ（焦電型赤外線センサ）２および赤外線光源１の製造方法の一例について説明する。まず、図５を参照して、センサ（焦電型赤外線センサ）２の製造装置工程について先に説明する。
図５（ａ）を参照して、両面研磨した基板（Ｓｉウエハ）２０上に、下から順に支持層２４、第２下部電極２２、第２中間層２３、第２上部電極２１をスパッタリング法により形成する。
次に、図５（ｂ）を参照して、ドライエッチング法により、第２上部電極２１を周期構造（ホールアレイ）を有するようにパターニングする。
次に、図５（ｃ）を参照して、スパッタリング法により第２上部電極２１上に第２保護膜２５を形成（全面成膜）する。
次に、図５（ｄ）を参照して、ウェットエッチング法により第２保護膜２５などを部分的に除去し、第２下部電極２２の一部及び第２上部電極２１の一部を露出させ電極パッド２６を形成する。
次に、図５（ｅ）を参照して、ウェットエッチング法により第２保護膜２５をさらに除去する。深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）法により裏面側より基板２０の一部を除去し、貫通孔を形成する。ここで、支持層２４はエッチングストップ層として機能する。
なお、赤外線光源１については、上述のとおり上部電極のパターンがセンサ２とは異なるため、図５（ｂ）を用いて説明した上部電極のエッチングの際に、赤外線光源１の第１上部電極はミアンダ形状を有し、かつ、周期構造（ホールアレイ）を有するように形成する（図３（ｂ）参照）。それ以外は、基本的にセンサ２と同様の工程によって赤外線光源１を製造することができる。
このため、上記の製造方法を用いて、上部電極のエッチングに用いるマスクパターンを赤外線光源１および焦電型赤外線センサ２の上部電極の形状に応じて２種類用意すれば、赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２とを同一のウエハまたはチップ上に同時に作製することができる。また、これにより、赤外線光源１とセンサ２とのパターンのばらつきを抑制することができる。
＜実施形態２＞
本実施形態のガス測定装置は、赤外線光源の構造（電極パターン）が実施形態１と異なるが、それ以外の点は実施形態１と同様である。すなわち、赤外線光源において、第１上部電極は特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、第１下部電極はミアンダ形状を有し、ヒーターおよび赤外反射膜として機能する点のみが実施形態１とは異なる。それ以外の点は、実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
本実施形態のガス測定装置は、赤外線光源の構造（電極パターン）が実施形態１と異なるが、それ以外の点は実施形態１と同様である。すなわち、赤外線光源において、第１上部電極は特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、第１下部電極はミアンダ形状を有し、ヒーターおよび赤外反射膜として機能する点のみが実施形態１とは異なる。それ以外の点は、実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
具体的には、図４（ａ）および（ｂ）を参照して、第１上部電極１１は、周期的に配列された複数の開口１１ａを含む周期構造（ホールアレイ）を有している。このため、赤外線光源１は、検出対象のガスの吸収波長を含む特定の波長の赤外線を選択的に放射することができる。また、第１下部電極１２はミアンダ形状を有している。このため、第１下部電極１２は、ヒーターとして機能するだけではなく、赤外線の反射膜としても機能する。
次に、実施形態１と形状（電極パターン）が異なる本実施形態の赤外線光源１について、製造工程を説明する。なお、電極パターンが異なる点以外は、基本的に実施形態１と同様であるため、重複する説明については省略する。
図６（ａ）を参照して、両面研磨した基板（Ｓｉウエハ）１０上に、下から順に支持層１４および第１下部電極１２をスパッタリング法により形成する。次に、ドライエッチング法により、第１下部電極１２がミアンダ形状を有するようにパターニングする。その上に、スパッタリング法により第１中間層１３および第１上部電極１１を形成する。
次に、図６（ｂ）を参照して、ドライエッチング法により、第１上部電極１１が、周期構造（ホールアレイ）を有するようにパターニングする（図３（ｂ）参照）。
以後は、図５（ｃ）〜（ｅ）を用いて説明した実施形態１と同様の工程を経ることで、本実施形態の赤外線光源１を製造することができる。本実施形態においても、エッチングに用いるマスクパターンを２種類用意すれば、赤外線光源１と焦電型赤外線センサ２とを同一のＳｉウエハ上に同時に作製することができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 赤外線光源、１０，２０ 基板、１１ 第１上部電極、１１ａ 開口、１２ 第１下部電極、１３ 第１中間層、１４，２４ 支持層、１５ 第１保護膜、１６，２６ 電極パッド、２ センサ（焦電型赤外線センサ）、２１ 第２上部電極、２２ 第２下部電極、２３ 第２中間層、２５ 第２保護膜、３ ガスセル、４ 集合基板、１００ ガス測定装置。
Claims (12)
- 赤外線光源と、センサと、ガスセルとを備えるガス測定装置であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
前記第１上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、かつミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有し、
前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮを主材料として含む、ガス測定装置。 - 赤外線光源と、センサと、ガスセルとを備えるガス測定装置であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
前記第１上部電極は特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、
前記第１下部電極はミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有し、
前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮを主材料として含む、ガス測定装置。 - 前記第１上部電極および前記第２上部電極は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含み、
前記第１下部電極および前記第２下部電極は、前記第１上部電極および前記第２上部電極とは独立に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｏ、ＷおよびＲｕからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む、請求項１または２に記載のガス測定装置。 - さらに、前記第１上部電極を覆う第１保護膜、および、前記第２上部電極を覆う第２保護膜を備え、
前記第１保護膜および前記第２保護膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２およびＡｌＮからなる群から選択される少なくとも１種を主材料として含む、請求項１または２に記載のガス測定装置。 - 前記センサは焦電型赤外線センサであり、前記第２中間層は焦電体層であり、前記ガス測定装置は非分散型赤外線吸収方式のガス測定装置である、請求項１または２に記載のガス測定装置。
- 請求項１または２に記載のガス測定装置の製造方法であって、
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、ガス測定装置の製造方法。 - ウエハまたはチップと、同一の前記ウエハまたは前記チップ上に設けられた赤外線光源およびセンサとを備える集合基板であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
前記第１上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、かつミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有し、
前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮを主材料として含む、集合基板。 - ウエハまたはチップと、同一の前記ウエハまたは前記チップ上に設けられた赤外線光源およびセンサとを備える集合基板であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
前記第１上部電極は特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、
前記第１下部電極はミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有し、
前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮを主材料として含む、集合基板。 - 請求項７または８に記載の集合基板の製造方法であって、
同一の前記ウエハまたは前記チップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含む、集合基板の製造方法。 - 赤外線光源およびセンサの製造方法であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含み、
前記第１上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、かつミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有し、
前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮを主材料として含む、赤外線光源およびセンサの製造方法。 - 赤外線光源およびセンサの製造方法であって、
前記赤外線光源は、第１上部電極と第１中間層と第１下部電極とを含み、
前記センサは、前記第１上部電極と同じ材料からなる第２上部電極と、前記第１中間層と同じ材料からなる第２中間層と、前記第１下部電極と同じ材料からなる第２下部電極とを含み、
同一のウエハまたはチップ上に、前記赤外線光源と前記センサとを同一の工程で同時に作製するステップを含み、
前記第１上部電極は特定波長の赤外線を選択的に放射するための周期構造を有し、
前記第１下部電極はミアンダ形状を有し、
前記第２上部電極は、特定波長の赤外線を選択的に吸収するための周期構造を有し、
前記第１中間層および前記第２中間層は、ＡｌＮを主材料として含む、赤外線光源およびセンサの製造方法。 - ガスセルと、請求項１０または１１に記載の製造方法によって製造された前記赤外線光源および前記センサとを備える、ガス測定装置。
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