JP6710721B2 - ファブリペロー干渉フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、ファブリペロー干渉フィルタに関する。

例えば特許文献１には、空隙を介して互いに対向するように配置された固定ミラー及び可動ミラーを備え、光透過領域を囲む１本の環状溝、及び、当該環状溝の外側に位置する複数の貫通孔が可動ミラーに形成されたファブリペロー干渉フィルタが記載されている。このファブリペロー干渉フィルタにおいては、１本の環状溝によって、駆動時（静電気力によって光透過領域における固定ミラーと可動ミラーとの距離が調整される際）における光透過領域での可動ミラーの平坦化が図られている。なお、環状溝の外側に位置する複数の貫通孔は、固定ミラーと可動ミラーとの間の空隙をエッチングで形成する際に、エッチングホールとして利用されるものである。

特開平７−２８６８０９号公報

上述したようなファブリペロー干渉フィルタには、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の向上、及び、可動ミラーの耐久性の向上が望まれている。

そこで、本発明は、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の向上、及び、可動ミラーの耐久性の向上を図ることができるファブリペロー干渉フィルタを提供することを目的とする。

本発明のファブリペロー干渉フィルタは、固定ミラーと、空隙を介して固定ミラーと対向するように配置され、光透過領域に対応する第１部分、光透過領域を囲む包囲部、及び包囲部の外側の第２部分を有し、静電気力によって包囲部及び第２部分が変形することで第１部分において固定ミラーとの距離が調整される可動ミラーと、を備え、可動ミラーのうち光透過領域を囲む包囲部には、光透過領域を囲む複数の第１環状溝、及び、空隙側及びその反対側に開口する複数の第１貫通孔が形成されており、複数の第１貫通孔の少なくとも一部は、隣り合う第１環状溝間の領域と重なっている。また、本発明のファブリペロー干渉フィルタは、固定ミラーと、空隙を介して固定ミラーと対向するように配置され、静電気力によって光透過領域における固定ミラーとの距離が調整される可動ミラーと、を備え、可動ミラーのうち光透過領域を囲む包囲部には、光透過領域を囲む複数の第１環状溝、及び、空隙側及びその反対側に開口する複数の第１貫通孔が形成されている。

このファブリペロー干渉フィルタでは、可動ミラーのうち光透過領域を囲む包囲部に、光透過領域を囲む複数の第１環状溝が形成されている。これにより、駆動時（静電気力によって光透過領域における固定ミラーと可動ミラーとの距離が調整される際）に包囲部が変形し易くなる。更に、可動ミラーのうち光透過領域を囲む包囲部に、空隙側及びその反対側に開口する複数の第１貫通孔が形成されている。これにより、駆動時に可動ミラーに生じる応力のバランスが良くなる。したがって、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の向上を図ることができる。また、包囲部に複数の第１貫通孔が形成されていることで、駆動時に可動ミラーに生じる応力が分散される。したがって、可動ミラーの耐久性の向上を図ることができる。

本発明のファブリペロー干渉フィルタでは、可動ミラーのうち包囲部の内側の部分には、空隙側及びその反対側に開口する複数の第２貫通孔が形成されていてもよい。この場合、固定ミラーと可動ミラーとの間の空隙をエッチングで形成する際に、複数の第１貫通孔及び複数の第２貫通孔をエッチングホールとして利用することで、空隙の形成に要する時間の短縮化を図ることができる。

本発明のファブリペロー干渉フィルタでは、固定ミラーには、固定ミラーと可動ミラーとが対向する対向方向において、複数の第１環状溝にそれぞれ対応する複数の第２環状溝が形成されており、固定ミラーのうち複数の第２環状溝の外側の部分には、光透過領域を囲むように第１駆動電極が設けられており、可動ミラーには、静電気力を発生させるために第１駆動電極との間に電圧が印加される第２駆動電極が設けられていてもよい。この場合、複数の第２環状溝によって、第１駆動電極と固定ミラーのうち複数の第２環状溝の内側の部分とが電気的に絶縁されるため、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の更なる向上を図ることができる。

本発明のファブリペロー干渉フィルタでは、固定ミラーには、光透過領域を含むように、第２駆動電極と同電位に接続された補償電極が設けられており、補償電極は、対向方向において、第１駆動電極に対して第２駆動電極の反対側に位置していてもよい。この場合、光透過領域を含むように固定ミラーに形成された補償電極が、可動ミラーに設けられた第２駆動電極と同電位となるため、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の更なる向上を図ることができる。しかも、補償電極が第１駆動電極と第２駆動電極との間に位置していないため、第１駆動電極と第２駆動電極との間に、印加されている電圧に応じた静電気力を好適に発生させることができる。

本発明のファブリペロー干渉フィルタでは、固定ミラーには、光透過領域を含むように、第２駆動電極と同電位に接続された補償電極が設けられており、補償電極は、複数の第２環状溝を介して第１駆動電極の内側に位置していてもよい。この場合、光透過領域を含むように固定ミラーに形成された補償電極が、可動ミラーに設けられた第２駆動電極と同電位となるため、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の更なる向上を図ることができる。しかも、固定ミラー内の同一平面上に配置された第１駆動電極及び補償電極について、それらの間の電気的な絶縁を複数の第２環状溝によって確実に実現することができる。

本発明によれば、駆動時における光透過領域での可動ミラーの平坦性の向上、及び、可動ミラーの耐久性の向上を図ることができるファブリペロー干渉フィルタを提供することが可能となる。

第１実施形態のファブリペロー干渉フィルタが適用された分光センサの分解斜視図である。 図１のII−II線に沿ってのファブリペロー干渉フィルタの断面図である。 第１駆動電極が設けられたポリシリコン層の平面図である。 補償電極が設けられたポリシリコン層の平面図である。 第２駆動電極が設けられたポリシリコン層の平面図である。 第１実施形態のファブリペロー干渉フィルタの一部拡大断面図である。 駆動時における第１実施形態のファブリペロー干渉フィルタの断面図である。 第２実施形態のファブリペロー干渉フィルタの断面図である。 第３実施形態のファブリペロー干渉フィルタの断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
［分光センサ］

図１に示されるように、分光センサ１は、配線基板２と、光検出器３と、複数のスペーサ４と、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａと、を備えている。配線基板２には、光検出器３が実装された実装部２ａ、例えばサーミスタ等の温度補償用素子（図示省略）が実装された実装部２ｂ、及び電極パッド２ｃ，２ｄが設けられている。実装部２ａは、配線２ｅによって電極パッド２ｃと電気的に接続されている。実装部２ｂは、配線２ｅによって電極パッド２ｄと電気的に接続されている。光検出器３は、例えば赤外線検出器であって、ＩｎＧａＡｓ等が用いられた量子型センサ、又は、サーモパイル、焦電センサ若しくはボロメータ等の熱型センサである。なお、紫外、可視及び近赤外の各領域の光を検出する場合には、光検出器３としてシリコンフォトダイオード等を用いることができる。

ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａは、複数のスペーサ４を介して配線基板２上に固定されている。この状態で、光検出器３は、配線基板２とファブリペロー干渉フィルタ１０Ａとの間においてファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの光透過領域１１と対向している。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａと各スペーサ４との固定には、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａへの熱ストレスの影響を抑制するために、可撓性を有する樹脂材料が用いられている。当該樹脂材料は、室温硬化又は１５０℃以下の低温硬化のものから選択されることが望ましい。複数のスペーサ４は、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａにおいて特に複数のスペーサ４と固定される部分との熱膨張係数差を緩和するために、例えば石英又はシリコン等、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａを構成する基板１４と熱膨張係数が同等の材料、或いは熱膨張係数が小さい材料で形成されることが望ましい。なお、配線基板２と各スペーサ４とを別体で形成する構成に代えて、配線基板２と各スペーサ４とを一体で形成する構成としてもよい。また、配線基板２も、例えば石英又はシリコン等、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａを構成する基板１４と熱膨張係数が同等の材料、或いは熱膨張係数が小さい材料で形成されることが望ましい。

図示はしないが、配線基板２、光検出器３、複数のスペーサ４及びファブリペロー干渉フィルタ１０Ａは、配線基板２がステム上に固定され且つファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの光透過領域がキャップの光透過窓に対向した状態で、ＣＡＮパッケージ内に収容されている。配線基板２の各電極パッド２ｃ，２ｄ及びファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの各端子１２，１３は、ステムを貫通する複数のリードピンのそれぞれとワイヤボンディングによって電気的に接続されている。光検出器３及び温度補償用素子（図示省略）に対する電気信号の入出力等は、リードピン、電極パッド２ｃ、配線２ｅ及び実装部２ａを介して行われる。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａへの電圧の印加は、リードピン及び各端子１２，１３を介して行われる。なお、光検出器３及び温度補償用素子に対する電気信号の入出力等は、光検出器３及び温度補償用素子のそれぞれの端子とワイヤボンディングによって電気的に接続されたリードピンを介して行われてもよい。

以上のように構成された分光センサ１では、配線基板２の反対側からファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの光透過領域１１に測定光が入射すると、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａに印加されている電圧に応じてエアギャップが変化し、所定波長を有する光がファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの光透過領域１１を透過する。そして、光透過領域１１を透過した光は、光検出器３で検出される。このように、分光センサ１では、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａに印加する電圧を変化させながら、光透過領域１１を透過した光を光検出器３で検出することで、分光スペクトルを得ることができる。
［ファブリペロー干渉フィルタ］

図２に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａは、例えば正方形板状の基板１４を備えている。基板１４の光入射側の表面１４ａには、反射防止層１５、第１積層体３０、支持層１６及び第２積層体４０がこの順序で積層されている。第１積層体３０と第２積層体４０との間には、枠状の支持層１６によって、エアギャップとしての空隙Ｓが形成されている。枠状の支持層１６は、その中央部分が犠牲層としてエッチングによって除去されることで形成されたものである。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの中央部には、例えば円柱状の光透過領域１１が画定されている。基板１４は、例えば、シリコン、石英又はガラス等の光透過性材料からなる。反射防止層１５及び支持層１６は、例えば酸化シリコンからなる。支持層１６の厚さは、中心透過波長（ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａが透過させ得る光の波長範囲の中央値の波長）の１／２の整数倍であることが好まく、例えば１５０ｎｍ〜１０μｍである。

第１積層体３０のうち空隙Ｓに臨む領域に対応する部分は、固定ミラー３１として機能する。第１積層体３０は、例えば、複数のポリシリコン層３２と複数の窒化シリコン層３３とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。より具体的には、二酸化シリコン等からなる反射防止層１５上に、ポリシリコン層３２ａ、窒化シリコン層３３ａ、ポリシリコン層３２ｂ、窒化シリコン層３３ｂ及びポリシリコン層３２ｃがこの順序で積層されている。ポリシリコン層３２及び窒化シリコン層３３のそれぞれの光学厚さは、中心透過波長の１／４の整数倍であることが好ましく、例えば５０ｎｍ〜２μｍである。

第２積層体４０のうち空隙Ｓに臨む領域に対応する部分は、可動ミラー４１として機能する。可動ミラー４１は、空隙Ｓを介して固定ミラー３１と対向するように配置されている。第２積層体４０は、例えば、複数のポリシリコン層４２と複数の窒化シリコン層４３とが一層ずつ交互に積層されることで構成されている。より具体的には、支持層１６上に、ポリシリコン層４２ａ、窒化シリコン層４３ａ、ポリシリコン層４２ｂ、窒化シリコン層４３ｂ及びポリシリコン層４２ｃがこの順序で積層されている。ポリシリコン層４２及び窒化シリコン層４３のそれぞれの光学厚さは、中心透過波長の１／４の整数倍であることが好ましく、例えば５０ｎｍ〜２μｍである。

図１及び図２に示されるように、端子１２は、固定ミラー３１と可動ミラー４１とが対向する対向方向Ｄから見た場合に光透過領域１１を挟んで対向するように、一対設けられている。各端子１２は、第２積層体４０の表面４０ａ（すなわち、第２積層体４０のポリシリコン層４２ｃの表面）から第１積層体３０のポリシリコン層３２ｃに至る貫通孔内に配置されている。端子１３は、対向方向Ｄから見た場合に光透過領域１１を挟んで対向するように、一対設けられている。各端子１３は、第２積層体４０の表面４０ａから第２積層体４０のポリシリコン層４２ａに至る貫通孔内に配置されている。なお、一対の端子１２が対向する方向と一対の端子１３が対向する方向とは、直交している。

図２及び図３に示されるように、固定ミラー３１には、光透過領域１１を囲むように、例えば円環状の第１駆動電極１７が設けられている。更に、固定ミラー３１には、第１駆動電極１７から対向方向Ｄに垂直な方向に沿って各端子１２の直下に延在するように、一対の配線２１が設けられている。第１駆動電極１７及び一対の配線２１は、ポリシリコン層３２ｃの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで形成されている。第１駆動電極１７は、各端子１２が各配線２１の端部２１ａに接続されることで、各端子１２と電気的に接続されている。

図２及び図４に示されるように、固定ミラー３１には、光透過領域１１を含むように、例えば円形状の補償電極１８が設けられている。更に、固定ミラー３１には、補償電極１８から対向方向Ｄに垂直な方向に沿って各端子１３の直下に延在するように、一対の配線２２が設けられている。補償電極１８及び一対の配線２２は、ポリシリコン層３２ｂの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで形成されている。補償電極１８は、各端子１３が配線２３を介して各配線２２の端部２２ａに接続されることで、各端子１３と電気的に接続されている。配線２３は、各配線２２の端部２２ａから対向方向Ｄに沿って各端子１３の直下に延在するものであり、第２積層体４０のポリシリコン層４２ａから第１積層体３０のポリシリコン層３２ｂに至る貫通孔内に配置されている。

図２及び図５に示されるように、可動ミラー４１には、対向方向Ｄにおいて第１駆動電極１７及び補償電極１８と対向するように、例えば円形状の第２駆動電極１９が設けられている。更に、可動ミラー４１には、第２駆動電極１９から対向方向Ｄに垂直な方向に沿って各端子１３の直下に延在するように、一対の配線２４が設けられている。第２駆動電極１９及び一対の配線２４は、ポリシリコン層４２ａの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで形成されている。第２駆動電極１９は、各端子１３が各配線２４の端部２４ａに接続されることで、各端子１３と電気的に接続されている。

図２に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａにおいては、第２駆動電極１９と同電位に接続された補償電極１８は、対向方向Ｄにおいて、第１駆動電極１７に対して第２駆動電極１９の反対側に位置している。つまり、第１駆動電極１７と補償電極１８とは、固定ミラー３１において同一平面上に配置されておらず、補償電極１８は、第１駆動電極１７よりも第２駆動電極１９から離れている。

第１積層体３０の表面３０ａ（すなわち、第１積層体３０のポリシリコン層３２ｃの表面）には、配線２３を囲む環状溝２５が形成されている。環状溝２５は、例えば円環状に延在している。環状溝２５の底面は、第１積層体３０の窒化シリコン層３３ｂに達している。環状溝２５内には、例えば酸化シリコンからなる絶縁部材が配置されている。これにより、配線２３は、第１駆動電極１７と電気的に絶縁されている。環状溝２５の幅は、例えば０．１〜１００μｍである。なお、環状溝２５は、例えば同心円状に並ぶように複数形成されていてもよい。

第２積層体４０の表面４０ａには、端子１２を囲む環状溝２６が形成されている。環状溝２６は、例えば円環状に延在している。環状溝２６の底面は、支持層１６に達している。環状溝２６内は、空隙となっている。これにより、端子１２は、第２駆動電極１９と電気的に絶縁されている。環状溝２６の幅は、例えば０．１〜１００μｍである。なお、環状溝２６は、例えば同心円状に並ぶように複数形成されていてもよい。

基板１４の光出射側の表面１４ｂには、反射防止層５１、第３積層体５２、中間層５３及び第４積層体５４がこの順序で積層されている。反射防止層５１及び中間層５３は、それぞれ、反射防止層１５及び支持層１６と同様の構成を有している。第３積層体５２及び第４積層体５４は、それぞれ、基板１４を基準として第１積層体３０及び第２積層体４０と対称の積層構造を有している。これらの反射防止層５１、第３積層体５２、中間層５３及び第４積層体５４によって、積層体５０が構成されている。

積層体５０の光出射側の表面５０ｂには、測定光を遮光するための遮光層２７が形成されている。遮光層２７は、例えばアルミニウムからなる。遮光層２７及び積層体５０には、光透過領域１１を含むように、例えば円柱状の開口５０ａが形成されている。開口５０ａは、光出射側に開口しており、開口５０ａの底面は、反射防止層５１に至っている。遮光層２７の表面及び開口５０ａの内面には、保護層２８が形成されている。保護層２８は、例えば酸化アルミニウムからなる。なお、保護層２８の厚さを３０ｎｍ程度に薄くすることで、保護層２８による光学的な影響を無視することができる。

図２及び図６に示されるように、可動ミラー４１には、光透過領域１１を囲む包囲部４１ａが画定されている。包囲部４１ａは、例えば円筒状に画定されている。包囲部４１ａには、光透過領域１１を囲む複数（例えば３本）の第１環状溝４４が形成されている。各第１環状溝４４は、例えば円環状に延在しており、各第１環状溝４４内は、空隙となっている。複数の第１環状溝４４は、隣り合う第１環状溝４４に着目した場合に一方の第１環状溝４４を他方の第１環状溝４４が囲むように（すなわち、例えば同心円状に）、並んでいる。各第１環状溝４４は、空隙Ｓの反対側に開口しており、複数のポリシリコン層４２及び複数の窒化シリコン層４３のそれぞれが空隙Ｓ側に部分的に落ち込むことで形成されている。各第１環状溝４４の幅は、例えば０．１〜１００μｍである。隣り合う第１環状溝４４間の距離は、例えば１〜２５０μｍである。なお、各第１環状溝４４は、連続的な環状であるものに限定されず、例えば断続的な環状であるものであってもよい。また、隣り合う第１環状溝４４の一部が繋がっていてもよい。

更に、包囲部４１ａには、空隙Ｓ側及びその反対側に開口する複数の第１貫通孔４５が形成されている（図２では、図示省略）。複数の第１貫通孔４５の少なくとも一部は、隣り合う第１環状溝４４間に位置している。各第１貫通孔４５は、例えば円柱状に形成されており、各第１貫通孔４５の直径は、例えば１〜１０μｍというように、径方向における包囲部４１ａの幅（複数の第１環状溝４４が同心円状に並んでいる場合には、最も外側の第１環状溝４４の外周半径と最も内側の第１環状溝４４の内周半径との差）よりも小さくなっている。複数の第１貫通孔４５は、隣り合う第１貫通孔４５間の距離が例えば１０〜１００μｍで、均一に分散して形成されている。また、可動ミラー４１のうち包囲部４１ａの内側の部分には、空隙Ｓ側及びその反対側に開口する複数の第２貫通孔４６が形成されている（図２では、図示省略）。各第２貫通孔４６は、例えば円柱状に形成されており、各第２貫通孔４６の直径は、例えば１〜１０μｍとなっている。複数の第２貫通孔４６は、隣り合う第２貫通孔４６間の距離が例えば１０〜１００μｍで、均一に分散して形成されている。

固定ミラー３１には、対向方向Ｄにおいて、複数の第１環状溝４４にそれぞれ対応する複数の第２環状溝３４が形成されている。各第２環状溝３４は、例えば円環状に延在しており、各第２環状溝３４内は、空隙となっている。複数の第２環状溝３４は、隣り合う第２環状溝３４に着目した場合に一方の第２環状溝３４を他方の第２環状溝３４が囲むように（すなわち、例えば同心円状に）、並んでいる。各第２環状溝３４は、空隙Ｓ側に開口しており、第１駆動電極１７の内縁に沿ってポリシリコン層３２ｃが部分的に除去されることで形成されている。つまり、第１駆動電極１７は、固定ミラー３１のうち複数の第２環状溝３４の外側の部分に設けられている。各第２環状溝３４の幅は、例えば０．１〜１００μｍである。隣り合う第２環状溝３４間の距離は、例えば１〜２５０μｍである。

以上のように構成されたファブリペロー干渉フィルタ１０Ａにおいては、各端子１２，１３を介して第１駆動電極１７と第２駆動電極１９との間に電圧が印加されると、当該電圧に応じた静電気力が第１駆動電極１７と第２駆動電極１９との間に発生する。これにより、図７に示されるように、可動ミラー４１は、主に包囲部４１ａ及びその外側の部分で変形し、可動ミラー４１において光透過領域１１に対応する部分は、平坦性を維持しつつ固定ミラー３１側に引き寄せられる。このように、光透過領域１１における固定ミラー３１と可動ミラー４１との距離は、発生する静電気力、延いては印加される電圧によって、調整される。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａを透過する光の波長は、光透過領域１１における固定ミラー３１と可動ミラー４１との距離に依存するため、第１駆動電極１７と第２駆動電極１９との間に印加する電圧を調整することで、透過する光の波長を適宜選択することができる。

以上、説明したように、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａでは、可動ミラー４１のうち光透過領域１１を囲む包囲部４１ａに、光透過領域１１を囲む複数の第１環状溝４４が形成されている。これにより、駆動時（静電気力によって光透過領域１１における固定ミラー３１と可動ミラー４１との距離が調整される際）に包囲部４１ａが変形し易くなる。更に、包囲部４１ａに、空隙Ｓ側及びその反対側に開口する複数の第１貫通孔４５が形成されている。これにより、駆動時に可動ミラー４１に生じる応力のバランスが良くなる。したがって、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の向上を図ることができる。また、包囲部４１ａに複数の第１貫通孔４５が形成されていることで、駆動時に可動ミラー４１に生じる応力が分散される。したがって、可動ミラー４１の耐久性の向上を図ることができる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａに熱を加えられる状況においては、熱歪が発生するが、上述のとおり、可動ミラー４１に生じる応力のバランスが良くなるため、可動ミラー４１の歪も均質となる。したがって、可動ミラー４１の歪に起因する分解能（透過波長特性）の低下を抑制することができる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａでは、可動ミラー４１のうち包囲部４１ａの内側の部分に、空隙Ｓ側及びその反対側に開口する複数の第２貫通孔４６が形成されている。そのため、固定ミラー３１と可動ミラー４１との間の空隙Ｓをエッチングで形成する際に、複数の第１貫通孔４５及び複数の第２貫通孔４６をエッチングホールとして利用することで、空隙Ｓの形成に要する時間の短縮化を図ることができる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａでは、固定ミラー３１に、複数の第２環状溝３４が形成されており、固定ミラー３１のうち複数の第２環状溝３４の外側の部分に、第１駆動電極１７が設けられている。これにより、第１駆動電極１７と固定ミラー３１のうち複数の第２環状溝３４の内側の部分（すなわち、複数の第２環状溝３４の内側のポリシリコン層３２ｃ）とが電気的に絶縁されるため、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の更なる向上を図ることができる。

なお、固定ミラー３１に複数の第２環状溝３４が形成されている場合、その外側の部分と内側の部分との電気的な絶縁は、固定ミラー３１に１本の第２環状溝３４が形成されている場合に比べ、確実なものとなる。それは、複数の第２環状溝３４のうち一部の第２環状溝３４に欠陥が生じてリーク電流が発生し得る状態となっても、残りの第２環状溝３４によって当該リーク電流が阻止されるからである。また、全ての第２環状溝３４に欠陥が生じてリーク電流が発生し得る状態となっても、リーク電流が遠回りし易くなるからでる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａでは、固定ミラー３１に、第２駆動電極１９と同電位に接続された補償電極１８が設けられており、補償電極１８が、対向方向Ｄにおいて、第１駆動電極１７に対して第２駆動電極１９の反対側に位置している。これにより、光透過領域１１を含むように固定ミラー３１に形成された補償電極１８が、可動ミラー４１に設けられた第２駆動電極１９と同電位となるため、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の更なる向上を図ることができる。しかも、補償電極１８が第１駆動電極１７と第２駆動電極１９との間に位置していないため、第１駆動電極１７と第２駆動電極１９との間に、印加されている電圧に応じた静電気力を好適に発生させることができる。

なお、第１環状溝４４の本数を増加させるほど、例えば１本の第１環状溝４４の幅を増加させる場合に比べ、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の向上が顕著となる。また、上述したように、第２環状溝３４の本数を増加させるほど、その外側の部分と内側の部分との電気的な絶縁が確実なものとなるため、第２環状溝３４の本数を増加させることも、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の向上に寄与する。
［ファブリペロー干渉フィルタの製造方法］

上述したファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの製造方法について、図２及び図６を参照して説明する。まず、基板１４の表面１４ａに反射防止層１５が積層される。これと同時に、基板１４の表面１４ｂに反射防止層５１ｇが積層される。続いて、反射防止層１５上に、第１積層体３０の一部をなすポリシリコン層３２ａ、窒化シリコン層３３ａ及びポリシリコン層３２ｂがこの順序で積層される。これと同時に、反射防止層５１上に、第３積層体５２の一部をなすポリシリコン層、窒化シリコン層及びポリシリコン層がこの順序で積層される。続いて、ポリシリコン層３２ｂの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで、補償電極１８及び一対の配線２２が形成される。

続いて、ポリシリコン層３２ｂ上に、第１積層体３０の一部をなす窒化シリコン層３３ｂが積層される。これと同時に、第３積層体５２の一部をなすポリシリコン層上に、第３積層体５２の一部をなす窒化シリコン層が積層される。続いて、窒化シリコン層３３ｂの所定部分がエッチングにより除去されることで、配線２３を配置するための貫通孔の一部が形成される。

続いて、窒化シリコン層３３ｂ上に、第１積層体３０の一部をなすポリシリコン層３２ｃが積層される。これと同時に、第３積層体５２の一部をなす窒化シリコン層上に、第３積層体５２の一部をなすポリシリコン層が積層される。続いて、ポリシリコン層３２ｃの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで、第１駆動電極１７及び一対の配線２１が形成される。また、ポリシリコン層３２ｃの所定部分がエッチングにより除去されることで、環状溝２５及び複数の第２環状溝３４、並びに、配線２３が配置されるための貫通孔の一部が形成される。なお、ポリシリコン層３２ｃの所定部分を選択的に除去するために、予めエッチングストッパが設けられていてもよい。続いて、環状溝２５内に、例えば酸化シリコンからなる絶縁部材が配置される。

続いて、ポリシリコン層３２ｃ上に、支持層１６が積層される。これと同時に、第３積層体５２の一部をなすポリシリコン層上に、中間層５３が積層される。このとき、支持層１６の表面には、ポリシリコン層３２ｃに形成された複数の第２環状溝３４内に支持層１６が部分的に落ち込むことで、複数の第２環状溝３４に倣った複数の環状溝が形成される。続いて、支持層１６の所定部分がエッチングにより除去されることで、配線２３が配置されるための貫通孔の一部、及び各端子１２が取り出されるための貫通孔の一部が形成される。続いて、支持層１６の表面から第１積層体３０のポリシリコン層３２ｂに至る貫通孔内に配線２３が配置される。

続いて、支持層１６上に、第２積層体４０の一部をなすポリシリコン層４２ａが積層される。これと同時に、中間層５３上に、第４積層体５４の一部をなすポリシリコン層が積層される。続いて、ポリシリコン層４２ａの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで、第２駆動電極１９及び一対の配線２４が形成される。

続いて、ポリシリコン層４２ａ上に、第２積層体４０の一部をなす窒化シリコン層４３ａ、ポリシリコン層４２ｂ、窒化シリコン層４３ｂ及びポリシリコン層４２ｃがこの順序で積層される。これと同時に、第４積層体５４の一部をなすポリシリコン層上に、第４積層体５４の一部をなす窒化シリコン層、ポリシリコン層、窒化シリコン層及びポリシリコン層がこの順序で積層される。このとき、第２積層体４０の表面４０ａ（すなわち、第２積層体４０のポリシリコン層４２ｃの表面）には、支持層１６の表面に形成された複数の環状溝に複数のポリシリコン層４２及び複数の窒化シリコン層４３のそれぞれが部分的に落ち込むことで、複数の第２環状溝３４に倣った複数の第１環状溝４４が第２環状溝３４の直上に形成される。

続いて、第２積層体４０及び支持層１６の所定部分がエッチングにより除去されることで、第２積層体４０の表面４０ａから第１積層体３０のポリシリコン層３２ｃに至る貫通孔が形成される。また、第２積層体４０の所定部分がエッチングにより除去されることで、第２積層体４０の表面４０ａから第２積層体４０のポリシリコン層４２ａに至る貫通孔が形成される。続いて、第２積層体４０の表面４０ａから第１積層体３０のポリシリコン層３２ｃに至る貫通孔内に導電部材が配置されることで、端子１２が形成される。また、第２積層体４０の表面４０ａから第２積層体４０のポリシリコン層４２ａに至る貫通孔内に導電部材が配置されることで、端子１３が形成される。

続いて、第２積層体４０の所定部分がエッチングにより除去されることで、第２積層体４０の表面４０ａから支持層１６に至る第１貫通孔４５、第２貫通孔４６及び環状溝２６が形成される。続いて、第４積層体５４上に、遮光層２７が積層される。続いて、第３積層体５２、中間層５３、第４積層体５４及び遮光層２７の所定部分がエッチングにより除去されることで、開口５０ａが形成される。続いて、遮光層２７の表面及び開口５０ａの内面に、保護層２８が形成される。なお、遮光層２７は、エッチングの後又はエッチングの途中に形成されてもよい。

続いて、第１貫通孔４５及び第２貫通孔４６を介したエッチングにより支持層１６の所定部分（中央部分）が犠牲層として除去されることで、空隙Ｓが形成される。酸化シリコンからなる支持層１６に空隙Ｓを形成するために、フッ酸ガスを用いた気相エッチングが実施されると、第１積層体３０の複数のポリシリコン層３２及び複数の窒化シリコン層３３、並びに、第２積層体４０の複数のポリシリコン層４２及び複数の窒化シリコン層４３の侵食が防止される。このとき、酸化シリコンからなる反射防止層５１は、開口５０ａの底面において、酸化アルミニウムからなる保護層２８に覆われているため、当該反射防止層５１の侵食も防止される。

以上の製造工程は、基板１４となる部分を複数含むウェハに対して実施される。以上の製造工程が実施された後に、ウェハがチップ化されることで、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａが得られる。なお、ウェハのチップ化には、レーザ光の照射によって基板１４の内部等に改質領域を形成し、当該改質領域を起点としてウェハを分割する内部加工型のレーザ加工技術を用いることが好ましい。内部加工型のレーザ加工技術によれば、ウェハをチップ化する際に、メンブレン状の可動ミラー４１が損傷するのを抑制することができる。

以上、説明したように、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの製造方法では、支持層１６に空隙Ｓをエッチングで形成する際に、複数の第２貫通孔４６に加え、複数の第１貫通孔４５をエッチングホールとして利用することができるため、空隙Ｓの形成に要する時間の短縮化を図ることができる。

ところで、窒化シリコンとフッ酸ガスとが反応して、フッ化アンモニウム系の残渣が発生することが知られている（B.DU BOIS,HF ETCHING OF SI-OXIDES AND SI-NITRIDES FOR SURFACE MICROMACHINING, Sensor Technology 2001, Proceedings of the Sensor Technology Conference 2001, held in Enschede, The Netherlands, 14-15 May, 2001, pp131-136参照）。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａの製造工程において、酸化シリコンからなる支持層１６に空隙Ｓを形成するために、フッ酸ガスを用いた気相エッチングを実施する際には、固定ミラー３１において複数の第２環状溝３４の底面に窒化シリコン層３３ｂが露出しているが、複数の第２環状溝３４を含むような１本の環状溝の底面に窒化シリコン層３３ｂが露出している場合に比べ、残渣の発生を抑制することができる。なお、フッ化アンモニウム系の残渣は、真空ベーク等により昇華させることで除去することが可能である。
［第２実施形態］

図８に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｂは、第１駆動電極１７及び補償電極１８が固定ミラー３１内の同一平面上に配置されている点で、上述したファブリペロー干渉フィルタ１０Ａと主に相違している。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｂでは、補償電極１８は、複数の第２環状溝３４を介して第１駆動電極１７の内側に位置している。つまり、補償電極１８は、第１駆動電極１７と共に、第１積層体３０のポリシリコン層３２ｃに設けられている。第１駆動電極１７及び補償電極１８は、ポリシリコン層３２ｃの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで形成されている。

補償電極１８は、一対の配線２９を介して各配線２３に接続されることで、各端子１３と電気的に接続されている。各配線２９は、配線２９ａ，２９ｂを含んでいる。一対の配線２９ａは、各配線２３の端部から対向方向Ｄに垂直な方向に沿って補償電極１８の縁部の直下に延在するように、第１積層体３０のポリシリコン層３２ｂに設けられている。一対の配線２９ａは、ポリシリコン層３２ｂの所定部分に不純物がドープされて当該所定部分が低抵抗化されることで形成されている。一対の配線２９ｂは、補償電極１８の縁部から対向方向Ｄに沿って各配線２９ａの端部に延在するものであり、補償電極１８からポリシリコン層３２ｂに至る貫通孔内に配置されている。

以上のように構成されたファブリペロー干渉フィルタ１０Ｂでは、上述したファブリペロー干渉フィルタ１０Ａと同様に、可動ミラー４１の包囲部４１ａに複数の第１環状溝４４及び複数の第１貫通孔４５が形成されている。よって、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の向上、及び、可動ミラー４１の耐久性の向上を図ることができる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｂでは、第２駆動電極１９と同電位に接続された補償電極１８が、複数の第２環状溝３４を介して第１駆動電極１７の内側に位置していている。これにより、固定ミラー３１内の同一平面上に配置された第１駆動電極１７及び補償電極１８について、それらの間の電気的な絶縁を確実に実現することができ、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の更なる向上を図ることができる。
［第３実施形態］

図９に示されるように、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｃは、固定ミラー３１に補償電極１８が設けられていない点、固定ミラー３１に複数の第２環状溝３４が形成されていない点、及び可動ミラー４１の包囲部４１ａに複数の第１環状溝４４がエッチングで形成されている点で、上述したファブリペロー干渉フィルタ１０Ａと主に相違している。ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｃでは、第２積層体４０の所定部分をエッチングにより除去することで、第２積層体４０の表面４０ａから第２積層体４０のポリシリコン層４２ａに至る複数の第１環状溝４４を形成する。なお、第２積層体４０の所定部分を選択的に除去するために、予めエッチングストッパが設けられていてもよい。

以上のように構成されたファブリペロー干渉フィルタ１０Ｃでは、上述したファブリペロー干渉フィルタ１０Ａと同様に、可動ミラー４１の包囲部４１ａに複数の第１環状溝４４及び複数の第１貫通孔４５が形成されている。よって、駆動時における光透過領域１１での可動ミラー４１の平坦性の向上、及び、可動ミラー４１の耐久性の向上を図ることができる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｃでは、固定ミラー３１に複数の第２環状溝３４が形成されていないため、第１駆動電極１７とポリシリコン層３２ｃにおける第１駆動電極１７の内側の部分とが電気的に接続されることになる。これにより、ポリシリコン層３２ｃにおける第１駆動電極１７の内側の部分と第２駆動電極１９との間にも電位差が生じて静電気力が発生することになるので、固定ミラー３１と可動ミラー４１との距離を調整するために第１駆動電極１７と第２駆動電極１９との間に印加する電圧を低くすることができる。

また、ファブリペロー干渉フィルタ１０Ｃでは、酸化シリコンからなる支持層１６に空隙Ｓを形成するために、フッ酸ガスを用いた気相エッチングを実施しても、固定ミラー３１に複数の第２環状溝３４が形成されておらず、窒化シリコン層３３ｂが露出していないため、フッ化アンモニウム系の残渣の発生をより一層抑制することができる。

以上、本発明の第１、第２及び第３実施形態について説明したが、本発明は、上述した第１、第２及び第３実施形態に限定されるものではない。例えば、第１積層体３０を構成するポリシリコン層３２及び窒化シリコン層３３の層数及び膜厚、並びに、第２積層体４０を構成するポリシリコン層４２及び窒化シリコン層４３の層数及び膜厚は、各ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが透過させる光の波長の分解能及び適用範囲に応じて適宜変更可能である。また、可動ミラー４１の貫通孔は、包囲部４１ａ及びその内側の領域だけでなく、包囲部４１ａの外側の領域に形成されてもよい。また、光透過領域１１は、開口５０ａよりも狭い範囲である場合に限定されず、例えば、開口５０ａよりも広い範囲の測定光が入射する場合に、開口５０ａによって光透過領域１１が画定されてもよい。また、各ファブリペロー干渉フィルタ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各構成には、上述した材料及び形状に限らず、様々な材料及び形状を適用することができる。

１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…ファブリペロー干渉フィルタ、１１…光透過領域、１７…第１駆動電極、１８…補償電極、１９…第２駆動電極、３１…固定ミラー、３４…第２環状溝、４１…可動ミラー、４１ａ…包囲部、４４…第１環状溝、４５…第１貫通孔、４６…第２貫通孔、Ｓ…空隙。

Claims (14)

1. 固定ミラーと、
   空隙を介して前記固定ミラーと対向するように配置され、光透過領域に対応する第１部分、前記光透過領域を囲む包囲部、及び前記包囲部の外側の第２部分を有し、静電気力によって前記包囲部及び前記第２部分が変形することで前記第１部分において前記固定ミラーとの距離が調整される可動ミラーと、を備え、
   前記可動ミラーのうち前記光透過領域を囲む前記包囲部には、前記光透過領域を囲む複数の第１環状溝、及び、前記空隙側及びその反対側に開口する複数の第１貫通孔が形成されており、
   前記複数の第１貫通孔の少なくとも一部は、隣り合う前記第１環状溝間の領域と重なっている、ファブリペロー干渉フィルタ。
2. 前記第１部分には、前記空隙側及びその反対側に開口する複数の第２貫通孔が形成されている、請求項１記載のファブリペロー干渉フィルタ。
3. 前記固定ミラーのうち、前記固定ミラーと前記可動ミラーとが対向する対向方向において前記第２部分と対向する部分には、前記光透過領域を囲むように第１駆動電極が設けられており、
   前記可動ミラーには、前記対向方向において前記第１駆動電極と対向するように、前記静電気力を発生させるために前記第１駆動電極との間に電圧が印加される第２駆動電極が設けられている、請求項１又は２記載のファブリペロー干渉フィルタ。
4. 前記固定ミラーには、前記対向方向において、前記複数の第１環状溝にそれぞれ対応する複数の第２環状溝が形成されており、
   前記第１駆動電極は、前記固定ミラーのうち前記複数の第２環状溝の外側の部分に設けられている、請求項３記載のファブリペロー干渉フィルタ。
5. 前記固定ミラーには、前記光透過領域を含むように、前記第２駆動電極と同電位に接続された補償電極が設けられており、
   前記補償電極は、前記対向方向において、前記第１駆動電極に対して前記第２駆動電極の反対側に位置している、請求項４記載のファブリペロー干渉フィルタ。
6. 前記固定ミラーには、前記光透過領域を含むように、前記第２駆動電極と同電位に接続された補償電極が設けられており、
   前記補償電極は、前記複数の第２環状溝を介して前記第１駆動電極の内側に位置している、請求項４記載のファブリペロー干渉フィルタ。
7. 前記固定ミラーと前記可動ミラーとが対向する対向方向に平行であり且つ前記光透過領域の中心を通る断面において、前記第１貫通孔の幅は、最も外側の前記第１環状溝の外縁と最も内側の前記第１環状溝の内縁との間の幅よりも小さい、請求項１〜６のいずれか一項記載のファブリペロー干渉フィルタ。
8. 固定ミラーと、
   空隙を介して前記固定ミラーと対向するように配置され、光透過領域に対応する第１部分、前記光透過領域を囲む包囲部、及び前記包囲部の外側の第２部分を有し、静電気力によって前記包囲部及び前記第２部分が変形することで前記第１部分において前記固定ミラーとの距離が調整される可動ミラーと、を備え、
   前記可動ミラーのうち前記光透過領域を囲む前記包囲部には、前記光透過領域を囲む第１環状溝が形成されており、
   前記固定ミラーと前記可動ミラーとが対向する対向方向から見た場合に前記空隙のうち前記第１環状溝に囲まれる第１領域、及び前記対向方向から見た場合に前記空隙のうち前記第１環状溝を囲む第２領域については、前記対向方向に平行であり且つ前記光透過領域の中心を通る断面において、前記対向方向に垂直な方向における前記第１領域の両側に前記第２領域が１対現れ、前記対向方向に垂直な前記方向における前記第１領域の幅が、前記対向方向に垂直な前記方向における１対の前記第２領域のそれぞれの幅よりも大きく、
   前記固定ミラーのうち、前記対向方向において前記第２部分と対向する部分には、前記光透過領域を囲むように第１駆動電極が設けられており、
   前記可動ミラーには、前記対向方向において前記第１駆動電極と対向するように、前記静電気力を発生させるために前記第１駆動電極との間に電圧が印加される第２駆動電極が設けられており、
   前記包囲部には、前記第１環状溝が複数形成されている、ファブリペロー干渉フィルタ。
9. 前記対向方向から見た場合に前記空隙のうち前記包囲部に囲まれる第３領域、及び前記対向方向から見た場合に前記空隙のうち前記包囲部を囲む第４領域については、前記対向方向に平行であり且つ前記光透過領域の中心を通る前記断面において、前記対向方向に垂直な前記方向における前記第３領域の両側に前記第４領域が１対現れ、隣り合う前記第１環状溝間の幅が、前記対向方向に垂直な前記方向における前記第３領域の幅よりも小さく、且つ前記対向方向に垂直な前記方向における１対の前記第４領域のそれぞれの幅よりも小さい、請求項８記載のファブリペロー干渉フィルタ。
10. 固定ミラーと、
    空隙を介して前記固定ミラーと対向するように配置され、光透過領域に対応する第１部分、前記光透過領域を囲む包囲部、及び前記包囲部の外側の第２部分を有し、静電気力によって前記包囲部及び前記第２部分が変形することで前記第１部分において前記固定ミラーとの距離が調整される可動ミラーと、を備え、
    前記可動ミラーのうち前記光透過領域を囲む前記包囲部には、前記光透過領域を囲む第１環状溝が形成されており、
    前記固定ミラーと前記可動ミラーとが対向する対向方向から見た場合に前記空隙のうち前記第１環状溝に囲まれる第１領域、及び前記対向方向から見た場合に前記空隙のうち前記第１環状溝を囲む第２領域については、前記対向方向に平行であり且つ前記光透過領域の中心を通る断面において、前記対向方向に垂直な方向における前記第１領域の両側に前記第２領域が１対現れ、前記対向方向に垂直な前記方向における前記第１領域の幅が、前記対向方向に垂直な前記方向における１対の前記第２領域のそれぞれの幅よりも大きく、
    前記固定ミラーのうち、前記対向方向において前記第２部分と対向する部分には、前記光透過領域を囲むように第１駆動電極が設けられており、
    前記可動ミラーには、前記対向方向において前記第１駆動電極と対向するように、前記静電気力を発生させるために前記第１駆動電極との間に電圧が印加される第２駆動電極が設けられており、
    前記固定ミラーには、前記対向方向において、前記第１環状溝に対応する第２環状溝が形成されており、
    前記第１駆動電極は、前記固定ミラーのうち前記第２環状溝の外側の部分に設けられている、ファブリペロー干渉フィルタ。
11. 前記固定ミラーには、前記光透過領域を含むように、前記第２駆動電極と同電位に接続された補償電極が設けられており、
    前記補償電極は、前記対向方向において、前記第１駆動電極に対して前記第２駆動電極の反対側に位置している、請求項１０記載のファブリペロー干渉フィルタ。
12. 前記固定ミラーには、前記光透過領域を含むように、前記第２駆動電極と同電位に接続された補償電極が設けられており、
    前記補償電極は、前記第２環状溝を介して前記第１駆動電極の内側に位置している、請求項１０記載のファブリペロー干渉フィルタ。
13. 前記第１駆動電極は、前記固定ミラーのうち前記光透過領域の外側の部分に設けられている、請求項８〜１２のいずれか一項記載のファブリペロー干渉フィルタ。
14. 前記第２部分には、前記空隙側及びその反対側に開口する複数の貫通孔が形成されている、請求項８〜１３のいずれか一項記載のファブリペロー干渉フィルタ。

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