JP6730300B2 - ファブリペロー干渉計のためのミラープレート、およびファブリペロー干渉計 - Google Patents

ファブリペロー干渉計のためのミラープレート、およびファブリペロー干渉計 Download PDF

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Description

いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計に関する。
ファブリペロー干渉計は、光学キャビティを形成するように構成された、第1の半透過性ミラーおよび第2の半透過性ミラーを備えている。ファブリペロー干渉計は、1つまたは複数の透過率のピークを提供する場合がある。透過率のピークのスペクトル位置は、ミラー間の距離を変化させることによって変化し得る。ミラー間の距離は、ミラーギャップまたはミラースペーシングと呼ばれる場合がある。スペクトル測定を実施することには、透過率のピークのスペクトル位置を判定することが含まれ得る。干渉計は、調整可能なミラーギャップを監視するための静電容量センサを備えている場合がある。干渉計の透過率のピークのスペクトル位置は、たとえば、静電容量センサの静電容量を監視することにより、判定され得る。
いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計に関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計のためのミラープレートに関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計を備えた装置に関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計のためのミラープレートを製造する方法に関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計のスペクトル位置を判定するための方法に関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計を製造する方法に関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計によるスペクトルデータの測定に関する場合がある。いくつかの変形形態は、ファブリペロー干渉計の較正に関する場合がある。
一態様によれば、ファブリペロー干渉計(300)のためのミラープレート(100)を製造するための方法であって、
−シリコン(Si)を含む基板(50)を提供することと、
−基板(50)上に半透過性反射コーティング(110)を実施することと、
−基板(50)に複数の隙間(E1)をエッチングすること、および、隙間(E1)の表面を被覆することにより、基板(50)内および/または基板(50)上に被覆領域(70a)を形成することと、
−被覆領域(70a)の頂部上に第1のセンサ電極(G1a)を形成することと、
−基板(50)によって支持された第2のセンサ電極(G1b)を形成することと、を含む、方法が提供される。
さらなる態様は、特許請求の範囲に規定されている。
ファブリペロー干渉計のミラープレートは、第1のセンサ電極の、第2のセンサ電極に対する、シリコン基板を解しての結合を低減または防止するように構成され得る、1つまたは複数の被覆領域を備え得る。被覆領域により、測定の精度が向上し得る。
ファブリペロー干渉計は、第1のミラープレートおよび第2のミラープレートを備えている。干渉計の透過率のピークのスペクトル位置は、ミラーギャップを変化させることによって変化し得る。干渉計は、ミラーギャップを監視するためのセンサ電極を備えている場合がある。センサ電極は、センサコンデンサを形成し得、それにより、センサコンデンサの静電容量がミラーギャップに依存するようになっている。ミラーギャップの変化により、センサ電極間の距離が変化し得る。センサ電極間の距離を変化させることにより、センサコンデンサの静電容量が変化し得る。したがって、センサコンデンサの静電容量は、ミラーギャップに依存し得、それにより、ミラーギャップが、センサコンデンサの静電容量に基づいて監視され得るようになっている。
ミラープレートの反射コーティングおよびセンサ電極は、たとえば、低い製造コストで高度に安定した領域を提供するために、シリコン基板上で実施され得る。干渉計は、微小電気機械システム(MEMS)である場合がある。シリコンは、1.1μmを超える波長では、ほぼ透過性である場合がある。したがって、干渉計は、赤外領域における使用に適切である場合がある。ホウケイ酸塩ガラスと比較すると、シリコンの吸光度は、2μmを超える波長における、低膨張ホウケイ酸塩ガラス(「BK7」)の吸光度よりも実質的に低い場合がある。しかしながら、シリコン基板の近似性により、静電容量センサ電極の動作が妨げられる場合がある。シリコンの導電性は、動作温度に依存する場合があり、センサ電極は、基板に結合している場合がある。センサ電極は、基板を介して互いに結合している場合がある。基板への結合により、ミラーギャップの監視において、温度に依存する誤差を生じる場合がある。基板の導電性が変化することにより、ミラーギャップの静電容量の監視が妨げられる場合がある。干渉計は、妨害の影響を抑制または除去するように構成され得る、1つまたは複数の被覆領域を備え得る。
被覆領域は、被覆された三次元構造を備え得る。被覆領域は、被覆された三次元微細構造を備え得る。被覆構造により、センサ電極と基板との結合を低減する場合がある、厚さのある電気絶縁層が提供され得る。被覆領域の厚さは、たとえば、10μmより大である場合がある。被覆された微細構造により、センサ電極が基板から結合解除される場合がある。被覆領域により、センサ電極から基板への漏洩電流の大きさが低減される場合がある。
被覆された三次元微細構造は、シリコン基板の複数の微小な隙間をエッチングすること、および、この隙間の表面を被覆することによって形成され得る。被覆により、隙間の表面の導電性が実質的に低減され得る。被覆は、隙間の表面を電気絶縁材料でカバーすること、および/または、隙間の壁の材料を電気絶縁材料に変化させることにより、実施され得る。
隙間の表面は、たとえば酸化により、電気絶縁材料に変化され得る。隙間の壁は、酸化によってシリカSiO2に変化し得るシリコンを含み得る。シリコンのSiO2への変化は、材料の体積を局所的に増大させる場合もあり、それにより、隙間が部分的にSiO2で充填され得ることになる。
一実施形態では、1つまたは複数の被覆領域が、被覆された多孔性シリコンを含み得る。シリコン基板の選択された領域は、たとえば電気化学エッチングを使用することにより、エッチングによって多孔性シリコンに変化し得る。エッチングされた領域は、次いで、被覆された多孔性シリコン(PPS)を形成するために、被覆され得る。多孔性シリコンは、たとえば酸化により、被覆され得る。
隙間は、隙間の壁に絶縁材料を堆積させることにより、部分的または完全に充填され得る。隙間は、たとえば、原子層堆積(ALD)または化学蒸着(CVD)によって被覆され得る。
隙間は、たとえば、シリコン基板の複数の微小な溝、穴、チャネル、および/または孔をエッチングすることにより、形成され得る。たとえば、深く狭い溝または穴は、電気化学エッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、または深反応性イオンエッチング(DRIE)によって形成され得る。隙間が孔である場合、複数の相互接続された、開いた孔が、たとえば電気化学エッチングによって形成され得る。相互接続された孔は、基板内に深く延びるチャネルを形成し得る。被覆領域は、比較的短時間で提供され得る。被覆領域の厚さは、エッチングによって有効に判定され得る。比較的深い溝またはチャネルであっても、エッチングステップによって形成され得、それにより、被覆領域の厚さは、酸化速度論によっては限定されないようになっている。
被覆領域の形成により、たとえば、隙間のサイズを制御すること、酸化パラメータを制御すること、および/または堆積パラメータを制御することで、基板内の機械的応力を制御することが可能になる場合がある。被覆領域は、機械的応力が、公称動作温度において所定の限界よりも低く維持されるように形成され得る。したがって、反射コーティングは、干渉計の通常の動作の間、フラットなままであり得る。
具体的には、被覆多孔性シリコンの形成は、孔のサイズおよび酸化パラメータを制御することにより、基板内の機械的応力を制御することが可能になり得る。被覆多孔性シリコンは、機械的応力が、公称動作温度において所定の限界よりも低く維持されるように形成され得る。
1つまたは複数の被覆領域は、第1のセンサ電極と第2のセンサ電極との間の、熱によって誘導されたリアクタンスの変化が、基板の温度が1℃だけ変化した際に、たとえば参照値の0.1%より小さくなるように、実施され得る。
以下の例では、添付図面を参照して、実施形態がより詳細に記載される。
例として、ファブリペロー干渉計を備えた分光計を示す側断面図。 例として、ファブリペロー干渉計のスペクトルの透過率のピークを示す図。 例として、ミラーギャップと、センサコンデンサの静電容量との間の関係を示す図。 例として、寄生コンデンサを備えたファブリペロー干渉計を示す側断面図。 例として、図4aのファブリペロー干渉計の寄生コンデンサを示す側断面図。 図4aの干渉計を示すコンデンサ回路を示す図。 例として、被覆領域を備えたファブリペロー干渉計を示す側断面図。 例として、図5aのファブリペロー干渉計の寄生コンデンサを示す側断面図。 図5aの干渉計を示すコンデンサ回路を示す図。 例として、被覆領域を含むミラープレートを製造するためのステップを示す側断面図。 例として、被覆領域を含むミラープレートを製造するためのステップを示す側断面図。 例として、被覆領域を含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図。 例として、酸化によって形成された被覆領域を含むミラープレートを製造するためのステップを示す側断面図。 例として、酸化によって形成された被覆領域を含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図。 例として、被覆した多孔性シリコンを含むミラープレートを製造するためのステップを示す側断面図。 例として、被覆した多孔性シリコンを含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図。 例として、被覆した多孔性シリコンを含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す側断面図。 例として、被覆した多孔性シリコンを含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図。 例として、ファブリペロー干渉計の第1のミラープレートおよび第2のミラープレートを示す三次元分解図。 例として、図10aのファブリペロー干渉計のセンサ電極の位置を示す三次元図。 例として、ミラーギャップを較正するためのセットアップを示す図。 例として、干渉計の透過率のピークのスペクトル位置を示す図。 例として、対象のスペクトルの測定を示す図。
図1を参照すると、分光計700は、ファブリペロー干渉計300を備え得る。対象OBJ1は、光LB1を反射、放射、および/または透過させる場合があり、光LB1は、光LB1のスペクトルを監視するために、干渉計300を通して透過され得る。干渉計300は、たとえば、対象OBJ1の光LB1の反射、透過(吸収)、および/または放射を測定するために、使用され得る。
ファブリペロー干渉計300は、第1のミラープレート100および第2のミラープレート200を備えている。第1のミラープレート100は、外側層111を有する半透過性反射コーティングを備え得る。第1のミラープレート100は、光LB1を透過および/または反射させるアパーチャ部分AP1を有し得る。アパーチャ部分AP1は、光LB1を透過および/または反射させることが可能である、半透過性反射コーティングの露出部分である。アパーチャ部分AP1に当たる光LB1は、アパーチャ部分AP1を通して透過し得、かつ/または、アパーチャAP1に当たる光LB1は、アパーチャ部分AP1によって反射され得る。ミラーギャップdFは、所与の波長における透過光に関し、強め合う干渉を生じるように調整され得、それにより、アパーチャ部分AP1が光を透過させ得るようになっている。ミラーギャップdFは、所与の波長における透過光に関し、弱め合う干渉を生じるように調整され得、それにより、アパーチャ部分AP1が光を反射させ得るようになっている。
アパーチャ部分AP1の幅は、たとえば、0.5mmから2.0mmの範囲、2mmから20mmの範囲、20mmから50mmの範囲、または50mmから100mmの範囲である場合がある。アパーチャ部分AP1の幅は、たとえば、0.5mmから50mmの範囲である場合がある。アパーチャ部分AP1の幅は、たとえば、2.0mmから50mmの範囲である場合がある。アパーチャ部分AP1は、たとえば、ほぼ円形の形態、またはほぼ矩形の形態を有する場合がある。
第2のミラープレート200は、外側層211を有する半透過性反射コーティングを備え得る。第2のプレート200の外側層211は、第1のプレート100の外側層111と対向し得る。
干渉計300は、ミラーギャップdFを容量的に監視するためのセンサ電極G1a、G2a、G1b、G2bを備えている場合がある。センサ電極G1a、G1bは、第1のミラープレート100の基板50に取り付けられている場合がある。センサ電極G2a、G2bは、第2のミラープレート200に取り付けられている場合がある。電極G1a、G2aは、第1のセンサコンデンサC1を形成し得る。電極G1b、G2bは、第2のセンサコンデンサC2を形成し得る。電極G1aと電極G2aとの間の距離dGaは、ミラーギャップdFに依存し得、第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1は、距離dGaに依存し得、それにより、ミラーギャップdFが、第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1を監視することによって監視され得るようになっている。電極G1bと電極G2bとの間の距離dGbは、ミラーギャップdFに依存し得、第2のセンサコンデンサC2の静電容量C2は、距離dGbに依存し得、それにより、ミラーギャップdFが、第2のセンサコンデンサC2の静電容量C2を監視することによっても監視され得るようになっている。
ミラーギャップdFは、距離dGaおよび/または距離dGbに依存し得る。ミラーギャップdFは、静電容量C1および/またはC2を監視することによって監視され得る。センサ電極G1aとセンサ電極G2aとの間の距離dGaは、電極ギャップとも呼ばれる場合がある。
センサコンデンサC1、C2は、導電体CONa、CONbによって静電容量監視ユニット410と接続され得る。ミラープレート200は、ミラープレート100に対して移動し得る。センサコンデンサC1、C2は、たとえば、ミラープレート200と静電容量監視ユニット410との間で移動する電気伝導体を使用することを避けるために、直列に接続され得る。センサコンデンサC1、C2は、たとえば導電体CON2によって直列に接続され得る。電極G2aは、導電体CON2により、電極G2bに直流的に接続され得る。
基板50は、ミラーギャップdFの静電容量の監視を妨げる、半導電パスPTH50を提供する。半導電パスPTH50により、センサ電極G1aとセンサ電極G1bとの間の、温度に依存する結合が生じ得る。半導電パスPTH50により、センサ電極G1a、G1bからの、温度に依存する電流の漏洩も生じ得る。ミラープレート100は、半導電パスPTH50の妨害の影響を低減するか除去するように構成され得る、1つまたは複数の被覆領域70a、70bを備え得る。
ファブリペロー干渉計300は、第1のミラープレート100および第2のミラープレート200を備え得る。第1のミラープレート100は、
−シリコンを含む基板50と、
−基板50上に実施された半透過性反射コーティング110と、
−基板50内および/または基板50上に形成された被覆領域70aと、
−被覆領域70aの頂部上に形成された第1のセンサ電極G1aと、
−第2のセンサ電極G1bと、を備え得る。
第2のミラープレート200は、第3のセンサ電極G2aおよび第4のセンサ電極G2bを備え得、それにより、第1のセンサ電極G1aと第3のセンサ電極G2aが第1のセンサコンデンサC1を形成し、第2のセンサ電極G1bと第4のセンサ電極G2bとが第2のセンサコンデンサC2を形成し、第1のセンサコンデンサC1と第2のセンサコンデンサC2とが直列に接続され得、第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1が、ファブリペロー干渉計300のミラーギャップdFを示し得るようになっている。
電極G1a、G1bと基板とはともに、寄生インピーダンスを有する組合せを形成し得る。前述の寄生インピーダンスの反応性パートは、寄生静電容量CPARで示され得る。電極G1aと基板とは、第1の寄生コンデンサを形成し得る。電極G1bと基板とは、第2の寄生コンデンサを形成し得る。第1の寄生コンデンサと第2の寄生コンデンサとは、半導電パスPTH50によって直列に接続され得、それにより、組合せの寄生静電容量CPARが、たとえば、第1の寄生コンデンサの静電容量の50%に等しくなり得るようになっている。
ミラープレート100の被覆領域70a、70bの厚さd70は、第1のセンサ電極G1aと第2のセンサ電極G1bとの間の、静電容量CPARの熱的に誘導された変化が、たとえば、第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1の0.1%未満であるように、実施され得る。一実施形態では、静電容量CPARの熱的に誘導された変化は、0.02%よりも小さい場合さえある。
寄生インピーダンスは、リアクタンスXPAR(すなわち、反応性パート)を有する場合がある。静電容量CPARおよび/またはリアクタンスXPARは、たとえば、第1のセンサ電極G1aと第2のセンサ電極G1bとの間に正弦波のテスト電圧VTESTを印加することにより、測定され得る。正弦波のテスト電圧VTESTのRMS電圧は、たとえば1Vである場合があり、正弦波のテスト電圧VTESTの周波数は、たとえば10kHzである場合がある。RMSは、二乗平均平方根を意味している。
リアクタンスXPARは、以下の式に従って、寄生静電容量CPARに依存する場合がある。
テスト周波数fは、たとえば10kHzに等しい場合がある。
リアクタンスXPARの熱的に誘導された変化ΔXPARは、参照リアクタンスXREFと比較され得る。参照リアクタンスXREFは、たとえば、テスト周波数fが参照周波数に等しく、かつ、電極G1aと電極G2aとが参照距離だけ離れている状況において、第1のセンサコンデンサC1のリアクタンスX1に等しい場合がある。
第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1は、以下の式によって近似され得る。
ここで、εは、真空空間の誘電体の誘電率を示し、Aは、第1のセンサ電極G1aの面積を示し、dGaは、電極G1aと電極G2aとの間の距離を示している。
第1のセンサコンデンサC1のリアクタンスX1は、以下の式に従って計算され得る。
参照リアクタンスXREFは、たとえば、電極G1aと電極G2aとの間の参照距離(dGa)が50μmに等しく、参照周波数(f)が10kHzに等しいと推定することにより、式(1d)から計算され得る。
被覆領域70aは、リアクタンスXPARの、熱によって誘導された変化ΔXPARが、距離dGaが一定に維持され、温度が1℃だけ変化した際に、参照リアクタンスXREFの0.1%より小さくなるように、実施され得る。
被覆領域70aは、第1のセンサ電極G1aと第2のセンサ電極G1bとの間の、熱によって誘導されたリアクタンスXPARの変化ΔXPARが、たとえば、基板50の温度が1℃だけ変化した際に、参照値XREFの0.1%より小さくなるように、実施され得る。ここで、リアクタンスXPARは、10kHzの周波数で判定され、参照値XREFは、以下の式に従って計算される。
ここで、εは、真空空間の誘電体の誘電率を示し、Aは、第1のセンサ電極G1aの面積を示している。
干渉計300のミラープレート100の被覆領域70aおよび/または70bは、第1のセンサ電極G1aと第2のセンサ電極G1bとの間の、熱によって誘導されたリアクタンスXPARの相対変化ΔXPAR/XPARが、距離dGaが一定に維持され、温度が1℃だけ変化した際に、0.1%より小さくなるように、実施され得る。
第1のミラープレート100のセンサ電極は、コンデンサC1、C2の静電容量を監視するために、静電容量監視ユニット410に接続され得る。コンデンサC1および/またはC2の静電容量値は、ミラーギャップdFで示され得る。静電容量監視ユニット410は、コンデンサC1およびC2を備えたコンデンサ回路の静電容量を示すセンサ信号Sdを提供し得る。静電容量監視ユニット410は、ミラーギャップdFを示すセンサ信号Sdを提供し得る。静電容量監視ユニット410は、透過率のピークPEAK1(図2参照)のスペクトル位置を示すセンサ信号Sdを提供し得る。センサ信号Sdは、フィードバック信号とも呼ばれる場合がある。
直列に接続される場合、第1のセンサコンデンサC1と第2のセンサコンデンサC2とは、静電容量Cdを有するセンサ・コンデンサ・システムをともに形成し得る。静電容量監視ユニット410は、たとえば、センサ・コンデンサ・システムに所定の電流で充電することと、センサ・コンデンサ・システムを所定の電圧まで充電するのに必要な時間を測定することとにより、静電容量Cdを監視するように構成され得る。静電容量監視ユニット410は、たとえば、センサ・コンデンサ・システムを共振回路の一部として結合することと、共振回路の共振周波数を測定することとにより、静電容量Cdを監視するように構成され得る。静電容量監視ユニット410は、たとえば、補助タンクコンデンサに電荷を繰り返し伝達するためにセンサ・コンデンサ・システムを使用すること、および、所定のタンクコンデンサ電圧に達するために必要な電荷伝達サイクル数をカウントすることにより、静電容量Cdを監視するように構成され得る。静電容量監視ユニット410は、たとえば、センサ・コンデンサ・システムの静電容量を参照コンデンサと比較することにより、静電容量Cdを監視するように構成され得る。
ミラーギャップdFは、1つまたは複数のアクチュエータ301によって調整され得る。1つまたは複数のアクチュエータ301は、第2のミラープレート200を、第1のミラープレート100に対して移動するように構成され得る。アクチュエータ301は、たとえば、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータ、電否アクチュエータ、またはフレキソ電気アクチュエータである場合がある。ミラープレート100、200の反射コーティングは、ほぼフラットであるとともに、互いに対してほぼ平行である。ミラープレート100のアパーチャ部分AP1の平滑度は、たとえば、適切なフィネス(すなわち、透過率のピークのスペクトル幅に対するフリースペクトル領域の比)を提供するために、λN/20より良いか、λN/50より良いか、λN/100より良いか、λN/200より良い場合さえある。λNは、所定の作動波長を示している。赤外領域で作動する場合、所定の作動波長λNは、たとえば2000nmまたは4000nmである場合がある。具体的には、所定の作動波長λNは、(λmin+λmax)/2に等しい場合がある。ここで、λminおよびλmaxは、干渉計のカットオフ波長λminおよびλmaxを示している(図2参照)。平滑度がλN/100より良い場合、このことは、仮想の平滑参照表面からの、ミラーの表面の局所的な高さのRMSの偏差が、λN/100より小であることを意味している。RMSは、二乗平均平方根を意味している。
分光計700は、制御ユニットCNT1を備える場合がある。制御ユニットCNT1は、ミラーギャップdFを調整するために、制御信号SETDを干渉計300に送信するように構成され得る。干渉計300は、ドライバユニット420を備え得る。ドライバユニット420は、たとえば、デジタル制御信号SETDを、1つまたは複数のアクチュエータ301を駆動させるのに適切なアナログ信号に変換し得る。ドライバユニット420は、アクチュエータ301を駆動させるための信号HV1を提供し得る。ドライバユニット420は、圧電アクチュエータ301を駆動させるための高電圧信号HV1を提供し得る。
静電容量監視ユニット410は、センサ信号Sdを提供し得る。センサ信号は、ミラーギャップdFを監視するために使用され得る。分光計700のスペクトル応答は、たとえばミラーギャップdFの関数として、較正され得る。分光計700は、スペクトル較正パラメータDPAR2を記録するためのメモリMEM2を備え得る。ミラーギャップdFおよび/またはスペクトル位置λは、たとえばスペクトル較正パラメータDPAR2を使用することにより、センサ信号Sdから判定され得る。
ファブリペロー干渉計300は、対象OBJ1から得られた光LB1をフィルタリングすることにより、透過光LB2を形成し得る。分光計700は、光検出器600を備え得る。干渉計300は、検出器600に光学的に結合し得る。透過光LB2は、検出器600に当たる場合がある。
光検出器600は、イメージセンサまたは非結像検出器である場合がある。非結像スペクトル分析に関し、センサ600は、非結像検出器である場合がある。非結像検出器は、透過光LB2の強度を示す強度信号を提供し得る。光検出器600は、透過光LB2の強度を示す信号SRを提供するように構成され得る。
分光計700は、任意選択的に、結像レンズ500を備え得る。結像レンズ500は、光LB2をイメージセンサ600に収束させるように構成され得る。透過光LB2は、イメージセンサ600によって取得され得る光イメージを形成し得る。結像レンズ500は、イメージセンサ600上の対象OBJ1の1つまたは複数の二次元光イメージを形成するように構成され得る。
イメージセンサ600は、対象OBJ1の光イメージをデジタルイメージに変換するように構成され得る。イメージセンサ600は、対象OBJ1のデジタルイメージを取得するように構成され得る。イメージセンサ600は、複数の検出ピクセルを備え得る。各検出ピクセルは、前述のピクセルに当たる強度を示す信号SRを提供するように構成され得る。イメージセンサ600は、たとえば、CMOSイメージセンサ(相補型金属酸化膜半導体)またはCCDイメージセンサ(荷電結合デバイス)である場合がある。
結像レンズ500は、たとえば、1つもしくは複数の屈折レンズ、および/または、1つもしくは複数の反射表面(たとえば、放物面反射器)を備え得る。結像レンズ500は、たとえば、干渉計300とイメージセンサ600との間、および/または、対象OBJ1と干渉計300との間に配置され得る。結像レンズ500の1つまたは複数の構成要素は、干渉計300の前に配置される場合もある。また、結像レンズ500の1つまたは複数の構成要素は、干渉計300の後ろに配置される場合がある。レンズ500は、たとえば、分光計700が非結像スペクトル分析に使用される場合、省略される場合がある。しかしながら、結像レンズ500は、透過光LB2を非結像検出器600に収束させるために使用される場合もある。
分光計700は、たとえば赤外領域において、スペクトル強度を測定するように構成され得る。イメージセンサ600は、たとえば赤外領域において、感度がある場合がある。
分光計700は、任意選択的には、強度較正パラメータCALPAR1を記録するためのメモリMEM1を備え得る。分光計700は、検出器600からの検出器信号値SRを得るように、かつ、1つまたは複数の強度較正パラメータCALPAR1を使用することにより、検出器信号値SRからの強度値X(λ)を判定するように構成され得る。各ミラーギャップdFでは、光LB1の強度値X(λ)は、1つまたは複数の強度較正パラメータCALPAR1を使用することにより、検出器信号SRから判定され得る。たとえば、信号SR(λ)は、干渉計がスペクトル位置λ0に調整されている場合、検出器600、または、検出器600の単一の検出ピクセルに当たる強度にほぼ比例する場合がある。強度較正パラメータCALPAR1は、強度較正関数QRn(λ)を規定する、1つまたは複数のパラメータを含み得る。強度X(λ)は、たとえば以下の式により、信号SR(λ)から判定され得る。
分光計700は、任意選択的には、出力OUT1を記録するためのメモリMEM3を備え得る。出力OUT1は、たとえば、検出器信号SR、および/または、検出器信号から判定された強度値を含み得る。出力OUT1は、対象OBJ1の1つまたは複数のデジタル画像を含み得る。
分光計700は、コンピュータプログラムPROG1を記録するためのメモリMEM4を備え得る。コンピュータプログラムPROG1は、1つまたは複数のデータプロセッサ(たとえばCNT1)によって実行される場合、装置300、700に、センサコンデンサC1、C2の静電容量を監視することにより、1つまたは複数のスペクトル位置λを判定させるように構成され得る。1つまたは複数のスペクトル位置λは、センサコンデンサC1、C2の静電容量を監視すること、および、スペクトル較正データDPAR2を使用することにより、判定され得る。
コンピュータプログラムPROG1は、1つまたは複数のデータプロセッサ(たとえばCNT1)によって実行された場合、光センサ600から1つまたは複数の検出器信号値SRを得るように、かつ、強度較正パラメータCALPAR1を使用することにより、検出器信号値SRから1つまたは複数の強度値X(λ)を判定するように構成され得る。分光計700は、1つまたは複数の強度値X(λ)を提供するように構成され得る。一実施形態では、分光計700は、測定された強度値X(λ)を参照値と比較するように構成され得る。一実施形態では、分光計700は、測定された強度値の参照値に対する割合を比較するように構成され得る。
分光計700は、任意選択的には、たとえば、ユーザに情報を表示するため、および/または、ユーザからのコマンドを受信するために、ユーザインターフェースUSR1を備え得る。ユーザインターフェースUSR1は、たとえば、ディスプレイ、キーボード、および/またはタッチスクリーンを含み得る。
分光計700は、任意選択的には、通信ユニットRXTX1を備え得る。通信ユニットRXTX1は、たとえば、コマンドを受信し、較正データを受信し、かつ/または出力データOUT1を送信するために、信号COM1を送信および/または受信し得る。通信ユニットRXTX1は、たとえば、有線および/または無線通信能力を有し得る。通信ユニットRXTX1は、たとえば、ローカル無線ネットワーク(WLAN)、インターネット、および/または移動電話ネットワークと通信するように構成され得る。
分光計700は、単一の物理的ユニットとして、または、別々のユニットの組合せとして実施され得る。
分光計700は、任意選択的には、検出器600のスペクトル応答を制限するために、1つまたは複数の光学カットオフフィルタ510を備え得る。1つまたは複数のフィルタ510は、分光計700のスペクトル領域を規定し得る。1つまたは複数のフィルタ510は、干渉計300の前および/または後ろに配置され得る。
分光計700は、任意選択的には、たとえばレンズおよび/またはアパーチャを備え得る。レンズおよび/またはアパーチャは、透過率のピークPEAK1(図2)に関するナローバンド幅を提供するために、干渉計300を通して透過した光LB2の散乱を制限するように構成されている。たとえば、光LB2の散乱は、10度以下に制限され得る。収束レンズ500を使用する場合、レンズ500は、ミラープレート100、200によって形成された光学キャビティ内の光の散乱を最小化するために、干渉計300とセンサ600との間に配置される場合もある。
ミラープレート100および/またはミラープレート200の逆側は、任意選択的には、反射防止コーティングでコートされ得る。
いくつかの用途に関し、較正された強度値を判定することは必要ではない。たとえば、レーザビームのスペクトル位置(波長)も、スペクトル較正データDPAR2を使用することにより、強度較正データCALPAR1を使用することなく、分光計700によって測定され得る。
SX、SY、およびSZは、垂直方向を示している。光LB2は、実質的に方向SZに伝播し得る。
図2は、例として、ファブリペロー干渉計300のスペクトル透過率、および、光学フィルタ510の通過幅を示す図である。図2の最上のカーブは、ファブリペロー干渉計300のスペクトル透過率TF(λ)を示している。スペクトル透過率TF(λ)は、ファブリペロー干渉計300の1つまたは複数の隣接する透過率のピークPEAK1、PEAK2、PEAK3を有し得る。たとえば、第1の透過率のピークPEAK1は、波長λ0にある場合があり、第2の透過率のピークPEAK2は、波長λ1にある場合があり、第3の透過率のピークPEAK1は、波長λ2にある場合がある。透過率のピークPEAK1のスペクトル位置λ0、透過率のピークPEAK2のスペクトル位置λ1、透過率のピークPEAK3のスペクトル位置λ2は、ファブリペロー透過率関数に従って、ミラーギャップdFに基づく場合がある。第1のピークPEAK1のスペクトル位置は、ミラーギャップdFの関数λ0(dF)である場合がある。第2のピークPEAK2のスペクトル位置は、ミラーギャップdFの関数λ1(dF)である場合がある。第3のピークPEAK3のスペクトル位置は、ミラーギャップdFの関数λ2(dF)である場合がある。透過率のピークのスペクトル位置は、ミラーギャップdFを変化させることによって変化し得る。透過率のピークのスペクトル位置は、ミラーギャップdFを調整することによって変化し得る。
透過率のピークPEAK1、PEAK2、PEAK3は、ファブリペロー干渉計の通過帯域とも呼ばれ得る。スペクトル位置λ0、λ1、λ2は、ミラーギャップdFを変化させることによってシフトし得る。隣接するピーク間のフリースペクトル領域FSRは、ミラーギャップdFに依存する場合がある。ファブリペロー干渉計は、少なくとも1つの透過率のピークPEAK1のスペクトル位置を監視するための静電容量電極G1a、G2a、G1b、G2bを含み得る。
少なくとも1つの透過率のピークPEAK1のスペクトル位置は、電極G1a、G2aを備えたセンサコンデンサの静電容量を監視することによって監視され得る。少なくとも1つの透過率のピークPEAK1のスペクトル位置は、電極G1a、G2aを備えたセンサコンデンサの静電容量を監視することによって判定され得る。
ファブリペロー干渉計の透過率のピークPEAK1、PEAK2、PEAK3の各々は、干渉の特定の順番に関連付けられている場合がある。たとえば、第1の透過率のピークPEAK1は、干渉の順番mに関連付けられている場合があり、第2の透過率のピークPEAK2は、干渉の順番m+1に関連付けられている場合があり、第3の透過率のピークPEAK3は、干渉の順番m+2に関連付けられている場合がある。干渉の順番mは、たとえば、正の整数である。
分光計700は、任意選択的には、分光計700のスペクトル応答を制限するために、1つまたは複数の光学カットオフフィルタ510を備え得る。1つまたは複数のフィルタ510は、ともにスペクトル透過率TS(λ)を提供し得る。1つまたは複数のフィルタ510は、カットオフ波長λminおよびλmaxによって規定された通過帯域を提供し得る。
波長λminおよびλmaxによって規定されたスペクトル領域が1つのピークPEAK1のみを含む場合、単一の強度値X(λ)が、検出器600から得られた単一の検出信号SRから判定され得る。
一実施形態では、検出器ユニット600は、2つ(または、それより多く)の異なるスペクトル感度カーブを有するいくつかの検出器(たとえば、検出器ピクセル)を備え得る。その場合、波長λminおよびλmaxによって規定されたスペクトル領域は、2つ以上のピークPEAK1、PEAK2、ならびに、いくつかの強度値(たとえば、X(λ0)およびX(λ1))が、検出器から得られた検出器信号を使用することにより、同時に測定され得る。
図3は、例として、ミラーギャップdFと、センサ・コンデンサ・システムの静電容量値Cdとの間の関係を示す図である。図3のカーブCCRV1は、ミラーギャップdFの関数としてのセンサ静電容量Cdを示している。第1の近似に対し、センサ静電容量Cdの値は、電極のギャップdGaに反比例する場合がある。Cd,1は、ミラーギャップ値dF,1におけるセンサ静電容量を示している。Cd,2は、ミラーギャップ値dF,2におけるセンサ静電容量を示している。
制御ユニットCNT1は、センサ静電容量Cdの測定値からミラーギャップdFの値を判定するように構成され得る。静電容量監視ユニット410は、センサ静電容量が値Cd,1を有する場合、センサ信号値Sd,1を提供し得る。静電容量監視ユニット410は、センサ静電容量が値Cd,2を有する場合、センサ信号値Sd,2を提供し得る。
図4aおよび図4bに示されている比較例を参照すると、ファブリペロー干渉計300は、第1のミラープレート100および第2のミラープレート200を備え得る。第1のミラープレート100は、センサ電極G1a、G1bを備え得る。第2のミラープレート200は、センサ電極G2a、G2bを備え得る。電極G1aと電極G2aとは、ともに、静電容量C1を有する第1のセンサコンデンサC1を形成し得る。電極G1bと電極G2bとは、ともに、静電容量C2を有する第2のセンサコンデンサC2を形成し得る。
電極G1a、G1bは、第1のミラープレート100の基板50によって支持されている場合がある。電極G1aは、基板50上に実施された絶縁層60a上に形成され得る。電極G1bは、基板50上に実施された絶縁層60b上に形成され得る。d60は、電極G1aと基板50との間の距離を示し得る。電極G1aは、たとえば、導電材料を絶縁層60a上に堆積させることにより、絶縁層60a上に実施され得る。
第2のミラープレート200の電極G2a、G2bは、導電体CON2により、互いに対して直流的に接続され得る。
絶縁層60aは、基板50の支持部POR50aによって支持され得る。絶縁層60bは、基板50の支持部POR50bによって支持され得る。基板50は、支持部POR50aを支持部POR50bに電気的に接続する半導体パスPTH50を提供し得る。基板50は、支持部POR50aと支持部POR50bとの間に半導体パスPTH50を提供し得る。
絶縁層60a、60bは、固形シリカ(SiO2)で構成されている場合がある。絶縁シリカ層は、たとえば、堆積および/または酸化によって形成され得る。実際には、絶縁シリカ層は、限定された時間、たとえば数時間で、形成されるものとする。処理時間が限定されていることに起因して、絶縁シリカ層の厚さは、通常、2μm以下である。シリカ層の厚さを増大させることは、シリカ層の厚さの増大に過度に長い処理時間を必要とする場合があることから、困難であるか不可能である場合がある。層60a、60bが薄いことに起因して、センサ電極G1aは、センサ電極G1bにパスPTH50を解して容量結合され得る。パスPTH50のインピーダンスは、基板50の不純物の凝縮に依存する場合がある。パスPTH50のインピーダンスは、温度に強く依存する場合がある。パスPTH50のインピーダンスは、基板50毎に変化する場合がある。
電極G1aと支持部POR50aとは、ともに、第1の寄生コンデンサC51を形成し得る。電極G1bと支持部POR50bとは、ともに、第2の寄生コンデンサC52を形成し得る。第1の寄生コンデンサC51は、第2の寄生コンデンサC52にパスPTH50を介して接続され得る。
監視ユニット410は、ミラーギャップdFを監視するために、電極G1a、G1bに接続され得る。監視ユニット410は、直列に接続されたコンデンサC1、C2を備えたコンデンサシステムの静電容量を監視するために、電極G1a、G1bに接続され得る。しかしながら、寄生コンデンサC51、C52は、ミラーギャップdFの正確な監視を妨げる場合がある。寄生コンデンサC51、C52の総静電容量Ctotに対する寄与は、基板50の作動温度に依存する場合がある。寄生コンデンサC5、C52の寄与は、基板50毎に変化する場合がある。
図4cは、静電容量監視ユニット410に接続されたコンデンサ回路CIR1を示している。回路CIR1は、図4aおよび図4bに示された干渉計300を示している。監視ユニット410は、入力ノードN1、N2を有し得る。第1のセンサコンデンサC1の電極G1aは、導電体CONaによって入力ノードN1に接続され得る。第2のセンサコンデンサC2の電極G1bは、導電体CONbによって入力ノードN2に接続され得る。電極G2aは、電極G2bに接続され得る。
寄生コンデンサ回路PAR1は、第1の寄生コンデンサC51および第2の寄生コンデンサC52を備え得、それにより、寄生コンデンサC51と寄生コンデンサC52とが、半導体パスPTH50によって直列に接続されているようになっている。半導体パスPTH50のインピーダンスは変化する場合がある。たとえば、半導体パスPTH50のインピーダンスは、基板の温度に依存する場合がある。たとえば、半導体パスPTH50のインピーダンスは、パスPTH50を通って流れる電流に依存する場合がある。半導体パスPTH50の導電性は、温度に依存する場合がある。
寄生コンデンサ回路PAR1は、寄生静電容量CPARを有する場合がある。
コンデンサ回路CIR1の総静電容量Ctotは、センサ静電容量値Cdと寄生静電容量値CPARとの合計にほぼ等しい場合がある。
センサ静電容量値Cdは、たとえば以下の式から求めることができる。
第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1は、第2のセンサコンデンサC2の静電容量C2にほぼ等しい場合がある。その場合、センサコンデンサ値Cdは静電容量C1の50%にほぼ等しくなる。すなわち、Cd=0.5C1となる。
寄生コンデンサC51、C52の寄生静電容量値CPARへの影響は、たとえば以下の近似式により、見積もられる場合がある。
式(3)および式(5)は、たとえば、部分POR50aと部分POR50bとの間のインピーダンスに起因して、近似している。パスPTH50のインピーダンスは、式(3)によって計算されたCtotの値と、寄生静電容量値CPARの実際の値との間の差を生じ得る。パスPTH50のインピーダンスは、式(5)によって計算されたCPARの値と、寄生静電容量値CPARの実際の値との間の差を生じ得る。
第1の寄生コンデンサC51の静電容量C51は、第2の寄生コンデンサC52の静電容量C52にほぼ等しい場合がある。その場合、寄生静電容量値CPARは静電容量C51の50%にほぼ等しくなる。すなわち、CPAR=0.5C51となる。
静電容量監視ユニット410は、コンデンサ回路CIR1の総静電容量Ctotを監視するように構成され得る。監視ユニット410の入力ノードN1、N2は、導電体CONa、CONbによってコンデンサ回路CIR2に接続され得る。寄生静電容量CPARは、たとえば基板50の温度に依存する場合があり、それにより、寄生静電容量CPARの変化により、総静電容量Ctotに基づくミラーギャップの監視を妨げる場合がある。
基本的には、基板の作動温度は、測定することができ、妨害の影響は、デバイス特有の較正データを使用することにより、作動温度に基づいて補償され得る。しかしながら、このことは、干渉計の製造コストを増大させる場合があり、干渉計の動作をより複雑にする場合がある。
図5aおよび図5bは、被覆領域70a、70bを含むファブリペロー干渉計を示している。被覆領域70a、70bは、たとえば、基本的に被覆された多孔性シリコンで構成され得る。寄生コンデンサの影響は、電極G1aと支持部POR50aとの間の距離を増大させることにより、低減されるか除去され得る。ミラープレート100は、電極G1aを支持部分POR50aから分離する被覆領域70aを備え得る。d70は、領域70aおよび/または領域70bの厚さを示している。被覆領域70a、70bの厚さd70は、たとえば、10μmより大、20μmより大、50μmより大、または100μmより大でさえある場合がある。領域70a、70bの厚さd70は、たとえば、20μmから200μmの範囲にある場合がある。領域70a、70bの厚さd70は、たとえば、10μmから200μmの範囲にある場合がある。
第1のミラープレート100は、半透過性反射コーティング110を備え得る。第2のミラープレート200は、半透過性反射コーティング210を備え得る。ミラーギャップdFは、コーティング110とコーティング210との間の距離を示し得る。ミラーギャップdFは、コーティング110の外側表面とコーティング210の外側表面との間の距離を示し得る。外側表面は、たとえば固気界面、すなわち、固体と気体との間の界面とも呼ばれ得る。
基板50は、基本的にシリコン(Si)で構成され得る。電極G1a、G1bは、導電材料を含み得る。電極G1a、G1bの材料は、たとえば、金、銀、銅、アルミニウム、またはポリシリコンである場合がある。電極G1a、G1bは、基本的に金属で構成され得る。
被覆領域70a、70bの導電性は、基板50の固形(非多孔性)シリコンの導電性よりも実質的に低い場合がある。被覆領域70aの導電性σ70は、たとえば、25℃の温度における基板50のシリコンの導電性σSiの20%よりも低い場合がある。
第1のセンサ電極G1aは、第1の被覆領域70a上に形成され得る。第2のセンサ電極G1bは、第2の被覆領域70b上に形成され得る。電極G1a、G1bの導電性は、基板50の固形(非多孔性)シリコンの導電性よりも実質的に高い場合がある。電極G1a、G1bは、たとえば、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)、および/または原子層堆積(ALD)により、形成され得る。具体的には、電極G1a、G1bは、スパッタリングによって形成され得る。
干渉計300の第2のミラープレート200は、センサ電極G2aおよびG2bを含み得る。センサ電極G1aとセンサ電極G2aとは、ともに、静電容量C1を有する第1のセンサコンデンサC1を形成し得る。センサ電極G1bとセンサ電極G2bとは、ともに、静電容量C2を有する第2のセンサコンデンサC2を形成し得る。静電容量C1、C2は、ミラーギャップdFに依存する場合がある。
第1の近似に対し、センサ静電容量C1は、電極間の距離dGaに反比例する場合がある。
図5bを参照すると、電極G2aは、電極G2bに直流的に接続され得る。たとえば、電極G2aは、導電体CON2によって電極G2bに接続され得る。電極G2a、G2bは、同じ導電層の各部分である場合もある。Vaは、電極G1aの電圧を示している。Vbは、電極G1bの電圧を示している。
図5cは、静電容量監視ユニット410に接続されたコンデンサ回路CIR2を示している。回路CIR2は、図5aおよび図5bに示された干渉計300を示している。
監視ユニット410は、回路CIR2の静電容量を監視するために、回路CIR2に接続され得る。監視ユニット410は、入力ノードN1、N2を有し得る。第1のセンサコンデンサC1の電極G1aは、導電体CONaによって入力ノードN1に接続され得る。第2のセンサコンデンサC2の電極G1bは、導電体CONbによって入力ノードN2に接続され得る。第1のセンサコンデンサC1の電極G2aは、第2のセンサコンデンサC2の電極G2bに接続される場合がある。
センサ電極G1aおよび支持部POR50aは、第1の寄生コンデンサC71を形成し得る。センサ電極G1bおよび支持部POR50bは、第2の寄生コンデンサC72を形成し得る。寄生回路PAR2は、第1の寄生コンデンサC71および第2の寄生コンデンサC72を備え得、それにより、寄生コンデンサC71と寄生コンデンサC72とが、半導体パスPTH50によって直列に接続されているようになっている。半導体パスPTH50の導電性は変化する場合がある。たとえば、半導体パスPTH50の導電性は、温度に依存する場合がある。寄生コンデンサ回路PAR2は、寄生静電容量CPARを有する場合がある。
被覆領域70a、70bの厚さd70は、パスPTH50の導電性の変化の、総静電容量Ctotへの影響が十分に小さくなるように選択され得る。被覆領域70a、70bの厚さd70は、パスPTH50のインピーダンスの変化の、総静電容量Ctotへの影響が十分に小さくなるように選択され得る。
コンデンサ回路CIR2の総静電容量Ctotは、センサ静電容量値Cdと寄生静電容量値CPARとの合計にほぼ等しい場合がある。
式(7)は、たとえば半導体パスPTH50のインピーダンスに起因して、近似値である。
センサ静電容量値Cdは、たとえば以下の式から求めることができる。
一実施形態では、第1のセンサコンデンサC1の静電容量C1は、第2のセンサコンデンサC2の静電容量C2にほぼ等しい場合がある。その場合、センサコンデンサ値Cdは静電容量C1の50%にほぼ等しくなる。すなわち、Cd≒0.5C1となる。
寄生静電容量値CPARは、たとえば以下の近似式を使用して見積もられる場合がある。
一実施形態では、第1の寄生コンデンサC71の静電容量C71は、第2の寄生コンデンサC72の静電容量C72にほぼ等しい場合がある。その場合、寄生静電容量値CPARは静電容量C71の50%にほぼ等しくなる。すなわち、CPAR=0.5C71となる。
静電容量監視ユニット410は、コンデンサ回路CIR2の総静電容量Ctotを監視するように構成され得る。監視ユニット410の入力ノードN1、N2は、コンデンサ回路CIR2に接続され得る。入力ノードN1は、導電体CONaによって電極G1aに接続され得る。入力ノードN2は、導電体CONbによって電極G1bに接続され得る。
被覆領域70a、70bのおかげで、寄生静電容量CPARは、センサ静電容量Cdよりも低くなる場合がある。被覆領域70a、70bの厚さd70は、パスPTH50の導電性の変化の、総静電容量Ctotへの影響が十分に小さくなるように選択され得る。一実施形態では、総静電容量Ctotは、半導体パスPTH50の導電性から実質的に独立している場合がある。
一実施形態では、第2の被覆領域70bは省略される場合がある。プレート100は、電極G1a、G1b、および被覆領域70aを備える場合があり、それにより、領域70aが、電極G1aを基板50から結合解除させ、電極G1bが基板50と直接接触している場合があるようになっている。
しかしながら、プレート100は、電極G1a、G1b、および被覆領域70aを備える場合があり、それにより、領域70aが、電極G1aを基板50から結合解除させ、電極G1bが、固形シリカの層によって基板50から絶縁されている場合があるようになっている。
しかしながら、第1の被覆領域70aおよび第2の被覆領域70bの使用により、ミラーギャップの監視の正確さがより高くなる場合がある。
一実施形態では、第1の導電体CONaは、第1のミラープレート100の電極G1aに直流的に接続され得、さらなる導電体が、第2のミラープレート200の電極G2aに直流的に接続され得る。静電容量監視ユニット410は、第1の導電体CONaおよび追加の導電体を使用することにより、第1のセンサコンデンサC1を監視するように構成され得る。したがって、第1のセンサコンデンサC1は、静電容量監視ユニット410によって直接監視され得る。第2の導電体CONbは、第1のミラープレート100の第2の電極G1bに直流的に接続され得、さらなる導電体が、第2のミラープレート200の電極G2bに直流的に接続され得る。静電容量監視ユニット410は、第2の導電体CONbおよび追加の導電体を使用することにより、第2のセンサコンデンサC2を監視するように構成され得る。同じ静電容量監視ユニット410または異なる静電容量監視ユニットが、センサコンデンサC1、C2を監視するために使用され得る。同じ追加の導電体または異なる追加の導電体が、センサコンデンサC1、C2を監視するために使用され得る。追加の導電体または複数の導電体は、第2のミラープレート200の移動を可能にするために、可撓性である場合がある。被覆領域70aは、第1のセンサコンデンサC1が追加の導電体を使用することによって監視されている場合にも、電極G1aから電極G1bへの容量結合を低減するか防止し得る。
被覆領域70a、70bは、センサ電極から基板への容量結合を抑制する場合がある。被覆領域70a、70bは、反射ミラーコーティング110が基板50に堆積される前に形成され得る。反射ミラーコーティング110は、たとえば、金属コーティングまたは誘電体多層コーティングである場合がある。センサ電極G1a、G1bは、次いで、被覆領域70a、70bの頂面上に形成され得る。被覆領域70a、70bは、反射ミラーコーティング110が基板に堆積された後に形成される場合もある。被覆領域70a、70bを形成する場合、反射ミラーコーティング110は、マスク層によって一時的に保護される場合がある。保護マスク層は、たとえば窒化ケイ素を含み得る。多孔性シリコンは、ハードマスク、たとえば窒化ケイ素を使用すること、ならびに/または、pタイプおよびnタイプのシリコンの異なるエッチングを利用することにより、良好に規定されたパターンを形成することができる。
被覆領域70a、70bは、被覆された三次元微細構造を備え得る。微細構造は、シリコン基板の複数の微小な隙間をエッチングすること、および、この隙間の表面を被覆することによって形成され得る。三次元微細構造は、絶縁材料を備え得る。三次元微細構造は、たとえば、非結晶シリカSiO2を備え得る。領域70a、70bの三次元微細構造は、たとえば、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、シリコン(Si)を含む複数の微細ゾーン、および/または複数の微細拡張ジョイント(E2)を含み得る。
プレートの基板は、被覆時および/または被覆後に、不均質微細構造を有し得る。被覆領域70a、70bは、不均質微細構造を有し得る。被覆領域70a、70bは、共形的にコートされた、微細構造のシリコンマトリクスを備え得る。共形的にコートされた微細構造のシリコンマトリクスは、シリコンマトリクス、および、絶縁材料の1つまたは複数の共形層を含み得る。シリコンマトリクスは、絶縁材料の1つまたは複数の共形層のための支持構造として動作する場合がある。絶縁材料の共形層は、たとえば、絶縁材料をシリコンマトリクス上に堆積させること、および/または、シリコンマトリクスを酸化させることにより、形成され得る。
被覆領域70a、70b内の電気絶縁材料の体積の割合は、たとえば、80%より高いか、95%より高い場合さえある。被覆領域70a、70b内の電気絶縁材料の質量の割合は、たとえば、80%より高いか、95%より高い場合さえある。被覆領域70a、70bは、基本的に電気絶縁材料で構成され得る。
被覆領域70a、70bを形成することは、
−エッチングにより、基板50に複数の隙間を形成することと、
−隙間の表面上に絶縁材料を提供することと、を含み得る。
被覆領域70a、70bを形成することは、
−エッチングにより、基板50に複数の隙間を形成することと、
−隙間の表面を酸化させることと、を含み得る。
被覆領域70a、70bを形成することは、
−エッチングにより、基板50に複数の隙間を形成することと、
−隙間の表面上に絶縁材料を堆積させることと、を含み得る。
具体的には、被覆領域70a、70bは、被覆多孔性シリコンを含み得、被覆領域70a、70bを形成することは、
−エッチングにより、シリコンを多孔性シリコンに変化させることと、
−多孔性シリコンの孔の表面を被覆することと、を含み得る。
領域70a、70bの微細構造は、たとえば、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、および、シリコン(Si)を含む複数の微細ゾーンを含み得る。領域70a、70bは、共形的にコートされた、微細構造のシリコンマトリクスを含み得る。
領域70a、70bの微細構造は、たとえば、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、および、複数の拡張ジョイント(E2)を含み得る。
領域70a、70bの微細構造は、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、シリコン(Si)を含む複数の微細ゾーン、および複数の微細拡張ジョイント(E2)を含み得る。
図6aから図6hは、エッチングおよび、隙間の表面上の絶縁材料の堆積により、被覆領域70a、70bを形成するための方法のステップを示している。
図6aは、基板50を示している。基板50は、基本的にシリコン(Si)で構成され得る。基板50は、シリコンで構成されている場合がある。基板50は、基本的にシリコンで構成されている最上層を備えている場合がある。参照符号100’は、未完成のミラープレートを示している。
図6bを参照すると、マスク層M1は、基板50上に形成されている場合がある。マスク層M1は、たとえば、基板50上に窒化ケイ素(SiN)を堆積させることによって形成され得る。マスク層M1は、被覆領域70a、70bの所望の位置に応じてパターンが形成され得る。マスク層M1は、隙間E1の所望の位置に応じてパターンが付けられ得る。
図6cを参照すると、基板50の材料は、複数の隙間E1を形成するように、エッチングで局所的に除去され得る。隙間E1は、たとえば、電気化学エッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、または深反応性イオンエッチング(DRIE)によって形成され得る。
エッチングによって形成された隙間E1は、たとえば、溝、穴、チャネル、および/または孔である場合がある。エッチングされた領域の厚さd70’は、たとえば、10μmより大である場合がある。溝、穴、および/またはチャネルの深さは、(SX方向に)10μmより大である場合がある。隙間が孔である場合、複数の相互接続された、開いた孔が、たとえば電気化学エッチングによって形成され得る。相互接続された孔は、基板内に深く延びるチャネルを形成し得る。たとえば、相互接続された孔は、10μmより大である深さに拡大され得る。
微細な隙間E1の内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。微細な隙間E1の内側の幅wE1が小さいことにより、たとえば、堆積による隙間E1の迅速な充填が促進され得る。幅wE1が狭いことにより、たとえば、基板50に対するセンサ電極G1aの位置の規定が促進され得る(図6g参照)。
微細な隙間E1の内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。
隙間間の壁S1の幅wS1は、横方向(SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。壁S1の幅wS1が狭いことにより、被覆領域70aのインピーダンスが低減され得る。壁S1の幅wS1が狭いことにより、壁S1の迅速な酸化が促され得る。
隙間間の壁S1の幅wS1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。
隙間E1は、比較的大である表面を有し得る。隙間の表面の合計は、たとえば、被覆領域70aの突出面の5倍より大である場合がある。被覆領域70aの突出面は、平面上の領域70aの、ミラープレート100の反射コーティング110に対して平行である、直線状で平行な突出部を意味する場合がある(図6g)。
図6dを参照すると、隙間E1の表面は、被覆領域70a、70bのインピーダンスを安定化させるために、少なくとも部分的に絶縁材料P1でカバーされ得る。絶縁材料P1は、たとえば、原子層堆積(ALD)または化学蒸着(CVD)によって表面上に堆積され得る。
図6eを参照すると、マスク層M1は、未完成のプレート100’から除去され得る。マスク層M1は、たとえばエッチングによって除去され得る。
図6fを参照すると、反射コーティング110は、基板50上に生成され得る。反射コーティング110は、誘電体多層コーティングである場合がある。反射コーティング110は、たとえば、層111、112、113、114、115を備え得る。
代替的には、反射コーティング110は、隙間E1のエッチングの前に形成される場合もある。
図6gを参照すると、電極G1a、G1bは、たとえば、金属またはポリシリコンの堆積により、被覆領域70a、70bの頂面上に形成され得る。上方表面は、連続した導電層でカバーされ得る。連続した導電層は、次いで、パターンが形成され得る。代替的に、または付加的に、選択された部分のみが、導電層でカバーされ得る。
ミラープレート100の領域70a、70bの微細構造は、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、および、シリコン(Si)を含む複数の微細ゾーンを含み得る。領域70a、70bは、共形的にコートされた、微細構造のシリコンマトリクスを含み得る。
導電体CONa、CONbは、次いで、電極G1a、G1bに接続される場合がある。導電体CONa、CONbは、電極G1a、G1bに接着される場合がある。
図6hは、被覆領域70a、70bを含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図である。
ステップ805では、シリコン基板50が提供され得る。
ステップ810では、マスクM1が形成され得る。
ステップ815では、複数の微細な隙間E1が、エッチングによって基板50に形成され得る。
ステップ820では、隙間E1の表面は、たとえば、表面への絶縁材料P1の堆積により、被覆され得る。
ステップ825では、マスクM1が除去され得る。
ステップ830では、反射コーティング110が基板50上に形成され得る。
ステップ835では、電極G1a、G1bは、被覆領域70a、70b上に形成され得る。
図7aから図7hは、エッチングおよび酸化により、被覆領域70a、70bを形成するための方法のステップを示している。
図7aは、基板50を示している。基板50は、基本的にシリコン(Si)で構成され得る。基板50は、シリコンで構成されている場合がある。基板50は、基本的にシリコンで構成されている最上層を備えている場合がある。参照符号100’は、未完成のミラープレートを示している。
図7bを参照すると、マスク層M1は、基板50上に形成されている場合がある。マスク層M1は、たとえば、基板50上に窒化ケイ素(SiN)を堆積させることによって形成され得る。マスク層M1は、被覆領域70a、70bの所望の位置に応じてパターンが形成され得る。マスク層M1は、隙間E1の所望の位置に応じてパターンが付けられ得る。
図7cを参照すると、基板50の材料は、複数の隙間E1を形成するように、エッチングで局所的に除去され得る。隙間E1は、たとえば、電気化学エッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、または深反応性イオンエッチング(DRIE)によって形成され得る。
エッチングによって形成された隙間E1は、たとえば、溝、穴、チャネル、および/または孔である場合がある。エッチングされた領域の厚さd70’は、たとえば、10μmより大である場合がある。微細な隙間E1の内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。幅wE1が狭いことにより、たとえば、基板50に対するセンサ電極G1aの位置の規定が促進され得る。微細な隙間E1の内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。隙間間の壁S1の幅wS1は、横方向(SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。隙間間の壁S1の幅wS1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。壁S1の幅wS1が小さいことにより、たとえば、壁S1の酸化が促され得る。隙間の表面の合計は、たとえば、被覆領域70aの突出面の5倍より大である場合がある。
図7dを参照すると、隙間E1の表面は、少なくとも部分的に、表面の酸化により、絶縁材料S2に変化され得る。S2は、酸化によって形成された絶縁材料(SiO2)を示している。エッチングの後かつ酸化の前に、隙間E1間の壁S1は、基本的にシリコンSiで構成されている場合がある。壁S1の材料は、酸化により、少なくとも部分的にシリカSiO2に変化され得る。シリコンの酸化は、材料の体積を増大させる場合もあり、それにより、隙間E1が少なくとも部分的にシリカSiO2で充填され得る。換言すると、酸化により、壁S1の材料の膨張が生じ得る。
隙間E1の対向する壁S1間の距離は、未処理の隙間または拡張ジョイントE2が、対向する壁間にあるままである限り、堆積または酸化に起因して、低減され得る。領域70a、70bは、任意選択的には、酸化後の未処理の隙間またはジョイントE2を含み得る。未処理の隙間またはジョイントE2は、領域70a、70bにおける機械的応力の低減および/または制御を促進し得る。領域70a、70bは、複数の拡張ジョイントE2を含む場合がある。
図7eを参照すると、マスク層M1は、未完成のプレート100’から除去され得る。マスク層M1は、たとえばエッチングによって除去され得る。
図7fを参照すると、反射コーティング110は、基板50上に生成され得る。反射コーティング110は、誘電体多層コーティングである場合がある。反射コーティング110は、たとえば、層111、112、113、114、115を備え得る。
反射コーティング110は、隙間E1のエッチングの前に形成される場合もある。
ミラープレート100の領域70a、70bの微細構造は、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、および、複数の拡張ジョイント(E2)を含み得る。領域70a、70bは、共形的にコートされた、微細構造のシリコンマトリクスを含み得る。
領域70a、70bの微細構造は、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、シリコン(Si)を含む複数の微細ゾーン、および複数の微細拡張ジョイント(E2)を含み得る。
図7gを参照すると、電極G1a、G1bは、たとえば、金属またはポリシリコンの堆積により、被覆領域70a、70bの頂面上に形成され得る。上方表面は、連続した導電層でカバーされ得る。連続した導電層は、次いで、パターンが形成され得る。代替的に、または付加的に、選択された部分のみが、導電層でカバーされ得る。
導電体CONa、CONbは、次いで、電極G1a、G1bに接続される場合がある。導電体CONa、CONbは、電極G1a、G1bに接着される場合がある。
図7hは、被覆領域70a、70bを含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図である。
ステップ805では、シリコン基板50が提供され得る。
ステップ810では、マスクM1が形成され得る。
ステップ815では、複数の微細な隙間E1が、エッチングによって基板50に形成され得る。
ステップ820では、隙間E1の表面は、たとえば酸化により、被覆され得る。
ステップ825では、マスクM1が除去され得る。
ステップ830では、反射コーティング110が基板50上に形成され得る。
ステップ835では、電極G1a、G1bは、被覆領域70a、70b上に形成され得る。
図8aから図8fおよび図9aから図9fは、被覆した多孔性シリコンを含む被覆領域70a、70bを形成するための方法のステップを示している。
固形シリコンは、たとえばエッチングにより、多孔性シリコンに変化される場合がある。多孔性シリコンは、たとえば電気化学エッチングによって形成される場合がある。多孔性シリコンは、多孔性材料の導電性を低減するため、多孔性材料の電気的特性を安定させるため、および/または、多孔性材料の比誘電率を低減するために、後に被覆され得る。多孔性シリコンは、たとえば酸化および/または堆積により、被覆され得る。多孔性シリコンは、たとえば熱酸化によって被覆され得る。堆積は、たとえば化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)によって実施され得る。
図8aは、基板50を示している。基板50は、基本的にシリコン(Si)で構成され得る。基板50は、シリコンで構成されている場合がある。基板50は、基本的にシリコンで構成されている最上層を備えている場合がある。
図8bを参照すると、マスク層M1は、基板50上に形成されている場合がある。マスク層M1は、たとえば、基板50上に窒化ケイ素(SiN)を堆積させることによって形成され得る。マスク層M1は、被覆領域70a、70bの所望の位置に応じてパターンが形成され得る。
図8cを参照すると、基板50の材料は、たとえば電気化学エッチングにより、多孔性シリコンに局所的に変化されて、多孔性部分70a’、70b’を形成し得る。多孔性部分70a’、70b’は、多孔性シリコンを含む場合がある。複数の相互接続された、開いた孔E1が、たとえば電気化学エッチングによって形成され得る。相互接続された孔E1は、基板内に深く延びるチャネルを形成し得る。たとえば、相互接続された孔E1は、10μmより大である深さに拡大され得る。
孔E1の内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。幅wE1が狭いことにより、たとえば、基板50に対するセンサ電極G1aの位置の規定が促進され得る。内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。孔E1間の壁S1の幅wS1は、横方向(SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。壁S1の幅wS1が狭いことにより、被覆領域70aのインピーダンスが低減され得る。壁S1の幅wS1が狭いことにより、壁S1の迅速な酸化が促され得る。壁S1の幅wS1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。
図8dを参照すると、多孔性シリコンは、被覆される場合がある。被覆領域70a、70bは、たとえば、多孔性部分70a、70b’の多孔性シリコンを被覆することにより、形成され得る。多孔性シリコンは、たとえば、孔E1の表面上に絶縁材料を堆積させること、および/または、孔E1間の壁S1を酸化させることにより、被覆され得る。酸化により、壁S1のシリコンSiをシリカSiO2に、少なくとも部分的に変化させる。S2は、酸化によって形成された絶縁材料(SiO2)を示している。
領域70a、70bは、任意選択的には、未処理の隙間E2またはジョイントE2を含み得る。未処理の隙間またはジョイントE2は、領域70a、70bにおける機械的応力の制御を促進し得る。領域70a、70bは、拡張ジョイントE2を含む場合がある。
図8eを参照すると、マスク層M1は、未完成のプレート100’から除去され得る。マスク層M1は、エッチングによって除去され得る。
図8fを参照すると、反射コーティング110は、基板50上に生成され得る。反射コーティング110は、誘電体多層コーティングである場合がある。反射コーティング110は、たとえば、層111、112、113、114、115を備え得る。
図8gを参照すると、電極G1a、G1bは、たとえば、金属またはポリシリコンの堆積により、被覆領域70a、70bの頂面上に形成され得る。上方表面は、連続した導電層でカバーされ得る。連続した導電層は、次いで、パターンが形成され得る。代替的に、または付加的に、選択された部分のみが、導電層でカバーされ得る。
導電体CONa、CONbは、次いで、電極G1a、G1bに接続される場合がある。導電体CONa、CONbは、電極G1a、G1bに接着される場合がある。
ミラープレート100の領域70a、70bの微細構造は、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、および、複数の拡張ジョイント(E2)を含み得る。領域70a、70bの微細構造は、絶縁材料(たとえば、SiO2)で構成された複数の微細ゾーン、シリコン(Si)を含む複数の微細ゾーン、および複数の微細拡張ジョイント(E2)を含み得る。領域70a、70bは、共形的にコートされた、微細構造のシリコンマトリクスを含み得る。
図8hは、被覆領域70a、70bを含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図である。
ステップ805では、シリコン基板50が提供され得る。
ステップ810では、マスクM1が形成され得る。
ステップ815では、基板50の固形シリコンは、多孔性シリコンに局所的に変化する場合がある。
ステップ820では、被覆領域70a、70bは、多孔性シリコンを被覆することによって形成され得る。被覆には、孔E1の壁S1の酸化、および/または、孔E1の表面上への絶縁材料P1の堆積が含まれる場合がある。酸化により、孔E1が部分的に充填される場合がある。
ステップ825では、マスクM1が除去され得る。
ステップ830では、反射コーティング110が基板50上に形成され得る。
ステップ835では、電極G1a、G1bは、被覆領域70a、70b上に形成され得る。
図9aから図9fは、反射コーティングの材料層が堆積された後に被覆領域70a、70bが形成されるように、ミラープレート100を提供することを示している。
図9aを参照すると、シリコン基板50が提供され得る。
図9bを参照すると、反射コーティング110は、基板50上に形成され得る。コーティング50は、たとえば、材料層111、112、113、114、115を備え得る。材料層は、基板50上に堆積され得る。
図9cを参照すると、パターンが形成されたマスク層M1は、基板50およびコーティング110上に形成されている場合がある。マスク層M1は、たとえば、基板50上に窒化ケイ素(SiN)を堆積させることによって形成され得る。
図9dを参照すると、基板50のシリコンは、たとえば電気化学エッチングにより、多孔性シリコン70a’、70b’に局所的に変化され得る。
孔E1の内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。幅wE1が狭いことにより、たとえば、基板50に対するセンサ電極G1aの位置の規定が促進され得る。内側の幅wE1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。孔E1間の壁S1の幅wS1は、横方向(SY)において、100μmより小、好ましくは、10μmより小である場合がある。壁S1の幅wS1が狭いことにより、被覆領域70aのインピーダンスが低減され得る。壁S1の幅wS1が狭いことにより、壁S1の迅速な酸化が促され得る。壁S1の幅wS1は、たとえば、横方向(たとえば、方向SY)において、10nmから10μmの範囲である場合がある。
図9eを参照すると、被覆領域70a、70bは、多孔性シリコンを被覆することによって形成され得る。多孔性シリコンは、たとえば、孔E1の表面上に材料を堆積させること、および/または、孔E1間の壁S1を酸化させることにより、被覆され得る。S2は、酸化によって形成された絶縁材料(SiO2)を示している。
図9fを参照すると、マスク層M1は、未完成のミラープレート100’から除去され得る。
図9gを参照すると、電極G1a、G1bは、被覆領域70a、70b上に形成され得る。領域70a、70bは、共形的にコートされた、微細構造のシリコンマトリクスを含み得る。電極G1a、G1bは、たとえば、被覆領域70a、70b上に金属層を堆積させることにより、形成され得る。上方表面は、連続した金属層でカバーされ得る。連続した金属層は、次いで、パターンが形成され得る。代替的に、または付加的に、選択された部分のみが、金属層でカバーされ得る。
図9hは、被覆領域を含むミラープレートを製造するための方法のステップを示す図である。
シリコン基板50は、ステップ855で提供され得る。
ステップ860では、反射コーティング110が基板50上に形成され得る。
ステップ865では、マスク層M1が形成され得る。
ステップ870では、基板50の固形シリコンは、電気化学エッチングにより、多孔性シリコンに局所的に変化する場合がある。
ステップ875では、多孔性シリコンは被覆され得る。被覆には、孔E1の壁S1の酸化、および/または、孔E1の表面上への絶縁材料P1の堆積が含まれる場合がある。酸化により、孔E1が部分的に充填される場合がある。
ステップ880では、マスクが除去され得る。
ステップ885では、電極G1a、G1bは、被覆領域70a、70bの頂部上に形成され得る。
図10aは、例として、ファブリペロー干渉計300の三次元分解図を示している。干渉計300は、第1のミラープレート100、第2のミラープレート200、および、1つまたは複数のアクチュエータ301、302、303を備え得る。
第1のミラープレート100は、電極G1a1、G1b1、G1a2、G1b2、G1a3、G1b3、G1a4、G1b4を有し得る。第2のミラープレート200は、電極G21、G22、G23、G24を有し得る。電極G1a1、G1b1、G1a2、G1b2、G1a3、G1b3、G1a4、G1b4は、第1のプレート100の基板50を介しての電気的な相互結合を防止するために、1つまたは複数の被覆領域70a、70bの頂部に実施され得る。第1のプレート100の基板50を介しての電気的な相互接続を防止するために、電極G1a1が第1の被覆領域70aの頂部上に実施され得、かつ/または、電極G1b1が第2の被覆領域70bの頂部上に実施され得る。
電極G1a1、G1b1、G1a2、G1b2、G1a3、G1b3、G1a4、G1b4、G21、G22、G23、G24は、直流的に、相互に分離される場合がある。電極G21は、電極部分G2a1、G2b1を有する場合がある。電極G1a1および電極部分G2a1は、第1のセンサコンデンサC1を形成し得る。電極G1b1および電極部分G2b1は、第2のセンサコンデンサC2を形成し得る。センサコンデンサC1とセンサコンデンサC2とは、直列に接続されて、静電容量Cdを有する第1のセンサ・コンデンサ・システムをともに形成し得る。電極G1a1は、ターミナルN11を有し得、電極G1b1は、ターミナルN21を有し得る。静電容量Cdは、ターミナルN11、N21に接続された監視ユニット410を使用して監視され得る。
第2のミラープレート200は、外側層211を有する場合がある反射コーティング210を備え得る。第2のミラープレート200は、1つまたは複数の電極G21、G22、G23、G24を有し得る。電極G21、G22、G23、G24は、たとえばカウンタ電極と呼ばれる場合がある。電極G21の寸法および位置は、電極G1a1およびG1b1が少なくとも部分的に、干渉計300が組み付けられたカウンタ電極G21と重なるように、選択され得る。
ミラープレート100は、任意選択的に、アクチュエータ301、302、303のための空間を提供するように、凹状部分81を備え得る。
図10bは、電極G1a1、G1b1、G1a2、G1b2、G1a3、G1b3、G1a4、G1b4に対するカウンタ電極G21、G22、G23、G24の位置を示す三次元図である。
電極G1a1、G21、およびG1b1は、アパーチャ部分AP1の第1の所定の位置におけるミラーギャップdFを示す、静電容量Cdを有する第1のセンサ・コンデンサ・システムを形成するように構成され得る。監視ユニット410は、導電体CONa、CONbによって電極G1a1およびG1b1に接続され得る。ミラープレート100は、固定されている場合がある。一実施形態では、可撓性導電体を、移動する第2のミラープレート200に接着する必要はない。導電体CONa、CONbは、静電容量監視ユニット410に対して移動不可能である場合がある、ミラープレート100に取り付けられている場合がある。
電極G1a2、G22、およびG1b2は、第2のセンサ・コンデンサ・システムを形成し得る。電極G1a3、G23、およびG1b3は、第3のセンサ・コンデンサ・システムを形成し得る。電極G1a4、G24、およびG1b4は、第4のセンサ・コンデンサ・システムを形成し得る。各センサ・コンデンサ・システムは、静電容量監視ユニットに接続するためのターミナル部を有し得る。
センサ電極は、第1のミラープレート100に対する第2のミラープレート200の整列を監視するように構成され得る。ファブリペロー干渉計は、第2のプレート100の反射コーティング110が、第1のプレート200の反射コーティング210にほぼ平行になるように動作し得る。プレート100とプレート200との相互平行は、第2のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量を第1のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量と比較することによって監視され得る。たとえば、第1のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量と、第2のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量との間の差がゼロではないことにより、第2のプレート200が軸SX周りに傾けられていることが示される場合がある。たとえば、第2のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量と、第3のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量との間の差がゼロではないことにより、第2のプレート200が軸SY周りに傾けられていることが示される場合がある。
制御ユニットCNT1は、プレート200の反射コーティング210が、プレート100の反射コーティング110にほぼ平行に維持され得るように、アクチュエータ301、302、303を駆動するように構成され得る。制御ユニットCNT1は、プレート200の反射コーティングが、ミラーギャップdFを変化させている間、プレート100の反射コーティングにほぼ平行に維持され得るように、アクチュエータ301、302、303を駆動するように構成され得る。
一実施形態では、干渉計300は、プレート200の軸SX周りの傾斜角度を監視するため、プレート200の軸SY周りの傾斜角度を監視するため、および、ミラーギャップdFの空間的平均値を監視するための、3つのセンサ・コンデンサ・システムを備え得る。軸SX周りの第1の傾斜角度は、たとえば、第1のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量値を第2のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量値と比較することにより、監視され得る。軸SY周りの第2の傾斜角度は、たとえば、第2のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量値を第3のセンサ・コンデンサ・システムの静電容量値と比較することにより、監視され得る。第1のセンサ・コンデンサ・システムは、電極G1a1、G21、およびG1b1によって形成され得る。第2のセンサ・コンデンサ・システムは、電極G1a2、G22、およびG1b2によって形成され得る。第3のセンサ・コンデンサ・システムは、電極G1a3、G23、およびG1b3によって形成され得る。
一実施形態では、電極G21、G22、G23、G24も、第2のプレート200の基板を介しての電気的な相互結合を防止するために、被覆領域の頂部に実施され得る。しかしながら、第2のプレート200は、たとえば、センサコンデンサが同時に監視されていない状況では、被覆領域を有する必要はない。
図11aは、ミラーギャップdFに関連付けられたセンサ静電容量Cdの値を測定するための較正システムCAL1を示している。較正システムCAL1は、関連する各ミラーギャップdFに関連付けられたセンサ静電容量値Cdを提供するように構成され得る。較正システムCAL1は、ミラーギャップdFに関連付けられたセンサ信号値Sdを提供し得る。較正システムCAL1は、関連する各ミラーギャップdFに関連付けられた各センサ信号値Sdを提供し得る。
較正システムCAL1は、ナローバンド較正光LB11を提供するように構成され得る。較正光LB11は、ほぼ単色である場合がある。較正光LB11は波長λMを有する。波長λMは、固定されているか、調整可能である場合がある。較正光LB11は、ブロードバンド光源SRC1の光LB10をモノクロメータFIL1でフィルタリングすることにより、提供され得る。干渉計300は、較正光LB11をフィルタリングすることにより、透過光LB2を提供し得る。光検出器DET1は、ファブリペロー干渉計300を通して透過した光LB2の強度を監視するように構成され得る。検出器DET1は、透過した強度を示す検出器信号SDET1を提供し得る。
静電容量監視ユニット410は、センサ静電容量Cdの値を示すセンサ信号Sdを提供するように構成され得る。システムCAL1は、較正光LB11の波長λM、および/またはミラーギャップdFを変化させるように、かつ、パラメータλMおよびSdの関数として検出器信号SDET1を監視するように構成され得る制御ユニットCNT2を含む場合がある。
較正システムCAL1は、1つまたは複数のデータプロセッサによって実行される場合、システムCAL1にミラーギャップの較正を実施させ得る、コンピュータ・プログラム・コードPROG2を記録するためのメモリMEM5を備え得る。
センサ信号Sdと、対応するミラーギャップdFとの各値の間の関係は、1つまたは複数のスペクトル較正パラメータDPAR2として、メモリMEM2内に記録され得る。スペクトル較正パラメータDPAR2は、それぞれのミラーギャップ値dFに関連付けられたセンサ信号値Sdのリストを含む、たとえば表を含む場合がある。スペクトル較正パラメータDPAR2は、たとえば、センサ信号Sdの関数として、ミラーギャップdFの実際の値の見積もりの計算を可能にし得る回帰関数を含む場合がある。ミラーギャップdFの実際の値の見積もりは、前述の回帰関数を使用することにより、センサ信号Sdから判定され得る。スペクトル較正パラメータDPAR2は、たとえば、センサ信号Sdの関数として、透過率のピークPEAK1のスペクトル位置λ0の計算を可能にし得る回帰関数を含む場合がある。
図11bを参照すると、干渉計の透過率のピークPEAK1、PEAK2、PEAK3のスペクトル位置λ0は、ミラーギャップdFに基づく場合がある。システムCAL1の制御ユニットCNT2は、ナローバンド較正光LB11が、所望の(既知の)波長λMを有するように、モノクロメータFIL1を調整する場合がある。マーキングMPEAKは、較正光LB11のスペクトルのピークを示している。制御ユニットCNT2は、ミラーギャップdFを変化させることにより、透過率のピークPEAK1のスペクトル位置λ0を変化させ得る。較正には、ミラーギャップdFを変化させること、および/または、波長λMを変化させることが含まれる場合がある。たとえば、ミラーギャップdFは、波長λMを一定に維持しつつ、変化させられる場合がある。たとえば、波長λMは、ミラーギャップdFを一定に維持しつつ、変化させられる場合がある。たとえば、波長λMとミラーギャップdFとは、変化させられる場合がある。
干渉計300を通して透過される強度は、透過率のピークPEAK1のスペクトル位置λ0が、ナローバンド較正光LB11の波長λMにほぼ一致する場合に最大に達する場合がある。制御ユニットCNT2は、ミラーギャップdFをスキャンし、透過した強度が最大に達した時を監視することにより、λ0=λMの場合に、既知の波長λMに関連付けられたセンサ信号値Sdを判定するように構成され得る。
本方法は、ミラーギャップdFを変化させること、ならびに、静電容量値Cdおよび/またはセンサ信号値Sdを記録することを含む場合がある。センサ信号値Sdは、最大透過強度に関連付けられている。透過した強度が(局所的)最大値に達した場合、ミラーギャップ値dFは、ファブリペロー透過関数を使用すること、および、干渉の順番に関する知識を使用することにより、波長λMから判定することができる。判定されたミラーギャップ値dFは、記録された静電容量値Cdと関連付けられる場合がある。判定されたミラーギャップ値dFは、記録されたセンサ信号値Sdと関連付けられる場合がある。波長λMは、記録された静電容量値Cdと関連付けられる場合がある。波長λMは、記録されたセンサ信号値Sdと関連付けられる場合がある。
関連付けられた値のペア(Cd、dF)は、ミラーギャップをセンサコンデンサの静電容量の関数として判定することを可能にする、回帰関数を提供するために使用され得る。関連付けられた値のペア(Sd、dF)は、ミラーギャップをセンサ信号の関数として判定することを可能にする、回帰関数を提供するために使用され得る。関連付けられた値のペア(Cd、λM)は、透過率のピークの波長をセンサコンデンサの静電容量の関数として判定することを可能にする、回帰関数を提供するために使用され得る。関連付けられた値のペア(Sd、λM)は、透過率のピークの波長をセンサ信号の関数として判定することを可能にする、回帰関数を提供するために使用され得る。値のいくつかのペア(Cd、dF)が測定され得る。回帰関数は、値のいくつかのペア(Cd、dF)に基づいて判定され得る。スペクトル較正データDPAR2は、回帰関数を規定する、1つまたは複数のパラメータを含み得る。
制御ユニットCNT2は、ミラーギャップdFが一定に維持される場合、波長λMをスキャンするように構成され得る。制御ユニットCNT2は、たとえば、透過した強度が最大に達した時を監視することにより、λ0=λMの場合に、既知の波長λMに関連付けられたセンサ信号値Sdを判定するように構成され得る。
本方法は、
−第1のミラープレート100および第2のミラープレート200を備えたファブリペロー干渉計300を組み立てることであって、ミラープレートが、静電容量CdがミラーギャップdFに依存するセンサコンデンサを形成する電極を備えている、組み立てることと、
−ファブリペロー干渉計300を通して検出器DET1にナローバンド光LB11を結合することと、
−ナローバンド光LB11の波長λMを変化させること、および/または、ミラーギャップdFを変化させることと、
−ファブリペロー干渉計300を通して透過された光の強度を監視することと、を含み得る。
ナローバンド較正光LB11は、たとえば、レーザビームである場合もある。較正光LB11は、たとえばレーザによって提供される場合がある。
図12は、例として、対象OBJ1から受信した光LB1のスペクトル強度I(λ)を示している。具体的には、カーブOSPEC1は、対象OBJ1の一定のポイントから受信した光LB1のスペクトル強度I(λ)を示し得る。スペクトル強度I(λ)は、波長λ0における値X(λ0)を有し得る。値X(λ0)は、光検出器600から得られた検出器信号SRから判定され得る。波長λ0は、検出器信号SRが光検出器600から得られる前に、ミラーギャップdFを調整することによって選択され得る。ミラーギャップdFは、対象OBJ1のスペクトルOSPEC1のスペクトル領域を測定するために、測定の間にスキャンされ得る。ミラーギャップdFは、対象OBJ1のより広いスペクトルを測定するために、測定の間にスキャンされ得る。
対象OBJ1は、たとえば、実際の対象であるか、仮想の対象である場合がある。実際の対象OBJ1は、たとえば、固体、液体、または気体の形態である場合がある。実際の対象OBJ1は、気体が充填されたキュベットである場合がある。実際の対象OBJ1は、たとえば、植物(たとえば、木または花)、燃焼炎、または、水の上に浮いた漏洩油である場合がある。実際の対象OBJ1は、たとえば、吸収気体の層を通して観測される太陽または星である場合がある。実際の対象は、たとえば、紙上にプリントされたイメージである場合がある。仮想の対象OBJ1は、たとえば、別の光学デバイスによって形成された光学イメージである場合がある。
干渉計300は、赤外光をフィルタリングおよび/または分析するのに適切である場合がある。ミラープレート100の材料および寸法は、ミラープレート100を備えたファブリペロー干渉計300が、赤外光のスペクトル分析に適用可能であり得るように、選択され得る。
ファブリペロー干渉計は、可変ミラーギャップを有する光学フィルタとして使用され得る。光学デバイスは、1つまたは複数のファブリペロー干渉計を備えている場合がある。光学デバイスは、たとえば、非結像分光計、結像分光計、化学分析器、生物医学センサ、および/または、遠隔通信システムの構成要素である場合がある。ファブリペロー干渉計は、ミラーギャップdFを調整するための1つまたは複数のアクチュエータ301を備え得る。
たとえば、ミラープレート100を備えた分光計700は、赤外領域の光学的吸収を監視することにより、気体の凝縮を測定するように構成され得る。たとえば、ミラープレート100を備えた分光計700は、たとえば癌または別の異常状態を検出するために、人間の組織から、または動物の組織からのスペクトルデータを判定するように構成され得る。
「プレート」との用語は、1つまたは複数のほぼ平坦な部分を有する本体に関する場合がある。プレートは、第1のほぼ平坦な部分を有する場合があり、それにより、前述の平坦な部分によって透過および/または反射された光の波面歪を最小にするようになっている。プレートは、任意選択的には、第2のほぼ平坦な部分を有する場合があり、それにより、第1のほぼ平坦な部分および第2のほぼ平坦な部分を通して透過された光の波面歪を最小にするようになっている。第1の平坦な部分は、プレートの頂面全体を覆う場合があるか、第1の平坦な部分は、プレートの頂面の100%より小さい部分を覆う場合がある。第2の平坦な部分は、プレートの底面全体を覆う場合があるか、第2の平坦な部分は、プレートの底面の100%より小さい部分を覆う場合がある。プレートは、任意選択的には、たとえば、1つまたは複数の凸状部分および/または凹状部分(たとえば、図10aの凹状部分81を参照)を有する場合がある。一実施形態では、第1の平坦な部分は、第2の平坦な部分にほぼ平行である場合がある。一実施形態では、第1の平坦な部分および第2の平坦な部分は、たとえば、望ましくない反射を低減するために、非ゼロに楔角度を規定する場合がある。
一実施形態では、被覆領域70a、70bは、被覆多孔性シリコンの領域70a、70bに加え、1つまたは複数の追加の絶縁層をも含む場合がある。たとえば、被覆領域70aは、被覆多孔性シリコンの領域70aと、領域70aの頂面に実施されたシリカSiO2層を含み得る。センサ電極G1aは、被覆領域70aの最上の絶縁層の頂面上に形成され得る。
被覆領域70aは、基板50の複数の隙間E1をエッチングすることによって形成され得、それにより、隙間E1の表面の合計が、被覆領域70aの突出した面の、たとえば5倍より大、10倍より大、または、100倍より大でさえあるようになっている。隙間E1の表面は、被覆領域70aを形成するように、エッチングの後に被覆され得る。
当業者には、本発明に係るデバイスおよび方法の変更および変形が認知可能であることが明らかになるであろう。図は概略的である。添付図面を参照して上述した特定の実施形態は、もっぱら説明的ものであり、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定することは意図していない。

Claims (13)

  1. ファブリペロー干渉計(300)のためのミラープレート(100)を製造するための方法であって、
    −シリコン(Si)を含む基板(50)を提供することと、
    −前記基板(50)上に半透過性反射コーティング(110)を実施することと、
    −前記基板(50)に複数の隙間(E1)をエッチングで形成すること、および、複数の前記隙間(E1)の表面を被覆することにより、前記基板(50)内および/または前記基板(50)上に被覆領域(70a)を形成することと、
    −前記被覆領域(70a)の頂部上に第1のセンサ電極(G1a)を形成することと、
    −前記基板(50)によって支持された第2のセンサ電極(G1b)を形成することと、を含む、方法であって、
    前記隙間(E1)の内側の幅(w E1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記隙間間の壁の幅(w S1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記被覆領域(70a)の導電率(σ 70 )が、25℃の温度における前記基板(50)の前記シリコンの導電率(σ Si )の20%よりも低い、ことを特徴とする方法
  2. 前記被覆領域(70a)を形成することが、
    −エッチングにより、前記基板(50)に複数の隙間(E1)を形成することと、
    −前記隙間(E1)の前記表面上に絶縁材料(P1、E2)を形成することと、を含む、請求項に記載の方法。
  3. 前記被覆領域(70a)を形成することが、
    −エッチングにより、前記基板(50)に複数の隙間(E1)を形成することと、
    −前記隙間(E1)の前記表面を酸化させることと、を含む、請求項に記載の方法。
  4. 前記被覆領域(70a)を形成することが、
    −エッチングにより、前記基板(50)に複数の隙間(E1)を形成することと、
    −前記隙間(E1)の前記表面上に絶縁材料(P1)を堆積させることと、を含む、請求項に記載の方法。
  5. 前記被覆領域(70a)が被覆多孔性シリコン(PPS)を含み、
    前記隙間(E1)は前記シリコンを多孔性シリコン(70a’)に変化させた多孔質部分であって、
    前記被覆領域(70a)を形成することが、
    −前記シリコンを前記多孔性シリコン(70a’)に変化させることと、
    −前記多孔性シリコン(70a’)の前記隙間(E1)の表面を被覆することと、を含む、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記隙間(E1)が、溝、穴、チャネル、および/または孔である、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記被覆領域(70a)の厚さ(d70)が、10μmより大である、請求項1から請求項のいずれか一項に記載の方法。
  8. ファブリペロー干渉計(300)のためのミラープレート(100)であって、
    −シリコン(Si)を含む基板(50)と、
    −前記基板(50)上に実施された半透過性反射コーティング(110)と、
    複数の隙間(E1)を形成する壁が絶縁材料で覆われている前記基板(50)内および/または前記基板(50)上に形成された被覆三次元微細構造を含む被覆領域(70a)と、
    −前記被覆領域(70a)の頂部上に形成された第1のセンサ電極(G1a)と、
    −前記基板(50)によって支持された第2のセンサ電極(G1b)と、を備えたミラープレート(100)であって、
    前記隙間(E1)の内側の幅(w E1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記隙間間の壁の幅(w S1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記被覆領域(70a)の導電率(σ 70 )が、25℃の温度における前記基板(50)の前記シリコンの導電率(σ Si )の20%よりも低い、ことを特徴とするミラープレート(100)
  9. 前記被覆領域(70a)が、被覆多孔性シリコン(PPS)を備えている、請求項に記載のミラープレート(100)。
  10. 前記被覆領域(70a)の厚さ(d70)が、前記第1のセンサ電極(G1a)と前記第2のセンサ電極(G1b)との間の、熱によって誘導されたリアクタンス(XPAR)の変化(ΔXPAR)が、前記基板(50)の温度が1℃だけ変化した際に、参照値XREFの0.1%より小さくなるように、選択されており、前記リアクタンス(XPAR)が、10kHzの周波数で判定され、前記参照値XREFが、以下の式に従って計算され、
    式中、εが、真空空間の誘電体の誘電率を示し、Aが、前記第1のセンサ電極(G1a)の面積を示している、請求項から請求項のいずれか一項に記載のミラープレート(100)。
  11. 第1のミラープレート(100)および第2のミラープレート(200)を備えたファブリペロー干渉計(300)であって、前記第1のミラープレート(100)が、
    −シリコン(Si)を含む基板(50)と、
    −前記基板(50)上に実施された半透過性反射コーティング(110)と、
    −複数の隙間(E1)を形成する壁が絶縁材料で覆われている前記基板(50)内および/または前記基板(50)上に形成された被覆三次元微細構造を含む被覆領域(70a)と、
    −前記被覆領域(70a)の頂部上に形成された第1のセンサ電極(G1a)と、
    −前記基板(50)によって支持された第2のセンサ電極(G1b)と、を備え、
    前記隙間(E1)の内側の幅(w E1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記隙間間の壁の幅(w S1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記被覆領域(70a)の導電率(σ 70 )が、25℃の温度における前記基板(50)の前記シリコンの導電率(σ Si )の20%よりも低く、
    前記第2のミラープレート(200)が、第3のセンサ電極(G2a)および第4のセンサ電極(G2b)を備え、それにより、前記第1のセンサ電極(G1a)および前記第3のセンサ電極(G2a)が第1のセンサコンデンサ(C1)を形成し、前記第2のセンサ電極(G1b)および前記第4のセンサ電極(G2b)が第2のセンサコンデンサ(C2)を形成し、前記第1のセンサコンデンサ(C1)の静電容量(C1)が、前記ファブリペロー干渉計(300)のミラーギャップ(dF)を示すようになっている、干渉計(300)。
  12. 前記被覆領域(70a)の厚さ(d70)が、前記第1のセンサ電極(G1a)と前記第2のセンサ電極(G1b)との間の、熱によって誘導されたリアクタンスの相対変化(ΔXPAR/XPAR)が、前記基板(50)の温度が1℃だけ変化した際に、0.1%より小さくなるように、選択されている、請求項11に記載の干渉計(300)。
  13. 第1のミラープレート(100)および第2のミラープレート(200)を含むファブリペロー干渉計(300)であって、
    前記第1のミラープレート(100)は、
    −シリコン(Si)を含む基板(50)と、
    −前記基板(50)に実施された半透明の反射コーティング(110)と、
    −複数の隙間(E1)を形成する壁が絶縁材料で覆われている被覆三次元微細構造を含む1つ以上の被覆領域(70a、70b)と、
    前記1つ以上の被覆領域(70a、70b)の上に形成された複数のセンサ電極(G1a 1 、G2 1 、G1b 1 、G1a 2 、G2 2 、G1b 2 )と、を備え、
    前記隙間(E1)の内側の幅(w E1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記隙間間の壁の幅(w S1 )が、横方向(SY)において、10μmより小であり、
    前記被覆領域(70a)の導電率(σ 70 )が、25℃の温度における前記基板(50)の前記シリコンの導電率(σ Si )の20%よりも低く、
    前記第2のミラープレート(200)は、センサ電極(G2 、G2 )を含み、
    前記第1のミラープレート(100)の第1センサ電極(G1a 1 )、前記第1のミラープレート(100)の第2センサ電極(G1b 1 )、および前記第2のミラープレート(200)の第1センサ電極(G2 )は、 第1のセンサ・コンデンサ・システムを形成し、
    前記第1のミラープレート(100)の第3センサ電極(G1a 2 )、前記第1のミラープレート(100)の第4センサ電極(G1b 2 )、および前記第2のミラープレート(200)の第2センサ電極(G2 2 )は、第2のセンサ・コンデンサ・システムを形成し、
    前記複数のセンサ電極(G1a 1 、G2 1 、G1b 1 、G1a 2 、G2 2 、G1b 2 )は、前記第1のミラープレート(100)に対する前記第2のミラープレート(200)の整列を監視するように配置されている
    ことを特徴とするファブリペロー干渉計(300)。
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