JPH09196766A - 輻射線の熱形強度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線の強度を小形の構成で高感度で検出す
ること。 【解決手段】 シリコンウエハを異方性エッチングによ
って部分的に薄板状の領域を形成し、ガラス基板と間隔
をあけて対向し、この薄板状領域と基板との間に気密な
空間を形成してガスを封入し、前記薄板状領域と基板と
の対向する表面に第１および第２電極をそれぞれ形成し
て静電容量を検出する。赤外線が前記薄板状領域を透過
して前記空間内に封入されたガスを加熱することによっ
て、薄板状領域が変形して静電容量が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線およびマイ
クロ波などの輻射線の強度を、いわば熱形の構成によっ
て、検出するための装置、その方法およびそれを利用し
たガス濃度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線の強度を検出する典型的な先行技
術としては、焦電体、ボロメータ、サーモパイルおよび
ゴーレイ（Goley）セルなどが知られている。焦電体を
用いる先行技術では、焦電体板および焦電体膜に赤外線
をチョッピングして照射し、これによって得られる電荷
の変化分を検出する。この先行技術では、赤外線を上述
のようにチョッピングする必要があり、その構成が大形
化する。

【０００３】ボロメータでは、金属製薄膜に赤外線が照
射されて昇温されることによって変化する抵抗を検出す
る。この先行技術では、抵抗を検出するために、金属製
薄膜に電流を流す必要があり、これによってその金属製
薄膜の温度が上昇してしまい、測定精度が低い。

【０００４】サーモパイルでは、２つの異種金属を接続
し、一方の金属に赤外線を照射して加熱し、ゼーベック
効果によって得られる熱起電力を測定する。この先行技
術では、熱流を熱起電力に変換する効率が低く、感度が
悪いという問題がある。

【０００５】ゴーレイセルでは、金属製容器内にガスが
気密に充填され、この容器に赤外線が照射されることに
よって内部のガスが膨張し、これによる容器の変形量
を、光てこの原理を用いて、反射鏡を角変位して光経路
の変化量として検出する。この先行技術では、構成が明
らかに大形化する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構成
を小形化し、しかも高感度で輻射線の強度を熱形で検出
する装置および方法を提供することである。

【０００７】また本発明の他の目的は、構成を小形化
し、しかも高感度でガス濃度を検出するための装置を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、基板
に間隔をあけて対向して配置されかつ輻射線を透過する
材料から成る半導体ウエハであって、輻射線が入射され
る薄板状の領域と、前記領域を囲んで前記領域よりも厚
い支持部とを有する半導体ウエハと、基板と半導体ウエ
ハとの間に介在され、前記領域が臨む気密空間を形成す
るスペーサと、前記空間に充填されるガスと、基板と前
記領域との間の静電容量を検出する手段とを含むことを
特徴とする輻射線の熱形強度検出装置である。また本発
明は、前記領域は、半導体ウエハの厚み方向の基板寄り
に形成されることを特徴とする。また本発明は、前記空
間に充填されるガスは、照射される前記輻射線の吸収ス
ペクトル特性を有することを特徴とする。また本発明
は、基板と、基板に間隔をあけて対向して配置される半
導体ウエハであって、半導体ウエハの厚み方向の基板寄
りに形成される薄板状の領域と、前記領域を囲んで前記
領域よりも厚い支持部とを有する半導体ウエハと、基板
と半導体ウエハとの間に介在され、前記領域が臨む第１
空間を形成するスペーサと、半導体ウエハに関して基板
とは厚み方向反対側に配置され、半導体ウエハの支持部
に固定され、前記領域との間で気密な第２空間を形成
し、輻射線を透過する材料から成る蓋体と、前記第２空
間に充填されるガスと、基板と前記領域との間の静電容
量を検出する手段とを含むことを特徴とする輻射線の熱
形強度検出装置である。また本発明は、第１空間は気密
であることを特徴とする。また本発明は、第２空間に充
填されるガスは、照射される輻射線の吸収スペクトル特
性を有することを特徴とする。また本発明は、基板は、
電気絶縁性材料から成り、静電容量検出手段は、前記領
域が不純物をドープした導電層から成る一方電極と、基
板の半導体ウエハ側の表面上で、前記領域に対向した部
分にのみ形成される他方電極と、これらの一方および他
方の電極間の静電容量を検出する電気回路とを含むこと
を特徴とする。また本発明は、輻射線の吸収スペクトル
特性を有するガスが充填された空間を、半導体ウエハの
薄板状領域によって規定し、前記空間に輻射線を照射
し、前記ガスの膨張による前記領域の変形量を検出する
ことを特徴とする輻射線の熱形強度検出方法である。ま
た本発明は、（ａ）濃度が検出されるべきガスによる輻
射線の吸収スペクトルを含む波長を有し、かつ予め定め
る強度を有する輻射線を発生する輻射線源と、（ｂ）濃
度が検出されるべきガスが供給される被検出空間を有
し、その被検出空間に、輻射線源からの輻射線が与えら
れる被検出空間形成体と、（ｃ）被検出空間を介する輻
射線が与えられる熱形強度検出手段であって、この熱形
強度検出手段は、基板と、基板に間隔をあけて対向して
配置されかつ輻射線を透過する材料から成る半導体ウエ
ハであって、半導体ウエハの厚み方向の基板寄りに形成
され輻射線が入射される薄板状の領域と、前記領域を囲
んで前記領域よりも厚い支持部とを有する半導体ウエハ
と、基板と半導体ウエハとの間に介在され、前記領域が
臨む気密空間を形成するスペーサと、前記空間に充填さ
れ、前記輻射線の吸収スペクトル特性を有するガスと、
基板と前記領域との間の静電容量を検出する手段とを有
する熱形強度検出手段と、（ｄ）静電容量検出手段の出
力に応答し、その静電容量に対応する被検出空間内のガ
スの濃度を表す信号を出力する手段とを含むことを特徴
とするガス濃度検出装置である。また本発明は、（ａ）
濃度が検出されるべきガスによる輻射線の吸収スペクト
ルを含む波長を有し、かつ予め定める強度を有する輻射
線を発生する輻射線源と、（ｂ）濃度が検出されるべき
ガスが供給される被検出空間を有し、その被検出空間
に、輻射線源からの輻射線が与えられる被検出空間形成
体と、（ｃ）被検出空間を介する輻射線が与えられる熱
形強度検出手段であって、この熱形強度検出手段は、基
板と、基板に間隔をあけて対向して配置される半導体ウ
エハであって、半導体ウエハの厚み方向の基板寄りに形
成される薄板状の領域と、前記領域を囲んで前記領域よ
りも厚い支持部とを有する半導体ウエハと、基板と半導
体ウエハとの間に介在され、前記領域が臨む第１空間を
形成するスペーサと、半導体ウエハに関して基板とは厚
み方向反対側に配置され、半導体ウエハの支持部に固定
され、前記領域との間で気密な第２空間を形成し、輻射
線を透過する材料から成る蓋体と、前記第２空間に充填
され、前記輻射線の吸収スペクトル特性を有するガス
と、基板と前記領域との間の静電容量を検出する手段と
を有する熱形強度検出手段と、（ｄ）静電容量検出手段
の出力に応答し、その静電容量に対応する被検出空間内
のガスの濃度を表す信号を出力する手段とを含むことを
特徴とするガス濃度検出装置である。

【０００９】本発明に従えば、シリコンウエハなどの半
導体ウエハに、異方性エッチングの手法によって薄板状
の領域を形成し、この薄板状の領域によって気密空間を
規定し、この空間にガスを充填する。赤外線およびマイ
クロ波などの輻射線は、前記領域に照射されて透過し、
前記空間に充填されたガスを加熱して膨張させ、これに
よって前記領域が変形してその領域と基板との間の距離
が変化する。この距離の変化は、静電容量によって容易
に検出することができる。前記薄板状領域は、半導体ウ
エハの厚み方向の基板寄りに形成されることによって、
前記領域と基板との間の距離を小さくし、静電容量を大
きくして、測定精度を向上することができる。半導体ウ
エハは、輻射線を透過する材料から成り、したがって輻
射線が入射される前記領域自体が加熱されることを抑制
することができ、これによって前記領域の外表面から外
部への熱放散をできるだけ防ぐことができる。したがっ
て入射される輻射線を、前記空間内のガスを加熱して膨
張させて前記領域を変形させるためにのみ寄与させるこ
とができる。これによって輻射線の強度を高精度に検出
することができるようになる。前記領域の前記空間に臨
む表面には、低反射層、たとえば黒色塗料を塗布した層
を形成し、前記領域を透過した輻射線によって低反射層
を加熱し、これによって前記空間内のガスを加熱させて
もよい。基板の前記空間に臨む表面には、上述と同様な
低反射層を形成してもよく、または高反射層、たとえば
アルミニウム、金などの金属製電極などを形成して、前
記空間を透過した輻射線を反射して前記空間に戻してガ
スを効率よく加熱させて、感度を向上するようにしても
よい。また本発明に従えば、空間に充填されるガスは、
照射される輻射線の吸収スペクトル特性を有し、たとえ
ばＣＯ₂は波長４．３μｍの赤外線吸収スペクトル特性
を有する。したがってこのような吸収スペクトルを含む
輻射線が照射されるとき、前記領域および一方電極が透
光性であることによって、充填されているＣＯ₂である
ガスの温度が迅速に加熱膨張することになり、応答性の
向上を図ることができるとともに、これによって前記気
密空間の小形化を図ることができる。このガスは、たと
えばＣＯ₂のほかに、ＣＯ、ＣＨ₄、水蒸気Ｈ₂Ｏなどの
ガスであってもよく、また空気であってもよく、さらに
はこれらのガスの混合物であってもよい。ガスの組成を
変化することによって、応答速度および感度の調整を行
うことができる。本発明に従えば、輻射線を透過するガ
ラスなどの材料から成る蓋体を透過した輻射線は、この
蓋体と半導体ウエハの薄板状領域とによって形成された
第２空間に充填されているガスを加熱して膨張させ、こ
れによって前記領域が変形し、その変形量に対応した静
電容量を検出することによって、輻射線の強度を検出す
ることができる。本発明に従えば、基板と半導体ウエハ
との間に形成される第１空間は、ガスが封入されて気密
であってもよいけれども、負圧であってもよく、または
大気開放されてもよい。本発明に従えば、基板はガラス
などの電気絶縁性材料製であり、この基板の半導体ウエ
ハ側の表面上で、前記領域に対向した部分にのみ、前記
他方電極を形成することによって、半導体ウエハの少な
くとも前記領域に設けられている前記一方電極との間の
前記領域の変形に従う静電容量を、高精度で検出するこ
とができる。もしも仮に、半導体ウエハの基板側の表面
全面に前記一方電極を形成し、基板の半導体ウエハ側の
表面全面に前記他方電極を形成した構成とすれば、前記
一方電極と前記他方電極との間の全体の静電容量に対す
る前記領域の静電容量の割合は小さく、したがって輻射
線の強度を高精度で検出することが困難になる。本発明
は、この問題を解決する。また本発明に従えば、前記一
方電極は、たとえばシリコンウエハなどの半導体ウエハ
に不純物であるホウ素Ｂを、拡散またはイオン注入など
の手法によってドープして低抵抗の導電層として構成し
てもよいけれども、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化
物）などの透光性導電性材料を用いて構成してもよい。
前記一方電極は、半導体ウエハの少なくとも前記領域に
形成されたアルミニウム、金、ニクロムなどの金属から
成ってもよい。特にニクロムは、赤外線をよく吸収する
ので、好ましい。前記一方電極は、半導体ウエハの前記
領域のみの基板側の表面に形成されてもよい。本発明に
従えば、ガス濃度を検出するために、輻射線源からは、
その濃度が検出されるべきガス、たとえばＣＯ₂などに
よる輻射線の吸収スペクトル、たとえば波長４．３μｍ
を含む波長を有し、かつ予め定める強度を有する輻射線
を発生して、そのガスが供給される被検出空間に照射
し、この被検出空間における前述のたとえばＣＯ₂など
のガスの濃度に依存して吸収された輻射線が、熱形強度
検出手段に与えられ、これによって半導体ウエハの薄板
状の領域を変形させて静電容量に対応する被検出空間内
のＣＯ₂などのガスの濃度を表す信号を高感度で得るこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の赤
外線およびマイクロ波などの輻射線強度の熱形検出装置
１の断面図であり、図２はその熱形強度検出装置１の平
面図であり、図３は熱形強度検出装置１の斜視図であ
り、図４は熱形強度検出装置１の簡略化した分解斜視図
である。これらの図面を参照して、本件熱形強度検出装
置１は基本的には、基板２と、この基板２に間隔をあけ
て対向して配置されるシリコンウエハ３と、スペーサ４
と、気密空間５に充填されるガスとを含む。基板２は、
電気絶縁性材料、たとえば透光性を有するガラスから成
り、剛性を有し、本件熱形強度検出装置１の高い強度を
保つ働きをする。

【００１１】シリコンウエハ３は、輻射線を透過する半
導体である。このシリコンウエハ３は、その厚み方向
（図１の上下方向）の基板２寄り（図１の下方）に形成
される薄板状の領域６と、その領域６を囲んで領域６よ
りも厚い支持部７とを有する。

【００１２】このようなシリコンウエハ３を製造するに
あたっては、まず、厚みＤ１がたとえば０．５ｍｍであ
るシリコンウエハ本体を準備する。次にシリコンウエハ
本体の基板２側の表面８に、不純物であるホウ素Ｂを拡
散またはイオン注入などの手法で、強くドープし、たと
えば７×１０¹⁹個／ｃｍ³ の濃度のドープ層を、形成す
る。シリコンウエハ本体の側部９、および基板２とは反
対側の表面１０の支持部７となる部分には、酸化膜であ
るＳｉＯ₂ 層を形成する。このシリコンウエハ本体の表
面１０から露出した部分は、領域６に対応している。

【００１３】こうして得られたシリコンウエハ本体を、
たとえば約１００℃のエッチング液に浸漬して、約２時
間程度、異方性エッチングを行う。エッチング液は、た
とえばＥＰＷ（エチレンジアミン、ピロカテコールおよ
び水の混液）であってもよく、ＥＰＷに代えて、ＫＯ
Ｈ、ヒドラジンまたはＮＨ₄ＯＨなどであってもよく、
そのエッチング液はその他の組成を有してもよい。これ
によってシリコンウエハ本体は、結晶面（１００）がエ
ッチングされて除去されて領域６が薄く形成され、支持
部７との境界には結晶面（１１１）である傾斜面１１が
形成される。

【００１４】領域６の厚みＤ２は、たとえば２０００〜
６０００Å、特に２０００〜３０００Åである。領域６
は、図２に明らかに示されるように横の長さＬ１および
縦の長さＬ２は、たとえばＬ１＝Ｌ２＝１〜３ｍｍであ
る矩形状に形成される。半導体ウエハ３の領域６は、上
述のように薄板状であり、したがって弾性的に図１の上
下に変位可能であり、言わばダイアフラムのように変位
することができる。

【００１５】シリコンウエハ３の基板２側の表面上で領
域６には一方の電極１２が形成される。また基板２のシ
リコンウエハ３側の表面上で、領域６に対向した部分に
のみ、他方の電極１３が形成される。これらの電極１
２，１３は、アルミニウム、金などが厚み１００〜３０
０ｎｍを有して蒸着される。電極１２，１３は、赤外線
を良好に吸収する上述のニクロムおよびその他の材料か
ら成ってもよい。

【００１６】一方電極１２は、透明な導電性を有する電
極であってもよく、たとえばＩＴＯ（インジウム錫酸化
物）などから成ってもよい。これによって領域６に参照
符１４で示されるように輻射線が照射されたとき、領域
６から一方電極１２を経て空間５内のガスに輻射線が直
接に照射されてガスが効率よく加熱されることができ
る。

【００１７】本発明の実施の他の形態では、シリコンウ
エハ３における表面８側には、前述のようにホウ素がド
ープされており、したがって低抵抗層となっており、こ
れをそのまま一方電極として用いることによって、前記
一方電極１２を省略することができる。本発明の実施の
さらに他の形態として、導電性を有する領域６を含む部
分をそのまま電極として兼用して前記電極１２を省略し
た構成において、シリコンウエハ３の表面８の領域６に
おいて、黒色塗料を塗布し、これによって輻射線１４が
領域６を経てその黒色塗料である低反射層が熱を吸収し
て空間５内のガスを効率よく加熱するように構成しても
よい。本発明の実施のさらに他の形態では、基板２を透
光性とし、空間５に臨む電極１２の表面を、上述のよう
に黒色塗料などによる低反射層としてもよい。基板２を
透光性とすることによって、電極１２，１３の上下の重
なった位置決めが容易となり、製造が容易となる。

【００１８】他方電極１２は、空間５に臨んで形成され
ており、したがって電極１２の材料が前述のようにニク
ロムであるときには、輻射線によって効率よく加熱さ
れ、空間５内のガスが効率よく加熱されることができ
る。また他方電極１３を高反射率を有する材料、たとえ
ば上述のようにアルミニウムおよび金などによって構成
することによって、輻射線を空間５に反射し、そのガス
を効率よく加熱することができる。

【００１９】図１において、電極１２，１３間の間隔Δ
ｄは、たとえば２〜１０μｍであってもよい。

【００２０】空間５に充填されるガスは、たとえば空
気、ＣＯ₂、ＣＯ、ＣＨ₄および水蒸気Ｈ₂Ｏ等であって
もよい。これらのガスの種類のうち、照射される輻射線
の吸収スペクトル特性を有するガスが用いられることが
好ましく、このとき電極１２が透光性であって、照射さ
れる輻射線１４が空間５に領域６および電極１２を経て
導かれる。これによってガスを効率よく加熱して管路を
向上することができる。たとえばＣＯ₂ガスは、波長
４．３ｍｍの赤外線吸収スペクトル特性を有し、このよ
うな波長を含む輻射線１４が照射されることによって、
ガスを効率よく加熱して感度の向上を図ることができ
る。この感度を調整するためにガスの組成を調整するよ
うにしてもよく、たとえばＣＯ₂と不活性ガスＮ₂とを混
合して空間５に封入してもよい。

【００２１】空間５内に充填されるガスは、領域６に輻
射線１４が照射されない状態では、ほぼ大気圧となるよ
うに定められる。

【００２２】基板２を前述のように電気絶縁性材料製と
し、領域６に対応する部分にのみ他方電極１３を形成す
ることによって、輻射線１４の照射時における空間５内
のガスの膨張による領域６の図１における上方への変位
量に対応した電極１２，１３間の静電容量を、高精度で
検出することが可能である。

【００２３】スペーサ４は、領域６を外囲し、支持部７
に配置される。スペーサ４はたとえばポリイミドなどの
合成樹脂であってもよく、その他の材料から成ってもよ
い。基板２とスペーサ４との接着およびシリコンウエハ
３とスペーサ４との接着は、接着剤を用いて達成しても
よく、あるいは相互の融着によって行ってもよく、その
他の構成によって気密性を達成するようにしてもよい。

【００２４】図５は本発明の実施のさらに他の形態の輻
射線強度の熱形検出装置１６の断面図であり、図６はそ
の図５に示される熱形強度検出装置１６の斜視図であ
り、図７はその熱形強度検出装置１６の簡略化した分解
斜視図である。この熱形強度検出装置１６は、前述の図
１〜図４に示される熱形強度検出装置１の構成に類似
し、対応する部分には同一の参照符を付す。特にこの実
施の形態では、シリコンウエハ３は、輻射線を透過する
透光性材料から成る必要はなく、遮光性であってもよ
い。スペーサ４によって基板２とシリコンウエハ３との
間には第１空間１７が形成され、この空間１７は気密に
封止されて、空気、ＣＯ₂、ＣＯ、ＣＨ₄および水蒸気Ｈ
₂Ｏなどのガスが充填されていてもよいけれども、大気
開放されていてもよい。

【００２５】図５〜図７に示される熱形強度検出装置１
６において、蓋体１８は、シリコンウエハ３に関して基
板２とは厚み方向反対側（図５の上方）に配置される。
この蓋体１８は、シリコンウエハ３の支持部７に固定さ
れ、領域６との間に気密な第２空間１９を形成する。蓋
体１８は、輻射線を透過する材料、たとえばガラスなど
から成る。第２空間１９に充填されるガスは、前述の図
１〜図４に示される本発明の実施の一形態における空間
５に充填されるガスの種類と同様である。輻射線１４
は、空間１９の蓋体１８に臨む領域にわたって照射され
る。輻射線１４が蓋体１８に照射されると、その輻射線
１４は蓋体１８を透過し、第２空間１９内のガスを加熱
し、これによってガスが膨張し、領域６が図５の下方に
変位し、これによって電極１２，１３間の静電容量が大
きくなるように変化する。

【００２６】本発明の実施の他の形態において、図５〜
図７に示される蓋体１８の第２空間１９に臨む表面２０
に、黒色塗料を塗布するなどして低反射層を形成し、こ
れによって輻射線１４による第２空間１９内のガスの加
熱を迅速に行うようにして応答性を向上するようにして
もよい。

【００２７】本発明の実施の形態において、図５〜図７
に示される領域６の第２空間１９に臨む表面２１に、黒
色塗料を塗布するなどして低反射層を形成し、これによ
って第２空間１９内のガスを迅速に加熱するようにして
もよい。

【００２８】本発明の実施のさらに他の形態では、領域
６の第２空間１９に臨む表面２１に、高反射率を有する
たとえばアルミニウム、金などから成る高反射率を有す
る層を形成し、これによって輻射線１４が領域６を経て
図５の下方に透過することを阻止し、第２空間１９内の
ガスを効率よく加熱することができる。

【００２９】シリコンウエハ３と蓋体１８とは、ポリイ
ミドなどの接着剤によって、または相互に融着などによ
って気密に固定される。

【００３０】図１〜図７に示される本発明の実施の各形
態において、基板２は、空間５，１７に臨んで平坦な表
面を有するシリコンウエハなどの半導体ウエハを用いて
もよく、あるいはまたステンレス鋼などの金属製板など
を用いてもよく、その他の材料から成ってもよい。

【００３１】図８は、図１〜図７に示される本発明の実
施の各形態において、電極１２，１３間の静電容量Ｃを
検出するための静電容量検出手段２３の電気回路図であ
る。電極１２，１３から成る静電容量Ｃには、基準とな
る静電容量Ｃ０を有するコンデンサを直列に接続して、
予め定める一定電圧を有する直流電源２４が接続され
る。静電容量Ｃ，Ｃ０の接続点２５に直流電圧計２６を
接続してその電圧を測定することによって、静電容量Ｃ
を検出することができる。この静電容量検出手段２３の
構成によれば、熱形強度検出装置１，１６には無効電力
が供給されるだけであって、前述の先行技術に関連して
述べたように測定のためのジュール熱などによる温度上
昇はなく、検出精度を高くすることができる。

【００３２】静電容量Ｃを高精度で検出するには、ブリ
ッジを組込む電位法を採用してもよい。また静電容量Ｃ
を検出するために、キャパシタンスメータと呼ばれる容
量計を用いてもよく、この容量計は、電極１２，１３間
に正弦波電圧を印加したときに位相が９０度ずれた電流
の値を検出する構成を有する。

【００３３】図９は、本発明の実施のさらに他の形態の
ガス濃度検出装置２８の断面図である。赤外線またはマ
イクロ波を発生する輻射線源２９からは、被検出空間３
０に供給する濃度が検出されるべきガスの吸収スペクト
ルを含む波長を有する輻射線が参照符３１に示されるよ
うに与えられる。被検出空間３０は、通路または貯留空
間を形成する被検出空間形成体３２によって形成され、
濃度が検出されるべきガスが矢符３３のように供給され
ることができる。輻射線源２９から被検出空間３０を介
する輻射線は、前述の図１〜図８に関連して述べた熱形
強度検出装置１，１６によって実現される熱形強度検出
手段３４で受光される。こうして熱形強度検出装置１，
１６における前記電極１２，１３間の静電容量を検出す
る手段２３の出力は、演算手段３５に与えられ、静電容
量に対応する被検出空間３０内のガスの濃度を表す信号
を演算して出力し、表示手段３６に、ガス濃度を表示さ
せる。

【００３４】熱形強度検出手段３４における前述の空間
５，１９に充填されるガスは、輻射線源２９から発生さ
れる輻射線の吸収スペクトル特性を有する。これによっ
て測定感度を向上することができ、また応答速度を向上
することができる。

【００３５】図１０は本件発明者の実験結果を示すグラ
フである。図１〜図４に示される前述の実施の一形態に
おいて、Ｄ１＝０．５ｍｍ、Ｄ２＝６０００Å、Ｌ１＝
Ｌ２＝３ｍｍ、Δｄ＝６μｍ、シリコンウエハ３におけ
る表面８側にホウ素をドープして低抵抗層として電極１
２の働きを兼ね、他方電極１３はアルミニウム１００ｎ
ｍ厚を蒸着して形成され、空間５に空気を大気圧で充填
した構成において、ＣＯ₂レーザを用い、図１０のライ
ン３８では４．７Ｗ／ｃｍ²の強度で、またライン３９
はその強度の７５％で、さらにライン４０は前記強度の
５０％で、図１の矢符１４で示されるように照射したと
き、電極１２，１３間の静電容量が時間経過に伴って図
１０に示されるようにそれぞれ変化した。レーザの照射
する前の電極１２，１３間の静電容量Ｃ０は４５ｐＦで
あり、図１０の縦軸はその静電容量の変化量ΔＣ ｐＦ
である。これによって赤外線強度を変化することによっ
て静電容量が変化し、赤外線強度を静電容量に対応して
検出することができることが確認される。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、輻射線によってガスを
加熱して膨張させて、半導体ウエハの薄板状の領域を変
形し、基板と前記領域との間の静電容量を検出するよう
にしたので、構成を小形化し、しかも高感度で輻射線の
強度を検出することができるようになり、またガス濃度
を検出することができるようになる。

【００３７】また請求項１の本発明によれば、半導体ウ
エハは輻射線を透過する材料から成り、また請求項４の
本発明によれば、蓋体は輻射線を透過する材料から成
る。したがって輻射線によってこれらの半導体ウエハお
よび蓋体が加熱されて熱放散が抑制されて、充填されて
いるガスを加熱することができるようになり、検出精度
を向上することができる。

【００３８】さらに本発明によれば、前記領域は半導体
ウエハの厚み方向の基板寄りに形成され、これによって
静電容量を大きくして測定精度の向上を図ることができ
る。

【００３９】また本発明によれば、充填されるガスは、
照射されて強度またはガス濃度が検出されるべき輻射線
の吸収スペクトル特性を有し、これによって応答性を向
上し、また感度を向上することができるようになる。

【００４０】本発明によれば、半導体ウエハの前記領域
に形成される一方電極は、その半導体ウエハに不純物を
ドープした導電層から成り、これによって構成の簡略化
を図ることができ、また電気絶縁性基板の半導体ウエハ
側の表面上に形成される他方電極は、前記領域に対向し
た部分にのみ形成されるので、基板の半導体ウエハ側の
表面の全面に前記他方電極を形成した構成に比べて、検
出精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の輻射線の熱形強度検出
装置１の断面図である。

【図２】図１に示される本発明の実施の一形態の熱形強
度検出装置１の平面図である。

【図３】図１および図２に示される熱形強度検出装置１
の斜視図である。

【図４】図１〜３に示される熱形強度検出装置１の簡略
化した断面斜視図である。

【図５】本発明の実施の他の形態の輻射線の熱形強度検
出装置１６の断面図である。

【図６】図５に示される熱形強度検出装置１６の斜視図
である。

【図７】図５および図６に示される熱形強度検出装置１
６の簡略化した分解斜視図である。

【図８】図１〜図７に示される本発明の実施の各形態に
おける電極１２，１３間の静電容量を検出するための手
段２３を示す電気回路図である。

【図９】図１〜図８に示される熱形強度検出装置１，１
６を用いるガス濃度検出装置２８の構成を示す系統図で
ある。

【図１０】本件発明者の実験結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１，１６，３４ 熱形強度検出装置 ２ 基板 ３ シリコンウエハ ４ スペーサ ５ 気密空間 ６ 領域 ７ 支持部 ８，１０ 表面 ９ 側部 １１ 傾斜面 １２，１３ 電極 １４ 輻射線 １７ 第１空間 １８ 蓋体 １９ 第２空間 ２０，２１ 表面 ２８ ガス濃度検出装置 ２９ 輻射線源 ３０ 被検出空間 ３２ 被検出空間形成体 ３６ 表示手段

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、基板に間隔をあけて対向して配
   置されかつ輻射線を透過する材料から成る半導体ウエハ
   であって、輻射線が入射される薄板状の領域と、前記領
   域を囲んで前記領域よりも厚い支持部とを有する半導体
   ウエハと、 基板と半導体ウエハとの間に介在され、前記領域が臨む
   気密空間を形成するスペーサと、 前記空間に充填されるガスと、 基板と前記領域との間の静電容量を検出する手段とを含
   むことを特徴とする輻射線の熱形強度検出装置。
2. 【請求項２】 前記領域は、半導体ウエハの厚み方向の
   基板寄りに形成されることを特徴とする請求項１記載の
   輻射線の熱形強度検出装置。
3. 【請求項３】 前記空間に充填されるガスは、照射され
   る前記輻射線の吸収スペクトル特性を有することを特徴
   とする請求項１または２記載の輻射線の熱形強度検出装
   置。
4. 【請求項４】 基板と、 基板に間隔をあけて対向して配置される半導体ウエハで
   あって、半導体ウエハの厚み方向の基板寄りに形成され
   る薄板状の領域と、前記領域を囲んで前記領域よりも厚
   い支持部とを有する半導体ウエハと、基板と半導体ウエ
   ハとの間に介在され、前記領域が臨む第１空間を形成す
   るス ペーサと、 半導体ウエハに関して基板とは厚み方向反対側に配置さ
   れ、半導体ウエハの支持部に固定され、前記領域との間
   で気密な第２空間を形成し、輻射線を透過する材料から
   成る蓋体と、 前記第２空間に充填されるガスと、 基板と前記領域との間の静電容量を検出する手段とを含
   むことを特徴とする輻射線の熱形強度検出装置。
5. 【請求項５】 第１空間は気密であることを特徴とする
   請求項４記載の輻射線の熱形強度検出装置。
6. 【請求項６】 第２空間に充填されるガスは、照射され
   る輻射線の吸収スペクトル特性を有することを特徴とす
   る請求項４または５記載の輻射線の熱形強度検出装置。
7. 【請求項７】 基板は、電気絶縁性材料から成り、 静電容量検出手段は、 前記領域が不純物をドープした導電層から成る一方電極
   と、 基板の半導体ウエハ側の表面上で、前記領域に対向した
   部分にのみ形成される他方電極と、 これらの一方および他方の電極間の静電容量を検出する
   電気回路とを含むことを特徴とする請求項１〜６のうち
   の１つに記載の輻射線の熱形強度検出装置。
8. 【請求項８】 輻射線の吸収スペクトル特性を有するガ
   スが充填された空間を、半導体ウエハの薄板状領域によ
   って規定し、 前記空間に輻射線を照射し、 前記ガスの膨張による前記領域の変形量を検出すること
   を特徴とする輻射線の熱形強度検出方法。
9. 【請求項９】 （ａ）濃度が検出されるべきガスによる
   輻射線の吸収スペクトルを含む波長を有し、かつ予め定
   める強度を有する輻射線を発生する輻射線源と、 （ｂ）濃度が検出されるべきガスが供給される被検出空
   間を有し、その被検出空間に、輻射線源からの輻射線が
   与えられる被検出空間形成体と、 （ｃ）被検出空間を介する輻射線が与えられる熱形強度
   検出手段であって、この熱形強度検出手段は、 基板と、 基板に間隔をあけて対向して配置されかつ輻射線を透過
   する材料から成る半導体ウエハであって、半導体ウエハ
   の厚み方向の基板寄りに形成され輻射線が入射される薄
   板状の領域と、前記領域を囲んで前記領域よりも厚い支
   持部とを有する半導体ウエハと、 基板と半導体ウエハとの間に介在され、前記領域が臨む
   気密空間を形成するスペーサと、 前記空間に充填され、前記輻射線の吸収スペクトル特性
   を有するガスと、基板と前記領域との間の静電容量を検
   出する手段とを有する熱形強度検出手段と、 （ｄ）静電容量検出手段の出力に応答し、その静電容量
   に対応する被検出空間内のガスの濃度を表す信号を出力
   する手段とを含むことを特徴とするガス濃度検出装置。
10. 【請求項１０】 （ａ）濃度が検出されるべきガスによ
    る輻射線の吸収スペクトルを含む波長を有し、かつ予め
    定める強度を有する輻射線を発生する輻射線源と、 （ｂ）濃度が検出されるべきガスが供給される被検出空
    間を有し、その被検出空間に、輻射線源からの輻射線が
    与えられる被検出空間形成体と、 （ｃ）被検出空間を介する輻射線が与えられる熱形強度
    検出手段であって、この熱形強度検出手段は、 基板と、 基板に間隔をあけて対向して配置される半導体ウエハで
    あって、半導体ウエハの厚み方向の基板寄りに形成され
    る薄板状の領域と、前記領域を囲んで前記領域よりも厚
    い支持部とを有する半導体ウエハと、 基板と半導体ウエハとの間に介在され、前記領域が臨む
    第１空間を形成するスペーサと、 半導体ウエハに関して基板とは厚み方向反対側に配置さ
    れ、半導体ウエハの支持部に固定され、前記領域との間
    で気密な第２空間を形成し、輻射線を透過する材料から
    成る蓋体と、 前記第２空間に充填され、前記輻射線の吸収スペクトル
    特性を有するガスと、基板と前記領域との間の静電容量
    を検出する手段とを有する熱形強度検出手段と、 （ｄ）静電容量検出手段の出力に応答し、その静電容量
    に対応する被検出空間内のガスの濃度を表す信号を出力
    する手段とを含むことを特徴とするガス濃度検出装置。