KR20050032491A - 분석 장치 - Google Patents
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Abstract
분석 장치는 사전결정된 파장을 가진 광을 선택적으로 출력하는 파장 가변 필터(1)와, 이 파장 가변 필터(1)로부터 출력되어서 피측정물을 통과하거나 피측정물에 의해 반사된 광을 수광하는 PD(421)를 포함한다. 파장 가변 필터는 광투과성을 가지고 있으며 가동부(31)를 포함한 제 1 기판(3)과, 제 1 기판에 대향하도록 설치되며 광투과성을 가진 제 2 기판(2)과, 제 1 기판의 가동부와 제 2 기판 사이에 각각 설치된 제 1 갭(21) 및 제 2 갭(22)과, 가동부와 제 2 기판(2) 사이에서 제 2 갭(22)을 통해서 파장 가변 필터에 입사하며 사전결정된 파장을 가진 광과의 간섭을 일으키는 간섭부와, 가동부(31)를 제 1 갭(21)을 사용해서 제 2 기판(2)에 대해서 변위시킴으로써 제 2 갭(22)의 간격을 변경하는 구동부를 포함한다.
Description
본 발명은 분석 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 파장 가변 필터를 사용하는 분석 장치에 관한 것이다.
파장 가변 필터를 사용하는 분석 장치는 알려져 있다. 이러한 분석 장치에서, 분석 장치 내의 피측정물(물질)에 광(적외선)이 조사되면, 사전결정된 파장을 가진 광은 이 물질에 흡수된다. 분석 장치를 사용해서 물질이 흡수한 광의 파장을 조사함으로써, 그 물질을 이루고 있는 원자의 종류 및 원자의 결합 구조를 알 수 있다.
본 발명에 관한 분석 장치의 관련 특허는 다음과 같은 것이 있다.
<표면 마이크로 머시닝에 의해 형성된 필터>
이 종래의 분석 장치에서, 가변 갭의 두께는 희생 층의 두께에 의해서만 제어된다. 이러한 방법에 의하면, 희생층을 형성하는 조건에 따라서는 가변 갭의 두께에 편차가 생기며, 박막과 구동 전극 사이의 쿨롱력(Coulomb force)이 일정하지 않아서 구동이 안정적이지 못하다는 단점이 있다. 또한, 종래의 파장 가변 필터는 가동부를 기판의 표면으로부터 돌출시킨 구조를 갖고 있기 때문에 두께가 두껍다(일본 특허 공보 제 2000-174721 호 참조).
<SOI 웨이퍼를 이용한 필터>
한편, 미국 특허 제 6,341,039 호에는 SOI(Silicon on Insulator)의 SiO2층을 희생층으로서 이용해서 형성된 가변 갭을 구비한 필터가 개시되어 있다. 이와 같이 SOI의 SiO2층을 희생층으로서 이용함으로써, 가변 갭을 매우 정확하게 형성할 수 있다. 그러나, 구동 전극과 가동부 사이에 절연 구조가 형성되어 있지 않기 때문에 큰 정전 인력이 발생한 경우에는, 가동부와 구동 전극이 접촉한다는 문제가 있다(미국 특허 제 6,341,039호 참조).
<두가지 방식의 필터 모두에 공통인 문제점>
두가지 방식의 필터 모두에서, 최종적으로 희생층을 릴리스해서 가변 갭을 형성한다. 따라서 릴리스용 액체를 희생층에 공급하기 위한 릴리스 홀이 필요하다. 이 때문에 쿨롱력이 작용하는 면적이 감소해서 구동 전압이 증가한다는 문제가 있다. 또한, 가변 갭이 작으면, 희생층을 릴리스할 때에 박막과 구동 전극 기판이 접착하는 현상이 발생한다(즉, "스티킹(sticking)"이라 불리는 현상이 발생한다). 이러한 환경에서, 희생층을 릴리스하지 않고 제조될 수 있는 필터가 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 릴리스 홀을 필요로 하지 않는 간단한 제조 공정을 통해서 제조될 수 있으며, 가동부가 안정되게 구동될 수 있는, 더 간단한 구조와 작은 크기를 갖는 분석 장치를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 분석 장치는 사전결정된 파장의 광을 선택적으로 출력하는 파장 가변 필터와, 파장 가변 필터로부터 출력되고, 또한 피측정물을 투과 또는 반사한 광을 수광하는 수광부를 구비하고 있으며, 광투과성을 갖고 있으며 파장 가동부를 포함하는 제 1 기판과, 광투과성을 갖고 있으며 제 1 기판에 대향하는 제 2 기판과, 가동부와 제 2 기판 사이에 마련된 제 1 갭 및 제 2 갭과, 가동부와 제 2 기판 사이에서 제 2 갭을 통해서 파장 가변 필터로 들어오는 사전결정된 파장을 가진 광과의 간섭을 발생시키는 간섭부와, 제 1 갭을 이용해서 가동부를 제 2 기판에 대해서 변위시킴으로써 제 2 갭의 간극을 변경하는 구동부를 포함한다.
이러한 구조를 가진 본 발명에 따르면, 구조가 간소화되고, 크기가 소형화된 분석 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 분석 장치는 릴리스 홀을 사용할 필요가 없기 때문에 용이하게 제조될 수 있으며, 가동부를 안정적으로 구동할 수 있다.
본 발명의 분석 장치에 있어서, 제 1 기판에서 제 2 기판이 제공되는 측과 반대측에 수광부가 제공되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 구조가 간소하며 소형인 분석 장치를 제공할 수 있다.
또한, 분석 장치는 피측정물이 위치되는 유로(a flow passage)를 더 포함하되, 수광부가 이 유로 내부에 제공되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 구조가 간소하며 소형인 분석 장치를 제공할 수 있다.
또한 분석 장치는 파장 가변 필터에 대향해서 제공되는 제 3 기판을 포함하며, 이 제 3 기판과 파장 가변 필터 사이에 유로가 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해 유로를 용이하고 확실하게 제공할 수 있다.
이러한 배치에서, 유로는 간섭부의 대응하는 부분을 지나도록 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해 구조를 간소화할 수 있다. 또한 제 3 기판은 제 2 기판 상에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해 유로를 용이하고 확실하게 제공할 수 있다. 또한 제 3 기판은 광투과성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해 광이 효율적으로 투과될 수 있는 분석 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 분석 장치에서, 사전결정된 파장을 가진, 파장 가변 필터로부터 출력된 광은 피측정물을 지나서 수광부에 수광된다.
또한, 피측정물을 투과하거나 피측정물에 의해 반사된 광 중 사전결정된 파장을 가진 광은 파장 가변 필터로부터 선택적으로 출력되어서 수광부에 의해 수광되는 것이 바람직하다.
본 발명의 분석 장치에서, 제 2 기판은 가동부와 대향하는 표면을 갖고 있으며, 여기에는 가동부와 함께 제 1 갭을 제공하는 제 1 오목부와 제 1 오목부보다 깊이가 깊게 제 2 오목부가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 특성에 따르면, 가동부를 변위시키기 위한 제 1 갭 및 광을 간섭하기 위한 제 2 갭이 동일한 기판을 사용해서 제공되기 때문에, 구조가 간소화되고 소형이며 간단한 제조 공정을 사용해서 제조될 수 있는 분석 장치를 제공할 수 있다.
이러한 배치에서, 제 1 오목부는 제 2 오목부의 외주부에 제 2 오목부에 연속해서 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광을 효율적으로 투과시킬 수 있고, 가동부를 안정적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 장치에서, 구동부는 쿨롱력을 사용해서 가동부를 변위시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 가동부를 안정적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 장치에서, 제 2 기판은 구동 전극을 구비하되 이는 제 2 기판의 제 1 오목부 표면 상에 제공되며, 여기서 가동부와 구동 전극 사이에는 쿨롱력이 생성된다. 이에 의해 가동부를 안정적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 장치에서, 에칭 공정을 사용해서 제 1 갭 및 제 2 갭을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해 정밀도 높은 제 1 갭 및 제 2 갭을 형성할 수 있다.
그러나, 본 발명의 분석 장치에서, 제 1 기판은 실리콘인 것이 바람직하다. 이에 의해 구조 및 그 제조 공정을 간소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 장치에서, 제 1 기판의 가동부는 위에서 봐서 실질적으로 원형인 것이 바람직하다. 이에 의해, 가동부를 효율적으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 장치에서, 제 2 기판은 유리로 이루어진 베이스 본체를 구비하는 것이 바람직하다. 이에 의해 정밀도 높은 기판을 형성할 수 있어서 광이 효율 좋게 투과될 수 있는 분석 장치를 제공할 수 있다. 이 경우, 유리는 알카리 금속을 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해 제조를 더 용이하게 할 수 있고, 제 1 기판과 제 2 기판을 높은 밀착성으로 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 분석 장치에서, 가동부는 제 2 갭에 대응하는 면을 가지되, 제 1 반사막이 가동부의 이 표면 상에 설치되고, 제 2 반사막이 제 2 기판의 제 2 오목부의 표면 상에 설치된다. 이에 의해 광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 이러한 배치에서 제 1 반사막 및 제 2 반사막은 각각 다층막으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해 막 두께를 용이하게 변화시킬 수 있어서 반사막의 제조 공정을 간소화시킬 수 있다. 또한 제 1 반사막은 절연성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해 간단한 구조로 가동부와 제 2 기판 사이에 확실한 절연성을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 분석 장치에서, 가동부의 제 2 갭과 대향하는 측 면과 제 2 기판의 제 2 갭과 대향하는 측 면 중 적어도 한쪽에 반사 방지막이 설치되는 것이 바람직하다. 이에 의해 광의 반사를 억제해서 광을 효율적으로 투과시킬 수 있다. 이 배치에서, 반사 방지막은 다층막으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해 막 두께를 용이하게 변경할 수 있어서 반사 방지막의 제조 공정을 간소화시킬 수 있다.
이러한 목적은 본 발명의 구조 및 이점은 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시예를 고려함으로써 더욱 자명하게 될 것이다.
이하, 본 발명에 따른 분석 장치가 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조로 설명될 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 분석 장치의 제 1 실시예를 도시하는 단면도이고, 도 1은 도 2의 선 A-A에 따른 단면도로, 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 실시예를 도시하고 있으며, 도 2는 도 1의 파장 가변 필터의 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는, 배선이 부착되는 형태의 파장 가변 필터의 실시예를 도시하는 단면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 바에 따른 분석 장치를 사용하는 분광 광도계의 구성을 도시하는 블록도이다.
또한, 이하 설명에서 도 1, 7, 8에서의 상부측 및 하부측을 각각 "상" 및 "하"라고 한다.
분석 장치(4)는 파장 가변 필터(1), 유로용 기판(41:제 3 기판), 수광용 기판(42) 및 도전성을 가진 구형의 납물질인 범프(43)를 포함한다. 이 분석 장치에서, 수광용 기판(42) 및 유로용 기판(41)은 파장 가변 필터(1)를 통해서 서로 대향하도록 설치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 파장 가변 필터(1)는 제 1 기판(3), 제 1 기판(3)에 대향해서 설치된 베이스 기판(제 2 기판(2)), 제 1 갭(21) 및 제 2 갭(22)을 포함한다. 제 1 갭(21) 및 제 2 갭(22)은 모두 제 1 기판(3)과 베이스 기판(2) 사이에 각각 제공된다.
제 1 기판(3)은 가동부(31), 이 가동부(31)를 변위시킬 수 있도록(즉, 이동시킬 수 있도록) 지지하는 지지부(32), 가동부(31)에 전류를 공급하는 통전부(33)를 포함한다. 가동부(31)는 제 1 기판(3)의 거의 중심에 설치된다.
제 1 기판(3)은 도전성 및 광투과성을 갖고 있다. 또한 제 1 기판(3)은 실리콘(Si)으로 이루어져 있다. 가동부(31), 지지부(32) 및 통전부(33)는 일체적으로 형성된다.
베이스 기판(2)은 제 1 오목부(211) 및 제 2 오목부(221)를 구비한 베이스 본체(20), 구동 전극(23), 도전층(231), 광입사부(광투과부:24), 반사 방지막(100) 및 제 2 반사막(210)을 포함한다.
베이스 본체(20)는 광투과성을 갖고 있다. 베이스 본체(20)의 구성 재료의 예는 소다 유리, 결정성 유리, 석영 유리, 납 유리, 칼륨 유리, 붕규산염 유리, 붕규산염나트륨 유리 및 무알카리유리와 같은 다양한 유리 재료 및 실리콘 등을 포함한다. 이들 중에서, 나트륨(Na)과 같은 알카리 금속 함유 유리가 사용되는 것이 바람직하다.
이와 같은 관점에서, 소다 유리, 칼륨 유리, 붕규산염 유리 등이 베이스 본체(20)의 구성 물질로 사용될 수 있다. 특히, 파이렉스(Pyrex) 유리(코닝사의 등록 상표)가 사용되는 것이 바람직하다. 베이스 본체(20)의 두께는 특정 수치에 한정되는 것이 아니라 그 구성 물질 및 분석 장치의 사용 목적에 따라서 적절하게 결정되지만, 바람직하게는 10 내지 2,000㎛이고, 더 바람직하게는 100 내지 1,000㎛의 범위에 있다.
가동부(31)와 대향하는 베이스 본체(20)의 표면에는 제 1 오목부(211) 및 제 1 오목부보다 더 깊은 제 2 오목부(221)가 설치된다. 제 1 오목부(211)는 제 2 오목부(221)의 주위에 제 2 오목부(221)에 연속해서 설치된다.
제 1 오목부(211)의 외형 형상은 가동부(21)에 거의 대응하지만(상세하게 후술될 것이다), 제 1 오목부(211)의 치수(외형 치수)는 가동부(31)의 치수보다 약간 크게 설정된다.
제 2 오목부(221)의 외형 형상도 가동부(31)의 외형 형상에 거의 대응하지만, 제 2 오목부(221)의 치수는 가동부(31)의 치수보다 약간 작게 설정된다. 이와 같은 구조로 인해서, 가동부(31)의 외주부(즉, 가동부(31)의 외측부)를 제 1 오목부와 서로 대향하게 할 수 있다.
이런 구조에서, 제 1 오목부(211) 및 제 2 오목부(221)는 후술하는 바와 같이 베이스 본체(20)의 표면으로부터 에칭 처리를 실시해서 형성하는 것이 바람직하다.
제 1 오목부(211) 및 가동부(31)가 이루는 공간이 제 1 갭(21)을 형성한다. 즉, 제 1 갭(21)은 가동부(31)와 제 1 오목부(211) 사이에 형성된다.
마찬가지로, 제 2 오목부(221)와 가동부(31)가 이루는 공간이 제 2 갭(22)을 형성한다. 즉, 제 2 갭(22)은 가동부(31)와 제 2 오목부(221) 사이에 형성된다.
제 1 갭(21)의 크기는 특정 치수에 한정되는 것이 아니라 파장 가변 필터의 사용 목적에 따라서 적절하게 결정되지만 약 0.5 내지 20㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 제 2 갭(22)의 크기도 특정 치수에 한정되는 것이 아니라 파장 가변 필터의 사용 목적에 따라 적절하게 결정되지만 약 1 내지 100㎛ 사이의 범위에 있는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 가동부(31)는 위에서 보았을 때 실질적으로 원형 형상을 갖는 다. 이에 의해 가동부(31)를 효율적으로 구동할 수 있다.
가동부(31)의 두께는 특정 치수에 한정되는 것이 아니라 그 구성 물질 및 파장 가변 필터의 사용 목적에 따라서 적절하게 결정되지만, 약 1 내지 500㎛ 사이의 범위에서, 더 바람직하게는 10 내지 100㎛ 사이의 범위에 있다.
제 2 오목부(221)에 대향하는 가동부(31)의 표면에는(즉, 가동부(31)의 하면), 광을 효율적으로 반사하는 제 1 반사막(HR 코팅:200)이 설치되어 있다. 반면에, 제 2 오목부(221)에 대향하지 않는 가동부(31)의 표면에는(즉, 가동부(31)의 상면에는), 반사 방지막(AR 코팅:100)이 설치되어서 광의 반사를 방지한다. 가동부(31)의 형상이 도시된 형상에 한정되는 것이 아니라는 것은 말할 필요도 없다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 기판(3)의 거의 중심부에는 4개의 지지부(32)가 설치된다. 이들 지지부(32)는 탄성(가요성)을 갖고 있고, 가동부(31) 및 통전부(33)와 일체로 형성되어 있다. 지지부(32)는 등각도 간격으로(즉, 지지부(32)가 90°씩 두고) 가동부(31)의 외주면을 따라서 설치된다. 가동부(31)는 도 1의 상하 방향으로 지지부(32)를 통해서 자유롭게 이동될 수 있다. 또한, 지지부(32)의 수는 4개에 한정되는 것은 아니라는 것에 주의한다. 예컨대, 지지부(32)의 수는 2개, 3개 또는 5개 혹은 그 이상이 될 수 있다. 또한, 각각의 지지부(32)의 형상은 도시된 것에 한정되는 것은 아니다.
제 1 기판(3)은 통전부(33)를 통해서 베이스 기판(2)에 접합된다. 통전부(33)은 그 지지부(32)를 통해서 가동부(31)에 접속되어 있다.
베이스 기판(20)의 하면에 제공된 광입사부(24)는 오목부(241)를 형성한다. 광은 광입사부(24)를 통해서 파장 가변 필터(1)에 입사한다. 광입사부(24)의 한쪽 면에는, 반사 방지막(100)이 제공된다.
제 2 오목부(221)의 표면상에는, 제 2 반사막(210)이 설치된다. 또한, 제 1 오목부(211)의 상면 상에는 도전층(231)에 연속하는 구동 전극(23)이 층형상 혹은 막형상으로 제공된다. (도전층의 일부인)도전층(231)은 구동 전극(23)으로부터 베이스 본체(20)의 끝으로 각각 연장한다. 또한, 구동 전극(23) 및 도전층(231)의 상면에는 제 2 반사막(210)도 제공된다.
구동 전극(23) 및 도전층(231, 231) 각각은 도전성을 가진 금속으로 이루어진다. 구동 전극(23) 및 도전층(231) 구성 재료의 예는 Cr, Al, Al 합금, Ni, Zn 및 Ti과 같은 금속, 탄소 및 티타늄이 분산한 수지, 다결정 실리콘(폴리실리콘) 및 아모포스 실리콘과 같은 실리콘, 실리콘 질화물, ITO와 같은 투명도전재료 및 Au를 들 수 있다.
구동 전극(23) 및 도전층(231) 각각의 두께는 특정 치수에 한정되는 것이 아니라 그 구성 물질 및 파장 가변 필터의 사용 목적에 따라서 적절하게 결정되지만, 바람직하게는 0.1 내지 5㎛의 범위에 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 파장 가변 필터(1)의 통전부(33) 및 도전층(231)은 배선(50)을 통해서 회로 기판(도시 생략)에 접속된다. 배선(50)은 땜납과 같은 납 물질을 사용해서 통전부(33) 및 도전층(231) 각각에 접속된다. 이와 같이 통전부(33) 및 도전층(231)은 배선(50) 및 회로 기판을 통해서 전원(104:이하 설명함)에 접속되어서, 가동부(31) 및 구동 전극(23)에 전압이 인가된다.
구동 전극(23) 및 가동부(31)에 전압이 인가되면, 구동 전극(23) 및 가동부(31)는 역극성으로 충전되며 이에 의해 이들 사이에 쿨롱력이 생성된다. 이에 의해 가동부(31)는 쿨롱력에 의해 전후로 이동되고 정지한다. 이 경우, 예컨대 인가되는 전압을 연속적으로 혹은 점진적으로 변경함으로써, 가동부(31)를 베이스 기판(2)에 대해서 상하 방향으로 사전결정된 위치로 이동시킬 수 있다. 즉, 거리 x를 소정 값으로 조절(변경)할 수 있고, 이에 의해 미리 결정된 파장을 가진 광을 출사하는 것이 가능하다(이는 더 후술될 것이다).
전극(23), 제 1 갭(21) 및 가동부(31)의 외주부가 구동부(액츄에이터)의 주요 부분을 형성하며, 이는 쿨롱력으로 구동된다.
이 실시예의 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)은 각각 절연성을 갖고 있다. 즉, 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)은 절연막의 역할도 한다. 따라서, 제 1 반사막(200)은 구동 전극(23)과 가동부(31)가 서로 단락하는 것을 방지한다. 또한, 제 2 반사막(210)은 도전층(231)과 제 1 기판(3)이 서로 단락하는 것을 방지한다.
이 실시예에서, 반사 방지막(100), 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)은 각각 다층막으로 이루어진다. 각각의 층의 두께, 층의 수 및 각 층의 재료를 적절하게 설정(조절)함으로써, 사전결정된 파장을 가진 광을 투과시키거나 반사시킬 수 있는 다층막을 형성할 수 있다(즉, 다양한 특성을 가진 다층막을 형성할 수 있다). 이런식으로, 반사 방지막(100), 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)이 용이하게 형성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 파장 가변 필터(1)의 하면 상에는 유로용 기판(41)이 설치된다. 또한, 도 8에 도시된 유로용 기판(41)의 하면 및 상면에는 반사 방지막(110, 111)이 각각 제공되며, 이를 통해서 광이 광입사부(24)로 입사한다. 이 경우, 반사 방지막(110, 111) 각각은 반사 방지막(100)에 사용된 것과 같은 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 유로용 기판(41)은 광투과성을 갖고 있다. 유로용 기판(41)의 구성 재료의 예는 실리콘, 유리, 폴리이미드 테이프 등을 들 수 있다. 또한, 유로용 기판(41)은 파장 가변 필터(1)에 접합된다. 유로용 기판(41)은 파장 가변 필터(1)에 접합하는 방법은 특정 방법에 한정되는 것이 아니며, 양극 접합에 의해 접합될 수도 있고, 파장 가변 필터의 베이스 기판 상에 형성된 홈에 도포된 접착 물질을 통해서 접합될 수도 있다.
파장 가변 필터(1)의 제 3 오목부(241)에 의해 제공되는 공간이 유로(44)를 형성한다. 즉, 파장 가변 필터(1)와 유로용 기판(41) 사이에 형성된 공간이 유로(44)를 형성한다. 유로(44)의 사전결정된 위치에는 피측정 물질인 시료가 위치된다. 이 시료는 액체 또는 겔의 형태가 될 수 있다. 또한, 이 시료는 광투과성을 가진 용기 내에 넣어진 상태로 유로(44)에 위치될 수 있다. 또한 유로(44) 내에 직접 유도될 수도 있다.
파장 가변 필터(1)의 상면 상에, 즉 제 1 기판(3)에서 베이스 기판(2)이 제공되는 측과 대향하는 측에 수광 기판(42)이 제공된다. 수광 기판(42)은 수광부로서 PD(421:광 다이오드)를 포함하고, PD(421)에 접속된 도전층(422, 422)을 포함한다.
파장 가변 필터(1)로부터 발산된 광의 광축 상의 사전결정된 위치에는 PD(421)가 배치된다. 이런식으로, 파장 가변 필터(1)로부터 발산한 광은 PD(421)에 의해 수광된다. PD(421)는 범프(43)를 통해서 파장 가변 필터에 사전결정된 공간을 두고 접속된다.
PD 기판(42)의 하면 상에 설치된 도전층(422, 422)은 각각 범프(43)와 접촉한다. 또한, 파장 가변 필터(1)의 통전부(33)의 상면 상(즉 범프(43)와 접촉하는 표면)에는 절연막(424)을 통해서 도전층(423)이 제공된다. 이런식으로, PD(421)로부터 나온 전류는 도전층(423)을 통해서 출력된다.
제 1 실시예의 분석 장치(4)에 따라서, PD(421), 파장 가변 필터(1) 및 유로용 기판(41)이 일체로 설치되기 때문에, 분석 장치의 크기를 줄일 수 있어서 광축을 조정할 필요가 없다.
다음으로, 분석 장치(4)를 제조하는 방법에 대해 도 3 내지 도 6을 참조로 설명될 것이다.
<1> 우선, 분석 장치(4)를 제조하기 전에 투명 기판(즉, 광투과성을 가진 기판:5)이 마련된다. 투명 기판(5)은 왜곡이나 흠이 없이 균일한 것이 바람직하다. 투명 기판(5)의 구성 재료는 베이스 본체(20)에 대해서 위에 설명된 바와 같은 재료가 사용될 수 있다. 특히 상부 Si 층(73)과 실질적으로 같은 열팽창율을 가진 재료가 사용되는 것이 바람직하며(이하 더 설명된다), 그 이유는 투면 기판(5)이 상부 Si층(73)과 양극 접합될 때 가열되기 때문이다.
<2> 다음으로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 마스크 층(6)이 투명 기판(5)의 상면 및 하면에 각각 제공되어서(이하, 투명 기판(5)의 상면에 제공된 마스크 층(6)은 "상부 마스크 층(6)"이라 하고, 투명 기판(5)의 하면에 제공된 마스크 층(6)은 "하부 마스크 층(6)"이라 한다), 투명 기판(5)이 마스킹된다. 마스크 층(6)의 구성 재료의 예는 Au/Cr, Au/Ti, Pt/Cr 및 Pt/Ti와 같은 금속, 다결정성 실리콘(폴리실리콘) 및 아모포스 실리콘과 같은 실리콘, 실리콘 질화물을 들 수 있다. 마스크 층(6)용으로 실리콘을 사용하면 마스크 층(6)과 투명 기판(5) 사이의 접착력을 개선한다. 마스크 층(6)용으로 금속을 사용하면 마스크 층(6)의 시인성이 향상된다.
마스크 층(6)의 두께는 특정 치수에 한정되는 것은 아니지만, 약 0.01 내지 1㎛의 범위, 더 바람직하게는 0.09 내지 0.11㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 마스크 층(6)이 너무 얇으면, 마스크 층(6)은 투명 기판(5)을 충분히 보호할 수 없다. 반면에 마스크 층(6)이 너무 두꺼우면 마스크 층(6)은 자체의 내부 응력에 의해서 쉽게 벗겨진다. 예컨대, 마스크 층(6)은 화학 기상 증착법(CVD 방법)과 같은 기상 층착법 및 스퍼터링 방법 및 기상 성막법, 또는 도금 방법 등에 의해서 형성될 수 있다.
<3> 다음으로, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 개구부(61, 62)가 마스크 층(6)에 형성된다. 개구부(61)는 제 1 오목부(211)가 형성되는 위치에 형성된다. 개구부(61)의 형상(평면 형상)은 형성되는 제 1 오목부(211)의 형상(평면 형상)에 대응한다. 개구부(62)는 제 1 오목부(211)가 형성되는 위치의 반대 위치에서 하부 마스크 층(6)에 형성된다. 개구부(62)의 형상(평면 형상)은 다음 단계에서 형성되는 제 2 오목부(221)의 형상(평면 형상)에 대응한다.
이들 개구부(61, 62)는 예컨대 포토리소그래피 방법에 의해서 용이하게 형성될 수 있다. 특히, 개구부(61)에 대응하는 패턴을 가진 레지스트 층(도시 생략)은 상부 마스크 층(6) 상에 형성되고, 개구부(62)에 대응하는 패턴을 가진 레지스트 층(도시 생략)은 하부 마스크 층(6) 상에 형성된다. 다음으로, 상부 마스크 층(6)의 일부는 레지스트 층을 마스크로서 사용해서 제거되며, 이후에 레지스트 층이 제거된다. 하부 마스크 층(6)에 대해서 동일하게 수행된다. 여기서 마스크 층(6)의 일부는 예컨대, CF 가스 또는 염소계 가스를 사용하는 건식 에칭에 의해, 혹은 플루오르화산과 질산의 수용액 또는 알카리 수용액과 같은 박리액에 침식시킴으로써(즉 습식 에칭) 제거될 수 있다는 것에 주의한다.
<4> 다음으로, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 제 1 오목부(211) 및 제 3 오목부(241)는 투명 기판(5)에 형성된다. 제 1 오목부(211) 및 제 3 오목부(241)를 형성하는 방법의 예는 건식 에칭 방법 및 습식 에칭 방법 등을 들 수 있다. 투명 기판(5)에 이와 같은 에칭 방법을 적용시킴으로써, 개구부(61) 및 개구부(62)가 등방성 에칭되어서 원통형상을 가진 제 1 오목부(211) 및 제 3 오목부(241)가 각각 형성된다.
특히, 습식 에칭을 통해서 더 이상적인 원통 형상을 가진 제 1 오목부(211) 및 제 3 오목부(241)를 형성할 수 있다. 습식 에칭에 사용되는 에칭액으로서는 플루오르화산계 에칭액이 바람직하게 사용될 수 있다. 이 때, 에칭액에 클리세린 등의 알콜(특히 다가(polyhydric) 알콜)을 첨가함으로써, 매우 매끄러운 표면을 가진 제 1 오목부(211) 및 제 3 오목부(241)를 획득할 수 있다.
<5> 다음으로, 마스크 층(6)이 제거된다. 마스크 층(6)은 예컨대 알카리 수용액(예컨대, 테트라메틸 수소화 암모늄 수용액 등), 염산과 질산 수용액과 같은 박리액(제거액)에 침식시킴으로써(즉, 습식 에칭) 혹은 CF 가스 또는 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 제거될 수 있다.
특히, 투명 기판(5)을 제거액에 침식시킴으로써, 마스크 층(6)을 용이하고 효율적으로 제거할 수 있다. 이런식으로 도 3(d)에 도시된 바와 같이, 제 1 오목부(211) 및 제 3 오목부(241) 각각이 투명 기판의 사전결정된 위치에 형성된다.
제 2 오목부(221)는 제 1 오목부(211)에 대해서 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 형성될 수 있다.
이 경우 도 4(e)에 도시된 바와 같이, 제 2 오목부(221)가 형성될 때, 형성되는 개구부의 면적 또는 단계 <4>의 에칭 조건(예컨대, 에칭 시간, 에칭 온도 및 에칭액 조성 등) 중 적어도 하나는 제 1 오목부(211)를 형성하는 조건과 다르다. 제 2 오목부(221)를 형성하는 조건 중 일부를 제 1 오목부(211)와 다르게 함으로써, 제 1 오목부(211)와는 다른 치수를 가진 제 2 오목부(221)를 용이하게 형성할 수 있다.
이런식으로, 도 4(f)에 도시된 바와 같이, 제 1 오목부(211), 제 2 오목부(221) 및 광입사부(24)가 투명 기판(5)의 소정 위치에 형성된다.
다음 단계에서, 구동 전극(23) 및 도전층(231)은 투명 기판(5)의 표면 상에 형성된다.
<6> 특히 투명 기판(5)의 상면 및 제 1 오목부(211)의 표면 상에는 마스크 층(도시 생략)이 형성된다. 구동 전극(23) 및 도전층(231)의 구성 재료(즉 마스크 층의 구성 재료)의 예는 Cr, Al, Al 합금, Ni, Zn 및 Ti과 같은 금속, 탄소 및 티타늄이 분산된 수지, 다결정 실리콘(폴리실리콘) 및 아모포스 실리콘과 같은 실리콘 및 ITO와 같은 투명 도전 물질을 포함한다. 구동 전극(23) 및 도전층(231)의 두께는 예컨대, 0.1 내지 0.2㎛인 것이 바람직하다. 구동 전극(23) 및 도전층(231)은 기상 층착법, 스퍼터링 법 및 이온 도금법 등으로 형성될 수 있다.
<7> 다음으로, 도 4(g)에 도시된 바와 같이, 구동 전극(23) 및 도전층(231, 231)은 마스크 층을 사용해서 형성된다. 구동 전극(23)은 제 1 오목부(211)의 상면 상에 설치되고, 도전층(231)은 투명 전극(5)의 상면에 구동 전극(23)에 연속하도록 설치된다. 이 경우, 구동 전극(23)의 형상(평면 형상)은 제 1 오목부(211)의 형상(평면 형상)에 대응한다.
구동 전극(23) 및 도전층(231)은 예컨대 포토리소그래피 법을 통해서 형성될 수 있다. 특히, 구동 전극(23) 및 도전층(231)에 대응하는 패턴을 가진 레지스트 층(도시 생략)은 마스크 층에 형성된다. 다음으로, 마스크 층의 일부는 레지스트 층을 마스크로서 사용해서 제거된다. 이후에, 레지스트 층이 제거된다. 이런식으로 구동 전극(23) 및 도전층(231)이 형성된다. 이에 대해 마스크 층의 일부는 예컨대 CF 가스 또는 염소계 가스를 사용한 건식 에칭에 의해 혹은 플루오르화산과 질산의 수용액 또는 알카리 수용액과 같은 박리액에 침식시킴으로써(즉, 습식 에칭) 제거될 수 있다는 것에 주의한다.
<8> 다음으로, 도 4(h)에 도시된 바와 같이, 제 1 오목부(211)의 상면, 구동 전극(23)의 표면 및 도전층(231)의 표면 상에는 제 2 반사막(210)이 제공된다. 또한, 광입사부(24)의 표면 상에는 반사 방지막(100)이 제공된다. 이 제조 방법에서, 각각의 반사 방지막(100) 및 제 2 반사막(210)은 다층막으로 형성된다. 다층막의 구성 재료의 예는 SiO2, Ta2O5 및 SiN을 들 수 있다.
이러한 재료로 이루어진 층을 서로 번갈아 적층함으로써, 사전결정된 두께를 가진 다층막을 획득할 수 있다. 제 2 반사막(210)은 0.1 내지 12㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
이런식으로, 도 4(h)에 도시된 바와 같이, 제 1 오목부(211), 제 2 오목부(221) 및 구동 전극(23), 제 2 반사막(210) 및 반사 방지막(100)이 투명 기판(5)의 사전결정된 위치에 설치된 베이스 기판(제 2 기판:2)이 획득될 수 있다. 이 베이스 기판(2)은 위에 설명된 파장 가변 필터에 사용된다.
이하, 웨이퍼를 사용해서 가동부(31), 지지부(32) 및 통전부(33)를 형성하는 방법 및 형성된 가동부(31) 및 베이스 기판(2)을 사용해서 파장 가변 필터를 제조하는 방법이 도 5 내지 도 6을 참조로 설명될 것이다.
우선, 가동부(31)를 형성하기 위한 웨이퍼(7)가 준비된다. 이러한 웨이퍼(7)는 예컨대, 다음과 같은 방식으로 형성될 수 있다.
이 웨이퍼(7)는 표면을 경면으로 할 수 있는 특성을 갖고 있다. 이러한 관점에서, 웨이퍼(7)로서, 예컨대 SOI(Silicon on Insulator) 기판, SOS(Silicon on Sapphire) 기판 또는 실리콘 기판이 사용될 수 있다.
이와 같은 제조 방법에서, SOI 기판이 웨이퍼(7)로서 사용된다. 웨이퍼(7)는 Si 베이스 층(71), SiO2층(72), 상부 Si층(활성층:73)의 3층을 포함하는 적층 구조를 갖도록 형성된다. 웨이퍼(7)의 두께는 특정 치수에 한정되는 것은 아니지만, 상부 Si 층(73)은 약 10 내지 100㎛의 두께 범위를 갖는 것이 바람직하다.
<9> 우선, 도 5(i)에 도시된 바와 같이, 이하 설명되는 접합 단계 이후에 제 1 반사막(200)이 제 2 오목부(221)와 대향하도록 제 2 반사막(200)이 상부 Si층(73)의 하면 상에 설치된다.
<10> 다음으로, 도 5(j)에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(7)의 상부 Si층(73)은 베이스 기판(2)의 상면에 접합되며, 이 표면은 제 2 오목부(221)가 설치되는 표면이다. 이러한 접합은 예컨대 양극 접합으로 수행될 수 있다.
양극 접합은 예컨대, 다음과 같은 방식으로 수행된다. 우선 베이스 기판(2)이 직류 전원(도시 생략)의 음극 단자에 접속되고, 상부 Si 층(활성층:73)이 직류 전원의 양극 단자에 접속된다. 이후에 전압이 베이스 기판(2)을 가열시키면서 인가된다. 베이스 기판(2)의 가열은 베이스 기판(2)의 Na+의 이동을 용이하게 해서 베이스 기판(2)의 표면이 음 충전되고, 웨이퍼(7)의 표면은 양 충전된다. 그 결과, 베이스 기판(2) 및 웨이퍼(7)는 강고하게 접합된다.
이 제조 방법에서, 양극 접합이 사용되지만, 접합 방법은 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 고온 가압 접합, 접착제를 사용한 접합 또는 저융점 유리를 사용한 접합이 사용될 수 있다.
<11> 다음으로, 도 5(k)에 도시된 바와 같이, Si 베이스 층(71)이 에칭 혹은 폴리싱에 의해 제거된다. 에칭 방법에 대해서, 예컨대 습식 에칭 혹은 건식 에칭이 사용될 수 있지만, 건식 에칭이 사용되는 것이 바람직하다. 두 경우 모두, Si베이스 층(71)이 제거될 때, SiO2층(72)이 스토퍼의 역할을 한다. 이 경우, 건식 에칭이 에칭액을 사용하지 않기 때문에, 구동 전극(23)에 대향하는 상부 Si층(73)이 손상되는 것을 분명히 방지할 수 있다. 이는 파장 가변 필터(1)의 제조 수율을 개선한다.
<12> 다음으로, 도 5(l)에 도시된 바와 같이, SiO2층(72)이 에칭에 의해 제거된다. 이 때, 플루오르화산을 함유한 에칭액이 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 에칭액을 사용함으로써 SiO2층(72)을 적절하게 제거할 수 있으며, 이에 의해 원하는 상부 Si 층(73)을 획득할 수 있다.
이에 대해서, 웨이퍼(7)가 Si 단체로 이루어지고, 다음 단계를 수행하기에 적합한 두께를 갖는 경우, 단계 <11> 및 <12>는 생략될 수 있으며, 이에 의해 파장 가변 필터(1)의 제조 공정을 간소화시킬 수 있다.
<13> 다음으로, 가동부(31) 및 지지부(32)의 형상(평면 형성)에 대응하는 패턴을 가진 레지스트 층(도시 생략)이 형성된다. 다음으로, 도 6(m)에 도시된 바와 같이, 상부 Si층(73)이 건식 에칭, 특히 ICP 에칭되어서 관통 구멍(8)을 형성한다. 이런식으로 가동부(31), 지지부(32:도시 생략) 및 통전부(33)가 형성된다.
단계 <13>에서, ICP 에칭이 수행된다. 특히 에칭 가스를 사용한 에칭 및 증착 가스를 사용한 보호막의 형성이 번갈아 반복되어서 가동부(31)를 형성한다.
에칭 가스로서 SF6가 사용될 수 있다. 증착 가스로서, C4F8가 사용될 수 있다.
ICP 에칭을 수행함으로써, 상부 Si 층(73)만 에칭할 수 있다. 또한, ICP 에칭이 건식 에칭이기 때문에, 다른 부위에 영향을 미치지 않고 가동부(31), 지지부(32) 및 통전부(33)를 정밀도 좋게 확실하게 형성할 수 있다.
위에 설명한 바와 같이, ICP 에칭이 건식 에칭이기 때문에, 가동부(31), 지지부(32) 및 통전부(33)가 형성될 때 사용되면, 가동부(31)를 정밀도 쉽고 확실하게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 가동부(31), 지지부(32) 및 통전부(33)는 위에 설명된 방법 외의 건식 에칭 방법에 의해서 형성될 수 있다. 다른 방안으로, 가동부(31), 지지부(32) 및 통전부(33)는 건식 에칭 외의 방법으로 형성될 수 있다.
<14> 다음으로, 도 6(n)에 도시된 바와 같이, 가동부(31)의 상면 위에 반사 방지막(100)이 형성된다. 위에 설명된 단계를 통해서, 도 1에 도시된 바와 같은 파장 가변 필터(1)가 제조된다.
이하, 유로용 기판(41), 수광 기판(42:PD 421) 및 파장 가변 필터(1)로 분석 장치(4)를 제조하는 방법이 설명될 것이다.
<15> 우선, 유로용 기판(41)이 준비된다. 이 제조 방법에서, 유로용 기판(41)은 실리콘으로 만들어진다. 이후에 반사 방지막(111)이 유로용 기판(41)의 상면 상에 설치되어서(즉, 제 3 오목부(421)와 대향하는 기판(41)의 표면 상에), 유로용 기판(41)이 파장 가변 필터(1)에 접합될 때, 반사 방지막(111)이 제 3 오목부와 대향하게 된다. 또한, 반사 방지막(111)이 유로용 기판(41)을 통해서 반사 방지막(110)에 대향하도록 유로용 기판(41)의 하면 상에 제공된다.
다음으로, 유로용 기판(41)이 제 3 오목부(241)가 설치되는 파장 가변 필터(1)의 하면에 접합된다. 이러한 접합 방법은 어느 특정 방법에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 양극 접합에 의해 수행될 수도 있으며, 투명 기판(5)에 형성된 홈에 도포된 접착제와 접합함으로써 수행될 수도 있다. 이런 식으로, 유로용 기판(41) 및 파장 가변 필터(1)가 서로 접합된다.
<16> 다음으로, 절연막(424)이 통전부(33)의 상면에 설치된다. 절연막(424)이 예컨대, 위에 설명된 다층막으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도전층(423)이 절연막(424)의 상면에 설치된다. 도전층(423)은 도전층(231)을 참조로 위에 설명한 바와 같은 방식으로 형성될 수 있다.
<17> 다음으로, 수광 기판(42)이 별도로 준비된다. 수광 기판(42)의 하면 상에는, PD(421) 및 도전층(422)이 설치된다. 이후에, 도전층(422)이 범프(43)를 통해서 도전층(423)에 각각 접합된다.
위에 설명된 제조 방법에서, 도전층(231)은 패터닝을 통해서 형성되지만, 투명 기판(5)에 설치된 홈에 형성될 수도 있다.
이하, 파장 가변 필터(1)가 설치된 분석 장치(4)를 사용하는 분광 광도계(200)가 도 8 및 도 9를 참조로 설명될 것이다. 도 9는 분광 광도계(200)의 구조를 도시하는 블록도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 분광 광도계(200)는 분석 장치(4), 광원(300), 증폭기(9), 제어 회로(10) 및 전원(104)을 포함한다.
광원(300)은 시료에 광을 조사하는 광원으로, 분석 장치(4)의 유로용 기판(41)이 위치되는 측에 제공된다.
이에 대해, 광원에 사용되는 광의 파장은 어떤 특정 파장으로 한정되는 것은 아니라는 점에 주의한다. 예컨대 적외선이 사용될 수 있다.
또한, 증폭기(9)가 PD(421)의 외측에 접속된다. 증폭기(9)는 입력된 신호를 증폭시켜서 출력시킨다. 또한, 제어 회로(10)는 증폭기(9)의 출력 측에 접속된다.
제어 회로(10)는 A/D 변환기(101), CPU(102) 및 메모리부(103)를 포함한다. A/D 변환기(101)는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해서, 이 디지털 신호를 출력한다. 또한, CPU(102)는 A/D 변환기(101)의 출력 측에 접속된다.
CPU(102)는 입력되는 데이터에 기초해서 동작을 수행하고, 동작의 결과 및 테이블 데이터 등을 메모리부(103)에 저장한다. 또한, 전원(104)은 CPU(102)의 출력 측에 접속된다.
이하, 분광 광도계(200)의 동작이 상세하게 설명된다.
우선, 피측정 시료(피측정물)가 유로(44)에 도입된다. 시료는 유로(44) 내의 가동부(31)에 대응하는 위치(간섭부)에 위치된다.
다음으로, 가동부(31)와 제 2 오목부(221) 사이의 거리 x는 사전결정된 값으로 설정된다.
광원(300)으로부터 발산된 광 L은 반사 방지막(110), 유로용 기판(41), 반사 방지막(111) 및 유로 (44) 내의 시료를 투과해서, 베이스 기판(2)의 하면 상에 형성된 광입사부(24)로부터 파장 가변 필터(1)에 입사한다.
광원(300)으로부터 발산된 광의 휘도(광량)가 일정한 경우, 이 광원(300)으로부터의 광 L이 시료를 투과할 때, 시료의 광을 흡수하는 특성(광흡수 특성)에 따라서 광 L의 각 파장에 대응하는 광의 강도가 변화한다.
이후에, 입사광 L은 반사 방지막(110), 베이스 본체(20) 및 제 2 반사막(210)을 투과해서 제 2 갭(22)에 입사된다.
제 2 갭(22)에 입사된 광 L은 제 1 반사막(200)과 제 2 반사막(210) 사이에서(즉, 거리 x) 반복적으로 반사된다(즉 간섭이 발생한다). 따라서, 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)은 광 L의 손실을 억제할 수 있다. 여기서, 제 1 반사막(200), 제 2 반사막(210) 및 제 2 갭(22)은 광의 간섭(이하 설명된다)이 발생하는 간섭부의 주요 부분을 구성한다.
간섭의 결과, 거리 x에 대응하는 사전결정된 파장을 가진 광(즉, 거리 x와 간섭하는 파장을 가진 광)은 제 1 반사막(200), 가동부(31) 및 반사 방지막(100)을 투과해서 가동부(31)의 상면에 입사된다. 이런식으로, 사전결정된 파장을 가진 광은 투과하고, 다른 파장을 가진 광은 차폐된다. 즉, 사전결정된 파장을 가진 광만이 파장 가변 필터(1)로부터 발산될 수 있다.
가동부(31)의 상면으로부터 발산된 광은 PD(421)의 수광부에 입사된다. 광전 변환을 통해서 수광광량에 대응하는 전류가 생성되어서 PD(421)로부터 출력된다. 즉, 수광광량에 대응하는 신호가 출력된다.
PD(421)로부터 출력된 신호는 증폭기(9)에 입력되어서 증폭기(9)에 의해 증폭된다. 이후에, 증폭기(9)로부터 출력된 신호는 A/D 변환기(101)에 입력된다.
A/D 변환기(101)에 입력된 신호는 디지털 신호로 변환되어서 CPU(102)에 입력된다. CPU(102)는 메모리부(103)의 사전결정된 저장 영역 내의 A/D 변환기(101)로부터의 디지털 신호에 기초한, 거리 x에 대한 수광광량의 데이터를 저장한다.
메모리부(103)에서, 거리 x와 파장 가변 필터(1)를 투과할 수 있는 파장 사이의 관계에 대한 데이터(투과되는 파장 범위)는 테이블의 형태로 사전에 저장된다. 따라서, 수광광량의 데이터가 대응하는 파장 영역에 관련해서 메모리부(103)에 저장된다.
또한, 투과 파장 범위에 대응하는 거리 x의 데이터 및 거리 x에 대응하는 구동 전압의 데이터가 메모리부(103)에 미리 저장된다. 또한, CPU는 사전결정된 값을 갖도록 전원(104)으로부터 배선(50)에 인가되는 전압을 조절(변경)한다.
배선(50)에 인가되는 전압을 조절함으로써, 구동 전극(23)과 가동부(31) 사이에 생성된 쿨롱력이 변하고, 그 결과 가동부(31)는 원하는 파장에 대응하는 거리 x를 가진 위치로 이동해서 정지한다.
이후에, CPU(102)는 구동 전압에 대응하는 수광 광량을 나타내는 데이터를 메모리부(103)에 저장한다. 구동 전압을 변화시켜서, 파장 가변 필터(1)의 투과 파장 영역의 전체 영역에 대한 광량 데이터를 획득함으로써, 각각의 파장에 대한 수광 광량을 알 수 있다.
또한, 메모리부(103)에 저장된 데이터를 디스플레이부(도시 생략)에 디스플레이할 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, PD(421)에 의한 수광 광량이 시료의 광흡수 특성에 따라서 변하기 때문에, 사전결정된 파장에서의 PD(421)에 의한 수광 광량을 검출함으로써, 즉 수광 광량에 대응하는 광전 변화된 전류를 검출함으로써 시료를 구성하는 물질의 특성, 양을 용이하게 알 수 있다.
여기서, 거리 x는 센서 등을 사용해서 직접 검출할 수도 있다는 점에 주의한다. 이러한 센서에 대해서, 예컨대 갭의 용량을 검출하는 용량 센서, 거리 x를 전기적으로 혹은 자기적으로 검출하는 전자기 센서 및 거리 x를 광학적으로 검출하는 광센서 등이 사용될 수 있다.
또한, 사전결정된 과정을 반복함으로써, 시료 측정의 신뢰성을 개선할 수 있다.
또한, CPU 및 메모리부에 따라 다양한 종류의 특정 알고리즘을 사용할 수 있다.
본 발명의 분석 장치(4)에 따라서, 제 1 갭(21:즉, 가동부(31)를 구동하는 갭) 및 제 2 갭(즉, 파장 가변 필터(1)에 입사하는 광을 투과시키거나 반사시키는 기능을 가진 갭)이 동일한 기판, 즉 베이스 기판(2)을 사용해서 설치되기 때문에, 파장 가변 필터(1)의 구조가 간소화될 수 있다. 특히, 제 1 갭(21) 형성 공정이 간소화될 수 있다. 또한, 분석 장치(4)의 크기가 최소화될 수 있다.
본 발명에 따라서, 가동부를 형성할 때 릴리스 홀이 필요없어서 파장 가변 필터의 제조 공정이 간소화될 수 있다. 또한, 쿨롱력이 작용하는 면적을 감소시키는 일없이 인가되는 전압을 낮출 수 있다.
또한, 위에 설명한 바와 같이, 본 실시예에서, 반사 방지막(100), 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)이 각각 절연막으로 형성된다. 이에 의해, 가동부(31)와 구동 전극(23) 사이에서 스티킹이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 확실한 절연 구조를 가동부(31)와 구동 전극(23) 사이에 설치할 수 있다.
또한, 위에 설명된 실시예에서, 구동부는 쿨롱력에 의해 구동되는 구조를 갖고 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 위에 설명된 실시예에서, 반사 방지막(100), 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)은 각각 다층막으로 이루어지지만, 이들 각각이 단층막으로 형성될 수도 있다.
또한, 위에 설명된 실시예에서, 분석 장치는 절연막 기능을 하는 반사 방지막(100), 제 1 반사막(200) 및 제 2 반사막(210)을 구비하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 절연막이 별도로 제공될 수도 있다. 이 경우, 열 산화에 의해 형성된 SiO2 층 및 TEOS-CVD에 의해 형성된 SiO2 층이 절연막으로 사용될 수 있다.
또한, 위에 설명된 실시예에서, 시료를 투과한 광이 파장 가변 필터(1)에 입사하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 분석 장치는 시료에 의해 반사된 광이 파장 가변 필터(1)에 입사하도록 구성될 수도 있다.
또한, 위에 설명된 실시예에서, 광다이오드가 수광부에 사용되었지만, 예컨대, 광 트랜지스터 등이 사용될 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제 2 실시예가 설명된다.
도 10은 본 발명에 따른 분석 장치의 제 2 실시예를 도시하는 단면도이다.
이하, 제 2 실시예의 분석 장치(4)가 제 1 실시예와의 차이에 집중해서 설명될 것이며, 따라서, 동일한 점에 관한 설명은 생략될 것이다.
제 2 실시예의 분석 장치(4)에서, 유로용 오목부(411)가 유로용 기판(41)에 설치된다. 즉, 파장 가변 필터(1) 및 유로용 오목부(411)가 유로(45)를 형성한다.
또한, 반사 방지막(111, 110)이 유로 오목부(411)의 상면 및 하면에 각각 설치된다.
제 2 실시예의 분석 장치(4)에 따라서, 제 1 실시예에 대해 설명된 바와 동일한 효과를 획득할 수 있다. 또한, 이 실시예에서, 시료를 투과한 광이 파장 가변 필터(1)에 입사하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 분석 장치는 시료에 의해 반사된 광이 파장 가변 필터(1)에 입사하도록 구성될 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 분석 장치의 제 3 실시예가 설명된다.
도 11은 본 발명에 따른 분석 장치의 제 3 실시예를 도시하는 단면도이다.
이하, 제 3 실시예의 분석 장치(4)가 제 1 실시예와의 차이에 집중해서 설명될 것이며, 따라서 동일한 점에 관한 설명은 생략될 것이다.
제 3 실시예의 분석 장치(4)에서, PD(421)는 유로(44) 내에 설치된다. PD(421)은 유로용 기판(41)의 상면 상에 위치된다. 또한, 광원(300)은 분석 장치의 가동부(31)가 위치되는 측에 설치된다.
이하, 제 3 실시예의 분석 장치(4)의 기능이 상세하게 설명될 것이다.
광원(300)으로부터 나온 광 L은 반사 방지막(100), 가동부(31) 및 제 1 반사막(200)을 투과해서, 제 2 갭(22)에 입사된다. 제 2 갭(22)에 입사된 광 L은 제 1 반사막(200)과 제 2 반사막(210) 사이에서 반복해서 반사된다.
광의 간섭의 결과로 획득된 거리 x에 대응하는 파장을 가진 광은 반사 방지막(100), 유로(44) 내의 시료를 투과해서 PD(421)의 광흡수부에 입사된다. 그 결과, 신호가 PD(421)로부터 출력된다.
또한, 본 실시예에서 거리 x에 대응한 간섭광이 위에 설명한 시료를 투과할 때, 광의 강도는 위의 시료의 광 흡수 특성에 따라서 변한다.
제 3 실시예의 분석 장치(4)에 따라서, 제 1 실시예에 대해서 위에 설명된 바와 같은 효과를 획득할 수 있다.
또한, 제 3 실시예의 분석 장치(4)에서, PD(421)는 유로용 기판(41) 상에 설치되어서 분석 장치(4)의 크기를 줄일 수 있다.
또한, 위에 설명된 제 2 실시예에서와 같이, 유로용 오목부(411)는 유로용 기판(41)에 설치될 수 있고, PD(421)는 유로용 오목부(411) 상에 설치될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 분석 장치의 제 4 실시예가 설명될 것이다.
도 12는 본 발명에 따른 분석 장치의 제 4 실시예를 도시하는 단면도이다.
여기서 제 4 실시예의 분석 장치(4)는 제 3 실시예와의 차이에 주목해서 설명될 것이며, 따라서 동일한 점에 대한 설명은 생략될 것이다.
제 4 실시예의 분석 장치(4)에서, 비아 구멍(48)이 베이스 기판(20)에 형성된다. 또한, 통전부(33)는 비아 구멍(48) 내에 설치된 도전 물질(전기 도체)을 통해서 유로용 기판(41)에 접속된다. 또한, 유로용 기판(41)은 예컨대 FCB(47:플립 칩 본딩)을 통해서 회로 기판(46)에 접속된다.
이에 의해, 통전부(33)가 비아 홀(48)을 통해서 회로 기판(46)에 접속되고, 따라서 비아 홀(48)을 통해서 회로 기판(46)으로부터 직접 통전부(33)에 전압을 인가할 수 있다. 즉, 이에 의해 유로용 기판(41) 및 베이스 본체(20)를 고성능의 도전성을 가진 중계 기판으로 할 수 있다.
제 4 실시예의 분석 장치(4)에 따라서, 제 3 실시예를 참조로 위에 설명한 바와 같은 효과를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 분석 장치(4)에서, 사용되는 배선의 수를 감소시킬 수 있으므로, 분석 장치(4)의 크기를 더 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면을 참조로 위에 설명한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 동일한 기능을 수행하는 한 본 발명의 분석 장치의 각각의 부분에 다양한 변화 및 추가를 행할 수 있다.
마지막으로, 본 개시물은 일본 특허 공부 제 2003-343702호와 관련되며, 이는 전체적으로 참조로서 포함된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명을 통해서, 가동부를 안정되게 구동시킬 수 있으며, 더 간소한 구조와 작은 크기를 가진 분석 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 실시예를 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 실시예를 도시하는 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 제조 방법을 도시하는 도면,
도 4는 (도 3에 이어지는) 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 제조 방법을 도시하는 도면,
도 5는 (도 4에 이어지는) 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 제조 방법을 도시하는 도면,
도 6은 (도 5에 이어지는) 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는 파장 가변 필터의 제조 방법을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 분석 장치에 사용되는, 배선이 부착되는 형태의 파장 가변 필터의 실시예를 도시하는 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 분석 장치의 제 1 실시예를 도시하는 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 분석 장치를 사용하는 분광 광도계의 구성을 도시하는 블록도,
도 10은 본 발명에 따른 분석 장치의 제 2 실시예를 도시하는 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 분석 장치의 제 3 실시예를 도시하는 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 분석 장치의 제 4 실시예를 도시하는 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 파장 가변 필터 10 : 제어 회로
2 : 베이스 기판 20 : 베이스 본체
21 : 제 1 갭 211 : 제 1 오목부
22 : 제 2 갭 221 : 제 2 오목부
23 : 구동 전극 231 : 도전층
24 : 광입사부 241 : 제 3 오목부
3 : 제 1 기판 31 : 가동부
32 : 지지부 33 : 통전부
4 : 분석 장치 41 : 유로용 기판
441 : 유로용 오목부 42 : 수광용 기판
421 : PD 422, 423 : 도전층
424 : 절연층 43 : 범프
44, 45 : 유로 46 : 회로 기판
48 : 비아 구멍 5 : 투명 기판
50 : 배선 6 : 마스크층
61 : 개구부 62 : 개구부
7 : 웨이퍼 71 : Si 베이스 층
72 : SiO2층 73 : 상부 Si층
8 : 관통 구멍 9 : 증폭기
100 : 반사 방지막 110, 111 : 반사 방지막
200 : 제 1 반사막 210 : 제 2 반사막
300 : 광원 101 : A/D 변환기
102 : CPU 103 : 메모리부
104 : 전원
Claims (23)
- 사전결정된 파장을 가진 광을 선택적으로 출력하는 파장 가변 필터와,상기 파장 가변 필터로부터 출력되어 피측정물을 투과하거나 피측정물에 의해 반사된 광을 수광하는 수광부와,광투과성을 가지며, 가동부를 포함하는 제 1 기판과,광투과성을 가지며, 상기 제 1 기판에 대향하도록 설치된 제 2 기판과,상기 제 1 기판의 상기 가동부와 상기 제 2 기판 사이에 각각 설치된 제 1 갭 및 제 2 갭과,상기 가동부와 상기 제 2 기판 사이에서, 상기 파장 가변 필터에 입사하며 사전결정된 파장을 가진 광과 상기 제 2 갭을 통해 간섭을 일으키는 간섭부와,상기 가동부를 상기 제 1 갭을 이용해 상기 제 2 기판에 대해 변위시킴으로써, 상기 제 2 갭의 간격을 변경하는 구동부를 포함하는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 수광부는 상기 제 1 기판에서 상기 제 2 기판이 설치되는 측과 반대측에 설치되는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 피측정물이 위치될 유로(a flow passage)를 더 포함하며,상기 수광부는 상기 유로 내에 설치되는분석 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 파장 가변 필터의 반대측에 설치된 제 3 기판을 더 포함하며,상기 유로는 상기 파장 가변 필터와 상기 제 3 기판 사이에 형성되는분석 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 유로는 상기 간섭부에 대응하는 부분을 통과하도록 설치되는 분석 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 3 기판은 상기 제 2 기판 상에 설치되는 분석 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 3 기판은 광투과성을 갖는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,사전결정된 파장을 갖고 상기 파장 가변 필터로부터 출력된 광은 피측정물을 투과해서 상기 수광부에 의해 수광되는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 피측정물을 투과하거나 상기 피측정물에 의해 반사된 광 중 사전결정된 파장을 가진 광은 상기 파장 가변 필터로부터 선택적으로 출력되어 상기 수광부에 의해 수광되는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판은 상기 가동부와 대향하는 표면을 갖고,상기 제 2 기판의 상기 표면에는, 상기 제 1 갭에 상기 가동부를 제공하기 위한 제 1 오목부와 상기 제 2 갭에 상기 가동부를 제공하기 위한 제 2 오목부가 형성되며,제 2 오목부는 상기 제 1 오목부보다 깊게 형성되는분석 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 1 오목부는 상기 제 2 오목부에 연속하도록 상기 제 2 오목부 주위에 설치되는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동부는 쿨롱력(Coulomb force)을 이용해서 상기 가동부를 변위시키도록 구성되는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판은 구동 전극을 구비하며,상기 구동 전극은 상기 제 2 기판의 상기 제 1 오목부의 표면 상에 설치되고,상기 쿨롱력은 상기 가동부와 상기 구동 전극 사이에서 생성되는분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 갭 및 상기 제 2 갭은 에칭 공정을 통해서 형성되는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 기판은 실리콘으로 이루어지는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 기판의 상기 가동부는 위에서 보았을 때 실질적으로 원형상을 갖는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 기판은 유리로 이루어진 베이스 본체를 갖는 분석 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 유리는 알칼리 금속을 함유하는 분석 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 가동부는 상기 제 2 갭에 대응하는 표면을 갖고,상기 가동부의 상기 표면 상에 제 1 반사막이 설치되며,상기 제 2 기판의 제 2 오목부의 표면상에 제 2 반사막이 설치되는분석 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 각각의 제 1 반사막 및 제 2 반사막은 다층막으로 형성되는 분석 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 반사막은 절연성을 갖는 분석 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가동부의 상기 제 2 갭과 대향하지 않는 표면과, 상기 제 2 기판의 상기 제 2 갭과 대향하지 않는 표면 중 적어도 하나에 반사 방지막이 설치되는 분석 장치.
- 제 22 항에 있어서,상기 반사 방지막은 다층막으로 형성되는 분석 장치.
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