特許 7560156 調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/00 20060101AFI20240925BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20240925BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

G02B26/00

G02B5/26

B81B3/00

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2022552127

(86)(22)【出願日】2020-01-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-05

(86)【国際出願番号】 CN2020072828

(87)【国際公開番号】W WO2021142791

(87)【国際公開日】2021-07-22

【審査請求日】2023-01-16

(73)【特許権者】

【識別番号】521399803

【氏名又は名称】深▲せん▼市海譜納米光学科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＳＨＥＮＺＨＥＮ ＨＹＰＥＲＮＡＮＯ ＯＰＴＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】１９０３，１９０４， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ１， ＣＯＦＣＯ Ｃｈｕａｎｇｘｉｎ Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｒｅ Ｚｏｎｅ ６９， Ｘｉｎｇｄｏｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ Ｘｉｎ’ａｎ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｂａｏ’ａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０００ ＣＨＩＮＡ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100205936

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 海龍

(74)【代理人】

【識別番号】100132805

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 貴之

(72)【発明者】

【氏名】郭 斌

【審査官】弓指 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１４－５２２５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９６４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０８０３１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２５０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５５７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３４３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０５０８０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０３０４８２８３（ＣＮ，Ａ）

【文献】TUOHINIEMI M ET AL，"Optical transmission performance of a surface-micromachined Fabry-Perot interferometer for thermal infrared"，JORNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING，英国，INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING，2012年09月18日，vol.22, no.11，115004

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／３５、２６／００－２６／０８

Ｂ８１Ｂ １／００－ ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００－９９／００

Ｇ０１Ｊ ３／００－９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスであって、互いに結合されてそれらの間にチャンバーを形成する第１鏡面及び第２鏡面を含み、前記第１鏡面と前記第２鏡面の互いに結合される部位の表面に前記第１鏡面又は第２鏡面の移動を駆動するための電極が設けられ、前記第１鏡面と前記第２鏡面はそれぞれシリコン薄膜を多点結合加工することによって形成された分布ブラッグ反射器であり、前記第１鏡面及び前記第２鏡面の互いに結合される部位は、前記多点結合されてその間に形成されるキャビティのうちの１つの位置に対応することを特徴とする調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項2】

前記第１鏡面と前記第２鏡面はそれぞれ絶縁層を有するシリコンベース上に形成され、前記第１鏡面と前記第２鏡面はそれぞれ多点結合によってそれらの間にキャビティを形成する２層の前記シリコン薄膜から構成される前記分布ブラッグ反射器を含むことを特徴とする請求項１に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項3】

前記第１鏡面又は前記第２鏡面の前記シリコン薄膜はシリコン薄膜ウエハからシリコン基板及び対応する絶縁層を除去して形成されたシリコン薄膜であることを特徴とする請求項２に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項4】

前記シリコンベースは前記シリコン薄膜ウエハの前記シリコン基板から形成されることを特徴とする請求項３に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項5】

前記第１鏡面と前記第２鏡面の前記チャンバーとは反対側の面に環状重りが設けられることを特徴とする請求項３に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項6】

前記環状重りは前記シリコン薄膜ウエハの前記シリコン基板の一部を保留することによって製造されることを特徴とする請求項５に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項7】

前記第１鏡面と前記第２鏡面はそれぞれ前記シリコン薄膜をＳＯＩウエハのシリコン薄膜上に多点結合することによって形成された前記分布ブラッグ反射器であり、前記ＳＯＩウエハの前記デバイスの有効動作領域に対応する領域のシリコン基板は部分的に除去されることを特徴とする請求項１に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項8】

前記ＳＯＩウエハの前記シリコン基板が除去された領域の厚さは１０～２００ミクロンであることを特徴とする請求項７に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項9】

前記ＳＯＩウエハの前記シリコン基板を除去された残り領域は絶縁層及び前記ＳＯＩウエハのシリコン薄膜を含むことを特徴とする請求項７に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項10】

前記ＳＯＩウエハの周辺部分の前記シリコン基板と前記絶縁層上に前記第１鏡面又は前記第２鏡面を載置するためのシリコンベースを形成することを特徴とする請求項９に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項11】

前記第１鏡面と前記第２鏡面はそれぞれ前記シリコン薄膜をシリコン基板上に多点結合することによって前記分布ブラッグ反射器を形成し、前記第１鏡面と前記第２鏡面の互いに結合される部位は前記シリコン薄膜と前記シリコン基板との間に形成されるキャビティのうちの１つの位置に対応することを特徴とする請求項１に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項12】

前記シリコン基板の前記チャンバーとは反対側に絶縁層が設けられることを特徴とする請求項１１に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項13】

前記絶縁層は二酸化シリコン又は反射防止膜であることを特徴とする請求項２、３、９、１２のいずれか１項に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項14】

前記シリコン薄膜はＳＯＩウエハ上に形成された単結晶シリコン薄膜又は絶縁層を有するシリコン基板上に堆積によって形成された多結晶シリコン薄膜を含むことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項15】

前記シリコン薄膜と前記キャビティの光学的厚さは前記デバイスの中心波長の１／４であることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【請求項16】

前記結合の方式は共晶結合、ポリマー結合、陽極結合又はシリコン～シリコン直接結合を含むことを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルターの分野に関し、特に調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

中赤外線及び熱赤外線範囲（例えば、３０００ｎｍ～１４０００ｎｍ）のスペクトルイメージングは例えば、リアルタイムガス識別や漏れ監視などの分野に幅広く適用できる。現在、関連する波長範囲のスペクトルカメラは主にロータリーフィルター又はプリズム分光に基づく技術を使用している。その結果、装置の体積が大きく、コストが高く、赤外線スペクトルイメージング技術の大規模な応用に大きな支障をもたらす。研究分野では、現在、Ｆａｂｒｙ～Ｐｅｒｏｔ（ファブリペロチャンバー）干渉に基づく調整可能なフィルタリングデバイス（ｔｕｎａｂｌｅ ＦＰＩ）を使用して赤外線分光器モジュールを構成する技術は既存である。しかしながら、関連するＦＰＩ技術を小型化された低コストの赤外線スペクトルイメージングに使用することはまだ空白である。

【0003】

現在のＦＰＩデバイスは主にマイクロマシニング（ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）によって形成され、本体プロセス型及び表面プロセス型を含む。表面プロセス型デバイスは宙吊りの薄膜によって可動鏡面を形成する。本体プロセス型デバイスはカンチレバービーム構造を有する基板によって可動鏡面を形成する。中赤外線及び熱赤外線スペクトルのＦＰＩデバイスに対して、本体プロセス型デバイスの場合、基板にカンチレバービームを加工すると、デバイスの設計及び加工の複雑さが増加するため、コストが増加してしまう。本体プロセス型デバイスでは、スプリング構造（ｓｐｒｉｎｇ）と鏡面は同一の基板によって提供されるため、鏡面はスプリング構造の影響を受けて固有の応力及び変形が存在する。カンチレバービーム構造は非常に大きなチップ面積を占有するため、鏡面自体の寸法も制限されている。現在の表面プロセス型デバイスは加工が困難で、プロセスが複雑であるため、大規模な商業的応用を実現することが非常に困難である。

【0004】

これを鑑みて、中赤外線及び熱赤外線範囲のスペクトルイメージングに対して新規のＦＰＩデバイス構造を設計することは非常に重要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

現在、中赤外線及び熱赤外線帯域の従来のファブリペロチャンバーデバイスではハイパースペクトルイメージングを行うための解決的手段を提供することが困難であり、且つ従来のＦＰＩデバイスには加工の難しさが高く、プロセスが複雑であるなどの問題があることに対して、本願の実施例は、上記問題を解決するために、調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様によれば、本願は調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスを提供し、該デバイスは、互いに結合されてそれらの間にチャンバーを形成する第１鏡面及び第２鏡面を含み、第１鏡面と第２鏡面の互いに結合される部位の表面に第１鏡面又は第２鏡面の移動を駆動するための電極が設けられ、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれシリコン薄膜を結合加工することによって形成された分布ブラッグ反射器である。シリコン薄膜を結合して第１鏡面と第２鏡面を形成することで、プロセスを簡素化し、デバイスの体積を効果的に小さくすることができる。

【0007】

好ましくは、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれ絶縁層を有するシリコンベース上に形成され、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれ多点結合によってそれらの間にキャビティを形成する２層のシリコン薄膜から構成される分布ブラッグ反射器を含む。このとき、第１鏡面と第２鏡面は２層のシリコン薄膜及び中間のキャビティによって可動鏡面構造を形成し、第１鏡面と第２鏡面を結合することでファブリペロキャビティ構造を形成し、薄膜構造を使用してファブリペロキャビティを構成することで、デバイスの体積を効果的に小さくすることができる。

【0008】

好ましくは、第１鏡面又は第２鏡面のシリコン薄膜はシリコン薄膜ウエハからシリコン基板及び対応する絶縁層を除去することによって形成されたシリコン薄膜である。シリコン薄膜ウエハを使用してシリコン薄膜を作製することで、低いコスト及び加工の難しさを実現できる。

【0009】

好ましくは、シリコンベースはシリコン薄膜ウエハのシリコン基板から形成される。シリコン薄膜ウエハのシリコン基板を部分的に除去すると、シリコンベースを形成することができ、作製方式は簡便である。

【0010】

好ましくは、第１鏡面と第２鏡面のチャンバーとは反対側の面に環状重りが設けられる。環状重りは第１鏡面と第２鏡面の平坦度を向上させることができる。

【0011】

好ましくは、環状重りはシリコン薄膜ウエハのシリコン基板の一部を保留することによって製造される。環状重りの加工は簡単である。

【0012】

好ましくは、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれシリコン薄膜をＳＯＩウエハのシリコン薄膜上に多点結合することによって形成された分布ブラッグ反射器であり、ＳＯＩウエハのデバイスの有効動作領域に対応する領域のシリコン基板は部分的に除去される。このとき、第１鏡面と第２鏡面はいずれもシリコン薄膜とＳＯＩウエハのシリコン薄膜とを結合することによって形成され、加工が容易であり、信頼性が高い。

【0013】

好ましくは、ＳＯＩウエハのシリコン基板が除去された領域の厚さは１０～２００ミクロンである。この厚さの第１鏡面と第２鏡面はデバイスの機械的性能に応じて可動鏡面を設計して形成することができる。

【0014】

好ましくは、ＳＯＩウエハのシリコン基板が除去された領域は絶縁層及びＳＯＩウエハのシリコン薄膜を含む。シリコン基板はエッチングの方式によって除去でき、ＳＯＩウエハの絶縁層及びＳＯＩウエハのシリコン薄膜を可動鏡面として保留する。

【0015】

好ましくは、ＳＯＩウエハの周辺部分にあるシリコン基板と絶縁層は第１鏡面又は第２鏡面を載置するためのシリコンベースを形成する。シリコンベースはデバイス組立の支持に使用できる。

【0016】

好ましくは、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれシリコン薄膜をシリコン基板上に多点結合することによって分布ブラッグ反射器を形成し、第１鏡面と第２鏡面の互いに結合される部位はシリコン薄膜とシリコン基板との間に形成されるキャビティのうちの１つの位置に対応する。この構造では、シリコン薄膜とキャビティは弾性可動構造を形成し、それにより第１鏡面と第２鏡面の移動を駆動し、構造が簡単である。

【0017】

好ましくは、シリコン基板の前記チャンバーとは反対側に絶縁層が設けられる。絶縁層は堆積又は熱酸化などの方式によってシリコン基板上に加工することで得られ、従って、ソースが簡単であり、加工が容易である。

【0018】

好ましくは、絶縁層は二酸化シリコン又は反射防止膜である。二酸化シリコン又は反射防止膜は絶縁層における光の反射率を低下させ、光の透過率を向上させることができる。

【0019】

好ましくは、シリコン薄膜はＳＯＩウエハ上に形成された単結晶シリコン薄膜又は絶縁層を有するシリコン基板上に堆積によって形成された多結晶シリコン薄膜を含む。シリコン薄膜はＳＯＩウエハを加工することによって形成されるか、又は化学気相堆積によって形成されることができ、生産プロセスが成熟し、難しさが低い。

【0020】

好ましくは、シリコン薄膜とキャビティの光学的厚さはデバイスの中心波長の１／４である。デバイスの中心波長（例えば、３０００ｎｍ～１４０００ｎｍ）によってシリコン薄膜とキャビティの光学的厚さを制御することができ、さらにシリコン薄膜とキャビティの物理的厚さを得て、中赤外線及び熱赤外線範囲のＦＰＩデバイスの要件を満たす。

【0021】

好ましくは、結合の方式は共晶結合、ポリマー結合、陽極結合又はシリコン～シリコン直接結合を含む。結合の方式は様々であり、技術が成熟し、工業生産に有利である。

【発明の効果】

【0022】

本願の実施例は調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスを開示し、互いに結合されてそれらの間にチャンバーを形成する第１鏡面及び第２鏡面を含み、第１鏡面と第２鏡面の互いに結合される部位の表面に第１鏡面又は第２鏡面の移動を駆動するための電極が設けられ、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれシリコン薄膜を結合加工することによって形成された分布ブラッグ反射器である。シリコン薄膜はシリコン薄膜ウエハによって加工され、２層のシリコン薄膜及び中間のキャビティから構成される分布ブラッグ反射器を形成することができる。分布ブラッグ反射器はさらにシリコン薄膜とＳＯＩウエハのシリコン薄膜とを結合することによって形成されてもよい。また、第１鏡面と第２鏡面はキャビティに接触するシリコン薄膜上に結合されることで弾性可動構造を形成してもよく、それにより、さらに第１鏡面と第２鏡面の移動を駆動する。該光学フィルタリングデバイスは赤外線波長範囲内に適用でき、構造が簡単であり、加工プロセスが成熟し、ＦＰＩデバイスの体積を効果的に小さくするとともに、産業上の商業的量産を実現することができる。

【0023】

実施例をさらに理解するために図面が含まれており、図面は本明細書の一部として本明細書に組み込まれている。図面は実施例を示し、説明とともに本発明の原理を解釈することに用いられる。ほかの実施例及び実施例の予期の利点の多くは、以下の詳細な説明を引用することによってよりよく理解されると容易に想到できる。図面の素子は必ずしも互いに縮尺に応じて作成されたものではない。同一の符号は対応する類似の部材を示す。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本願の実施例１に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスの断面模式図である。

【図2】本願の実施例１に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスのシリコン薄膜ウエハの断面模式図である。

【図3】本願の実施例１に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスの複合層の断面模式図である。

【図4】本願の実施例１に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスの第１鏡面又は第２鏡面の断面模式図である。

【図5】本願の実施例２に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスの断面模式図である。

【図6】本願の実施例３に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスの断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面及び実施例を参照しながら本願をさらに詳細に説明する。理解できるように、ここで説明される具体的な実施例は単に関連する発明を解釈することにのみ用いられ、該発明を限定するものではない。またなお、説明の便宜上、図面には発明に関連する部分のみが示されている。

【0026】

なお、矛盾しない限り、本願の実施例及び実施例の特徴を互いに組み合わせることができる。以下、図面及び実施例を参照しながら本願を詳細に説明する。

【0027】

本発明の実施例では、調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス１を提供し、互いに結合されてそれらの間にチャンバー２を形成する第１鏡面１１及び第２鏡面１２を含み、第１鏡面１１と第２鏡面１２の互いに結合される部位の表面に第１鏡面１１又は第２鏡面１２の移動を駆動するための電極３が設けられ、第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれシリコン薄膜４を結合加工することによって形成された分布ブラッグ反射器である。分布ブラッグ反射器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）はファブリペロキャビティ構造の反射器として機能する。光は異なる媒体を通過するとき界面で反射され、反射率の大きさが媒体間の屈折率の大きさに関係し、従って、異なる屈折率の薄膜を交互に周期的に積層すると、光がこれら異なる屈折率の薄膜を通過するとき、各層で反射された光が位相角の変化により干渉し、その後、互いに結合されて強い反射光を得るため、一定の波長範囲で光の反射を減少させ、光の通過量を増加させることができる。好適な実施例では、第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれシリコン薄膜４を結合してシリコン／空気／シリコン積層構造を形成する分布ブラッグ反射器である。シリコン薄膜４は直接シリコン薄膜ウエハ上で加工して作製することができ、プロセスが簡単であり、技術が成熟し、工業生産の要件を満たす。該調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス１は加工プロセスが簡単であり、コストが低く、小型赤外線スペクトルイメージング装置に適用できる。

【0028】

（実施例１）

【0029】

図１は本発明の実施例１に係る調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイス１の断面図を示す。図１に示すように、第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれシリコンベース５上に形成され、第１鏡面１１又は第２鏡面１２のシリコン薄膜４はシリコン薄膜ウエハ６からシリコン基板１０及び対応する絶縁層９を除去して形成されたシリコン薄膜４である。第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれ多点結合によってそれらの間にキャビティ８を形成する２層のシリコン薄膜４から構成される分布ブラッグ反射器を含む。シリコンベース５はシリコン薄膜ウエハ６の一部であり、シリコン薄膜ウエハ６は好ましくは、図２に示す構造であり、即ち、シリコン基板１０、絶縁層９及びシリコン薄膜４を積層することで形成され、シリコン薄膜ウエハ６上のシリコン薄膜４は一定の厚さを有する。シリコン薄膜ウエハ６上のシリコン薄膜４は堆積によって形成された多結晶シリコン薄膜であってもよい。好ましくは、シリコン薄膜ウエハ６はＳＯＩウエハ６であってもよく、このとき、ＳＯＩウエハ６上のシリコン薄膜４は単結晶シリコンである。好適な実施例では、第１鏡面１１又は第２鏡面１２のシリコン薄膜４はＳＯＩウエハ６からシリコン基板１０を除去することで形成される。一方では、第１鏡面１１と第２鏡面１２のチャンバー２を向く面には研磨又はエッチングによってＳＯＩウエハ６のシリコン基板１０を完全に除去してシリコン薄膜４を形成する。他方では、第１鏡面１１と第２鏡面１２のチャンバー２とは反対側の面にはＳＯＩウエハ６のシリコン基板１０を部分的に除去してシリコンベース５を形成する。従って、ＳＯＩウエハ６上にシリコン薄膜４を加工形成するため、プロセスが簡単であり、工業生産を実現することができ、第１鏡面１１と第２鏡面１２がシリコンベース５上に設けられることで、後続のＦＰＩデバイスの支持及び組立が容易になる。

【0030】

第１鏡面１１又は第２鏡面１２のシリコン薄膜４はシリコン薄膜ウエハ６からシリコン基板１０及び対応する絶縁層９を除去することで形成されたシリコン薄膜４であり、シリコン薄膜ウエハ６からシリコン薄膜４及び第１鏡面１１又は第２鏡面１２を加工する具体的なステップは以下の手段を採用できる。２つのシリコン薄膜ウエハ６のシリコン薄膜４を有する面を互いに向かい合わせ、多点結合によって図３に示す複合層７を形成する。ここでの多点結合とは、２つのシリコン薄膜ウエハ６の間に複数の第１結合物１３を設けることであり、第１結合物１３間はキャビティ８である。複合層７の一方側のシリコン薄膜ウエハ６のシリコン基板１０が完全に除去されてシリコン薄膜４を保留するとともに、他方側のシリコン薄膜ウエハ６のデバイス１の有効動作領域に対応するシリコン基板１０が部分的に除去されてシリコンベース５を形成する。好適な実施例では、研磨又はエッチングによってＳＯＩウエハ６のシリコン基板１０を完全に除去してシリコン薄膜４を形成し、該ＳＯＩウエハ６からシリコン薄膜４を加工する手段は簡単であり、信頼性が高い。

【0031】

図４に示すように、好適な実施例では、シリコンベース５はＳＯＩウエハ６のシリコン基板１０によって形成される。シリコンベース５上に絶縁層９を有する。第１鏡面１１と第２鏡面１２のチャンバー２とは反対側の面に環状重り１４が設けられる。選択可能な実施例では、環状重り１４はＳＯＩウエハ６上のシリコン基板１０の一部を保留することによって形成され、プラズマエッチングなどの方法を使用してシリコンベース５の一部を除去することで、第１鏡面１１と第２鏡面１２の平坦度を強化するための環状重り１４を形成することができ、ただし、環状重り１４の形状は環状に限定されず、楕円、矩形などのほかの規則的又は不規則な形状であってもよく、エッチング方式はプラズマエッチングに限定されず、化学試薬エッチングであってもよく、具体的な使用シーンに応じて適切なエッチング方式を選択して所要の形状をエッチングすることができる。

【0032】

複合層７のＳＯＩウエハ６を除去処理して図４に示す第１鏡面１１又は第２鏡面１２の構造を得て、このとき、第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれ多点結合によってそれらの間にキャビティ８を形成する２層のシリコン薄膜４を含み、それにより分布ブラッグ反射器を形成する。シリコン薄膜４の存在によって、デバイス１全体の体積を効果的に小さくすることができる。最後に、第１鏡面１１と第２鏡面１２を結合してファブリペロキャビティ構造を形成し、具体的な構造は図１に示され、第２結合物１５は第１鏡面１１と第２鏡面１２の外周に位置し、第１鏡面１１と第２鏡面１２は可動鏡面構造として電極３によって第１鏡面１１と第２鏡面１２の移動を駆動することができ、良好なフィルタリング効果を達成することができる。シリコン薄膜４とキャビティ８の光学的厚さはデバイス１の中心波長の１／４である。デバイス１の中心波長（例えば、３０００ｎｍ～１４０００ｎｍ）によってシリコン薄膜４とキャビティ８の光学的厚さを制御することができ、さらにシリコン薄膜４とキャビティ８の物理的厚さを得て、中赤外線及び熱赤外線範囲のＦＰＩデバイスの要件を満たす。光学では、光学的厚さは屈折率と物理的厚さとの積に等しく、例えば、デバイス１の中心波長が３０００ｎｍ、シリコン薄膜４の屈折率が３である場合、シリコン薄膜４の物理的厚さは３０００／４／３＝２５０ｎｍである。

【0033】

該光学フィルタリングデバイス１はＳＯＩウエハ６をもとに加工され、加工プロセスが簡単である。そして、該光学フィルタリングデバイス１はシリコン薄膜４から構成され、従って、デバイスの体積を大幅に小さくすることができ、低コストの小型赤外線スペクトルイメージング装置での応用に有利である。

【0034】

（実施例２）

【0035】

図５に示すように、第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれシリコン薄膜４をＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４上に多点結合することで分布ブラッグ反射器を形成し、ＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４の上方のデバイス１の有効動作領域に対応する領域のシリコン基板１０は部分的に除去される。このとき、シリコン薄膜４は相対的に薄く、ＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４は相対的に厚い。好適な実施例では、ＳＯＩウエハのシリコン基板１０が除去された領域の厚さは１０～２００ミクロンである。この厚さでは、第１鏡面と第２鏡面はデバイスの機械的性能に応じて可動鏡面を設計して形成することができる。

【0036】

好適な実施例では、ＳＯＩウエハ６のシリコン基板１０が除去された領域は絶縁層９及びＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４を含む。シリコン基板１０はエッチングによって除去でき、ＳＯＩウエハ６の絶縁層９及びＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４を可動鏡面として保留する。ＳＯＩウエハ６の周辺部分のシリコン基板１０及び絶縁層９は第１鏡面１１又は第２鏡面１２を載置するためのシリコンベース５を形成する。このとき、第１鏡面１１と第２鏡面１２はいずれもシリコン薄膜４とＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４とを結合することで形成され、多点結合では第１結合物１３を使用して間隔をあけて配列してキャビティ８を形成する。

【0037】

好適な実施例では、シリコン薄膜４はシリコン薄膜ウエハ６又はＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４であってもよく、ＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４は単結晶シリコンである。シリコン薄膜４はさらに堆積によって形成された多結晶シリコン薄膜であってもよい。１つの場合では、ＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４はＳＯＩウエハ６をさらに加工することによって形成されることができ、具体的な加工プロセスについて、実施例１におけるシリコン薄膜４の作製プロセスを参照する。別の場合では、シリコン薄膜４は化学気相堆積によって多結晶シリコン薄膜を形成することができ、これらの２種の作製プロセスはいずれも非常に成熟し、コストが低い。ＳＯＩウエハ６からシリコン薄膜４を加工する手段は簡単であり、信頼性が高い。好適な実施例では、絶縁層９は二酸化シリコン又は反射防止膜である。ＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４上の二酸化シリコン又は反射防止膜は絶縁層９における光の反射を低減させ、光の透過率を向上させることができる。最後に、第１鏡面１１と第２鏡面１２の外周に第２結合物１５が設けられ、第１鏡面１１と第２鏡面１２を結合してファブリペロキャビティ構造を構成し、電極３によって第１鏡面１１と第２鏡面１２の移動を制御し、第１鏡面１１と第２鏡面１２との距離を変更し、それにより共振条件を変更し、フィルタリング効果を達成し、所要の波長の光を得る。

【0038】

（実施例３）

【0039】

図６に示すように、第１鏡面１１と第２鏡面１２はそれぞれシリコン薄膜４をシリコン基板１０上に多点結合することによって分布ブラッグ反射器を形成し、多点結合では第１結合物１３を使用して間隔をおいて配列してキャビティ８を形成する。第１鏡面１１と第２鏡面１２の互いに結合される部位はシリコン薄膜４とシリコン基板１０とから形成されるキャビティ８のうちの１つの位置に対応する。このとき、第１鏡面１１と第２鏡面１２の互いに結合される部位は第２結合物１５によって結合され、第２結合物１５はシリコン薄膜４とシリコン基板１０との間に形成されるキャビティ８のうちの１つの位置に設けられる。それにより、シリコン薄膜４とキャビティ８は弾性可動構造を形成し、それにより第１鏡面１１と第２鏡面１２の移動を駆動し、第１鏡面１１と第２鏡面１２との距離を変更し、フィルタリング効果を達成し、所要の波長の光を得る。好適な実施例では、シリコン基板１０のチャンバー２から離れた側に絶縁層９が設けられ、絶縁層９は二酸化シリコン又は反射防止膜である。シリコン基板１０上の二酸化シリコン又は反射防止膜によって光の透過率を向上させることができる。

【0040】

好適な実施例では、シリコン薄膜４はシリコン薄膜ウエハ６のシリコン薄膜４又は多結晶シリコン薄膜を含む。シリコン薄膜ウエハ６はＳＯＩウエハ６であってもよく、このとき、ＳＯＩウエハ６上のシリコン薄膜４は単結晶シリコンである。１つの場合では、ＳＯＩウエハ６のシリコン薄膜４はＳＯＩウエハ６をさらに加工することによって形成でき、具体的な加工プロセスについて、実施例１におけるシリコン薄膜４の作製プロセスを参照する。別の場合では、シリコン薄膜４は化学気相堆積によって多結晶シリコン薄膜を形成することができ、これらの２種の作製プロセスはいずれも非常に成熟し、コストが低い。

【0041】

好適な実施例では、第１鏡面１１と第２鏡面１２の結合部位の表面にそれぞれ環状電極３を有する。２つの環状電極３は第１鏡面１１と第２鏡面１２が結合された後、容量性ドライバーを形成する。２つの環状電極３に電圧を印加すると、第１鏡面１１と第２鏡面１２は相対的に変位する。２つの環状電極３はさらにそれぞれリード電極に接続され、外部回路の接続に用いられる。ほかの選択可能な実施例では、電極３は環状に限定されず、楕円形、方形などの形状であってもよく、具体的には、デバイスの要件に応じて設計される。

【0042】

好適な実施例では、本願の実施例で使用される結合の方式は共晶結合、ポリマー結合、陽極結合又はシリコン～シリコン直接結合を含み、シリコン薄膜４とシリコン薄膜４／シリコン基板１０との結合、及び第１鏡面１１と第２鏡面１２との結合を含む。共晶結合は金属を移行層として使用することによってシリコン～シリコン結合を実現し、表面に対する要件が低く、結合温度が低く、結合強度が高い。陽極結合は結合温度が低く、ほかのプロセスとの適合性が高く、結合強度及び安定性が高いなどの利点を持ち、シリコン／シリコン基板間の結合、非シリコン材料とシリコン材料、及びガラス、金属、半導体、セラミックとの相互結合に適用できる。２つのシリコンウエハ（酸化又は非酸化）は高温処理によって直接結合でき、何らかの接着剤や外部電界が不要であり、プロセスが簡単である。この結合技術はシリコン～シリコン直接結合技術と呼ばれる。実際の結合の表面プロセス及び材料に応じて適切な結合方式を選択して鏡面チップの結合を実現することができる。

【0043】

本願の実施例は調整可能な赤外線光学フィルタリングデバイスを開示し、互いに結合されてそれらの間にチャンバーを形成する第１鏡面及び第２鏡面を含み、第１鏡面と第２鏡面の互いに結合される部位の周辺表面に第１鏡面又は第２鏡面の移動を駆動するための電極が設けられ、第１鏡面と第２鏡面はそれぞれシリコン薄膜結合を加工することによって形成された分布ブラッグ反射器である。シリコン薄膜はＳＯＩウエハによって加工を行うことで、２層のシリコン薄膜及び中間のキャビティから構成される分布ブラッグ反射器を形成することができる。分布ブラッグ反射器はさらにシリコン薄膜とＳＯＩのシリコン薄膜とを結合することによって形成されてもよい。また、第１鏡面と第２鏡面はさらにキャビティに接触するシリコン薄膜上に結合されることで弾性可動構造を形成してもよく、それによりさらに第１鏡面と第２鏡面の移動を駆動する。該光学フィルタリングデバイスは構造が簡単であり、加工プロセスが成熟し、産業上の量産を実現することができる。

【0044】

以上、本願の具体的な実施形態を説明したが、本願の保護範囲はこれに限定されず、当業者であれば、本願に開示されている技術的範囲を逸脱せずに容易に想到し得る変化や置換はすべて本願の保護範囲に含まれている。従って、本願の保護範囲は上記請求項の保護範囲に準じるべきである。

【0045】

本願の説明では、理解する必要がある点として、用語「上」、「下」、「内」、「外」などで指示される方位又は位置関係は図示に基づく方位又は位置関係であり、単に本願を説明しやすく説明を簡素化するためのものであり、係る装置又は素子が必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構成及び操作されたりすることを指示又は暗示するものではなく、従って、本願を限定するものとして理解されるべきではない。用語「含む」は請求項にリストされていない素子又はステップの存在を排除しない。素子の前にある用語「一」又は「１つ」がこの素子が複数存在することを排除しない。互いに異なる従属請求項に記載されるいくつかの措置の簡単な事実はこれらの措施の組み合わせが改良に使用できないことを示すものではない。請求項におけるいずれの参照符号は範囲を限定するためのものとして解釈されるべきではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】