JP3290332B2

JP3290332B2 - 出射効率制御素子及びその製造方法、並びに該出射効率制御素子を備えた赤外線センサ及びその製造方法

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Publication number: JP3290332B2
Application number: JP15495295A
Authority: JP
Inventors: 照弘塩野; 路人上田; 達男伊藤; 和夫横山; 信一水口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JPH08159872A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光強度変調を行う出射
効率制御素子（diffractive optical modulator）及び
その製造方法、並びに出射効率制御素子を備えた赤外セ
ンサ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】出射効率制御素子は、入射光の強度を変
調して出射する装置である。従来例として、例えば、O.
Solgaard らの論文「デフォーマブルグレーティング
オプティカルモジュレータ」（"Deformable Grating O
ptical Modulator," / OpticsLetters/ Vol.17, No.9/
May 1, 1992)に示されている出射効率制御素子があっ
た。この出射効率制御素子は、光の回折効果を利用して
光の強度変調を行うものであり、小型化が可能な上、Ｉ
Ｃプロセスで作製できるため一括大量生産できるという
利点がある。

【０００３】上記論文に開示されている出射効率制御素
子は、シリコン基板と、シリコン基板の周辺領域上に形
成されたスペーサ（シリコン酸化膜）と、スペーサによ
り両端を支持される複数の微細な誘電体梁（シリコン・
リッチのシリコン窒化膜）からなるグレーティングとを
備えている。グレーテイングの上面には、電極としても
機能する反射膜がもうけられている。反射膜とシリコン
基板との間に電圧を印加すると、両者の間に静電力が働
き、グレーティングは湾曲して、グレーテイングの下面
とシリコン基板の上面とが接触する。電圧の印加に応じ
て、グレーテイング上面の反射膜とシリコン基板の上面
の反射膜との間の距離が変化するため、回折効率が変化
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の出射効率制御素
子においては、梁を誘電体とし、梁の上部に形成した反
射膜と基板との間に電圧を印加して駆動するために、例
えば赤外光などの波長の長い光では上下電極の距離が大
きくなり、駆動電圧も高くせねばならないという問題が
あった。また、梁を窒化膜で形成しているため、膜に強
い引張応力が残留してしまっていた。一般に窒化膜の残
留応力はおよそ１ＧＰａもの大きさであるが、従来例で
は、シリコン・リッチの窒化膜とすることで、残留応力
をおよそ２００ＭＰａまで低減している。しかし、この
ような応力低減方法では、さらに小さい引張応力に制御
することは極めて困難である上、膜の均質性も悪くな
る。さらに、スペーサ層をシリコン酸化膜にて形成し、
これをウェットエッチング（Ｗ／Ｅ）により除去してい
たため、洗浄後の乾燥時に液体の表面張力で梁が基板に
吸着してしまうという問題があった。このような問題の
対策としては、例えば梁の下に突起を作って吸着を防い
だり、洗浄後に例えば純水中で凍結させて、そのまま真
空で凍結した純水を昇華させる、いわゆる凍結乾燥法な
どの方法があるが、いずれも作製工程は複雑なものとな
る。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、作製が容易
で、低電圧駆動・小型化が可能であり、耐久性、応答性
にも優れた出射効率制御素子及びその製造方法、そのよ
うな出射効率制御素子を備えた赤外線センサ及びその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の出射効率制御素
子は、第１電極として機能する部分を有するプレート
と、該プレート上に形成されたスペーサ層と、該スペー
サ層上に両端を支持され、第２電極として機能する部分
を有する複数本の梁から形成されたグレーティングと、
を備え、該第１電極と該第２電極との間に印加する電圧
を調整することにより、該梁と該プレートとの距離を変
化させ、それによって、出射効率を制御する出射効率制
御素子であって、更に、該プレートと該複数本の梁との
間に形成された絶縁層を備えており、そのことにより上
記目的を達成する。

【０００７】反射膜が前記絶縁層の表面及び前記梁の表
面に形成されていることが好ましい。

【０００８】前記プレートは、前記第１電極として機能
する半導体から形成されていてもよい。

【０００９】前記プレートは、前記第１電極として機能
する導電層と、該導電層を支持する絶縁性基板とから形
成されていてもよい。

【００１０】前記梁の少なくとも下面は、導電性材料か
ら形成されていることが好ましい。ある実施態様では、
前記梁の少なくとも下面は、酸化されにくい導電性材料
から形成されている。

【００１１】前記スペーサ層は、有機物から形成されて
いることが好ましい。

【００１２】前記導電性材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎ
ｉＣｒ合金、ＣｕＮｉ合金、クロム鋼、及び導電性有機
物からなる群から選択された材料であることが好まし
い。

【００１３】前記スペーサ層は、前記複数本の梁の材料
と同じ材料から形成されていてもよい。

【００１４】ある実施態様では、前記スペーサ層は、前
記梁の長さ方向の幅が該梁の厚さの２倍より小さい。

【００１５】本発明の他の出射効率制御素子は、第１電
極として機能する部分を有し、かつ、上面及び底面を有
するプレートと、該プレートの該上面の上に形成された
スペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２
電極として機能する部分を有する複数本の梁から形成さ
れたグレーティングと、を備え、該第１電極と該第２電
極との間に印加する電圧を調整することにより、該梁と
該プレートとの距離を変化させ、それによって、出射効
率を制御する出射効率制御素子であって、該プレートの
該上面に形成された絶縁体からなる第１の反射防止膜
と、該プレートの該底面に形成された絶縁体からなる第
２の反射防止膜とを更に備え、しかも、導電性材料から
形成され、該第２電極として機能する梁状反射膜と、該
梁状反射膜上に形成された弾性体層と、から該梁が構成
されており、そのことにより上記目的が達成される。

【００１６】本発明の更に他の出射効率制御素子は、第
１電極として機能する部分を有するプレートと、該プレ
ート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両
端を支持され、第２電極として機能する部分を有する複
数本の梁から形成されたグレーティングと、を備え、該
第１電極と該第２電極との間に印加する電圧を調整する
ことにより、該梁と該プレートとの距離を変化させ、そ
れによって、出射効率を制御する出射効率制御素子であ
って、該梁と該プレートの可動距離が、入射光の光軸上
で最も小さくなるように該複数本の梁が配列されていお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【００１７】本発明の更に他の出射効率制御素子は、第
１電極として機能する部分を有するプレートと、該プレ
ート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両
端を支持され、第２電極として機能する部分を有する複
数本の梁から形成されたグレーティングと、を備え、該
第１電極と該第２電極との間に印加する電圧を調整する
ことにより、該梁と該プレートとの距離を変化させ、そ
れによって、出射効率を制御する出射効率制御素子であ
って、該複数本の梁の厚さは、入射光の光軸上で最も小
さくなるように調整されており、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１８】前記スペーサ層は有機物から形成されてい
ることが好ましい。

【００１９】ある実施態様では、前記第１電極は接地さ
れており、前記梁状反射膜に電圧が印加される。

【００２０】前記弾性体層は、前記梁状反射膜の材質と
同じ材質から形成されていることが好ましい。

【００２１】前記導電性材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎ
ｉＣｒ合金、ＣｕＮｉ合金、クロム鋼、及び導電性有機
物からなる群から選択された材料であることが好まし
い。

【００２２】前記出射効率制御素子を製造する方法は、
プレート上にスペーサ層となる第１層を堆積する工程
と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆積する工程
と、を包含し、しかも、該第１層を堆積する工程におい
て、該第１層の原料を該プレートに向けて供給する堆積
源と該プレートとの間に配置された遮蔽部材を移動させ
ながら、該第１層の堆積を行い、それによって、該第１
層の厚さを位置に応じた変化させることが好ましい。

【００２３】前記出射効率制御素子を製造する方法は、
プレート上にスペーサ層となる第１層を堆積する工程
と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆積する工程
と、を包含し、しかも、該第２層を堆積する工程におい
て、該第２層の原料を該プレートに向けて供給する堆積
源と該プレートとの間に配置された遮蔽部材を移動させ
ながら、該第２層の堆積を行い、それによって、該第２
層の厚さを位置に応じた変化させることが好ましい。

【００２４】前記出射効率制御素子を製造する方法であ
って、第１電極として機能する部分を有するプレート上
に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に有機膜を堆積
する工程と、該有機膜上に導電性薄膜を堆積する工程
と、該導電性薄膜をパターニングすることによって、第
２電極として機能する複数本の梁を形成する工程と、該
有機膜の所定部分をドライエッチングによって除去し、
該複数本の梁の両端支持するスペーサを形成する工程
と、を包含することが好ましい。

【００２５】前記出射効率制御素子の駆動方法は、絶対
値が等しく極性の異なる矩形波の電圧を、前記第１電極
及び前記第２電極に印加することが好ましい。

【００２６】本発明の赤外線センサは、赤外光を集光す
るレンズと、焦電体とを備えた赤外線センサであって、
該レンズにより集光された該赤外光を受け、該赤外光の
少なくとも一部を該焦電体に対して出射する出射効率制
御素子を更に備えており、該出射効率制御素子は、第１
電極として機能する部分を有するプレートと、該プレー
ト上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端
を支持され、第２電極として機能する部分を有する梁か
ら形成されたグレーティングと、を備えており、該第１
電極と該第２電極との間に印加する電圧を調整すること
により、該梁と該プレートとの距離を変化させ、それに
よって、該出射効率制御素子の出射効率を制御し、それ
によって上記目的が達成される。

【００２７】ある実施態様では、前記焦電体に接続さ
れ、該焦電体の赤外線受光量を示す電気信号を出力する
信号増幅回路と、前記出射効率制御素子の前記第１及び
第２電極ならびに該信号増幅回路及び該焦電体に接続さ
れた複数の電極ピンであって、前記封止体の前記底面か
ら外部へ突出した電極ピンと、を更に備えている。

【００２８】前記焦電体と前記信号増幅回路とを支持す
る支持板を更に有していてもよい。前記複数の電極ピン
のうちの少なくとも一本の電極ピンは、前記封止体の内
部に延び、該一本の電極ピンは、前記支持板を支えてい
てもよい。

【００２９】前記焦電体と前記出射効率制御素子との間
に配置され、かつ、接地されたシールド体を更に備えて
いることが好ましい。

【００３０】前記出射効率制御素子は、前記封止体の上
面から傾けた角度（θ_t）が４５度以下であることが好
ましい。

【００３１】前記角度（θ_t）が２５度以下であっても
よい。

【００３２】前記プレートの主面に対する法線が前記レ
ンズの光軸に平行とはならないように、該プレートが傾
斜配置されていることが好ましい。

【００３３】ある実施態様では、前記グレーティングに
よって回折された回折光のうち０次回折光だけを前記焦
電体に入射し、該０次回折光以外の回折光を該焦電体に
入射させないように、前記出射効率制御素子が配置され
ている。

【００３４】前記出射効率制御素子の前記梁と前記プレ
ートとの距離の変化により、前記０次回折光の光量が変
化する。

【００３５】開口部を有する封止体が前記出射効率制御
素子と前記焦電体とを内蔵することが好ましい。

【００３６】ある実施態様では、前記赤外光を集光する
レンズが、前記封止体の前記開口部に設けられている。

【００３７】前記封止体は、前記レンズを支持する上面
と、該上面に平行な底面と、該底面に対して角度
（θ_t）だけ該出射効率制御素子を傾斜させて支持する
傾斜部材とを有しており、該傾斜部材上に該出射効率制
御素子が配置されていることが好ましい。

【００３８】前記赤外光を集光するレンズは、回折型レ
ンズであってもよい。

【００３９】前記赤外光を集光するレンズは、レンズの
位相変調量に応じた凹凸を有しており、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳからな
る群から選択された材料から形成されていることが好ま
しい。

【００４０】ある実施態様では、前記グレーティングの
周期は、前記赤外光の波長の７倍以上である。

【００４１】ある実施態様では、前記グレーティングの
可動距離が、入射する赤外光の光軸上で最も小さくなる
ように前記複数本の梁が配列されている。

【００４２】ある実施態様では、前記複数本の梁の厚さ
は、入射する赤外光の光軸上で最も小さくなるように調
整されている。ある実施態様では、前記プレートの主面
に平行で、かつ前記梁に垂直な方向が、前記レンズの光
軸に垂直となるように、前記出射効率制御素子が配置さ
れている。

【００４３】ある実施態様では、前記赤外光の波長を
λ、前記出射効率制御素子の前記プレートの主面に対す
る法線とが前記レンズの光軸のなす角度をθとした場
合、前記梁の可動距離がλ／（４ｃｏｓθ）となるよう
に設定されている。

【００４４】ある実施態様では、前記赤外光の波長を
λ、前記出射効率制御素子の前記プレートの主面に対す
る法線とが前記レンズの光軸のなす角度をθとした場
合、前記梁の厚さがλ／（４ｃｏｓθ）となるように設
定されている。

【００４５】前記出射効率制御素子の前記プレートと前
記梁との間に絶縁層が設けられていることが好ましい。

【００４６】前記梁の少なくとも下面は、酸化されにく
い導電性材料から形成されていることが好ましい。

【００４７】反射膜が前記絶縁層の表面及び前記梁の表
面に形成されていることが好ましい。

【００４８】前記出射効率制御素子の前記梁は、導電性
材料から形成されていてもよい。

【００４９】本発明の更に他の赤外線センサは、入射赤
外光の少なくとも一部を出射する出射効率制御素子と、
レンズと、焦電体とを備えた赤外線センサであって、該
レンズは、該出射効率制御素子から出射された赤外光を
該焦電体に集光し、該出射効率制御素子は、第１電極と
して機能する部分を有するプレートと、該プレート上に
形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持
され、第２電極として機能する部分を有する複数本の梁
から形成されたグレーティングとを備えており、該第１
電極及び該第２電極の間に印加する電圧を調整すること
により、該梁と該プレートとの距離を変化させ、それに
よって、該出射効率制御素子の出射効率を制御し、その
ことによって上記目的が達成される。

【００５０】前記梁の少なくとも下面は、酸化されにく
い導電性材料から形成されていることが好ましい。

【００５１】ある実施態様では、前記焦電体に接続さ
れ、該焦電体の赤外線受光量を示す電気信号を出力する
信号増幅回路と、前記出射効率制御素子の前記第１及び
第２電極ならびに該信号増幅回路及び該焦電体に接続さ
れた複数の電極ピンであって、前記封止体の前記底面か
ら外部へ突出した電極ピンと、を更に備えている。

【００５２】ある実施態様では、前記焦電体と前記信号
増幅回路とを支持する支持板を更に有している。

【００５３】前記複数の電極ピンのうちの少なくとも一
本の電極ピンは、前記封止体の内部に延び、該一本の電
極ピンは、前記支持板を支える請求項５０記載の赤外線
センサ。

【００５４】ある実施態様では、前記焦電体と前記出射
効率制御素子との間に配置され、かつ、接地されたシー
ルド体を更に備えている。

【００５５】ある実施態様では、前記出射効率制御素子
は、前記封止体の上面から傾けた角度（θ_t）が４５度
以下である。

【００５６】前記角度（θ_t）が２５度以下であること
が好ましい。

【００５７】ある実施態様では、前記プレートの主面に
対する法線が前記レンズの光軸に平行とはならないよう
に、該プレートが傾斜配置されている。

【００５８】ある実施態様では、前記グレーティングに
よって回折された回折光のうち０次回折光だけを前記焦
電体に入射し、該０次回折光以外の回折光を該焦電体に
入射させないように、前記出射効率制御素子が配置され
ている。

【００５９】前記出射効率制御素子の前記梁と前記プレ
ートとの距離の変化により、前記０次回折光の光量が変
化する。

【００６０】ある実施態様では、開口部を有する封止体
が前記出射効率制御素子と前記焦電体とを内蔵する。

【００６１】前記赤外光を集光するレンズは、回折型レ
ンズであることが好ましい。

【００６２】前記赤外光を集光するレンズは、レンズの
位相変調量に応じた凹凸を有しており、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳからな
る群から選択された材料から形成されていることが好ま
しい。

【００６３】ある実施態様では、前記グレーティングの
周期は、前記赤外光の波長の７倍以上である。ある実施
態様では、前記プレートの主面に平行で、かつ前記梁に
垂直な方向が、前記レンズの光軸に垂直となるように、
前記出射効率制御素子が配置されている。

【００６４】ある実施態様では、前記赤外光の波長を
λ、前記出射効率制御素子の前記プレートの主面に対す
る法線とが前記レンズの光軸のなす角度をθとした場
合、前記梁の可動距離がλ／（４ｃｏｓθ）となるよう
に設定されている。

【００６５】前記赤外光の波長をλ、前記出射効率制御
素子の前記プレートの主面に対する法線とが前記レンズ
の光軸のなす角度をθとした場合、前記梁の厚さがλ／
（４ｃｏｓθ）となるように設定されていることが好ま
しい。

【００６６】前記出射効率制御素子の前記プレートと前
記梁との間に絶縁層が設けられいることが好ましい。

【００６７】前記出射効率制御素子の前記梁は、導電性
材料から形成されていることが好ましい。

【００６８】ある実施態様では、開口部を有する封止体
が前記出射効率制御素子と前記焦電体と前記レンズを内
蔵する。

【００６９】赤外波長フィルターが前記封止体の開口部
に設けられていてもよい。

【００７０】前記開口部に設けられた開口制御手段を更
に備えていてもよい。

【００７１】本発明の赤外線センサの製造方法は、赤外
光を集光するレンズと、焦電体と、該レンズにより集光
された赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を該焦
電体に対して出射する出射効率制御素子とを備えた赤外
線センサの製造方法であって、該出射効率制御素子を製
造する工程が、プレート上にスペーサ層となる第１層を
堆積する工程と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆
積する工程と、を包含し、しかも、該第１層を堆積する
工程において、該第１層の原料を該プレートに向けて供
給する堆積源と該プレートとの間に配置された遮蔽部材
を移動させながら、該第１層の堆積を行い、それによっ
て、該第１層の厚さを位置に応じた変化させ、そのこと
により上記目的が達成される。

【００７２】本発明の他の赤外線センサの製造方法は、
赤外光を集光するレンズと、焦電体と、該レンズにより
集光された赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を
該焦電体に対して出射する出射効率制御素子とを備えた
赤外線センサの製造方法であって、該出射効率制御素子
を製造する工程が、プレート上にスペーサ層となる第１
層を堆積する工程と、該スペーサ層上に梁となる第２層
を堆積する工程と、を包含し、しかも、該第２層を堆積
する工程において、該第２層の原料を該プレートに向け
て供給する堆積源と該プレートとの間に配置された遮蔽
部材を移動させながら、該第２層の堆積を行い、それに
よって、該第２層の厚さを位置に応じた変化させ、その
ことにより上記目的が達成される。

【００７３】本発明の更に他の赤外線センサの製造方法
は、赤外光を集光するレンズと、焦電体と、該レンズに
より集光された赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一
部を該焦電体に対して出射する出射効率制御素子とを備
えた赤外線センサの製造方法であって、該出射効率制御
素子を製造する工程が、第１電極として機能する部分を
有するプレート上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜
上に有機膜を堆積する工程と、該有機膜上に導電性薄膜
を堆積する工程と、該導電性薄膜をパターニングするこ
とによって、第２電極として機能する複数本の梁を形成
する工程と、該有機膜の所定部分をドライエッチングに
よって除去し、該複数本の梁の両端支持するスペーサを
形成する工程と、を包含し、そのことにより上記目的が
達成される。

【００７４】

【実施例】

（実施例１）以下、図１から図４を参照しながら、本発
明による赤外線センサの第１の実施例を説明する。

【００７５】本実施例における赤外線センサは、レンズ
を封止体開口部に設け、出射効率制御素子を、焦電体と
同様、封止体に内蔵したものであり、小形化可能であ
る。出射効率制御素子自体も、低消費電力駆動が可能
で、耐久性、応答スピードに優れている。

【００７６】図１に示すように、赤外光を集光するレン
ズは、レンズの位相変調量に応じた凹凸部を有してお
り、例えば、口径３ｍｍ、焦点距離６ｍｍの回折形レン
ズ８である。このレンズ８は、同心円のグレーティング
ゾーンから構成され、外周にいくほどグレーティング周
期が徐々に小さくなっている。グレーティングゾーンの
断面は、例えば最大溝の深さ３μmで、鋸歯形状を、例
えば４段階の階段形状で近似した、いわゆるマルチレベ
ル形状で、回折現象を利用して集光するものである。こ
の回折形レンズ８は、赤外線入射フィルター４として機
能する膜を堆積したＳｉ基板の裏面に直接形成したもの
であり、封止体である封止缶５の開口部に設けた。この
ことにより、従来例で必要だった、Ｓｉの球面レンズは
不用になり、組立の簡単化、低コストとともに一層小さ
い赤外線センサが構成可能になった。

【００７７】この回折形レンズ８は、Ｓｉウエハ全体
に、フォトリソグラフィとリアクティブイオンエッチン
グ（ＲＩＥ）による工程をそれぞれ２回繰り返して作製
した。この方法により、光学部品でありながら、半導体
のプレーナ技術を用いることができ、ウエハ１枚あたり
で数１００から数１０００個もの多くのレンズが一度に
製造できる。また、Ｓｉ基板以外にも、Ｇｅ、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の、赤外域で
透明な物質を基板に用いてもよい。

【００７８】出射効率制御素子９は、例えば、面積２.
５ｍｍ×２.５ｍｍ、厚さ０.４ｍｍのサイズを持ち、焦
電体２と同様にして封止缶５に内蔵されている。出射効
率制御素子９は、それに印加する電圧を制御することに
よって、反射率（０次回折効率）を可変することができ
る反射形の回折素子である。図１、図２に示す座標系
で、出射効率制御素子９は、その設置面（ｘ’ｙ面）
が、レンズ８の設置面（ｘｙ面）から、例えばθ_t＝４
５°傾いており、図１に示すように、例えば、波長λ＝
１０μmの集光された赤外光７は、出射効率制御素子９
により、光軸を例えば９０°折り曲げ、０次回折光１１
が左側に設置された焦電体２に入射する。この０次回折
光１１は、出射効率制御素子９を、通常のミラーと見立
てたときに生じる反射光と同じ方向に現れる。この９０
°折り曲げ光学系により、封止体５の高さが小さくなる
という効果がある。

【００７９】この出射効率制御素子９に電圧を印加する
と、０次回折光１１が消滅して、図２の点線で示したよ
うに、１次回折光１０ａと−１次回折光１０ｂが、例え
ば、４１％ずつ発生し、これらの回折光は焦電体２の外
部に集光される。このため、焦電体２には、赤外光が入
射しないことになる。従って、出射効率制御素子９に印
加する電圧をオン、オフすることにより、焦電体２に入
射する赤外光の光量を変化させることができ、従来のチ
ョッパと同じ働きをすることができる。

【００８０】この出射効率制御素子９は、図２、図３
（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、Ｓｉからなる基板
１４と、上下動が可能な複数本の梁から形成されたグレ
ーティング１２（１２₁、１２₂、・・１２_N）とを備え
ている。グレーティング１２は、例えば、例えばＳｉＮ
層１６から形成され、長さ２ｍｍ、厚さＬ＝３.５μmの
サイズを持ち、周期Λは１００μmである。

【００８１】グレーティング１２と基板１４との間に
は、スペーサ層としてＳｉＯ₂層１３が設けられてお
り、グレーティング１２の各梁の両端は、このスペーサ
層に支持される。グレーティング１２と基板１４の間
は、例えばＳ＝３.５μmだけ離れている。この距離は、
スペーサ層の厚さによって調節される。

【００８２】グレーティング１２の表面と基板１４の表
面には、Ａｕから形成された反射膜１５ａ及び１５ｂが
設けられている。反射膜１５ａと基板１４とは、スペー
サ層（ＳｉＯ₂層）１３によって絶縁されている。

【００８３】本実施例では、Ｓｉからなるプレート状の
基板１４が、全体として第１電極として機能する。反射
膜１５ａは第２電極として機能する。基板１４及び反射
膜１５ａに電圧を印加することにより、静電気力が発生
し、グレーティング１２の両端の支持部周辺がたわん
で、図３（ｂ）のようにグレーティング１２が基板１４
に接触する。グレーティング１２の長さは、たわむ領域
に光が入射しないように、集光赤外光７が出射効率制御
素子９に反射する際のビーム（図２で点線で表示）の径
（例えば１.８ｍｍ）より大きくした。しかしながら、
大きくし過ぎると、検知領域以外から入射する不要な赤
外線が、このグレーティング１２の使用しない周辺部分
で回折され、焦電体２に入射する可能性が生じるため、
本実施例では、グレーティング１２の長さを反射ビーム
径より５％から２０％程度大きくした。

【００８４】本発明者らは、グレーティング１２の最適
厚さ、及び、空間部の最適高さ（可動距離）は、出射効
率制御素子９の傾き角θ_tに依存しており、ＳｉＮ層１
６の厚さＬは、入射波長λに対してλ／（４ｃｏｓ
θ_t）（例えば３.５μm）、また、グレーティング１２
と基板１４の間の空間部の高さＳは同じくλ／（４ｃｏ
ｓθ_t）（例えば３.５μm）となることを発見した。こ
のとき、電圧を印加していないときは、グレーティング
表面の反射層１５ａと、基板表面の反射層１５ｂでそれ
ぞれ反射されるＺ’方向の光の位相シフト量は２πとな
る。このとき位相がぴったり合っているので、出射効率
制御素子９は単なるミラーの働きをし、図４に示すよう
に、０次回折光の回折効率は、反射損失を除いて近似的
に１００％となり、０次回折光（反射光）１１のみが生
じる。一方、電圧を印加すると、グレーティング表面の
反射層１５ａと、基板表面の反射層１５ｂの光の位相シ
フト量はπとなる。このときは、位相が全く打ち消し合
うので、０次回折効率が０％となり、±１次回折光１０
ａ、１０ｂが４１％の回折効率で生じる。しかしなが
ら、ＳとＬの厚さは、多少ずれても、チョッパとしての
働きをすることが図４から分かる。

【００８５】「0. Solgaard, F. S. A. Sandejas and
D. M. Bloom :" Deformable gratingoptical modulato
r", Optics Letters, Vol. 17, No. 9, May 1, 1992」
に記載されている先行技術においては、入射光として、
可視光（例えば波長λ＝０.６３２８μm）の平行光を用
いて、素子（出射効率制御素子）に垂直入射しているた
め、入射光と反射された０次回折光の分離が難しかっ
た。またグレーティングの周期は、Λ＝２、３、４μm
の３種類であるが、グレーティング幅では、その半分の
１、１.５、２μmとなり、非常に小さいため微細加工が
難しかった。また、グレーティング厚さや、空間部の高
さも、０.２μm程度という非常に小さいものであり、製
造時、堆積膜厚誤差が生じがちで、歩留まりよく良好な
特性の出射効率制御素子の製造が難しいという課題があ
った。

【００８６】一方、本発明による赤外線センサでは、入
射光として例えば、中心波長１０μmの赤外線を使用す
るため、製造すべきグレーティングの幅は、例えば、５
０μmと非常に大きくなるため、微細加工が容易であ
る。また、最適なグレーティングの厚さ及び空間部の高
さとも、例えば３.５μmと非常に大きいため、薄膜堆積
の膜厚制御性は非常に良くなる。さらに、薄膜に通常生
じるグレインや微小な凹凸は、可視光入射に対しては散
乱等の悪影響を及ぼすが、本発明の赤外線センサにおい
ては全く問題にならなかった。

【００８７】本実施例では、出射効率制御素子９のグレ
ーティングの長さ方向（ｘ’方向）に垂直でかつ上記グ
レーティングを設けた面上にあるグレーティングベクト
ルの方向（ｙ方向）と、レンズ８で集光された赤外光７
の光軸（−ｚ方向）が垂直であり、出射効率制御素子９
の設置面（ｘ’ｙ面）を上記レンズ８設置面（ｘｙ面）
から傾けた構成を用いた。この構成により、入射する集
光赤外光７と出射する０次回折光１１を良好に分離で
き、しかも、電圧オフ時の０次回折効率はほぼ１００％
得られることを発見した。

【００８８】本発明の赤外線センサでは、出射効率制御
素子９に、コリメートされた平行光ではなく、集光光を
入射しているため、グレーティング１２のうち、ｙ方向
の中央部（例えば、グレーティング１２₄、１２₅、１２
₆）ではほぼ１００％の０次回折効率が得られる（電圧
オフ時）が、ｙ方向周辺部（グレーティングの本数Ｎを
１０本とする場合、例えばグレーティング１２₁、１
２₂、１２₉、１２₁₀）では、入射の角度が傾くため、次
第に減少することを本発明者らは見いだした。同じ理由
で、電圧オン時では、グレーティング周辺部で０次回折
効率が０％から増大し、全体として光量の変化量幅は低
下する。しかしながら、グレーティング１２の周期Λ
を、赤外光の波長の７倍以上（Λ／λ≧７）であれば、
赤外線センサとして、斜め入射でも、回折効率の変化は
小さく、集光光の入射は問題にならないことを発見し
た。また、Λ／λ≧７の場合、作製するグレーティング
線幅は３５μm以上と大きなため、作製も容易であっ
た。

【００８９】なお、本実施例では、Ｓｉ基板を用いて出
射効率制御素子を作製したが、Ｓｉ基板の代わりに、ガ
ラスなど絶縁性基板の表面に導電性層を形成した基板を
用いても良い。グレーティングを支持することができる
プレート状の部材で、しかも、グレーティングとの間で
静電気力を発生するための第１の電極として機能する部
分を有するものであればよい。ただし、グレーティング
を形成する工程で、フォトリソグラフィやエッチング等
の半導体装置製造分野で開発された微細加工技術を利用
するため、半導体基板を用いることが好ましい。このこ
とは、後述する他の実施例についても同様である。

【００９０】（実施例２）以下に、図５、図６を参照し
ながら、本発明による赤外線センサの第２の実施例を説
明する。

【００９１】本実施例の赤外線センサは、実施例１の赤
外線センサと、出射効率制御素子の構成のみが異なる。
従って、出射効率制御素子について説明する。

【００９２】本実施例で使用する出射効率制御素子９’
は、図５に示すように、グレーティング１２’の厚さＬ
は、入射する赤外光７の光軸上が最も小さく（厚さＬ₄
は、例えばλ／（４ｃｏｓθ_t）、外れるに従って、徐
々に大きくなっている（Ｌ₁＞Ｌ₂＞Ｌ₃＞Ｌ₄＜Ｌ₅＜Ｌ₆
＜Ｌ₇）。グレーティング１２’と基板１４の間の空間
部の高さＳ、すなわち、グレーティング１２’の上下動
の可動距離もまた、入射する赤外光７の光軸上が最も小
さく（高さＳ₄は、例えばλ／（４ｃｏｓθ_t）、外れる
に従って、徐々に大きくなっている（Ｓ₁＞Ｓ₂＞Ｓ₃＞
Ｓ₄＜Ｓ₅＜Ｓ₆＜Ｓ₇）。なお、図５は、グレーティング
１２’の本数が７本の場合の出射効率制御素子を図示し
ているが、グレーティングの１２’の本数は、これに限
定されることは無い。

【００９３】本発明者らは、グレーティング１２’の厚
さＬとして、その部分に入射する赤外光７の入射角をθ
としたとき、Ｌ＝λ／（４ｃｏｓθ・ｃｏｓθ_t）と
し、また、空間部の高さＳも同じくＳ＝λ／（４ｃｏｓ
θ・ｃｏｓθ_t）とすると、斜め入射になるグレーティ
ング周辺部において、電圧オフ時の０次回折効率低下、
及び電圧オン時の０次回折効率の増大を防止し、光量の
変化幅を大きくできることを発見した。従って、Λ／λ
＜７の場合でのグレーティングの周期が小さいときで
も、本実施例によれば、０次回折光１１の光量の変化幅
を大きくすることが可能になる。また、厚さＳとＬのう
ちどちらか一方だけでも厚さ分布をもたせると改善され
る。

【００９４】図５の出射効率制御素子は、以下のように
して製造される。

【００９５】まず、Ｓｉ基板１４上に、グレーティング
１２’と基板１４との間の距離を規定する第１の薄膜と
して、ＳｉＯ₂薄膜１３を堆積する。その後、グレーテ
ィング１２’となる第２の薄膜として、ＳｉＮ薄膜１６
を堆積する。第１の薄膜堆積時に、図６に示すように、
薄膜の堆積源１７と基板１４との間で、ｘ’方向に細長
く延びる遮蔽手段１８をｙ方向に動かす。遮蔽手段１８
をｙ方向に動かすことにより、薄膜の堆積量を基板１４
上の位置に応じて変化させ、ＳｉＯ₂薄膜１３の厚さを
制御する。遮蔽手段１８の動かすスピードを、中心付近
は遅く、周辺付近は速くすると、図６に示すような膜厚
の分布をもつＳｉＯ₂薄膜１３が得られる。第２の薄膜
堆積時に同様の工程を行えば、ＳｉＮ薄膜１６の厚さも
図６のＳｉＯ₂薄膜１３の厚さのように分布させること
ができる。

【００９６】次に、フォトリソグラフィとエッチング工
程によって、図５の示すグレーティングを形成すること
ができる。

【００９７】なお、ｘ’方向に細長く延びる部分を複数
そなえた遮断手段１８を用いれば、複数の出射効率制御
素子９’が配列したアレイを容易に製造することもでき
る。

【００９８】（実施例３）図７（ａ）及び図７（ｂ）を
参照しながら、本発明による赤外線センサの第３の実施
例を説明する。本実施例の赤外線センサは、実施例１の
赤外線センサと、出射効率制御素子の構成のみが異な
る。従って、出射効率制御素子について説明する。

【００９９】なお、本実施例の出射効率制御素子は例え
ば、入射角θ_t＝４５度、波長λ＝１０．６μｍの赤外
光を変調できるように設計されている。もちろん他の仕
様のものも構成可能である。

【０１００】図において、２１は基板であり、本実施例
では、例えば、シリコン基板である。２２は絶縁層であ
る。２３はスペーサ層で、本実施例では、例えば、厚み
がλ／（４cosθ_t）＝３．７５μｍのポジ形レジストか
ら成っている。２４は導電体薄膜であり、本実施例で
は、例えば、アルミニウムを同じく３．７５μｍ蒸着し
て形成している。２５は反射膜で、例えばＡｕを蒸着し
たものである。

【０１０１】以下に、図８（ａ）から図８（ｇ）を参照
しながら、本実施例の出射効率制御素子の製造方法を説
明する。

【０１０２】これらの図において、２６は導電体薄膜２
４をパターンニングするためのマスクである。２７ａ〜
ｄは梁である。２８ａ〜ｅは開口部である。２９ａ〜２
９ｄは上部反射膜である。３０ａ〜ｅは下部反射膜であ
る。上部反射膜２９ａ〜２９ｄと梁２７ａ〜２７ｄによ
りグレーティングが構成されている。

【０１０３】まず、図８（ａ）に示すように、シリコン
基板２１を１０５０℃にて１時間熱酸化し、０．１μｍ
厚の熱酸化膜からなる絶縁層２２をシリコン基板２１上
に形成する。

【０１０４】次に、図８（ｂ）に示すように、絶縁層２
２上にレジストをスピンコート塗布してスペーサ層２３
を形成する。レジストは塗布後、１６０℃で２０分ベー
クされる。なお、本実施例では、スピンナーの回転数や
レジストの粘度や温度を調節して、ベーク後のスペーサ
層２３の厚みが、３．７５μｍとする。

【０１０５】図８（ｃ）に示すように、蒸着またはスパ
ッタにより、３．７５μｍ厚のアルミニウム膜をスペー
サ層２３上に堆積し、導電体薄膜２４を形成する。

【０１０６】図８（ｄ）に示すように、導電体薄膜２４
上にレジストを塗布した後、露光・現像を行いマスク２
６を形成する。

【０１０７】図８（ｅ）に示すように、りん酸、酢酸、
硝酸からなるエッチング液により、導電体薄膜２４を形
成しているアルミニウムをウェット・エッチング（以
下、Ｗ／Ｅと略記）し、導電体薄膜２４中に開口部２８
ａ〜２８ｅを設け、導電体からなる複数の梁２７ａ〜２
７ｄを形成する。本実施例では、直径１．８ｍｍの入射
光を制御するために、梁２７ａ〜２７ｄの長さ（図面に
垂直な方向に沿って計測した長さ）を２ｍｍとしてい
る。

【０１０８】図８（ｆ）に示すように、等方性のドライ
・エッチング（以下、Ｄ／Ｅと略記）により、マスク２
６を除去するとともに、スペーサ層２３を除去する。ス
ペーサ層２３は、梁２７ａ〜２７ｄの下に位置する部分
も等方的にエッチングされ、その結果、スペーサ層２３
は、図示されている基板２１の周辺領域上にのみ残り、
梁２７ａ〜２７ｄの両端を支持する。

【０１０９】最後に、図８（ｇ）に示すように、基板２
１の上部に対してＡｕを蒸着し、厚さ０．１５μｍの反
射膜２５を形成する。反射膜２５は、梁２７ａ〜２７ｄ
上に形成された上部反射膜２９ａ〜２９ｄと、開口部２
８ａ〜２８ｅにおいて露出する絶縁層２２の上面に形成
された下部反射膜３０ａ〜３０ｅとを含む。

【０１１０】梁の幅に対して梁の長さが長い構造物を形
成する場合に、スペーサ層をＷ／Ｅで除去すると、その
後の洗浄・乾燥の際に液体の表面張力によって梁が基板
側へ吸着してしまうという問題がある。本実施例の製造
方法では、Ｄ／Ｅによってスペーサ２３を選択的に除去
するため、吸着の問題は全く無くなり、製造歩留まりを
大幅に向上することができた。

【０１１１】梁の長さは、開口部２８ａ〜２８ｅから横
方向（図７（ａ）において垂直方向）にどれだけスペー
サ層２３をエッチングするかによって変化する。本発明
の出射効率制御素子では、各梁２７ａ〜２７ｄの長さを
一定にしないと、駆動時に各梁の復元速度にばらつきが
生じ、光の回折が均一に起こらない時間が発生すること
がある。Ｗ／Ｅでスペーサ層２３を除去すると、梁２７
ａ〜２７ｄ下部へのエッチャントの回り込み度合や洗浄
時のエッチャント除去の時間が各梁２７ａ〜２７ｄの部
分で微妙に異なり、結果として出射効率制御素子の梁２
７ａ〜２７ｄの長さにばらつきが生じてしまう。しか
し、Ｄ／Ｅにてスペーサ層２３の除去を行えば、梁２７
ａ〜２７ｄの長さにばらつきがほとんど生じなかった。

【０１１２】図９（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、本
実施例の出射効率制御素子の動作を説明する。これらの
図において、３１は入射光である。３２は０次回折光で
ある。３３ａ〜ｄはスペーサ層の等方性エッチングによ
り梁２７ａ〜ｄが中空に浮いて形成された空気層であ
る。３４は上部電極であり、導電体薄膜２４と反射膜２
５から成る。３５ａ、ｂは±１次回折光である。図９
（ａ）は上部電極３４と基板２１に電圧を印加していな
い状態を示しており、上部反射膜２９ａ〜２９ｄと下部
反射膜３０ａ〜３０ｅの段差は、例えば、７．５μｍに
なっている。

【０１１３】一方、導電体薄膜２４と基板２１の間に、
例えば正の電圧を印加した状態では、梁２７ａ〜ｄと下
部電極である基板２１は空気層３３ａ〜３３ｄと絶縁層
２２を挟むコンデンサを形成し、上部電極である梁２７
ａ〜２７ｄには正電荷が、基板２１には負電荷がチャー
ジされ、この電荷間に静電引力が作用するため、図１２
（ｂ）に示すように、梁２７ａ〜２７ｄは絶縁層２２に
接触するまで引き寄せられる。この時、上部反射膜２９
ａ〜２９ｄと下部反射膜３０ａ〜３０ｅの表面の段差
は、例えば、３．７５μｍとなる。

【０１１４】以上の動作により、実施例１の出射効率制
御素子と同様の作用によって、本実施例の出射効率制御
素子においても導電体薄膜２４と基板２１の間に印加す
る電圧のオン・オフにより、例えば、波長１０．６μｍ
の入射光を変調することが出来る。

【０１１５】本実施例の出射効率制御素子は、実施例１
に比べて、上部電極である導電体薄膜２４と下部電極で
ある基板２１の距離が小さいために、強い静電力が作用
することとなり、結果として低電圧駆動が可能になると
いうと効果があった。

【０１１６】このように本実施例によれば、スペーサ層
を有機膜から形成し、Ｄ／Ｅによりこれを除去するの
で、洗浄・乾燥工程での梁と基板とが吸着するという問
題がなくなるとともに、スペーサ層の除去が均一に再現
性良く行われる。このために長さの等しい複数の梁が形
成され、動作のばらつきがなくなる。更に、実施例１の
出射効率制御素子に比べて、上下電極のギャップが小さ
くなるために、低電圧での駆動が可能となる。

【０１１７】（実施例４）図１０を参照しながら、本発
明による赤外線センサの第４の実施例を説明する。本実
施例の赤外線センサは、実施例１の赤外線センサと、出
射効率制御素子の構成のみが異なる。従って、出射効率
制御素子について説明する。

【０１１８】図１０において、３６は基板であり、本実
施例では、例えば、シリコン基板を用いている。３７は
絶縁層である。３８はスペーサ層で、本実施例では、例
えば、厚み３．７５μｍのレジストから成っている。３
９は導電体薄膜であり、上部電極の役目と上部反射膜の
役目を兼ねている。導電体薄膜３９は本実施例では、例
えば、アルミニウムを３．７５μｍ蒸着して形成してい
る。４０ａ〜ｅは下部反射膜であり、導電体薄膜３９と
同じ材質もしくはほぼ等しい反射率を有する材質からな
っており、本実施例では、例えば、アルミニウムからな
っている。

【０１１９】以下に、図１１（ａ）〜（ｉ）を参照しな
がら、本実施例の出射効率制御素子の製造方法を説明す
る。図１１（ａ）〜（ｉ）において、４１は反射膜であ
る。４２ａ〜４２ｅはマスクである。

【０１２０】まず、図１１（ａ）に示すように、シリコ
ン基板３６を、１０５０℃にて１時間熱酸化し、０．１
μｍ厚の熱酸化膜からなる絶縁層３７をシリコン基板３
６上に形成する。

【０１２１】図１１（ｂ）に示すように、蒸着によりア
ルミニウムを、例えば、０．１５μｍ堆積して反射膜４
１を形成し、レジストをスピン塗布後、露光・現像を行
ってマスク４２ａ〜４２ｅを形成する。

【０１２２】図１１（ｃ）に示すように、例えば、りん
酸、酢酸、硝酸からなるエッチング液により、反射膜４
１を形成しているアルミニウムをＷ／Ｅする。

【０１２３】図１１（ｄ）に示すように、マスク４２ａ
〜４２ｅを除去して、下部反射膜４０ａ〜ｅを形成す
る。

【０１２４】図１１（ｅ）に示すように、レジストをス
ピン塗布後、ベークしてスペーサ層３８を形成する。な
お、この時スピンナーの回転数やレジストの粘度や温度
を調節して、ベーク後のスペーサ層３８の厚みを、例え
ば、３．７５μｍとする一方で、平坦な面を得るように
している。

【０１２５】図１１（ｆ）に示すように、スペーサ層３
８上に蒸着によって、例えば、３．９μｍ厚のアルミニ
ウム膜を成膜し、導電体薄膜３９を形成する。尚、下部
反射膜４０ａ〜４０ｅの厚みが、例えば、０．１５μｍ
であるため、導電体薄膜３９も、例えば、３．７５μｍ
より０．１５μｍ厚くして３．９μｍとしている。

【０１２６】図１１（ｇ）に示すように、導電体薄膜３
９上にレジストを塗布し、露光・現像を行いマスク４３
を形成する。

【０１２７】図１１（ｈ）に示すように、例えば、りん
酸、酢酸、硝酸からなるエッチング液により、導電体薄
膜３９を形成しているアルミニウムをＷ／Ｅし、梁４４
ａ〜ｄ及び開口部４５ａ〜ｅを形成する。

【０１２８】図１１（ｉ）に示すように、Ｄ／Ｅにより
マスク４３を除去すると同時に、スペーサ層３８も梁４
４ａ〜ｄの下まで等方性エッチングされる。

【０１２９】以上の工程により図１０に示す構造が完成
する。

【０１３０】以上のように構成された出射効率制御素子
について、図１２を用いてその動作を説明する。図１２
において、図１０における同一物には同一番号を賦し説
明を省略する。同図において、４６は入射光、４７は０
次回折光、４８ａ〜４８ｄはスペーサ層３８の等方性エ
ッチングにより梁４４ａ〜４４ｄが中空に浮いて形成さ
れた空気層である。４９ａ，ｂは±１次回折光である。
図１２（ａ）は導電体薄膜３９と基板３６に電圧を印加
していない状態を示しており、梁４４ａ〜ｄ表面と下部
反射膜４０ａ〜４０ｅの段差は、例えば、７．５μｍに
なっている。

【０１３１】一方、導電体薄膜３９と基板３６の間に、
例えば正の電圧を印加した状態では、梁４４ａ〜ｄと下
部電極である基板３６は空気層４８ａ〜４８ｄと絶縁層
３７を挟むコンデンサを形成し、上部電極である梁４４
ａ〜４４ｄには正電荷が、基板３６には負電荷がチャー
ジされ、この電荷間に静電引力が作用するため、図１２
（ｂ）に示すように、梁４４ａ〜４４ｄは絶縁層３７に
接触するまで引き寄せられる。この時、梁４４ａ〜４４
ｄと下部反射膜４０ａ〜４０ｅの表面の段差は、例え
ば、３．７５μｍとなる。

【０１３２】以上の動作により、実施例１の出射効率制
御素子と同様の作用によって、本実施例の出射効率制御
素子においても導電体薄膜３９と基板３６に印加する電
圧のオン・オフにより、例えば、波長１０．６μｍの入
射光を変調することが出来る。

【０１３３】以上のように本実施例によれば、下部反射
膜を先に形成しておくことにより、梁を上部反射膜とし
て動作することができ、最終的に反射膜を成膜する必要
がなくなるため、特に厚い反射膜が必要とされる場合、
梁側面に反射膜が回り込むことで下部反射膜とこの側面
に付着した反射膜が接触することが原因となって適正な
動作が得られないという問題点は、完全に解決すること
ができた。なお、実施例では導電体薄膜にアルミニウム
膜を用いたが、他の材質を用いてもよいことは言うまで
もない。また、実施例ではアルミニウム膜を蒸着により
堆積したが、成膜はスパッタリングやメッキにより行っ
てもよい。また、スペーサ層としてレジストを用いた
が、ポリイミド等の有機材料を用いてもよい。

【０１３４】（実施例５）図１３を参照しながら、本発
明による赤外線センサの第５の実施例を説明する。

【０１３５】図１３において、５０は基板であり、本実
施例では、シリコン基板を用いている。５１は絶縁層で
あり、基板５０を熱酸化して、熱酸化膜を、例えば、
０．１μｍを形成し、減圧化学気相成長法（以下、ＬＰ
ＣＶＤと略記）により窒化膜を、例えば、０．５μｍ堆
積したものである。５２はスペーサ層であり、ＬＰＣＶ
Ｄにてシリコン酸化膜を、例えば、３．７５μｍ堆積し
たものである。５３は誘電体層であり窒化膜をＬＰＣＶ
Ｄによって、例えば、３．７５μｍ成膜したものであ
る。誘電体層５３は５４ａ〜５４ｄで示す両持ちの梁に
パターニングされている。なお、誘電体層５３は窒化膜
の組成をシリコン・リッチにして引張の残留応力を、例
えば、およそ２００ＭＰａに低減している。梁５４ａ〜
５４ｄはスペーサ層５２に両端を支持された両持ち梁と
なって中空に浮いている。５５ａ〜５５ｅは開口であ
る。５６は反射膜であり、例えば、０．１５μｍ厚のＡ
ｕの薄膜を蒸着により堆積したものである。同図に示す
ように、反射膜５６は梁５４ａ〜５４ｄの表面上に上部
反射膜５７ａ〜５７ｄを形成しているだけでなく、開口
５５ａ〜５５ｅを通して、絶縁層５１表面にも下部反射
膜５８ａ〜５８ｅを形成している。これらの上部反射膜
５７ａ〜５７ｄと梁５４ａ〜５４ｄによりグレーティン
グが形成されている。

【０１３６】以下に、図１４（ａ）〜（ｇ）を参照しな
がら、本実施例の出射効率制御素子の製造方法程を説明
する。

【０１３７】まず、図１４（ａ）に示すように、シリコ
ン基板５０を、例えば、１０５０℃にて１時間熱酸化
し、０．１μｍ厚の熱酸化膜を形成後、その上にＬＰＣ
ＶＤにて、例えば、厚さ０．５μｍのシリコン窒化膜を
堆積して、絶縁層５１を形成する。

【０１３８】図１４（ｂ）に示すように、絶縁層５１上
に、シリコン酸化膜からなるスペーサ層５２をＬＰＣＶ
Ｄにより堆積する。

【０１３９】図１４（ｃ）に示すように、スペーサ層５
２上にシリコン・リッチのシリコン窒化膜をＬＰＣＶＤ
により成膜して誘電体層５３を形成する。

【０１４０】図１４（ｄ）に示すように、レジスト５９
をスピンコート塗布し、露光・現像を行って、所定の形
状のマスクを形成する。

【０１４１】図１４（ｅ）に示すように、Ｄ／Ｅによ
り、誘電体層５３をパターニングして梁５４ａ〜ｄを形
成する。

【０１４２】図１４（ｆ）に示すように、レジスト５９
を除去し、バッファード・フッ酸によりスペーサ層５２
をＷ／Ｅして、梁５４ａ〜５４ｄの下のスペーサ層５２
を除去し、両持ち梁を形成する。

【０１４３】図１４（ｇ）に示すように、例えば、厚さ
０．１５μｍのＡｕから成る反射膜５６をスパッタにて
成膜し、上部反射膜５７ａ〜５７ｄ及び下部反射膜５８
ａ〜ｅが形成される。以上の工程により図１３に示す構
造が完成する。

【０１４４】以上のように構成された出射効率制御素子
の動作については、図１３において反射膜５６を上部電
極とし基板５０を下部電極として、これらの間に印加す
る電圧をオン・オフすることにより実施例３や実施例４
の場合と同様に、例えば、波長１０．６μｍの入射光を
変調することが出来る。

【０１４５】本実施例の出射効率制御素子は、梁の材質
として窒化膜を用いているため、例えば、２００ＭＰａ
の引張応力が残留しており、このため駆動電圧は実施例
３や実施例４の出射効率制御素子よりもかなり高くなる
ものの、厚みに対して長さが非常に長い梁を形成できる
という利点があり、直径の大きな入射光を変調すること
が出来る。絶縁層５１のない実施例１の出射効率制御素
子では、反射膜の成膜時に梁側面に反射膜が回り込んで
しまい、駆動時に上部反射膜と基板が電気的に導通して
電流が流れ、適正な動作をしないという問題が発生し
て、歩留まりが低かった。しかし、本実施例の出射効率
制御素子では下部反射膜５８ａ〜５８ｅと基板５０の間
に絶縁層５１を設けたため、反射膜５６成膜時に梁５４
ａ〜５４ｄ側面へ膜が回り込んで上部反射膜５７ａ〜５
７ｄと下部反射膜５８ａ〜５８ｅが電気的に導通して
も、下部反射膜５８ａ〜５８ｅと基板５０は絶縁されて
いるために上部反射膜５７ａ〜５７ｄと基板５０の間に
は電気的導通は完全になくなり、確実に動作する出射効
率制御素子を提供でき、歩留りを高めることが出来た。
以上のように、実施例１の出射効率制御素子において
は、反射膜を成膜するときに基板の側壁に反射膜が回り
込み、駆動の際に上部反射膜と下部反射膜が接触してシ
ョートし、適正な動作が得られなくなりがちであった
が、本実施例によれば、下部反射膜と基板との間に絶縁
層があることにより、安定な動作が得られた。

【０１４６】次に、図９（ａ）及び（ｂ）ならびに図１
５（ａ）から図１５（ｃ）を参照しながら、本発明の出
射効率制御素子に対する電圧印加方法を説明する。

【０１４７】図１５（ａ）は、電圧印加装置により出射
効率制御素子に印加する駆動電圧の波形を示している。
このような波形の駆動電圧は、第３または第４の実施例
で述べたような、例えば、光の変調を２０ｍｓｅｃ周期
（周波数５０Ｈｚに相当）で行う場合に使用される。

【０１４８】図１５（ａ）の駆動電圧は、領域ＡＢと領
域ＣＤでは極性が逆で等しい大きさの波形を持つ。図１
５（ａ）の領域Ａは、図９（ｂ）で上部電極３４と基板
２１との間に、例えば、＋１５Ｖの電圧を印加している
状態に対応する。この間は、実施例３または実施例４ま
たは実施例５で述べたように、上部電極３４側には正電
荷が、基板２１側には負電荷がチャージされ、梁２７ａ
〜２７ｄがたわんで、絶縁層２２へ吸着することで図９
（ｂ）に示したような状態となる。次に、図１５（ａ）
の領域Ｂは、電圧を印加していない状態に対応し、チャ
ージされた電荷は殆ど除去される。しかし、一部の電荷
が残留することを本発明者らは発見した。残留した電荷
の吸引力より梁２７ａ〜２７ｄの復元力が勝るために、
梁２７ａ〜２７ｄは初期位置まで復元して、図９（ａ）
に示したように、中空に浮いた状態となるのであるが、
次に同じ極性の電圧を印加して動作させようとすると、
残留電荷の影響で前の電圧より高い電圧を印加しないと
梁２７ａ〜２７ｄは絶縁層２２に吸着しなくなる。そこ
で、次に領域Ｃにおいては、領域Ａと逆の極性の電圧で
ある、例えば、−１５Ｖの電圧を印加することで、各電
極に残留している電荷を強制的に除去するとともに、逆
極性の電荷がチャージされ、梁２７ａ〜２７ｄが再び絶
縁層２２へ吸着する。領域Ｄは領域Ｂと同様、電圧を印
加していない状態であるが、同様にして一部の電荷は残
留したままになっている。

【０１４９】以上のように本実施例によれば、駆動電圧
を印加した際にチャージされた電荷を、交互に逆の極性
の電圧を印加することで除去することにより、駆動回数
が多くなるにつれて残留電荷が増していくために、駆動
電圧を大きくしなくてはならないという問題を解決でき
ることとなる。

【０１５０】なお、電圧を印加する際に、図１５（ａ）
に示す電圧は逆の極性の電圧から印加を始めても全く同
じ動作が得られることは言うまでもない。

【０１５１】図１５（ｂ）は、他の駆動電圧の波形を示
す。

【０１５２】図１５（ｂ）の領域Ａでは、図９（ｂ）で
上部電極３４と基板２１との間に、例えば、＋５０Ｖの
電圧を印加している状態に対応する。この間は、上部電
極３４側には正電荷が、基板２１側には負電荷がチャー
ジされ、梁２７ａ〜２７ｄがたわんで、絶縁層２２へ吸
着することで図９（ｂ）に示したような状態となる。次
に、図１５（ｂ）の領域Ｂ及びＣは、図９（ａ）の状態
に対応する。この領域Ｂにおいて、チャージされた電荷
の除去を促進するため、最初のある短い期間に、逆極性
の電圧（例えば−５０Ｖ）の電圧を印加する。

【０１５３】図１５（ａ）は、更に他の駆動電圧の波形
を示す。図１５（ｂ）の電圧波形との差異は、領域Ｂの
最初のある短い期間に、逆極性ではないが領域Ａの電圧
よりも低い電圧を印加する点にある。これによっても、
チャージの除去を促進し、梁の復元を高速に行うことが
できる。

【０１５４】（実施例６）以下、図１６を参照しなが
ら、本発明による赤外線センサの第６の実施例を説明す
る。本実施例の赤外線センサは、例えば波長１０μｍの
赤外光を検出できるよう設計されている。

【０１５５】本実施例の赤外線センサは、レンズを封止
体の開口部に設け、出射効率制御素子を、焦電体と同
様、封止体に内蔵したものである。従来のチョッパを用
いた赤外線センサに比較して小型化されている。また、
出射効率制御素子自体も、低消費電力駆動が可能で、耐
久性、応答スピードに優れている。

【０１５６】まず、本実施例の赤外線センサの構成を説
明する。

【０１５７】図１６において、６１は封止体であるが、
内部を図示するため一部省略して記載している。６２は
レンズであり、例えば口径３ｍｍ、焦点距離６ｍｍのシ
リコン等の赤外域で透明な基板上に形成した回折型レン
ズである。６３は出射効率制御素子であり、例えば波長
１０μｍの赤外光を変調する。６４はスペーサであり傾
斜角θ_tを有している。６５は支持板であり、図１６で
は特に図示していないが、支持板５裏面には焦電体や信
号増幅回路等の電子部品が配置されている。６６ａ〜６
６ｄは電極ピンであるが、図１６では電極ピン６６ｄは
見えない位置にあるため図示していない。電極ピン６６
ａ〜６６ｄにより、例えば接地、出射効率制御素子６３
への電圧印加、焦電体やその他の図示しない電子部品へ
の電源供給、信号出力が行われる。

【０１５８】図１７は支持板６５を図１６の底面側から
見た斜視図である。同図において図１６と同一物には同
一番号を賦記し説明を省略する。図１７において６７は
焦電体である。６８は焦電体から発せられた信号を増幅
する信号増幅回路である。

【０１５９】図１８は、本実施例の赤外線センサの基本
構成の側面図である。焦電体６７は支持板６５の端部付
近に配置され、これにより傾斜角θ_tをできるだけ小さ
くしている。後で詳しく説明するが、傾斜角θ_tが小さ
いほど駆動電圧は小さくなる。今の場合、レンズ６２の
焦点距離を例えば１０ｍｍとすると、傾斜角θtは例え
ば１７度となり、駆動電圧は傾斜角θ_tが０度の場合よ
り１０％大きい程度で抑制される。また、支持板６５に
焦電体６７や信号増幅回路６８を配置し、更に支持板６
５を電極ピンで支えた構造としているため、複雑な配線
が特に必要なく、封止も容易である。

【０１６０】図１９（ａ）は出射効率制御素子の平面
図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＡ−Ａ’断面を示す
ものである。図１９において６９は基板であり、例えば
シリコン基板である。７０は絶縁層であり、例えばシリ
コン基板を熱酸化して酸化膜を０．１μｍ形成したもの
である。７１はスペーサ層であり例えばポリイミドをス
ピンコート塗布してベークしたものである。７２は梁で
ある。本発明者らは、検出対象の光の波長をλとする
と、変調度が最も大きくなる最適なスペーサ層と梁の厚
さはいずれもλ／（４cosθ_t）となることを発見した。
この式から分かるように、傾斜角θ_tが大きくなるほど
出射効率制御素子の梁とスペーサ層の最適な厚さは厚く
なる。例えば、λ＝１０μｍの場合、θ_t＝２５度とす
ると各層の厚さは２．８μｍ、θ_t＝４５度とすると
３．５μｍである。７３は反射膜であり、例えばＡｕを
蒸着により０．１μｍ堆積したものである。７４は大気
中の酸素や酸素プラズマ等によって酸化されにくい材質
からなる非酸化導電体薄膜であり、例えばＡｕやＰｔを
蒸着したものである。７５は弾性体であり、例えばＡｌ
を蒸着したものである。図１８に示すように梁７２は非
酸化導電体薄膜７４と弾性体７５から成っている。

【０１６１】以下に、図２０（ａ）から図２０（ｆ）を
参照しながら、本実施例の出射効率制御素子の製造方法
を説明する。

【０１６２】まず、図２０（ａ）に示すように、シリコ
ンからなる基板６９を、例えば１０５０℃にて１時間熱
酸化し、０．１μｍ厚の熱酸化膜を形成して、絶縁層７
０を形成する。その後、ポリイミドをスピンコート塗布
してスペーサ層７１を形成する。ポリイミドは塗布後、
２００℃で２０分ベークする。なお、この時、スピンナ
ーの回転数やポリイミドの粘度や温度を調節して、ベー
ク後のスペーサ層７１の厚みが、例えば２．８μｍとな
るようにしている。

【０１６３】図２０（ｂ）に示すように、スペーサ層７
１上に蒸着により、０．１μｍ厚のＡｕを堆積して、非
酸化導電体薄膜７４を形成した後、さらに２．７μｍ厚
のＡｌ膜を蒸着により堆積して弾性体７５を形成する。

【０１６４】図２０（ｃ）に示すように、弾性体７５上
にポジ型レジストを塗布し、露光・現像を行い、マスク
７６を形成する。その後、例えばりん酸、酢酸、硝酸か
らなるエッチング液により、弾性体７５をＷ／Ｅする。

【０１６５】図２０（ｄ）に示すように、Ｄ／Ｅにより
非酸化導電体薄膜７４をエッチングした後、図２０
（ｅ）に示すように、Ｄ／Ｅによりマスク７６を除去す
ると同時に、スペーサ層７１も梁７２の下まで等方的に
エッチングする。

【０１６６】次に、図２０（ｆ）に示すように、Ａｕを
０．１μｍ蒸着して反射膜７３を形成し、図１９に示す
構造が完成する。

【０１６７】以上のように構成された出射効率制御素子
について、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）を用いて、そ
の動作を説明する。これらの図において、７７は入射光
である。７８は反射された０次回折光である。７９はス
ペーサ層７１の等方性エッチングにより梁７２が中空に
浮いて形成された空気層である。８０は梁７２上に形成
された反射膜７３である上部反射膜である。８１は絶縁
層７０上に形成された反射膜７３である下部反射膜８１
である。８２ａ，ｂは±１次回折光である。

【０１６８】図２１（ａ）は非酸化導電体薄膜７４と基
板６９に電圧を印加していない状態を示しており、上部
反射膜８０と下部反射膜８１の段差は、図で示したよう
にλ／（２cosθ_t）であり、例えばλ＝１０μｍ、θ_t
＝２５度とすると、５．５μｍとなっている。この時、
上部反射膜８０で反射される光と下部反射膜８１で反射
される光は位相が揃うため、出射効率制御素子は単なる
ミラーとして作用し、入射光７７は０次回折光７８とな
る。

【０１６９】一方、基板６９と非酸化導電体薄膜７４の
間に、例えば正の電圧を印加した状態では、非酸化導電
体薄膜７４と基板６９は空気層７９と絶縁層７０を挟む
コンデンサを形成し、上部電極である非酸化導電体薄膜
７４には正電荷が、下部電極である基板６９には負電荷
がチャージされ、この電荷間に静電引力が作用するた
め、図２１（ｂ）に示すように、梁７２は絶縁層７０に
接触するまで引き寄せられる。この時、上部反射膜８０
と下部反射膜８１の表面の段差は、例えば２．８μｍと
なる。この時、上部反射膜８０で反射される光と下部反
射膜８１で反射される光は位相が半波長分（π）だけず
れるため、互いに打ち消しあって、０次回折光が消滅
し、代わりに０次以外の高次回折光が出射するようにな
る。例えば、この時±１次回折光８２ａ，ｂはそれぞれ
４１％の回折効率で発生する。このように非酸化導電体
薄膜７４と基板６９の間に印加する電圧をオン・オフす
ることにより光の変調を行うことができる。

【０１７０】以上のように、本実施例の出射効率制御素
子は、スペーサ層を有機膜とし、Ｄ／Ｅによりこれを除
去することで、従来のような洗浄・乾燥工程での梁と基
板の吸着の問題がなくなるとともに、除去が均一に行わ
れるために長さの等しい梁が形成され動作のばらつきが
なくなった。また、梁の構造材の成膜は、例えば蒸着に
よってこれを行うため、残留応力の制御は成膜温度で容
易に制御可能であり、しかも低い残留応力に抑制するこ
とができるため、低電圧で動作する出射効率制御素子を
作製できることとなった。さらに、少なくとも梁の下面
を導電体とし、基板との間に薄い酸化膜を形成したこと
で、上下電極間の距離が大幅に小さくなり、低電圧での
駆動が可能となった。

【０１７１】次に、出射効率制御素子を低電圧で駆動す
るための、赤外線センサを構成する要素の配置について
述べる。先に述べたように、出射効率制御素子の梁やス
ペーサの最適な厚みは傾斜角θ_tにより変化する。図２
２（ａ）は、本実施例の赤外線センサの出射効率制御素
子において、傾斜角とその時の梁及びスペーサ層の最適
な厚みをグラフで示したものであり、図２２（ｂ）は、
それにともなって駆動電圧がどの様に上昇するかを、傾
斜角が０度のときを１とする規格化を行い示したもので
ある。図２２（ｂ）から、傾斜角θ_tを４５度以下とす
ることで、駆動電圧の上昇を２倍以下に抑制することが
できることが分かる。さらに、本発明者らは、出射効率
制御素子の傾斜角を２５度以下とすることで、入射光と
０次回折光の分離と低電圧駆動（電圧上昇を２０％以下
に抑制）が両立できることを発見した。具体的には例え
ば長さが３ｍｍで残留応力を＋１０ＭＰａ以下の引張応
力に抑制した梁からなる出射効率制御素子では５Ｖ以下
の電圧で駆動が可能になった。

【０１７２】次に、図２３（ａ）から図２３（ｃ）を参
照しながら、本実施例の出射効率制御素子において、梁
の下面を非酸化層にした効果を説明する。

【０１７３】まず、梁の下面を酸化されにくい導電体と
しなかった場合についてその影響を述べる。例えば大気
中の酸素による自然酸化や、スペーサ層を酸素プラズマ
等でＤ／Ｅして除去する際、梁の下面が酸化されて酸化
膜が形成される。図２３に示した出射効率制御素子は、
本実施例の出射効率制御素子で梁の下面を酸化されにく
い材質としなかった場合を示しており、その他の構成に
ついては同じものである。

【０１７４】なお、図２３（ａ）は出射効率制御素子の
梁の長手方向の断面図であり、図２３（ｂ）は図２３
（ａ）の領域Ａで示された接触面付近を拡大した図であ
り、図２３（ｃ）は電圧をオフした時の領域Ａの拡大図
である。これらの図において、８３は梁７２が大気中の
酸素やアッシング時の酸素プラズマにより酸化されるた
めに形成された酸化膜である。８４は梁７２の酸化され
ていない導電体部である。８５は絶縁層７０の内部また
は表面に存在する電子である。８６は電子８５が移動し
て形成されたホール（正電荷）である。

【０１７５】図２３（ａ）は、上下電極間に電圧Ｖ（＞
０）を印加した状態であり、導電体部８４には正電荷
が、基板６９側には負電荷がチャージされる。図２３
（ｂ）では、印加された電圧により発生した電界により
絶縁層７０の表面または内部の電子８５の一部が酸化膜
８３の表面または内部へ移動し、この時、ホール８４が
形成される。図２３（ｃ）は図２３（ｂ）の状態から電
圧をオフした状態を示しているが、この時外部からの電
圧は印加されていないため、酸化膜８３へ移動した電子
８５は絶縁層７０側へ移動せずに残留して図に示すよう
な残留電位差Ｖ_resが発生することとなる。このため、
次に梁を動作させようとすると先の印加電圧ＶよりＶ
_resだけ増加させた電圧を印加しなければならず、駆動
回数に伴って駆動電圧が上昇し、最終的には電子８５と
ホール８６の密度が増大し、これらの間の静電力が増大
して梁７２は絶縁層７０に吸着したまま復元しなくな
る。

【０１７６】このような駆動電圧の上昇と梁の吸着を防
ぐために、図２４に示すような波形の電圧を印加して残
留電荷を強制的に移動させながら駆動することが考えら
れる。この電圧印加方法では、領域ＡとＣで逆極性の電
圧を交互に印加することで、残留する電荷を除去しなが
ら駆動を行うことで、Ｖresの絶対値が増大するのを防
いでいる。しかし、この電圧印加方法では、実際の作製
に当たっては絶対値として２倍の電圧を供給できる電圧
源が必要な上、適切に電荷除去を行わなければ、いずれ
か一方の電荷が多く残留して梁が吸着して復元しなくな
るという難点がある。

【０１７７】これに対して、以下、本実施例の出射効率
制御素子において、梁の下面を大気中の酸素や酸素プラ
ズマによって酸化されにくい材質とした効果について説
明する。

【０１７８】図２５（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の出
射効率制御素子の接触面での電荷の動きを説明する図で
ある。図２５（ａ）は、基板６９と非酸化導電体薄膜７
４の間に電圧Ｖ（＞０）を印加したときの接触面の様子
を拡大して示したものであるが、非酸化導電体薄膜７４
側には正電荷が、基板６９側には負電荷がチャージされ
る。この時、印加された電圧により発生した電界により
絶縁層７０の表面または内部の電子８５の一部が非酸化
導電体薄膜７４へ移動し、この時ホール２６が形成され
る。しかしながら、非酸化導電体薄膜７４へ移動した電
子８５は、先にチャージされている正電荷と結合して消
滅する。図２５（ｂ）は図２５（ａ）の状態から電圧を
オフした状態を示しているが、絶縁層７０には正電荷が
残留している。しかし、負電荷が残留していないため電
界が発生せず、残留電位差も発生しない。このため、駆
動回数に伴って印加電圧を上昇させる必要や逆極性の電
圧を印加して残留電荷を強制的に除去する必要がなくな
り、実質的に低電圧駆動が達成され、安定な駆動が得ら
れた。

【０１７９】以上のように本実施例の赤外線センサで
は、出射効率制御素子の傾斜角θ_tを４５度以下とする
ことで駆動電圧の上昇を垂直入射の場合（傾斜角θ_t＝
０度）の２倍以下に抑制できた。さらに、傾斜角θ_tを
２５度以下とすることで、例えば梁の長さを３ｍｍと
し、残留応力を＋１０ＭＰａ以下の引張応力に制御する
ことで、５Ｖ以下での駆動が可能となり、昇圧回路が不
要となり、低価格化を実現できるという効果がある。さ
らに、焦電体及び信号増幅回路を支持板に乗せ、更に支
持板を電極ピンで支持することで、組立が容易になっ
た。また、本実施例の赤外線センサの出射効率制御素子
では、梁の下面を酸化されにくい導電体とすることで正
負いずれか一方のパルス電圧を印加することで駆動が可
能となり、印加電圧波形の微調整が不要となった上、安
定な駆動を得ることが可能となった。

【０１８０】なお、本実施例では、出射効率制御素子の
梁の長さが３ｍｍのものについて述べたが、例えば梁を
さらに長いものとして低電圧駆動を可能として、傾斜角
θtを大きくすることも考えられる。しかし、梁が長く
なりすぎると、慣性力の影響のため高速動作が得られな
くなるほか、梁にねじれが生じ易くなり変調効率が低下
する。

【０１８１】また、本実施例の出射効率制御素子では、
梁を弾性体と非酸化導電体薄膜からなる構造としたが、
例えば弾性体を非酸化導電体薄膜と同じ材質とし、すな
わち梁全体を非酸化導電体薄膜から形成してもよい。さ
らには反射膜も同じ材質としても良いことは言うまでも
ない。また、本実施例では酸化されにくい材質としてＡ
ｕを用いているが、そのほかにＰｔやＴｉやＮｉＣｒ合
金やＣｕＮｉ合金やクロム鋼またはまたは導電性の有機
物を用いてもよい。また、本実施例では弾性体としてＡ
ｌの場合を記載したが、例えば有機物等の絶縁体であっ
てもよい。

【０１８２】また、本実施例の出射効率制御素子の製造
工程では、非酸化導電体薄膜を弾性体をパターニングし
た後Ｄ／Ｅでパターニングしているが、これをＷ／Ｅで
除去しても良いことは言うまでもない。また、非酸化導
電体薄膜を成膜した後、一旦これをパターニングし、そ
の後弾性体層を成膜して再度弾性体層をパターニングす
ることで、梁の形状を作製してもよい。

【０１８３】また、本実施例では成膜方法としては主に
蒸着としたが、スパッタやメッキ等の別の成膜方法であ
ってもよい。

【０１８４】（実施例７）以下、図２６を参照しなが
ら、本発明による第７の実施例の赤外線センサを説明す
る。本実施例は第６の実施例と構成要素の配置関係のみ
が異なるため、以下、その配置関係を説明する。

【０１８５】図２６は本実施例の赤外線センサの基本構
成を示した断面図である。なお、出射効率制御素子の傾
斜角θ_tは、第６の実施例で述べたように２５度以下と
している。なお、図２６において図１８と同一物には同
一番号を賦記し説明を省略する。図２６において、８７
は支持スペーサである。図２６は、レンズ６２が例えば
口径３ｍｍ、焦点距離６ｍｍの回折形レンズであり、ス
ペーサ６４が例えば傾斜角θ_t＝２５度を有した場合に
ついて示している。支持スペーサ８７は例えば傾斜角α
＝４０度を設けて、焦電体６７に垂直に赤外光が入射す
るようにしている。この例では、スペーサ６４の傾斜角
θ_tを例えば２５度としているため、例えば梁の長さを
３ｍｍとすることで例えば０、＋５Ｖでの駆動が可能と
なっている。

【０１８６】本実施例の赤外線センサは、支持スペーサ
８７を設けたことにより、出射効率制御素子から出射さ
れる赤外光を垂直に受光でき、これにより高感度の検出
が可能である。また、入射光と出射効率制御素子から出
射される０次回折光の分離が容易であるため、例えば焦
点距離の短いレンズを用いて、実施例６の赤外線センサ
より小型の赤外線センサを作製できる。

【０１８７】（実施例８）以下、図２７（ａ）及び図２
７（ｂ）を参照しながら、本発明による出射効率制御素
子を説明する。図２７（ａ）は、本実施例の出射効率制
御素子の平面図、図２７（ｂ）は図２７（ａ）のＡ−
Ａ’断面図である。これらの図において、８８は基板で
あり、例えばシリコン基板である。８９は絶縁層であ
り、例えばシリコン基板を熱酸化して酸化膜を０．１μ
ｍ形成したものである。９０はスペーサ層であり例えば
感光性のポリイミドをスピンコート塗布して、露光・現
像によりパターンを形成した後、ベークしたものであ
る。９１は梁である。なお、スペーサ層９０と梁９１の
厚さはいずれもほぼλ／（４cosθ_t）となるようにして
いる。例えば、λ＝１０μｍ、θ_t＝２５度とすると最
適な厚さは２．８μｍである。９２は反射膜であり、例
えばＡｕを蒸着により０．１μｍ堆積したものである。
９３は大気中の酸素や酸素プラズマ等によって酸化され
にくい材質からなる非酸化導電体薄膜であり、例えばＡ
ｕやＰｔを蒸着したものである。９４は弾性体であり、
例えばＡｌを蒸着したものである。図に示すように梁９
１は非酸化導電体薄膜９３と弾性体９４から成ってい
る。

【０１８８】次に、図２８（ａ）から図２８（ｅ）、及
び図２９（ａ）から図２９（ｅ）を参照しながら、本実
施例の出射効率制御素子の製造方法を説明する。図２８
（ａ）から図２８（ｅ）は、図２７（ａ）におけるＡ−
Ａ’断面の様子を、図２９（ａ）から図２９（ｅ）は、
同Ｂ−Ｂ’断面を示している。

【０１８９】図２８（ａ）及び図２９（ａ）に示すよう
に、例えばシリコンからなる基板８８を、例えば１０５
０℃にて１時間熱酸化し、例えば、０．１μｍ厚の熱酸
化膜を形成して、絶縁層８９を形成する。

【０１９０】図２８（ｂ）及び図２９（ｂ）に示すよう
に、例えば感光性ポリイミドをスピンコート塗布して、
その後、露光・現像を行ってパターンを形成した後、例
えば２００℃で２０分ベークする。なお、この時スピン
ナーの回転数やポリイミドの粘度や温度を調節して、ベ
ーク後のスペーサ層９０の厚みが、例えば２．８μｍと
なるようにしている。

【０１９１】図２８（ｃ）及び図２９（ｃ）に示すよう
に、スペーサ層９０上に例えば蒸着により、例えば０．
１μｍ厚のＡｕを堆積して、非酸化導電体薄膜９３を形
成し、さらに例えば２．７μｍ厚のＡｌ膜を例えば蒸着
により成膜して弾性体９４を形成する。なお、この時、
図２７（ｂ）にδで示したポリイミドパターンの間隔を
非酸化導電体薄膜９３と弾性体９４の膜厚の和の２倍よ
り小さくすることで、図２８（ｃ）に示したようにポリ
イミドパターン間の溝が埋められるようにする。例え
ば、本実施例ではδ＝３μｍとしている。

【０１９２】図２８（ｄ）及び図２９（ｄ）に示すよう
に、弾性体９４上に例えばポジ型レジストを塗布し、露
光・現像を行いマスク１０２を形成する。その後、例え
ばりん酸、酢酸、硝酸からなるエッチング液により、弾
性体９４を形成しているＡｌをＷ／Ｅする。その後、例
えば、Ｄ／Ｅにより非酸化導電体薄膜９３をエッチング
する。

【０１９３】図２８（ｅ）及び図２９（ｅ）に示すよう
に、例えば酸素プラズマによるＤ／Ｅによりマスク９５
を除去すると同時に、スペーサ層９０も梁９１の下まで
等方的にエッチングされる。なお、一部のスペーサ層は
酸素プラズマに触れないため、除去されずに残留する。
最後に、例えば、Ａｕを０．１μｍ蒸着して反射膜９２
を形成する。以上の工程により、図２７（ａ）及び図２
７（ｂ）に示す構造が完成する。

【０１９４】以上のように構成された出射効率制御素子
の動作については実施例６について説明した動作と同様
であり、基板８８と非酸化導電体薄膜９３の間に印加す
る電圧をオン・オフすることで、入射光を変調すること
ができる。

【０１９５】実施例６における出射効率制御素子ではス
ペーサ層の除去時間により梁の長さが決定されていたの
に対し、本実施例の出射効率制御素子では、梁の長さが
スペーサ層のパターンにより決定されるため、再現性よ
く同じ梁の長さの出射効率制御素子を作製できる。出射
効率制御素子の梁の長さは駆動電圧に影響を及ぼすた
め、本実施例の出射効率制御素子の作製方法により、出
射効率制御素子の駆動電圧にばらつきが生じなくなっ
た。

【０１９６】（実施例９）以下、図３０を参照しなが
ら、本発明による赤外線センサの第９の実施例を説明す
る。

【０１９７】本実施例の赤外線センサは、特に、赤外光
検出のＳ／Ｎ比を大きく取りたい場合や、極めて小型の
赤外線センサを作製する場合に適している。赤外光検出
のＳ／Ｎ比を大きく取りたい場合、出射効率制御素子に
印加される電圧のオン・オフにより電磁ノイズが発生
し、これが、焦電体や信号増幅回路に影響を及ぼして、
大きなノイズとなってしまう。また、小型の赤外線セン
サを作製する場合には、出射効率制御素子も小さくなる
ため、梁の長さが短くなり比較的高い電圧を印加しない
と動作できなくなる。この時には大きな電磁ノイズが発
生し、やはり焦電体や信号増幅回路に強いノイズが乗っ
てしまうことになる。

【０１９８】図３０は本実施例の赤外線センサの基本構
成を示す側面図である。図３０において図１８における
同一物には同一番号を賦記し説明を省略する。図３０に
おいて、９６は電磁シールドであり、図示しない配線を
通じて接地されており、赤外光を透過する導電体からな
っている。なお、電磁シールド９６表面には反射防止膜
が施され、出射効率制御素子から出射された０次回折光
はほとんど損失なく電磁シールド９６を透過する。一
方、出射効率制御素子駆動の際に発生する電磁ノイズは
電磁シールド９６により遮断され、焦電体６７や信号増
幅回路６８に悪影響を及ぼさなくなる。

【０１９９】以上のように、本実施例の赤外線センサに
よれば、出射効率制御素子と焦電体や信号増幅回路等の
素子の間にシールド体を設け、これを接地することによ
り、出射効率制御素子から発生する電磁ノイズの影響を
遮断することができる。

【０２００】（実施例１０）以下、図３１を参照しなが
ら、本発明による赤外線センサの第１０の実施例を説明
する。本実施例の赤外線センサは、実施例６の赤外線セ
ンサと、出射効率制御素子の構成のみが異なる。本実施
例の出射効率制御素子は少なくとも焦電体や信号増幅回
路を配置した部分に向けては電磁ノイズを発生しない構
造となっているため、実施例９で示したような電磁シー
ルドを設けなくともよい。

【０２０１】以下、本実施例の出射効率制御素子につい
て説明する。図３１において、９７は基板であり、例え
ば両面を鏡面研磨したシリコン基板である。９８は絶縁
体からなる反射防止膜であり、例えば１．１μｍ厚のＺ
ｎＳ膜である。９９は反射膜であり、例えばＡｕを０．
１μｍ堆積しパターニングしたものである。１００はス
ペーサ層であり例えばポリイミドをスピンコート塗布し
てベークしたものである。スペーサ層１００の最適な厚
さはλ／（４cosθ_t）であり、例えば、λ＝１０μｍ、
θ_t＝２５度とすると厚さは２．８μｍである。１０１
は大気や酸素プラズマにより酸化されず、かつ導電体で
あり、かつ反射膜９９とほぼ等しい反射率を有する材質
からなる非酸化導電体反射膜であり、例えばＡｕを０．
１μｍ蒸着して堆積したものである。１０２は弾性体で
あり、例えばＡｌを１μｍ蒸着したものである。

【０２０２】図３２（ａ）から図３２（ｆ）は、参照し
ながら、本実施例の出射効率制御素子の製造方法を説明
する。これらの図において１０３、１０４はマスクであ
る。１０５は梁であり非酸化導電体反射膜１０１と弾性
体１０２から成っている。なお、同図において図３１と
同一物には同一番号を賦記し説明を省略する。

【０２０３】図３２（ａ）に示すように、例えば両面が
鏡面研磨されたシリコン基板９７の両面に、例えばスパ
ッタリングによりＺｎＳを厚さλ／４ｎ（ｎは、ＺｎＳ
の屈折率＝２．３）＝１．１μｍ成膜して反射防止膜３
８を形成する。

【０２０４】図３２（ｂ）に示すように、例えばＡｕを
０．１μｍ蒸着した後、例えばポジレジストをスピンコ
ート塗布して露光・現像を行ってマスク１０３を形成し
た後、例えばヨウ素、ヨウ化カリウム等からなるエッチ
ング液によりＡｕをＷ／Ｅして反射膜９９を形成する。

【０２０５】図３２（ｃ）に示すように、マスク１０３
を除去後、例えばポリイミドをスピンコート塗布してス
ペーサ層１００を形成する。ポリイミドは塗布後、例え
ば２００℃で２０分ベークする。なお、この時スピンナ
ーの回転数やポリイミドの粘度や温度を調節して、ベー
ク後のスペーサ層１００の厚みがλ／（４cosθ_t）とな
るようにする一方で、反射膜による凹凸を緩和してい
る。

【０２０６】図３２（ｄ）に示すように、スペーサ層１
００上に例えば蒸着により、例えば０．１μｍ厚のＡｕ
を堆積して、非酸化導電体反射膜１０１を形成し、さら
に例えば１μｍ厚のＡｌ膜を例えば蒸着により成膜して
弾性体１０２を形成する。その後、例えばポジレジスト
を塗布し、露光・現像を行いマスク１０４を形成する。

【０２０７】図３２（ｅ）に示すように、例えばりん
酸、酢酸、硝酸からなるエッチング液により、弾性体１
０２を形成しているＡｌをＷ／Ｅし、さらに例えば塩素
によるＤ／Ｅにより非酸化導電体反射膜１０１をエッチ
ングする。

【０２０８】図３２（ｆ）に示すように、例えば酸素プ
ラズマによるＤ／Ｅによりマスク１０４を除去すると同
時に、スペーサ層１００も梁１０５の下まで等方的にエ
ッチングされる。以上の工程により図３０に示す構造が
完成する。

【０２０９】図３３（ａ）及び図３３（ｂ）を参照しな
がら、本実施例の出射効率制御素子の動作を説明する。
これらの図において、１０６は入射光である。１０７
ａ，ｂは±１次回折光である。１０８はスペーサ層１０
０の等方性エッチングにより梁５２が中空に浮いて形成
された空気層である。４９は反射光である。図３３
（ａ）は非酸化導電体反射膜１０１と基板９７に電圧を
印加していない状態を示しており、反射膜９９と非酸化
導電体反射膜１０１の段差は、図で示したようにλ／
（４cosθ_t）であり、例えばλ＝１０μｍ、θ_t＝２５
度とすると、２．８μｍとなっている。入射光１０６は
上面の反射防止膜９８を通過し、次にシリコン基板９７
を通過し、最後に下面の反射防止膜９８を通過して、反
射膜９９と非酸化導電体反射膜１０１から形成されるグ
レーティング部へ入射する。この時、反射膜９９で反射
される光と非酸化導電体反射膜１０１で反射される光の
位相が半波長分（π）ずれるため、互いに打ち消しあっ
て０次以外の高次回折光が出射するようになる。例えば
±１次回折光１０７ａ，ｂはそれぞれ４１％の回折効率
で発生する。

【０２１０】図３３（ｂ）では基板９７と非酸化導電体
反射膜１０１の間に、例えば正の電圧を印加した状態を
示しており、基板９７は接地されている。この時、非酸
化導電体反射膜１０１と基板９７は空気層１０８と反射
防止膜９８を挟むコンデンサを形成し、下部電極である
非酸化導電体反射膜１０１には正電荷が、上部電極であ
る基板９７には負電荷がチャージされ、この電荷間に静
電引力が作用するため、図３３（ｂ）に示すように、梁
１０５は反射防止膜９８に接触するまで引き寄せられ
る。この時、反射膜９９と非酸化導電体反射膜１０１の
表面は、同一平面上にあるため、出射効率制御素子はミ
ラーとして作用し、入射光１０６は全て反射光１０９と
なる。

【０２１１】以上のように、非酸化導電体反射膜１０１
と基板９７の間に印加する電圧をオン・オフすることに
より光の変調を行うことができる。

【０２１２】本実施例の赤外線センサの出射効率制御素
子では、基板９７を接地し、非酸化導電体反射膜１０１
に電圧を印加する上、入射光を接地された基板９７を通
して反射膜へ入射させる構造としているため、例えば、
非常に微弱な赤外光の検出や、比較的高い印加電圧で出
射効率制御素子を駆動する場合にノイズとなる電磁波ノ
イズが、基板９７自体が電磁シールドの役割を兼ねるた
めに光の変調が行われる面側には発生しなくなる。

【０２１３】本実施例の出射効率制御素子は、反射防止
膜が絶縁層を兼ね、例えば１．１μｍのＺｎＳというよ
うに、厚い絶縁層であるため、駆動電圧を大きくせねば
ならない様に思えるが、実際には、例えばＺｎＳの比誘
電率は８以上であるため、実行的な長さは１．１μｍ÷
８＝０．１４μｍであるため、それほど駆動電圧は大き
くならない。また、梁１０５の厚さは波長λや傾斜角θ
_tにより特に限定されないため、梁の厚さを薄くするこ
とで、むしろ実施例１や実施例３の出射効率制御素子よ
り低電圧で駆動ができる。具体的には、波長λ＝１０μ
ｍ、傾斜角θ_t＝２５度の場合、梁の厚さを２μｍ以下
とすると０、５Ｖで駆動が可能であった。

【０２１４】（実施例１１）図３４を参照しながら、本
発明による他の赤外線センサの実施例を説明する。本実
施例の赤外線センサでは、焦電体上に赤外線を集光する
ためのレンズが、焦電体と出射効率制御素子との間に配
置されている。前述の実施例では、何れも、赤外線用レ
ンズが、封止体上の開口部を覆うように配置されてい
る。

【０２１５】図３４の実施例は、入射赤外光２０６の少
なくとも一部を０次回折光２１１として出射する出射効
率制御素子２０９と、回折型レンズ２０８と、焦電体２
０２とを備えた赤外線センサであって、回折型レンズ２
０８は、該出射効率制御素子２０９から出射された赤外
光を焦電体２０２に集光する。出射効率制御素子２０２
は、前述の実施例の何れのものを使用しても良い。

【０２１６】本実施例では、開口部を有する封止体２０
５の中に、出射効率制御素子２０９と焦電体２０２とレ
ンズ２０８とが設けられているが、封止体２０５の開口
部は解放さている。回折型レンズ２０８は、赤外線入射
フィルタ２０４として機能する基板上に回折格子が形成
されたレンズである。この実施例では、封止体２０５と
もに、回折型レンズ２０８自体が焦電体２０２をシール
ドする部材として機能している。

【０２１７】本実施例では、平行光に近い光が出射効率
制御素子２０９に入射するので、出射効率が向上する。
また、出射効率制御素子２０９の動作ノイズの影響が、
焦電体２０２に影響しにくくなる。

【０２１８】（実施例１２）図３５を参照しながら、本
発明による更に他の赤外線センサの実施例を説明する。
本実施例の赤外線センサでは、焦電体上に赤外線を集光
するためのレンズが、焦電体と出射効率制御素子との間
に配置されている。前述の実施例では、何れも、赤外線
用レンズが、封止体上の開口部を覆うように配置されて
いる。

【０２１９】本実施例は、封止体２０５の開口部が赤外
線入射フィルタ２０４で覆われている点で、図３４の実
施例と異なる。また、本実施例において、レンズ２０
８’は、回折型レンズではなく、シリコンの研磨レンズ
またはポリエチレンレンズである。本実施例では、赤外
線入射フィルタ２０４を透過した光のみがが出射効率制
御素子２０９に入射する。出射効率制御素子２０９は、
封止された環境内に置かれているため、出射効率制御素
子２０９の耐環境性が向上する。

【０２２０】（実施例１３）図３６を参照しながら、本
発明による更に他の赤外線センサの実施例を説明する。
本実施例の赤外線センサと図３４の赤外線センサとの相
違点は、図３６から明らかなように、封止体２０５の開
口部に、筒状の開口制御部材２１５が設けられている点
にある。この開口制御部材２１５の口径は、例えば３ｍ
ｍに、軸方向の長さは、例えば３０ｍｍに設定される。
開口制御部材２１５は、赤外線を遮断する材料から形成
される。開口制御部材２１５は、赤外線検知対象となる
物体以外から赤外線が出射効率制御素子に入射すること
を防止し、その結果、出力信号のＳ／Ｎ比が向上する。

【０２２１】以上、本発明による出射効率制御素子を利
用した装置として、赤外線センサを説明してきたが、出
射効率制御素子を利用して表示装置を構成することもで
きる。

【０２２２】

【発明の効果】本発明の出射効率制御素子によれば、可
動グレーティングとプレートとの間に、絶縁層が設けら
れていることにより、グレーティングを構成する梁の材
料を、導電性に拘らず、高い自由度で選択することがで
きる。梁を導電性の材料から形成し、あるいは、梁の下
面を導電性の材料から形成し、それを第２電極として機
能させれば、プレートと第２電極との間隙を縮小するこ
とができるので、低電圧での動作が可能となる。出射効
率制御素子を、比較的に波長の長い赤外線に対して使用
する場合、本発明による電極間距離の縮小は好ましい。

【０２２３】さらに、少なくとも梁の下面を酸化されに
くい導電性材料から形成した場合は、駆動時に接触面に
電荷が残留しなくなり、残留電位差が発生しなくなる。
このため、駆動回数に伴って駆動電圧が大きくなる現象
もなくなり、また逆極性の電圧を印加して残留電荷を強
制的に除去する必要もなくなる。これによって、逆極性
の電圧を印加するために必要とされる電源が不要とな
り、低コスト化が達成できる。また、電圧波形の微調整
も不要となり、常に安定な駆動を得やすい。

【０２２４】本発明の出射効率制御素子の製造方法によ
れば、スペーサ層を有機膜から形成し、その所定部分を
ドライエッチングによりこれを除去することにより、従
来のような洗浄・乾燥工程での梁と基板の吸着の問題が
なくなる。また、スペーサ層のエッチングが均一に行わ
れるために、長さの等しい梁が形成され、その結果、素
子動作のばらつきがなくなる。

【０２２５】梁の長さがスペーサ層のパターンにより決
定することにより、再現性よく同じ梁の長さの出射効率
制御素子を作製できるようになる。梁の長さによって出
射効率制御素子の最小駆動電圧が決定されるため、複数
の出射効率制御素子間の駆動電圧は一致するようにな
る。

【０２２６】また、本発明によれば、メカニカルチョッ
パー等が不要になり、小型化され、低消費電力で動作す
る赤外線センサが提供される。また、耐久性も向上す
る。出射効率制御素子の傾斜角θ_tを例えば４５度以下
とすれば、駆動電圧の上昇を垂直入射の場合に比して２
倍以下に抑制できる。さらに、傾斜角θ_tを２５度以下
とした場合、例えば梁の長さを３ｍｍとし、残留応力を
＋１０ＭＰａ以下の引張応力に制御することで、５Ｖ以
下での駆動が可能となる。この結果、昇圧回路が不要と
なるので、低価格化を実現できる。さらに、焦電体及び
信号増幅回路を支持板に乗せ、更に支持板を電極ピンで
支持することで、組立が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による赤外線センサの第１の実施例の基
本構成を示す断面図。

【図２】上記第１の実施例の出射効率制御素子と焦電体
との配置関係を示す図（封止体内の上面から見た図）。

【図３】（ａ）は、第１の実施例の出射効率制御素子に
電圧が印加されていない状態を示す断面図、（ｂ）は、
その出射効率制御素子に電圧が印加された状態を示す断
面図。

【図４】本発明の第１の実施例の赤外線センサの出射効
率制御素子の回折効率と位相シフト量の関係を示すグラ
フ。

【図５】本発明による赤外線センサの第２の実施例の出
射効率制御素子の基本構成を示す断面図。

【図６】上記第２の実施例を製造する方法における薄膜
堆積工程を示す断面図。

【図７】（ａ）は本発明による赤外線センサの第３の実
施例における出射効率制御素子の平面図、（ｂ）は、
（ａ）のＡ−Ａ’断面図。

【図８】（ａ）〜（ｇ）は、上記第３の実施例における
出射効率制御素子の製造工程を示す断面図。

【図９】（ａ）は、第３の実施例の出射効率制御素子に
電圧が印加されていない状態を示す断面図、（ｂ）は、
その出射効率制御素子に電圧が印加された状態を示す断
面図。

【図１０】本発明による赤外線センサの第４の実施例に
おける出射効率制御素子の断面図。

【図１１】（ａ）〜（ｉ）は、上記第４の実施例におけ
る出射効率制御素子の製造工程を示す断面図。

【図１２】（ａ）は、第４の実施例の出射効率制御素子
に電圧が印加されていない状態を示す断面図、（ｂ）
は、その出射効率制御素子に電圧が印加された状態を示
す断面図。

【図１３】本発明による赤外線センサの第５の実施例に
おける出射効率制御素子の断面図。

【図１４】（ａ）〜（ｇ）は、上記第５の実施例におけ
る出射効率制御素子の製造工程図。

【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による出射効率制
御素子に印加する駆動電圧波形の例を示す図。

【図１６】本発明による赤外線センサの第６の実施例の
構成と配置を示す斜視図。

【図１７】第６の実施例の赤外線センサの支持板上の素
子の基本的構成の一例を示す斜視図。

【図１８】第６の実施例の赤外線センサの基本構成を示
す側面図。

【図１９】（ａ）は、第６の実施例の出射効率制御素子
の平面図、（ｂ）は、同Ａ−Ａ’断面図。

【図２０】（ａ）〜（ｆ）は、第６の実施例の出射効率
制御素子の製造工程説明図。

【図２１】（ａ）は、第６の実施例の出射効率制御素子
の電圧オフ時の動作説明図、（ｂ）は、電圧オン時の動
作説明図。

【図２２】（ａ）は、第６の実施例の出射効率制御素子
における傾斜角と梁の最適厚さの関係説明図、（ｂ）
は、同じく傾斜角と駆動電圧上昇の関係説明図。

【図２３】（ａ）は、梁の下面が酸化されている場合の
出射効率制御素子の電圧印加時の電荷の状況説明図、
（ｂ）は、同接触面付近の電子の挙動説明図、（ｃ）
は、電圧オフ時の接触面付近の電荷状況説明図。

【図２４】出射効率制御素子の残留電荷を強制的に除去
しながら駆動する際の印加電圧波形の一例を示す図。

【図２５】（ａ）は、第６の実施例の出射効率制御素子
における電圧オン時の電荷の挙動説明図、（ｂ）は、電
圧オフ時の電荷の状態説明図。

【図２６】本発明による赤外線センサの第７の実施例の
基本構成を示す側面図。

【図２７】（ａ）は、第８の実施例の出射効率制御素子
の平面図、（ｂ）は、同Ａ−Ａ’断面図。

【図２８】（ａ）〜（ｅ）は、第８の実施例の製造工程
説明図（Ａ−Ａ’断面）。

【図２９】（ａ）〜（ｅ）は、第８の実施例の製造工程
説明図（Ｂ−Ｂ’断面）。

【図３０】本発明による赤外線センサの第９の実施例の
基本構成を示す側面図。

【図３１】第１０の実施例の出射効率制御素子の断面
図。

【図３２】（ａ）〜（ｆ）は、第１０の実施例の出射効
率制御素子の製造工程説明図。

【図３３】（ａ）は、同実施例の出射効率制御素子の電
圧オフ時の動作説明図、（ｂ）は、電圧オン時の動作説
明図。

【図３４】第１１の実施例の赤外線センサの断面図。

【図３５】第１２の実施例の赤外線センサの断面図。

【図３６】第１３の実施例の赤外線センサの断面図。

【符号の説明】

２焦電体４赤外線入射フィルタ５封止体７赤外光８回折型レンズ９出射効率制御素子１０ａ１次回折光１０ｂ −１次回折光１１０次回折光１２グレーティング１３スペーサ層１４基板１５ａ、１５ｂ反射膜１６ＳｉＮ薄膜１７堆積源１８遮断手段２１基板２２絶縁層２３スペーサ層２４導電体薄膜２５反射膜２６マスク２７ａ〜２７ｄ梁２８ａ〜２８ｅ開口部２９ａ〜２９ｄ上部反射膜３０ａ〜３０ｅ下部反射膜３６基板３７絶縁層３８スペーサ層３９導電体薄膜４０ａ〜４０ｅ下部反射膜４１反射膜４２ａ〜４２ｅマスク４４ａ〜４４ｄ梁４５ａ〜４５ｅ開口部４６入射光４７０次回折光４８ａ〜４８ｄ空気層５０基板５１絶縁層５２スペーサ層５３誘電体層５４ａ〜５４ｄ梁５５ａ〜５５ｅ開口部５６反射膜５７ａ〜５７ｄ上部反射膜５９レジスト６１封止体６２レンズ６３出射効率制御素子６４スペーサ６５支持体６６ａ〜６６ｄ電極ピン６７焦電体６８信号増幅器６９基板７０絶縁層７１スペーサ層７２梁７４非酸化性導電体薄膜７５弾性体７７入射光７８０次回折光７９空気層８０上部反射膜８１下部反射膜８２ａ、８２ｂ１次回折光８３酸化膜８４酸化されていない導体部８５電子８８基板８９絶縁層９０スペーサ層９２反射膜９３非酸化導電体薄膜９４弾性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０２Ｂ 26/02 Ｇ０１Ｖ 9/04 Ａ (72)発明者横山和夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者水口信一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平５−66152（ＪＰ，Ａ) 特開平５−142043（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−116324（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−232413（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−257032（ＪＰ，Ａ) 特開平５−72490（ＪＰ，Ａ) 特開平５−257070（ＪＰ，Ａ) 米国特許5311360（ＵＳ，Ａ) Ｏ．Ｓｏｌｇａａｒｄ，Ｆ．Ｓ．Ａ. Ｓａｎｄｅｊａｓ，Ｄ．Ｍ．Ｂｌｏｏｍ，Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅｇｒａｔｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ＯＰＴＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ, 米国，ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，1992年５月１日，Ｖｏｌ．17，Ｎｏ．９，688−690 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/60 G02B 26/00 - 26/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１電極として機能する部分を有するプ
レートと、該プレート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２電極として機能
する部分を有する複数本の梁から形成されたグレーティ
ングと、を備え、該第１電極と該第２電極との間に印加する電圧
を調整することにより、該梁と該プレートとの距離を変
化させ、それによって、出射効率を制御する出射効率制
御素子であって、更に、該プレートの表面に形成された絶縁層を備えてい
る出射効率制御素子。
【請求項２】反射膜が前記梁間の前記絶縁層の表面及
び前記梁の表面に形成されている請求項１に記載の出射
効率制御素子。
【請求項３】前記プレートは、前記第１電極として機
能する半導体から形成されている請求項１に記載の出射
効率制御素子。
【請求項４】前記梁の少なくとも下面は、導電性材料
から形成されている請求項１に記載の出射効率制御素
子。
【請求項５】前記梁の少なくとも下面は、酸化されに
くい導電性材料から形成されている請求項１に記載の出
射効率制御素子。
【請求項６】前記スペーサ層は、有機物から形成され
ている請求項１に記載の出射効率制御素子。
【請求項７】前記導電性材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、
ＮｉＣｒ合金、ＣｕＮｉ合金、クロム鋼、及び導電性有
機物からなる群から選択された材料である請求項４に記
載の出射効率制御素子。
【請求項８】前記スペーサ層は、前記複数本の梁の
材料と同じ材料から形成されている請求項１に記載の出
射効率制御素子。
【請求項９】前記スペーサ層は、前記梁の長さ方向の
幅が該梁の厚さの２倍より小さい請求項８に記載の出射
効率制御素子。
【請求項１０】第１電極として機能する部分を有し、
かつ、上面及び底面を有するプレートと、該プレートの該上面の上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２電極として機能
する部分を有する複数本の梁から形成されたグレーティ
ングと、を備え、該第１電極と該第２電極との間に印加する電圧
を調整することにより、該梁と該プレートとの距離を変
化させ、それによって、出射効率を制御する出射効率制
御素子であって、該プレートの該上面に形成された絶縁体からなる第１の
反射防止膜と、該プレートの該底面に形成された絶縁体
からなる第２の反射防止膜とを更に備え、しかも、導電性材料から形成され、該第２電極として機能する梁
状反射膜と、該梁状反射膜上に形成された弾性体層と、
から該梁が構成されている出射効率制御素子。
【請求項１１】第１電極として機能する部分を有する
プレートと、該プレート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２電極として機能
する部分を有する複数本の梁から形成されたグレーティ
ングと、を備え、該第１電極と該第２電極との間に印加する電圧
を調整することにより、該梁と該プレートとの距離を変
化させ、それによって、出射効率を制御する出射効率制
御素子であって、該梁と該プレートの可動距離が、入射光の光軸上で最も
小さくなるように該複数本の梁が配列されている出射効
率制御素子。
【請求項１２】第１電極として機能する部分を有する
プレートと、該プレート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２電極として機能
する部分を有する複数本の梁から形成されたグレーティ
ングと、を備え、該第１電極と該第２電極との間に印加する電圧
を調整することにより、該梁と該プレートとの距離を変
化させ、それによって、出射効率を制御する出射効率制
御素子であって、該複数本の梁の厚さは、入射光の光軸上で最も小さくな
るように調整されている出射効率制御素子。
【請求項１３】前記スペーサ層は有機物から形成され
ている請求項１０に記載の出射効率制御素子。
【請求項１４】前記第１電極は接地されており、前記梁状反射膜に電圧が印加される請求項１０に記載の
出射効率制御素子。
【請求項１５】前記弾性体層は、前記梁状反射膜の材
質と同じ材質から形成されている請求項１０に記載の出
射効率制御素子。
【請求項１６】前記導電性材料は、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔ
ｉ、ＮｉＣｒ合金、ＣｕＮｉ合金、クロム鋼、及び導電
性有機物からなる群から選択された材料である請求項１
０に記載の出射効率制御素子。
【請求項１７】請求項１２に記載の出射効率制御素子
を製造する方法であって、プレート上にスペーサ層となる第１層を堆積する工程
と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆積する工程と、を包含し、しかも、該第１層を堆積する工程において、該第１層の
原料を該プレートに向けて供給する堆積源と該プレート
との間に配置された遮蔽部材を移動させながら、該第１
層の堆積を行い、それによって、該第１層の厚さを位置
に応じた変化させる、出射効率制御素子の製造方法。
【請求項１８】請求項１２に記載の出射効率制御素子
を製造する方法であって、プレート上にスペーサ層となる第１層を堆積する工程
と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆積する工程と、を包含し、しかも、該第２層を堆積する工程において、該第２層の
原料を該プレートに向けて供給する堆積源と該プレート
との間に配置された遮蔽部材を移動させながら、該第２
層の堆積を行い、それによって、該第２層の厚さを位置
に応じた変化させる、出射効率制御素子の製造方法。
【請求項１９】請求項６に記載の出射効率制御素子を
製造する方法であって、第１電極として機能する部分を有するプレート上に絶縁
膜を形成する工程と、該絶縁膜上に有機膜を堆積する工程と、該有機膜上に導電性薄膜を堆積する工程と、該導電性薄膜をパターニングすることによって、第２電
極として機能する複数本の梁を形成する工程と、該有機膜の所定部分をドライエッチングによって除去
し、該複数本の梁の両端支持するスペーサを形成する工
程と、を包含する、出射効率制御素子の製造方法。
【請求項２０】請求項４に記載の出射効率制御素子の
駆動方法であって、絶対値が等しく極性の異なる波形の電圧を、前記第１電
極及び前記第２電極に印加する駆動方法。
【請求項２１】請求項１０に記載の出射効率制御素子
の駆動方法であって、絶対値が等しく極性の異なる矩形波の電圧を、前記第１
電極及び前記第２電極に印加する駆動方法。
【請求項２２】赤外光を集光するレンズと、焦電体と
を備えた赤外線センサであって、該レンズにより集光さ
れた該赤外光を受け、該赤外光の少なくとも一部を該焦
電体に対して出射する出射効率制御素子を更に備えてお
り、該出射効率制御素子は、第１電極として機能する部分を有するプレートと、該プレート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２電極として機能
する部分を有する梁から形成されたグレーティングと、
を備えており、該第１電極と該第２電極との間に印加する電圧を調整す
ることにより、該梁と該プレートとの距離を変化させ、
それによって、該出射効率制御素子の出射効率を制御
し、前記プレートの主面に対する法線が前記レンズの光軸に
平行とはならないように、該プレートが傾斜配置されて
いる、赤外線センサ。
【請求項２３】前記焦電体に接続され、該焦電体の赤
外線受光量を示す電気信号を出力する信号増幅回路と、前記出射効率制御素子の前記第１及び第２電極ならびに
該信号増幅回路及び該焦電体に接続された複数の電極ピ
ンであって、前記封止体の前記底面から外部へ突出した
電極ピンと、を更に備えた請求項２２記載の赤外線センサ。
【請求項２４】前記焦電体と前記信号増幅回路とを支
持する支持板を更に有する請求項２３記載の赤外線セン
サ。
【請求項２５】前記複数の電極ピンのうちの少なくと
も一本の電極ピンは、前記封止体の内部に延び、該一本
の電極ピンは、前記支持板を支える請求項２４に記載の
赤外線センサ。
【請求項２６】前記焦電体と前記出射効率制御素子と
の間に配置され、かつ、接地されたシールド体を更に備
えた請求項２３記載の赤外線センサ。
【請求項２７】前記出射効率制御素子は、前記封止体
の上面から傾けた角度（θ_t）が４５度以下である請求
項２２に記載の赤外線センサ。
【請求項２８】前記角度（θ_t）が２５度以下である
請求項２２に記載の赤外線センサ。
【請求項２９】前記グレーティングによって回折され
た回折光のうち０次回折光だけを前記焦電体に入射し、
該０次回折光以外の回折光を該焦電体に入射させないよ
うに、前記出射効率制御素子が配置されている、請求項
２２に記載の赤外線センサ。
【請求項３０】前記出射効率制御素子の前記梁と前記
プレートとの距離の変化により、前記０次回折光の光量
が変化する請求項２２に記載の赤外線センサ。
【請求項３１】開口部を有する封止体が前記出射効率
制御素子と前記焦電体とを内蔵する請求項２２に記載の
赤外線センサ。
【請求項３２】前記赤外光を集光するレンズが、前記
封止体の前記開口部に設けられている請求項３１に記載
の赤外線センサ。
【請求項３３】前記封止体は、前記レンズを支持する
上面と、該上面に平行な底面と、該底面に対して角度
（θ_t）だけ該出射効率制御素子を傾斜させて支持する
傾斜部材とを有しており、該傾斜部材上に該出射効率制
御素子が配置されている請求項３２に記載の赤外線セン
サ。
【請求項３４】前記赤外光を集光するレンズは、回折
型レンズである請求項２２に記載の赤外線センサ。
【請求項３５】前記赤外光を集光するレンズは、レン
ズの位相変調量に応じた凹凸を有しており、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳ
からなる群から選択された材料から形成されている請求
項３４記載の赤外線センサ。
【請求項３６】前記グレーティングの周期は、前記赤
外光の波長の７倍以上である請求項２２に記載の赤外線
センサ。
【請求項３７】前記グレーティングの可動距離が、入
射する赤外光の光軸上で最も小さくなるように前記複数
本の梁が配列されている請求項２２記載の赤外線セン
サ。
【請求項３８】前記複数本の梁の厚さは、入射する赤
外光の光軸上で最も小さくなるように調整されている請
求項２２に記載の赤外線センサ。
【請求項３９】前記プレートの主面に平行で、かつ前
記梁に垂直な方向が、前記レンズの光軸に垂直となるよ
うに、前記出射効率制御素子が配置されている請求項２
２記載の赤外線センサ。
【請求項４０】前記赤外光の波長をλ、前記出射効率
制御素子の前記プレートの主面に対する法線とが前記レ
ンズの光軸のなす角度をθとした場合、前記梁の可動距
離がλ／（４ｃｏｓθ）となるように設定されている請
求項２２に記載の赤外線センサ。
【請求項４１】前記赤外光の波長をλ、前記出射効率
制御素子の前記プレートの主面に対する法線とが前記レ
ンズの光軸のなす角度をθとした場合、前記梁の厚さが
λ／（４ｃｏｓθ）となるように設定されている請求項
２２に記載の赤外線センサ。
【請求項４２】前記出射効率制御素子の前記プレート
と前記梁との間に絶縁層が設けられている請求項２２に
記載の赤外線センサ。
【請求項４３】前記梁の少なくとも下面は、酸化され
にくい導電性材料から形成されている請求項４２に記載
の赤外線センサ。
【請求項４４】反射膜が前記絶縁層の表面及び前記梁
の表面に形成されている請求項４３に記載の赤外線セン
サ。
【請求項４５】前記出射効率制御素子の前記梁は、導
電性材料から形成されている請求項４２に記載の赤外線
センサ。
【請求項４６】入射赤外光の少なくとも一部を出射す
る出射効率制御素子と、レンズと、焦電体とを備えた赤
外線センサであって、該レンズは、該出射効率制御素子から出射された赤外光
を該焦電体に集光し、該出射効率制御素子は、第１電極として機能する部分を有するプレートと、該プレート上に形成されたスペーサ層と、該スペーサ層上に両端を支持され、第２電極として機能
する部分を有する複数本の梁から形成されたグレーティ
ングとを備えており、該第１電極及び該第２電極の間に印加する電圧を調整す
ることにより、該梁と該プレートとの距離を変化させ、
それによって、該出射効率制御素子の出射効率を制御
し、前記プレートの主面に対する法線が前記レンズの光軸に
平行とはならないように、該プレートが傾斜配置されて
いる、赤外線センサ。
【請求項４７】前記梁の少なくとも下面は、酸化され
にくい導電性材料から形成されている請求項４６に記載
の赤外線センサ。
【請求項４８】前記焦電体に接続され、該焦電体の赤
外線受光量を示す電気信号を出力する信号増幅回路と、前記出射効率制御素子の前記第１及び第２電極ならびに
該信号増幅回路及び該焦電体に接続された複数の電極ピ
ンであって、前記封止体の前記底面から外部へ突出した
電極ピンと、を更に備えた請求項４６記載の赤外線センサ。
【請求項４９】前記焦電体と前記信号増幅回路とを支
持する支持板を更に有する請求項４８記載の赤外線セン
サ。
【請求項５０】前記複数の電極ピンのうちの少なくと
も一本の電極ピンは、前記封止体の内部に延び、該一本
の電極ピンは、前記支持板を支える請求項４８記載の赤
外線センサ。
【請求項５１】前記焦電体と前記出射効率制御素子と
の間に配置され、かつ、接地されたシールド体を更に備
えた請求項５０記載の赤外線センサ。
【請求項５２】前記出射効率制御素子は、前記封止体
の上面から傾けた角度（θ_t）が４５度以下である請求
項４６に記載の赤外線センサ。
【請求項５３】前記角度（θ_t）が２５度以下である
請求項４６に記載の赤外線センサ。
【請求項５４】前記グレーティングによって回折され
た回折光のうち０次回折光だけを前記焦電体に入射し、
該０次回折光以外の回折光を該焦電体に入射させないよ
うに、前記出射効率制御素子が配置されている、請求項
４６に記載の赤外線センサ。
【請求項５５】前記出射効率制御素子の前記梁と前記
プレートとの距離の変化により、前記０次回折光の光量
が変化する請求項４６に記載の赤外線センサ。
【請求項５６】開口部を有する封止体が前記出射効率
制御素子と前記焦電体とを内蔵する請求項４６に記載の
赤外線センサ。
【請求項５７】前記赤外光を集光するレンズは、回折
型レンズである請求項４６に記載の赤外線センサ。
【請求項５８】前記赤外光を集光するレンズは、レン
ズの位相変調量に応じた凹凸を有しており、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳ
からなる群から選択された材料から形成されている請求
項５７記載の赤外線センサ。
【請求項５９】前記グレーティングの周期は、前記赤
外光の波長の７倍以上である請求項４６に記載の赤外線
センサ。
【請求項６０】前記プレートの主面に平行で、かつ前
記梁に垂直な方向が、前記レンズの光軸に垂直となるよ
うに、前記出射効率制御素子が配置されている請求項４
６記載の赤外線センサ。
【請求項６１】前記赤外光の波長をλ、前記出射効率
制御素子の前記プレートの主面に対する法線とが前記レ
ンズの光軸のなす角度をθとした場合、前記梁の可動距
離がλ／（４ｃｏｓθ）となるように設定されている請
求項４６に記載の赤外線センサ。
【請求項６２】前記赤外光の波長をλ、前記出射効率
制御素子の前記プレートの主面に対する法線とが前記レ
ンズの光軸のなす角度をθとした場合、前記梁の厚さが
λ／（４ｃｏｓθ）となるように設定されている請求項
４６に記載の赤外線センサ。
【請求項６３】前記出射効率制御素子の前記プレート
と前記梁との間に絶縁層が設けられている請求項４６に
記載の赤外線センサ。
【請求項６４】前記出射効率制御素子の前記梁は、導
電性材料から形成されている請求項６３に記載の赤外線
センサ。
【請求項６５】開口部を有する封止体が前記出射効率
制御素子と前記焦電体と前記レンズを内蔵する請求項４
６に記載の赤外線センサ。
【請求項６６】赤外波長フィルターが前記封止体の開
口部に設けられている追加請求項６５に記載の赤外線セ
ンサ。
【請求項６７】前記開口部に設けられた開口制御手段
を更に備えた請求項６５に記載の赤外線センサ。
【請求項６８】赤外光を集光するレンズと、焦電体
と、該レンズにより集光された赤外光を受け、該赤外光
の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する出射効率
制御素子とを備えた赤外線センサの製造方法であって、該出射効率制御素子を製造する工程が、プレート上にスペーサ層となる第１層を堆積する工程
と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆積する工程と、を包含し、しかも、該第１層を堆積する工程において、該第１層の
原料を該プレートに向けて供給する堆積源と該プレート
との間に配置された遮蔽部材を移動させながら、該第１
層の堆積を行い、それによって、該第１層の厚さを位置
に応じた変化させる、製造方法。
【請求項６９】赤外光を集光するレンズと、焦電体
と、該レンズにより集光された赤外光を受け、該赤外光
の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する出射効率
制御素子とを備えた赤外線センサの製造方法であって、該出射効率制御素子を製造する工程が、プレート上にスペーサ層となる第１層を堆積する工程
と、該スペーサ層上に梁となる第２層を堆積する工程と、を包含し、しかも、該第２層を堆積する工程において、該第２層の
原料を該プレートに向けて供給する堆積源と該プレート
との間に配置された遮蔽部材を移動させながら、該第２
層の堆積を行い、それによって、該第２層の厚さを位置
に応じた変化させる、製造方法。
【請求項７０】赤外光を集光するレンズと、焦電体
と、該レンズにより集光された赤外光を受け、該赤外光
の少なくとも一部を該焦電体に対して出射する出射効率
制御素子とを備えた赤外線センサの製造方法であって、該出射効率制御素子を製造する工程が、第１電極として機能する部分を有するプレート上に絶縁
膜を形成する工程と、該絶縁膜上に有機膜を堆積する工程と、該有機膜上に導電性薄膜を堆積する工程と、該導電性薄膜をパターニングすることによって、第２電
極として機能する複数本の梁を形成する工程と、該有機膜の所定部分をドライエッチングによって除去
し、該複数本の梁の両端支持するスペーサを形成する工
程と、を包含する製造方法。