マイクロ構造の製造方法、マイクロ構造体、受光素子及び粒子検出器
【課題】入射角が大きな光に対する感度を向上させる。
【解決手段】マイクロ構造の製造方法は、シリコン基板５０の被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する第１エッチング工程と、第１エッチング工程の実行後に、被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程とを含み、シリコン基板５０の内部に向かい弧状に膨出する複数の凹部５０ｃから成るマイクロ構造を形成する。
【解決手段】マイクロ構造の製造方法は、シリコン基板５０の被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する第１エッチング工程と、第１エッチング工程の実行後に、被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程とを含み、シリコン基板５０の内部に向かい弧状に膨出する複数の凹部５０ｃから成るマイクロ構造を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ構造の製造方法、マイクロ構造体、受光素子及び粒子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば反応性イオンエッチングにより受光面に複数の溝を設け、受光面に入射する光の吸収率を向上させた受光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る受光素子においては、光に対する感度を、より一層、向上させることが望まれており、特に、受光面に対する入射角が大きな光に対する感度を向上させることが望まれている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、入射角が大きな光に対する感度を向上させることが可能なマイクロ構造の製造方法、マイクロ構造体、受光素子及び粒子検出器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項１に係るマイクロ構造の製造方法は、基板の被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと前記被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程の実行後に、前記被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程とを含み、前記基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を形成する。
【０００７】
さらに、本発明の請求項２に係るマイクロ構造の製造方法では、前記基板はシリコンにより形成されている。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るマイクロ構造体は、請求項１または請求項２に記載のマイクロ構造の製造方法により製造されたマイクロ構造（例えば、実施の形態でのマイクロ構造２０）を備える。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係るマイクロ構造体は、基板（例えば、実施の形態でのシリコン基板５０）の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造（例えば、実施の形態でのマイクロ構造２０）を有する。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る受光素子は、請求項３または請求項４に記載のマイクロ構造（例えば、実施の形態でのマイクロ構造２０）を受光面（例えば、実施の形態での受光面１２Ａ）に備える。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る粒子検出器は、請求項５に記載の受光素子（例えば、実施の形態での受光素子１２）と、試料流体に向けて光を照射する光源（例えば、実施の形態での光源１１）とを備え、前記受光素子は、前記光源から発せられた前記光が前記試料流体中の粒子によって散乱されることで生じた散乱光を検出する。
【００１２】
さらに、本発明の請求項７に係る粒子検出器では、前記受光素子の受光面は、前記光源から発せられる前記光の光路に沿って、前記光路に平行である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るマイクロ構造の製造方法によれば、基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を容易に製造することができる。
【００１４】
このマイクロ構造は、基板の表面上に形成された複数の凹部を備え、各凹部は、基板の表面上の開口端から適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状膨大部と、さらに、適宜の深さから凹部の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状縮小部とから成る形状を有している。
【００１５】
このため、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、各凹部の弧状膨大部に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
また、基板の表面に対する入射角が大きな光が弧状膨大部で反射されたとしても、この反射による反射光は凹部の内部に向かい、凹部の内壁面に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
また、凹部に入射した光が内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光が凹部の外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部の内部での多重反射を生じさせ易くなっている。
これらにより、光に対する感度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係るマイクロ構造によれば、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、多重反射を生じさせ易くなっており、感度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係るマイクロ構造によれば、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、多重反射を生じさせ易くなっており、感度を向上させることができる。
すなわち、このマイクロ構造は、基板の表面上に形成された複数の凹部を備え、各凹部は、基板の表面上の開口端から適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状膨大部と、さらに、適宜の深さから凹部の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状縮小部とから成る形状を有している。
【００１８】
このため、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、各凹部の弧状膨大部に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
また、基板の表面に対する入射角が大きな光が弧状膨大部で反射されたとしても、この反射による反射光は凹部の内部に向かい、凹部の内壁面に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
また、凹部に入射した光が内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光が凹部の外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部の内部での多重反射を生じさせ易くなっている。
これらにより、光に対する感度を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項５に係る受光素子によれば、受光素子の受光面に対する入射角が大きな光を、受光素子の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造での多重反射により効率よく検出することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項６に係る粒子検出器によれば、受光素子の受光面に対する入射角が大きな散乱光を、受光素子の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造での多重反射により効率よく検出することができる。
【００２１】
さらに、本発明の請求項７に係る粒子検出器によれば、受光素子の受光面は、光源から発せられる光の光路に沿って、光路に平行であることから、各種の散乱光のうち、光源から発せられる光の光路の前方方向に指向性が強い散乱光、例えばＭｉｅ散乱の散乱光に対する感度を向上させることができる。
しかも、光の波長および粒子の粒径などに対する所定の条件において、Ｍｉｅ散乱の散乱光は、他の散乱光に比べて散乱強度が高いことから、粒子検出器が大型化することを防止しつつ、散乱光に対する感度を向上させ、十分な散乱光を得て粒子の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の一部を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の一部を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の一部を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る所定波長の光に対する所定粒径の粒子によるＭｉｅ散乱の散乱光の出力強度の角度分布の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る複数の所定波長の光を粒子に入射したときのＭｉｅ散乱の出力強度の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の受光素子の受光面に形成されたマイクロ構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の受光素子の受光面に形成されたマイクロ構造を示す断面図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明の実施の形態に係る実施例での受光素子のマイクロ構造における光の反射および吸収の例を示す図であり、図９（Ｂ），（Ｃ）は本発明の実施の形態に係る第１比較例および第２比較例での受光素子における光の反射および吸収の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る実施例および第１比較例での受光素子の受光面での散乱光の受光強度の入射角に応じた変化の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の受光素子の受光面に設けられるマイクロ構造を製造する方法の各工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係るマイクロ構造の製造方法およびマイクロ構造体および受光素子および粒子検出器について添付図面を参照しながら説明する。
【００２４】
本実施の形態による粒子検出器１０は、例えば、クリーンルーム内に設置され、クリーンルーム内の空気清浄度を管理するシステムとして用いられ、試料流体とされる空気中に含まれる、例えば微粒子状の塵埃や、細菌やウイルスなどの浮遊微生物などの粒子を検出するものである。
【００２５】
本実施の形態による粒子検出器１０は、例えば図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、空気などの試料流体Ｆに向けて光Ｌを照射する光源１１と、該光源１１から発せられた光Ｌが試料流体Ｆ中の粒子Ｐによって散乱されることで生じた散乱光ＳＬを検出する受光素子１２とを備えて構成されている。
【００２６】
光源１１は、例えば所定の波長のレーザ光を所定の出力で出射するレーザ光源などである。
受光素子１２は、例えばフォトダイオードなどであって、受光素子１２の受光面１２Ａは、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行に配置されている。
そして、粒子検出器１０は、受光素子１２から出力される光学的出力波形（つまり、散乱光ＳＬの出力波形）から試料流体Ｆ中の粒子Ｐの粒径や数を検出する。
【００２７】
より詳細には、この粒子検出器１０は、例えば図２に示すように、試料流体Ｆを通過させる流路１３と、流路１３内に試料流体Ｆを導入するポンプ１４と、流路１３に連通する光吸収部１５とを備えて構成されている。
【００２８】
流路１３は、例えば、所定間隔をおいて互いの受光面１２Ａ，１２Ａ同士を対向させて平行に配置された１対の板状の受光素子１２，１２と、１対の受光素子１２，１２間を接続し、かつ互いの反射面１６Ａ，１６Ａ同士を対向させて平行に配置された１対の板状の反射鏡１６，１６とにより、４角筒状に形成されている。
【００２９】
そして、流路１３の両端で開口する入口部１３ａおよび出口部１３ｂのうち、出口部１３ｂは、例えば吸引用のポンプ１４に接続され、試料流体Ｆは外部に連通するように開口する入口部１３ａから流路１３内に導入され、流路１３内を流通した試料流体Ｆは出口部１３ｂからポンプ１４に吸引される。
【００３０】
光源１１は、流路１３の入口部１３ａにおいて、１対の反射鏡１６，１６の一方側にずれた位置に配置され、この一方側から他方側に向かう方向に対して所定角度だけ流路１３の出口部１３ｂ側に傾斜した方向に向けて光Ｌを出射するように配置されている。
そして、１対の受光素子１２，１２は、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行に配置され、互いの受光面１２Ａ，１２Ａによって光路に直交する方向の両側から光路を挟み込むように配置されている。
【００３１】
また、各反射鏡１６の反射面１６Ａ上には、例えば図３および図４に示すように、光路に直交する方向の中央部から両側つまり１対の受光素子１２，１２側にずれた位置に１対の第２受光素子１７，１７が設けられている。
第２受光素子１７は、例えばフォトダイオードなどであって、第２受光素子１７の受光面は、例えば光Ｌの光路を含む平面に対して直交するように配置されている。
そして、光源１１から出射された光Ｌは、１対の反射鏡１６，１６の反射面１６Ａ，１６Ａ間を往復反射して流路１３の入口部１３ａから出口部１３ｂに導光される。
【００３２】
光吸収部１５は、流路１３の出口部１３ｂに連通しており、流路１３内を往復反射しつつ導光されて出口部１３ｂに到達した光Ｌを、流路１３内から光吸収部１５の内部に導く形状を有する光吸収体により形成されている。
【００３３】
このように、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行に配置される受光素子１２は、光源１１から出射された光Ｌが試料流体Ｆ中の粒子Ｐによって散乱されることで生じた各種の散乱光ＳＬのうち、特に、光源１１から発せられる光Ｌの光路の前方方向に指向性が強い散乱光ＳＬ、例えばＭｉｅ散乱の散乱光ＳＬに対する感度を向上させることができる。
【００３４】
例えば図５に示すように、所定波長（例えば、６６０ｎｍ）の光Ｌに対する所定粒径（例えば、直径ｄ＝１．０μｍ、０．５μｍ）の粒子ＰによるＭｉｅ散乱の散乱光ＳＬの出力強度の角度分布によると、クリーンルーム内の粒子Ｐの平均的な大きさである直径ｄ＝１．０μｍの粒子Ｐに対して、Ｍｉｅ散乱の散乱光ＳＬは、光Ｌの光路の前方方向に指向性が強いことが認められる。
しかも、所定波長（例えば、６６０ｎｍ）の光Ｌに対する所定粒径（例えば、直径ｄ＝１．０μｍ）の粒子Ｐによる散乱では、Ｍｉｅ散乱が支配的となることから、Ｍｉｅ散乱の散乱光ＳＬに対する感度を向上させることで、十分な散乱光ＳＬを得て粒子Ｐの検出精度を向上させることができる。
【００３５】
したがって、各受光素子１２の受光面１２Ａと、光源１１から出射される光Ｌの光路との間の間隔は、小さい方が好ましい。
【００３６】
なお、Ｍｉｅ散乱の出力強度は、光Ｌの波長λと粒子Ｐの大きさ（例えば、直径ｄ）との関係に依存して変化する。
例えば、図６に示すように、複数の所定波長（例えば、３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍ）の光Ｌを粒子Ｐに入射したときのＭｉｅ散乱の出力強度から、全ての所定波長（例えば、３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍ）において、ｄ／λが所定値（例えば、０．５）未満では、出力強度の低下が増大することが認められる。
これにより、ｄ／λに対する下限値として、ｄ／λ＝０．５を設定することが好ましい。
なお、図６では、横軸を、直径ｄ／波長λとし、縦軸を、Ｍｉｅ散乱の出力強度をｄ／λ＝２０の値で規格化した値としている。
【００３７】
また、例えばクリーンルーム内の所望の空気清浄度に応じて、例えば粒子Ｐの直径ｄに対する上限値として、例えばｄ＝５μｍを設定することが好ましい。
【００３８】
そして、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、受光素子１２の受光面１２Ａは、受光素子１２の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造２０を有している。
【００３９】
このマイクロ構造２０は、例えば図８に示すように、受光素子１２の受光面１２Ａ上に形成された複数の凹部２１を備えている。
そして、各凹部２１は、受光素子１２の受光面１２Ａ上の開口端２１ａから適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の受光内壁面３１Ａを有する弧状膨大部３１と、さらに、適宜の深さから凹部２１の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の受光内壁面３２Ａを有する弧状縮小部３２とから成る形状を有している。
【００４０】
このマイクロ構造２０により、例えば図９（Ａ）に示す実施例のように、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな散乱光ＳＬであっても、各凹部２１の弧状膨大部３１に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
【００４１】
また、この散乱光ＳＬが弧状膨大部３１で反射されたとしても、この反射による反射光ＳＬａは凹部２１の内部に向かい、凹部２１の内壁面（例えば、弧状縮小部３２の受光内壁面３２Ａなど）に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
【００４２】
また、凹部２１に入射した散乱光ＳＬが内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光ＳＬａ，ＳＬｂ，…が凹部２１の外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部２１の内部での多重反射を経て検出される可能性が高くなっている。
【００４３】
このマイクロ構造２０により、例えば図１０に示す実施例のように、受光素子１２の受光面１２Ａに対する散乱光ＳＬの入射角が増大することに伴い、この散乱光ＳＬに対する感度は増大傾向に変化していることが認められる。
【００４４】
一方、例えば図９（Ｂ）に示す第１比較例のように、受光素子１２の受光面１２Ａが平坦である場合（つまり、マイクロ構造を有していない場合）には、例えば図１０に示す第１比較例のように、受光素子１２の受光面１２Ａに対する散乱光ＳＬの入射角が所定角度（例えば、７０°など）以上に増大することに伴い、散乱光ＳＬは受光面１２Ａで反射され易くなり、散乱光ＳＬに対する感度は減少傾向に変化していることが認められる。
【００４５】
また、例えば図９（Ｃ）に示す第２比較例のように、受光素子１２の受光面１２Ａ上の開口端２１ａから内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化するテーパ状の凹部、あるいは内部空間の横断面積が一定である凹部などから成るマイクロ構造を有するだけでは、実施例に比べて、凹部２１に入射した散乱光ＳＬが内部での反射によって凹部２１の外部に抜け出し易く、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな散乱光ＳＬに対する感度を向上させることは困難であることが認められる。
【００４６】
以下に、マイクロ構造２０の製造方法およびマイクロ構造２０を有するマイクロ構造体（例えば、フォトダイオードである受光素子１２）の製造方法について説明する。
【００４７】
先ず、例えば図１１（Ａ）に示すように、例えばｐ型などのシリコン基板５０を用意する。
次に、所定温度（例えば、１１００℃など）による所定時間（例えば、６０分など）の熱酸化によって、例えば図１１（Ｂ）に示すように、所定厚さ（例えば、１００ｎｍなど）の酸化膜５１を形成する。
【００４８】
次に、酸化膜５１の表面上に液状のフォトレジストをスピンコーティングなどにより塗布して、例えば図１１（Ｃ）に示すように、レジスト層５２を形成する。
次に、露光マスクを用いてレジスト層５２を露光し、現像液によって現像することにより、例えば図１１（Ｄ）に示すように、所定パターンの開口５２ａを有するレジストマスク５２ｂを形成する。
【００４９】
次に、レジストマスク５２ｂの所定パターンに応じて酸化膜５１をウェットエッチングし、例えば図１１（Ｅ）に示すように、所定パターンの開口５１ａを有する酸化膜マスク５１ｂを形成する。
次に、例えば図１１（Ｆ）に示すように、レジストマスク５２ｂを除去する。
【００５０】
次に、酸化膜マスク５１ｂの所定パターンに応じて、開口５１ａにより露出するシリコン基板５０の領域を被エッチング部として、ＤＲＩＥ（deep reactive ion etching）により、シリコン基板５０に対して異方性エッチング処理を行なう第１エッチング工程を実行し、例えば図１１（Ｇ）に示すように、シリコン基板５０の表面上に凹部５０ａを形成する。
【００５１】
この第１エッチング工程は、被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと、被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを、所定周期（例えば、１８秒など）で交互に所定回数（例えば、２回など）実行する。
【００５２】
この第１エッチング工程は、いわゆるボッシュプロセスであって、主に６フッ化硫黄ガスを用いて等方性プラズマエッチングを行なうステップと、フッ素樹脂系のガス（Ｃ4Ｆ8ガスなど）を用いて被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する。
これにより、被エッチング部の深さ方向（シリコン基板５０の厚さ方向）にエッチングを行なう際に、被エッチング部の側面を保護して横方向のエッチングを抑制している。
【００５３】
したがって、この第１エッチング工程により形成される凹部５０ａは、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから深さ方向（つまり、シリコン基板５０の厚さ方向）の内部に向かうことに伴い、側面においてスキャロップと呼ばれる凹凸形状を有している。
【００５４】
次に、第１エッチング工程の実行終了後に、被エッチング部に所定期間（例えば、２３秒など）に亘って、主に６フッ化硫黄ガスを用いて等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程を実行する。
これにより、例えば図１１（Ｈ）に示すように、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから深さ方向（つまり、シリコン基板５０の厚さ方向）の内部に向かうことに伴い、弧状に膨出する凹部５０ｃを形成する。
【００５５】
この凹部５０ｃは、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面６１Ａを有する弧状膨大部６１と、さらに、適宜の深さから凹部５０ｃの底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面６２Ａを有する弧状縮小部６２とから成る形状を有している。
さらに、本実施例では、開口端５０ｂが内壁面において最も突出する構造となる。
【００５６】
次に、例えば図１１（Ｉ）に示すように、酸化膜マスク５１ｂをエッチング除去する。
【００５７】
次に、複数の凹部５０ｃが形成されたシリコン基板５０の表面に対して、所定温度（例えば、９３５℃など）による所定時間（例えば、４０秒など）の熱拡散処理によってリンを熱拡散させて、例えば図１１（Ｊ）に示すように、不純物層７１を形成する。
【００５８】
次に、例えば図１１（Ｋ）に示すように、複数の凹部５０ｃが形成されたシリコン基板５０の表面に対する裏面にアルミニウム（Ａｌ）膜７２を成膜し、所定のパターニングを行ない、所定温度（例えば、４５０℃など）による所定時間（例えば、１０分など）のアニールを行ない、アルミニウム（Ａｌ）膜７２を結合させる。
【００５９】
次に、例えば図１１（Ｌ）に示すように、複数の凹部５０ｃが形成されたシリコン基板５０の表面の所定位置（例えば、端部など）にアルミニウム（Ａｌ）膜７３を成膜し、所定のパターニングを行なうと共に、アルミニウム（Ａｌ）膜７３を結合させる。
このとき、必ずしもアニールを行なう必要はない。ｎ型シリコンを用いた場合、アニールを行なわなくてもオーミックコンタクトを実現できる。
【００６０】
上述したように、本実施の形態による粒子検出器１０によれば、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな散乱光ＳＬを、受光素子１２の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造２０での多重反射により効率よく検出することができる。
【００６１】
さらに、受光素子１２の受光面１２Ａは、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行であることから、各種の散乱光ＳＬのうち、光源１１から発せられる光Ｌの光路の前方方向に指向性が強い散乱光ＳＬ、例えばＭｉｅ散乱の散乱光ＳＬに対する感度を向上させることができる。
【００６２】
しかも、光の波長および粒子の粒径などに対する所定の条件において、Ｍｉｅ散乱の散乱光ＳＬは、他の散乱光ＳＬに比べて散乱強度が高いことから、粒子検出器１０が大型化することを防止しつつ、散乱光ＳＬに対する感度を向上させ、十分な散乱光ＳＬを得て粒子の検出精度を向上させることができる。
【００６３】
上述したように、本実施の形態による受光素子１２によれば、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな光を、受光素子１２の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造２０での多重反射により効率よく検出することができる。
【００６４】
上述したように、本実施の形態によるマイクロ構造２０を有するマイクロ構造体によれば、シリコン基板５０の表面に対する入射角が大きな光であっても、多重反射を生じさせ易くなっており、感度を向上させることができる。
【００６５】
すなわち、このマイクロ構造２０は、シリコン基板５０の表面上に形成された複数の凹部５０ｃを備え、各凹部５０ｃは、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面６１Ａを有する弧状膨大部６１と、さらに、適宜の深さから凹部の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面６２Ａを有する弧状縮小部６２とから成る形状を有している。
さらに、本実施例では、開口端５０ｂが内壁面において最も突出する構造となる。
【００６６】
このため、シリコン基板５０の表面に対する入射角が大きな光であっても、各凹部５０ｃの弧状膨大部６１に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
また、シリコン基板５０の表面に対する入射角が大きな光が弧状膨大部６１で反射されたとしても、この反射による反射光は凹部５０ｃの内部に向かい、凹部５０ｃの内壁面（例えば、弧状縮小部３２の受光内壁面３２Ａなど）に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
【００６７】
また、凹部５０ｃに入射した光が内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光が凹部５０ｃの外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部５０ｃの内部での多重反射を生じさせ易くなっている。
これらにより、光に対する感度を向上させることができる。
【００６８】
上述したように、本実施の形態によるマイクロ構造の製造方法によれば、シリコン基板５０の内部に向かい弧状に膨出する複数の凹部５０ｃから成るマイクロ構造２０を容易に製造することができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態において、マイクロ構造２０は、第１エッチング工程と第２エッチング工程とに製造されるとしたが、これに限定されず、他のエッチング工程によって製造されてもよい。
【００７０】
なお、上述した実施の形態においては、マイクロ構造体をフォトダイオードとしたが、これに限定されず、他の受光素子であってもよい。この場合、マイクロ構造２０の製造方法において、酸化膜マスク５１ｂの代わりに、アルミニウム（Ａｌ）膜マスクや、金（Ａｕ）膜マスクなどを用いてもよい。
【００７１】
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０は１つの受光素子１２を備えるだけであってもよい。
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０の第２受光素子１７は省略されてもよい。
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０の反射鏡１６は省略されてもよい。
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０のポンプ１４は省略されてもよい。
【００７２】
なお、上述した実施の形態においては、粒子検出器１０をクリーンルーム内に設置し、試料流体とされる空気中に含まれる、例えば微粒子状の塵埃や、細菌やウイルスなどの浮遊微生物などの粒子を検出するとしたが、これに限定されず、例えば、空気以外の特定のガスなどに含まれる粒子を検出してもよい。例えば、成膜装置などに流入する特定のガスに含まれる不純物である粒子を検出してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 粒子検出器
１１ 光源
１２ 受光素子
１２Ａ 受光面
１３ 流路
１３ａ 入口部
１３ｂ 出口部
１６ 反射鏡
１７ 第２受光素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ構造の製造方法、マイクロ構造体、受光素子及び粒子検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば反応性イオンエッチングにより受光面に複数の溝を設け、受光面に入射する光の吸収率を向上させた受光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−４６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術に係る受光素子においては、光に対する感度を、より一層、向上させることが望まれており、特に、受光面に対する入射角が大きな光に対する感度を向上させることが望まれている。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、入射角が大きな光に対する感度を向上させることが可能なマイクロ構造の製造方法、マイクロ構造体、受光素子及び粒子検出器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項１に係るマイクロ構造の製造方法は、基板の被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと前記被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する第１エッチング工程と、前記第１エッチング工程の実行後に、前記被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程とを含み、前記基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を形成する。
【０００７】
さらに、本発明の請求項２に係るマイクロ構造の製造方法では、前記基板はシリコンにより形成されている。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係るマイクロ構造体は、請求項１または請求項２に記載のマイクロ構造の製造方法により製造されたマイクロ構造（例えば、実施の形態でのマイクロ構造２０）を備える。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係るマイクロ構造体は、基板（例えば、実施の形態でのシリコン基板５０）の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造（例えば、実施の形態でのマイクロ構造２０）を有する。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る受光素子は、請求項３または請求項４に記載のマイクロ構造（例えば、実施の形態でのマイクロ構造２０）を受光面（例えば、実施の形態での受光面１２Ａ）に備える。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る粒子検出器は、請求項５に記載の受光素子（例えば、実施の形態での受光素子１２）と、試料流体に向けて光を照射する光源（例えば、実施の形態での光源１１）とを備え、前記受光素子は、前記光源から発せられた前記光が前記試料流体中の粒子によって散乱されることで生じた散乱光を検出する。
【００１２】
さらに、本発明の請求項７に係る粒子検出器では、前記受光素子の受光面は、前記光源から発せられる前記光の光路に沿って、前記光路に平行である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るマイクロ構造の製造方法によれば、基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を容易に製造することができる。
【００１４】
このマイクロ構造は、基板の表面上に形成された複数の凹部を備え、各凹部は、基板の表面上の開口端から適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状膨大部と、さらに、適宜の深さから凹部の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状縮小部とから成る形状を有している。
【００１５】
このため、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、各凹部の弧状膨大部に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
また、基板の表面に対する入射角が大きな光が弧状膨大部で反射されたとしても、この反射による反射光は凹部の内部に向かい、凹部の内壁面に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
また、凹部に入射した光が内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光が凹部の外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部の内部での多重反射を生じさせ易くなっている。
これらにより、光に対する感度を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項３に係るマイクロ構造によれば、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、多重反射を生じさせ易くなっており、感度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項４に係るマイクロ構造によれば、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、多重反射を生じさせ易くなっており、感度を向上させることができる。
すなわち、このマイクロ構造は、基板の表面上に形成された複数の凹部を備え、各凹部は、基板の表面上の開口端から適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状膨大部と、さらに、適宜の深さから凹部の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面を有する弧状縮小部とから成る形状を有している。
【００１８】
このため、基板の表面に対する入射角が大きな光であっても、各凹部の弧状膨大部に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
また、基板の表面に対する入射角が大きな光が弧状膨大部で反射されたとしても、この反射による反射光は凹部の内部に向かい、凹部の内壁面に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
また、凹部に入射した光が内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光が凹部の外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部の内部での多重反射を生じさせ易くなっている。
これらにより、光に対する感度を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項５に係る受光素子によれば、受光素子の受光面に対する入射角が大きな光を、受光素子の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造での多重反射により効率よく検出することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項６に係る粒子検出器によれば、受光素子の受光面に対する入射角が大きな散乱光を、受光素子の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造での多重反射により効率よく検出することができる。
【００２１】
さらに、本発明の請求項７に係る粒子検出器によれば、受光素子の受光面は、光源から発せられる光の光路に沿って、光路に平行であることから、各種の散乱光のうち、光源から発せられる光の光路の前方方向に指向性が強い散乱光、例えばＭｉｅ散乱の散乱光に対する感度を向上させることができる。
しかも、光の波長および粒子の粒径などに対する所定の条件において、Ｍｉｅ散乱の散乱光は、他の散乱光に比べて散乱強度が高いことから、粒子検出器が大型化することを防止しつつ、散乱光に対する感度を向上させ、十分な散乱光を得て粒子の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の一部を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の一部を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の一部を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る所定波長の光に対する所定粒径の粒子によるＭｉｅ散乱の散乱光の出力強度の角度分布の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る複数の所定波長の光を粒子に入射したときのＭｉｅ散乱の出力強度の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の受光素子の受光面に形成されたマイクロ構造を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の受光素子の受光面に形成されたマイクロ構造を示す断面図である。
【図９】図９（Ａ）は本発明の実施の形態に係る実施例での受光素子のマイクロ構造における光の反射および吸収の例を示す図であり、図９（Ｂ），（Ｃ）は本発明の実施の形態に係る第１比較例および第２比較例での受光素子における光の反射および吸収の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る実施例および第１比較例での受光素子の受光面での散乱光の受光強度の入射角に応じた変化の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る粒子検出器の受光素子の受光面に設けられるマイクロ構造を製造する方法の各工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態に係るマイクロ構造の製造方法およびマイクロ構造体および受光素子および粒子検出器について添付図面を参照しながら説明する。
【００２４】
本実施の形態による粒子検出器１０は、例えば、クリーンルーム内に設置され、クリーンルーム内の空気清浄度を管理するシステムとして用いられ、試料流体とされる空気中に含まれる、例えば微粒子状の塵埃や、細菌やウイルスなどの浮遊微生物などの粒子を検出するものである。
【００２５】
本実施の形態による粒子検出器１０は、例えば図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、空気などの試料流体Ｆに向けて光Ｌを照射する光源１１と、該光源１１から発せられた光Ｌが試料流体Ｆ中の粒子Ｐによって散乱されることで生じた散乱光ＳＬを検出する受光素子１２とを備えて構成されている。
【００２６】
光源１１は、例えば所定の波長のレーザ光を所定の出力で出射するレーザ光源などである。
受光素子１２は、例えばフォトダイオードなどであって、受光素子１２の受光面１２Ａは、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行に配置されている。
そして、粒子検出器１０は、受光素子１２から出力される光学的出力波形（つまり、散乱光ＳＬの出力波形）から試料流体Ｆ中の粒子Ｐの粒径や数を検出する。
【００２７】
より詳細には、この粒子検出器１０は、例えば図２に示すように、試料流体Ｆを通過させる流路１３と、流路１３内に試料流体Ｆを導入するポンプ１４と、流路１３に連通する光吸収部１５とを備えて構成されている。
【００２８】
流路１３は、例えば、所定間隔をおいて互いの受光面１２Ａ，１２Ａ同士を対向させて平行に配置された１対の板状の受光素子１２，１２と、１対の受光素子１２，１２間を接続し、かつ互いの反射面１６Ａ，１６Ａ同士を対向させて平行に配置された１対の板状の反射鏡１６，１６とにより、４角筒状に形成されている。
【００２９】
そして、流路１３の両端で開口する入口部１３ａおよび出口部１３ｂのうち、出口部１３ｂは、例えば吸引用のポンプ１４に接続され、試料流体Ｆは外部に連通するように開口する入口部１３ａから流路１３内に導入され、流路１３内を流通した試料流体Ｆは出口部１３ｂからポンプ１４に吸引される。
【００３０】
光源１１は、流路１３の入口部１３ａにおいて、１対の反射鏡１６，１６の一方側にずれた位置に配置され、この一方側から他方側に向かう方向に対して所定角度だけ流路１３の出口部１３ｂ側に傾斜した方向に向けて光Ｌを出射するように配置されている。
そして、１対の受光素子１２，１２は、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行に配置され、互いの受光面１２Ａ，１２Ａによって光路に直交する方向の両側から光路を挟み込むように配置されている。
【００３１】
また、各反射鏡１６の反射面１６Ａ上には、例えば図３および図４に示すように、光路に直交する方向の中央部から両側つまり１対の受光素子１２，１２側にずれた位置に１対の第２受光素子１７，１７が設けられている。
第２受光素子１７は、例えばフォトダイオードなどであって、第２受光素子１７の受光面は、例えば光Ｌの光路を含む平面に対して直交するように配置されている。
そして、光源１１から出射された光Ｌは、１対の反射鏡１６，１６の反射面１６Ａ，１６Ａ間を往復反射して流路１３の入口部１３ａから出口部１３ｂに導光される。
【００３２】
光吸収部１５は、流路１３の出口部１３ｂに連通しており、流路１３内を往復反射しつつ導光されて出口部１３ｂに到達した光Ｌを、流路１３内から光吸収部１５の内部に導く形状を有する光吸収体により形成されている。
【００３３】
このように、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行に配置される受光素子１２は、光源１１から出射された光Ｌが試料流体Ｆ中の粒子Ｐによって散乱されることで生じた各種の散乱光ＳＬのうち、特に、光源１１から発せられる光Ｌの光路の前方方向に指向性が強い散乱光ＳＬ、例えばＭｉｅ散乱の散乱光ＳＬに対する感度を向上させることができる。
【００３４】
例えば図５に示すように、所定波長（例えば、６６０ｎｍ）の光Ｌに対する所定粒径（例えば、直径ｄ＝１．０μｍ、０．５μｍ）の粒子ＰによるＭｉｅ散乱の散乱光ＳＬの出力強度の角度分布によると、クリーンルーム内の粒子Ｐの平均的な大きさである直径ｄ＝１．０μｍの粒子Ｐに対して、Ｍｉｅ散乱の散乱光ＳＬは、光Ｌの光路の前方方向に指向性が強いことが認められる。
しかも、所定波長（例えば、６６０ｎｍ）の光Ｌに対する所定粒径（例えば、直径ｄ＝１．０μｍ）の粒子Ｐによる散乱では、Ｍｉｅ散乱が支配的となることから、Ｍｉｅ散乱の散乱光ＳＬに対する感度を向上させることで、十分な散乱光ＳＬを得て粒子Ｐの検出精度を向上させることができる。
【００３５】
したがって、各受光素子１２の受光面１２Ａと、光源１１から出射される光Ｌの光路との間の間隔は、小さい方が好ましい。
【００３６】
なお、Ｍｉｅ散乱の出力強度は、光Ｌの波長λと粒子Ｐの大きさ（例えば、直径ｄ）との関係に依存して変化する。
例えば、図６に示すように、複数の所定波長（例えば、３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍ）の光Ｌを粒子Ｐに入射したときのＭｉｅ散乱の出力強度から、全ての所定波長（例えば、３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍ）において、ｄ／λが所定値（例えば、０．５）未満では、出力強度の低下が増大することが認められる。
これにより、ｄ／λに対する下限値として、ｄ／λ＝０．５を設定することが好ましい。
なお、図６では、横軸を、直径ｄ／波長λとし、縦軸を、Ｍｉｅ散乱の出力強度をｄ／λ＝２０の値で規格化した値としている。
【００３７】
また、例えばクリーンルーム内の所望の空気清浄度に応じて、例えば粒子Ｐの直径ｄに対する上限値として、例えばｄ＝５μｍを設定することが好ましい。
【００３８】
そして、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、受光素子１２の受光面１２Ａは、受光素子１２の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造２０を有している。
【００３９】
このマイクロ構造２０は、例えば図８に示すように、受光素子１２の受光面１２Ａ上に形成された複数の凹部２１を備えている。
そして、各凹部２１は、受光素子１２の受光面１２Ａ上の開口端２１ａから適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の受光内壁面３１Ａを有する弧状膨大部３１と、さらに、適宜の深さから凹部２１の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の受光内壁面３２Ａを有する弧状縮小部３２とから成る形状を有している。
【００４０】
このマイクロ構造２０により、例えば図９（Ａ）に示す実施例のように、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな散乱光ＳＬであっても、各凹部２１の弧状膨大部３１に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
【００４１】
また、この散乱光ＳＬが弧状膨大部３１で反射されたとしても、この反射による反射光ＳＬａは凹部２１の内部に向かい、凹部２１の内壁面（例えば、弧状縮小部３２の受光内壁面３２Ａなど）に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
【００４２】
また、凹部２１に入射した散乱光ＳＬが内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光ＳＬａ，ＳＬｂ，…が凹部２１の外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部２１の内部での多重反射を経て検出される可能性が高くなっている。
【００４３】
このマイクロ構造２０により、例えば図１０に示す実施例のように、受光素子１２の受光面１２Ａに対する散乱光ＳＬの入射角が増大することに伴い、この散乱光ＳＬに対する感度は増大傾向に変化していることが認められる。
【００４４】
一方、例えば図９（Ｂ）に示す第１比較例のように、受光素子１２の受光面１２Ａが平坦である場合（つまり、マイクロ構造を有していない場合）には、例えば図１０に示す第１比較例のように、受光素子１２の受光面１２Ａに対する散乱光ＳＬの入射角が所定角度（例えば、７０°など）以上に増大することに伴い、散乱光ＳＬは受光面１２Ａで反射され易くなり、散乱光ＳＬに対する感度は減少傾向に変化していることが認められる。
【００４５】
また、例えば図９（Ｃ）に示す第２比較例のように、受光素子１２の受光面１２Ａ上の開口端２１ａから内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化するテーパ状の凹部、あるいは内部空間の横断面積が一定である凹部などから成るマイクロ構造を有するだけでは、実施例に比べて、凹部２１に入射した散乱光ＳＬが内部での反射によって凹部２１の外部に抜け出し易く、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな散乱光ＳＬに対する感度を向上させることは困難であることが認められる。
【００４６】
以下に、マイクロ構造２０の製造方法およびマイクロ構造２０を有するマイクロ構造体（例えば、フォトダイオードである受光素子１２）の製造方法について説明する。
【００４７】
先ず、例えば図１１（Ａ）に示すように、例えばｐ型などのシリコン基板５０を用意する。
次に、所定温度（例えば、１１００℃など）による所定時間（例えば、６０分など）の熱酸化によって、例えば図１１（Ｂ）に示すように、所定厚さ（例えば、１００ｎｍなど）の酸化膜５１を形成する。
【００４８】
次に、酸化膜５１の表面上に液状のフォトレジストをスピンコーティングなどにより塗布して、例えば図１１（Ｃ）に示すように、レジスト層５２を形成する。
次に、露光マスクを用いてレジスト層５２を露光し、現像液によって現像することにより、例えば図１１（Ｄ）に示すように、所定パターンの開口５２ａを有するレジストマスク５２ｂを形成する。
【００４９】
次に、レジストマスク５２ｂの所定パターンに応じて酸化膜５１をウェットエッチングし、例えば図１１（Ｅ）に示すように、所定パターンの開口５１ａを有する酸化膜マスク５１ｂを形成する。
次に、例えば図１１（Ｆ）に示すように、レジストマスク５２ｂを除去する。
【００５０】
次に、酸化膜マスク５１ｂの所定パターンに応じて、開口５１ａにより露出するシリコン基板５０の領域を被エッチング部として、ＤＲＩＥ（deep reactive ion etching）により、シリコン基板５０に対して異方性エッチング処理を行なう第１エッチング工程を実行し、例えば図１１（Ｇ）に示すように、シリコン基板５０の表面上に凹部５０ａを形成する。
【００５１】
この第１エッチング工程は、被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと、被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを、所定周期（例えば、１８秒など）で交互に所定回数（例えば、２回など）実行する。
【００５２】
この第１エッチング工程は、いわゆるボッシュプロセスであって、主に６フッ化硫黄ガスを用いて等方性プラズマエッチングを行なうステップと、フッ素樹脂系のガス（Ｃ4Ｆ8ガスなど）を用いて被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する。
これにより、被エッチング部の深さ方向（シリコン基板５０の厚さ方向）にエッチングを行なう際に、被エッチング部の側面を保護して横方向のエッチングを抑制している。
【００５３】
したがって、この第１エッチング工程により形成される凹部５０ａは、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから深さ方向（つまり、シリコン基板５０の厚さ方向）の内部に向かうことに伴い、側面においてスキャロップと呼ばれる凹凸形状を有している。
【００５４】
次に、第１エッチング工程の実行終了後に、被エッチング部に所定期間（例えば、２３秒など）に亘って、主に６フッ化硫黄ガスを用いて等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程を実行する。
これにより、例えば図１１（Ｈ）に示すように、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから深さ方向（つまり、シリコン基板５０の厚さ方向）の内部に向かうことに伴い、弧状に膨出する凹部５０ｃを形成する。
【００５５】
この凹部５０ｃは、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面６１Ａを有する弧状膨大部６１と、さらに、適宜の深さから凹部５０ｃの底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面６２Ａを有する弧状縮小部６２とから成る形状を有している。
さらに、本実施例では、開口端５０ｂが内壁面において最も突出する構造となる。
【００５６】
次に、例えば図１１（Ｉ）に示すように、酸化膜マスク５１ｂをエッチング除去する。
【００５７】
次に、複数の凹部５０ｃが形成されたシリコン基板５０の表面に対して、所定温度（例えば、９３５℃など）による所定時間（例えば、４０秒など）の熱拡散処理によってリンを熱拡散させて、例えば図１１（Ｊ）に示すように、不純物層７１を形成する。
【００５８】
次に、例えば図１１（Ｋ）に示すように、複数の凹部５０ｃが形成されたシリコン基板５０の表面に対する裏面にアルミニウム（Ａｌ）膜７２を成膜し、所定のパターニングを行ない、所定温度（例えば、４５０℃など）による所定時間（例えば、１０分など）のアニールを行ない、アルミニウム（Ａｌ）膜７２を結合させる。
【００５９】
次に、例えば図１１（Ｌ）に示すように、複数の凹部５０ｃが形成されたシリコン基板５０の表面の所定位置（例えば、端部など）にアルミニウム（Ａｌ）膜７３を成膜し、所定のパターニングを行なうと共に、アルミニウム（Ａｌ）膜７３を結合させる。
このとき、必ずしもアニールを行なう必要はない。ｎ型シリコンを用いた場合、アニールを行なわなくてもオーミックコンタクトを実現できる。
【００６０】
上述したように、本実施の形態による粒子検出器１０によれば、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな散乱光ＳＬを、受光素子１２の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造２０での多重反射により効率よく検出することができる。
【００６１】
さらに、受光素子１２の受光面１２Ａは、光源１１から発せられる光Ｌの光路に沿って、光路に平行であることから、各種の散乱光ＳＬのうち、光源１１から発せられる光Ｌの光路の前方方向に指向性が強い散乱光ＳＬ、例えばＭｉｅ散乱の散乱光ＳＬに対する感度を向上させることができる。
【００６２】
しかも、光の波長および粒子の粒径などに対する所定の条件において、Ｍｉｅ散乱の散乱光ＳＬは、他の散乱光ＳＬに比べて散乱強度が高いことから、粒子検出器１０が大型化することを防止しつつ、散乱光ＳＬに対する感度を向上させ、十分な散乱光ＳＬを得て粒子の検出精度を向上させることができる。
【００６３】
上述したように、本実施の形態による受光素子１２によれば、受光素子１２の受光面１２Ａに対する入射角が大きな光を、受光素子１２の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造２０での多重反射により効率よく検出することができる。
【００６４】
上述したように、本実施の形態によるマイクロ構造２０を有するマイクロ構造体によれば、シリコン基板５０の表面に対する入射角が大きな光であっても、多重反射を生じさせ易くなっており、感度を向上させることができる。
【００６５】
すなわち、このマイクロ構造２０は、シリコン基板５０の表面上に形成された複数の凹部５０ｃを備え、各凹部５０ｃは、シリコン基板５０の表面上の開口端５０ｂから適宜の深さまで内部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が増大傾向に変化する曲面状の内壁面６１Ａを有する弧状膨大部６１と、さらに、適宜の深さから凹部の底部に向かうことに伴い、内部空間の横断面積が減少傾向に変化する曲面状の内壁面６２Ａを有する弧状縮小部６２とから成る形状を有している。
さらに、本実施例では、開口端５０ｂが内壁面において最も突出する構造となる。
【００６６】
このため、シリコン基板５０の表面に対する入射角が大きな光であっても、各凹部５０ｃの弧状膨大部６１に対しては入射角が小さくなって反射が抑制される。
また、シリコン基板５０の表面に対する入射角が大きな光が弧状膨大部６１で反射されたとしても、この反射による反射光は凹部５０ｃの内部に向かい、凹部５０ｃの内壁面（例えば、弧状縮小部３２の受光内壁面３２Ａなど）に対して入射角が小さくなるように反射される可能性が高くなり、さらなる反射が抑制される。
【００６７】
また、凹部５０ｃに入射した光が内部で反射を繰り返す場合であっても、反射光が凹部５０ｃの外部に抜け出てしまうことは抑制されており、凹部５０ｃの内部での多重反射を生じさせ易くなっている。
これらにより、光に対する感度を向上させることができる。
【００６８】
上述したように、本実施の形態によるマイクロ構造の製造方法によれば、シリコン基板５０の内部に向かい弧状に膨出する複数の凹部５０ｃから成るマイクロ構造２０を容易に製造することができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態において、マイクロ構造２０は、第１エッチング工程と第２エッチング工程とに製造されるとしたが、これに限定されず、他のエッチング工程によって製造されてもよい。
【００７０】
なお、上述した実施の形態においては、マイクロ構造体をフォトダイオードとしたが、これに限定されず、他の受光素子であってもよい。この場合、マイクロ構造２０の製造方法において、酸化膜マスク５１ｂの代わりに、アルミニウム（Ａｌ）膜マスクや、金（Ａｕ）膜マスクなどを用いてもよい。
【００７１】
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０は１つの受光素子１２を備えるだけであってもよい。
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０の第２受光素子１７は省略されてもよい。
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０の反射鏡１６は省略されてもよい。
なお、上述した実施の形態において、粒子検出器１０のポンプ１４は省略されてもよい。
【００７２】
なお、上述した実施の形態においては、粒子検出器１０をクリーンルーム内に設置し、試料流体とされる空気中に含まれる、例えば微粒子状の塵埃や、細菌やウイルスなどの浮遊微生物などの粒子を検出するとしたが、これに限定されず、例えば、空気以外の特定のガスなどに含まれる粒子を検出してもよい。例えば、成膜装置などに流入する特定のガスに含まれる不純物である粒子を検出してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０ 粒子検出器
１１ 光源
１２ 受光素子
１２Ａ 受光面
１３ 流路
１３ａ 入口部
１３ｂ 出口部
１６ 反射鏡
１７ 第２受光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと前記被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程の実行後に、前記被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程とを含み、
前記基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を形成することを特徴とするマイクロ構造の製造方法。
【請求項２】
前記基板はシリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ構造の製造方法により製造されたマイクロ構造を備えることを特徴とするマイクロ構造体。
【請求項４】
基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を有することを特徴とするマイクロ構造体。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のマイクロ構造を受光面に備えることを特徴とする受光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の受光素子と、試料流体に向けて光を照射する光源とを備え、
前記受光素子は、前記光源から発せられた前記光が前記試料流体中の粒子によって散乱されることで生じた散乱光を検出することを特徴とする粒子検出器。
【請求項７】
前記受光素子の受光面は、前記光源から発せられる前記光の光路に沿って、前記光路に平行であることを特徴とする請求項６に記載の粒子検出器。
【請求項１】
基板の被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なうステップと前記被エッチング部の少なくとも側面に保護膜を形成するステップとを交互に実行する第１エッチング工程と、
前記第１エッチング工程の実行後に、前記被エッチング部に等方性プラズマエッチングを行なう第２エッチング工程とを含み、
前記基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を形成することを特徴とするマイクロ構造の製造方法。
【請求項２】
前記基板はシリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ構造の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ構造の製造方法により製造されたマイクロ構造を備えることを特徴とするマイクロ構造体。
【請求項４】
基板の内部に向かい弧状に膨出するマイクロ構造を有することを特徴とするマイクロ構造体。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のマイクロ構造を受光面に備えることを特徴とする受光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の受光素子と、試料流体に向けて光を照射する光源とを備え、
前記受光素子は、前記光源から発せられた前記光が前記試料流体中の粒子によって散乱されることで生じた散乱光を検出することを特徴とする粒子検出器。
【請求項７】
前記受光素子の受光面は、前記光源から発せられる前記光の光路に沿って、前記光路に平行であることを特徴とする請求項６に記載の粒子検出器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８７６７４（Ｐ２０１２−１８７６７４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４２２４（Ｐ２０１１−５４２２４）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ロボット・新機械イノベーションプログラム）「異分野融合型次世代デバイス製造技術開発プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ロボット・新機械イノベーションプログラム）「異分野融合型次世代デバイス製造技術開発プロジェクト」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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