JP2004095660A - 受光素子及びエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】透過格子と受光格子とを一体化しつつも光学的性能と構造強度との双方を高めることの可能な構成の受光素子、及び高性能化可能な構成のエンコーダを提供することを目的とする。
【解決手段】所定波長域の光に感応する受光領域（ＥＤ）を格子状に配置した半導体層からなる受光格子部（ＧＤ）と、その所定波長域の光を透過する透過領域（ＥＶ）を格子状に配置した透過格子部（Ｇ）とを、その所定波長域の光に対し透明な透明基板（１１）上に設ける。透明基板（１１）を使用しているので、仮に、半導体層に透過領域として開口（１０ａ）が設けられたとしても、その構造強度は高い。また、仮に、半導体層を十分な薄さにまで薄化して透過格子部の光学的性能を高めたとしても、その構造強度は保たれる。また、この受光素子（１０）を使用したエンコーダは、高性能化される。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３枚格子の理論に基づく光学式のエンコーダ（本明細書では、単に「エンコーダ」という。）に使用される受光素子、特に、透過格子と受光格子とを一体化した受光素子、及びそのエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
３枚格子の理論に基づくエンコーダが提案されている。
３枚格子の理論とその変位測定への応用については、「グレーティングの像形成解析と変位計測へのＩＴＳの応用」（ＳＰＩＥ、第１３６巻、光学の計量学への応用に関する第１回欧州会議（１９７７）、第３２５−３３２頁）（”ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＯＦ　ＧＲＡＴＩＮＧ　ＩＭＡＧＩＮＧ　ＡＮＤ　ＩＴＳ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＴＯ　ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ　ＭＥＴＲＯＬＯＧＹ”，ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．１３６　１ｓｔ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ｏｎ　ＯｐｔｉｃｓＡｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ　（１９７７），　ｐｐ．３２５〜３３２）において報告されている。
【０００３】
また、特開２０００−３２１０９７号公報（図２、図３等）には、そのエンコーダの小型化及び位置合わせの簡略化を目的とし、エンコーダを構成する３要素（反射格子、透過格子、受光格子）のうち透過格子と受光格子とを一体化した受光素子が提案されている（なお、本明細書では、透過領域及び非透過領域を格子状に配置した光学素子を「透過格子」、受光領域及び非受光領域を格子状に配置した光学素子を「受光格子」と称している。）。
【０００４】
図２０は、受光格子と透過格子とを一体化した受光素子の従来例を説明する図である。図２０（ａ）は、その受光素子の平面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）中の線分Ｉ−Ｉ’における断面図である。
受光素子１００は、半導体基板上に、受光格子ＧＤと透過格子Ｇの双方を半導体プロセスにて形成したものである。
【０００５】
このうち、透過格子Ｇの形成は、次のように行われるのが一般的である。
先ず、半導体基板の一方の面の側（図２０（ｂ）では下側）からウエットエッチングを施し、透過格子Ｇに相当する領域の全体を薄化する。次いで、他方の面の側（図２０（ｂ）では上側）からドライエッチングを施し、透過格子Ｇの透過領域として開口１００ａを形成する。
【０００６】
一般に、ドライエッチングの処理は、複数のウエハに同時に施せないことなどから手間がかかるとされているが、このようにウエットエッチングと組み合わせれば、ドライエッチングによる処理量を低減できるので、プロセス時間の増大は、抑えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体基板をたとえ透過格子Ｇの領域だけでも薄化すると、受光素子１００の構造強度は弱くなる。
【０００８】
このため、半導体プロセスの最終工程（洗浄、乾燥工程、ダイシングなどの工程）などにおいて、受光素子１００は破損される危険性が高く、歩留まり低下の要因になっている。また、エンコーダに使用した際にも、何らかの方法で保護しなければ、受光素子１００は破損又は故障する可能性が高い。
一方、仮に、プロセス時間の増大を許容してドライエッチングによる処理量を増やし、受光素子１００の構造強度を高めたとしても、その場合は開口１００ａが深くなることを許容せざるを得ないので、透過格子としての光学的性能が低下する。
【０００９】
なお、光学性能が低下する理由は、十分な光量の光を入射させても、開口１００ａが深すぎると、その開口１００ａの側面などにおいて乱反射する光線（迷光）が増え、透過格子Ｇを完全に透過できる光線が減少するからである。
そのような受光素子１００を使用したエンコーダでは、光量が無駄になりノイズが増えるので、信号のＳ／Ｎが低下する。
【００１０】
そこで本発明は、透過格子と受光格子とを一体化しつつも光学的性能と構造強度との双方を高めることの可能な構成の受光素子、及び高性能化可能な構成のエンコーダを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の受光素子は、所定波長域の光に感応する受光領域を格子状に配置した半導体層からなる受光格子部と、その所定波長域の光を透過する透過領域を格子状に配置した透過格子部とを、その所定波長域の光に対し透明な透明基板上に設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の受光素子は、請求項１に記載の受光素子において、前記透過格子部は、前記受光格子部と同一の前記半導体層に、開口を格子状に設けてなることを特徴とする。
請求項３に記載の受光素子は、請求項２に記載の受光素子において、前記透過格子部は、前記受光格子部と同一の前記半導体層又は前記透明基板上に、遮光膜を格子状に設けてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の受光素子は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の受光素子において、前記受光領域の反入射側に、前記受光領域に対する迷光の入射を抑える光学膜が形成されていることを特徴とする。
請求項５に記載の受光素子は、請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の受光素子において、前記受光領域の入射側の媒質界面、及び／又は、前記透過領域の媒質界面に、前記所定波長域の光の反射を抑える反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の受光素子は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の受光素子において、前記受光領域は、その入射側を前記透明基板とは反対側に向けて前記半導体層に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の受光素子は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の受光素子において、前記受光領域は、その入射側を前記透明基板の側に向けて前記半導体層に形成されていることを特徴とする。
請求項８に記載の受光素子は、請求項７に記載の受光素子において、前記透明基板の前記半導体層側の面には、前記受光領域で生起した信号の読出経路の少なくとも一部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の受光素子は、所定波長域の光に感応する受光領域を格子状に配置した半導体層からなる受光格子部と、その所定波長域の光を透過する透過領域を格子状に配置した透過格子部とを有し、前記透過格子部は、前記受光格子部と同一の前記半導体層に、遮光膜を格子状に設けてなることを特徴とする。
請求項１０に記載の受光素子は、請求項９に記載の受光素子において、前記受光領域の反入射側に、前記受光領域に対する迷光の入射を抑える光学膜が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の受光素子は、請求項９又は請求項１０に記載の受光素子において、前記受光領域の入射側の媒質界面、及び／又は、前記透過領域の媒質界面に、前記所定波長域の光の反射を抑える反射防止膜が形成されていることを特徴とする。
請求項１２に記載のエンコーダは、請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の受光素子と、前記受光素子の前記透過格子部に対し、前記所定波長域の光を投光する光源と、前記光源から投光され前記受光素子を透過した前記所定波長域の光を部分反射して前記受光素子の方向へ戻す反射格子板とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１３に記載のエンコーダは、請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の受光素子と、前記受光素子の前記透過格子部に対し、前記所定波長域の光を投光する光源と、前記光源から投光され前記受光素子を透過した前記所定波長域の光を部分反射して前記受光素子の方向へ戻す反射格子板とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明の受光素子、及びそれを利用した本発明のエンコーダの実施形態である。
【００２０】
図１は、本実施形態（及び後述する第２実施形態）のエンコーダの構成図である。ここでは、このエンコーダがリニアエンコーダであるとして説明する（なお、本発明は、回転量を検出するロータリーエンコーダ、移動量を検出するリニアエンコーダの何れにも適用可能である。）。
本実施形態のエンコーダには、受光素子１０、反射格子（リニアスケール）１０３、光源１０４、回路部１０５などが備えられる。受光素子１０は、透過格子と受光格子とを一体化したものである。
【００２１】
反射格子１０３は、移動量を検出するべき方向Ｂ１（図１では、上下方向）に移動可能に構成されている。受光素子１０は、その反射格子１０３から反射された光を受けて信号を出力する。
また、回路部１０５は、受光素子１０及び光源１０４を駆動制御すると共に、受光素子１０から出力される信号を処理し、受光素子１０の移動量を示す信号に変換する。
【００２２】
図２は、本実施形態の受光素子１０の平面図である。
受光素子１０は、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとを有する。受光格子ＧＤは、受光領域ＥＤ及び非受光領域（符号無し）を格子状に配置し、透過格子Ｇは、透過領域ＥＶ及び非透過領域ＥＯを格子状に配置している。両者の格子の方向は一致しており、前記した反射格子１０３の移動方向Ｂ１は、各単位格子の長手方向に交差する方向である。
【００２３】
なお、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとの配置関係については、図２に示すもの（重複せずに並べたもの）に限らず、例えば、両者を重複させて、受光格子ＧＤの非受光領域を透過格子Ｇの透過領域ＥＶとし、受光格子ＧＤの受光領域ＥＤを、透過格子Ｇの非透過領域ＥＯとすることもできる（特開２０００−３２１０９７号公報等を参照。）。
【００２４】
図３は、図２中の線分ＩＩ−ＩＩ’における断面図である。なお、断面の横方向の各位置の長さについては、描画スペースの都合上、適宜拡縮してある。また、図２中、線分ＩＩ−ＩＩ’は、透過格子Ｇの非透過領域ＥＯを横切っていないが、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとの間隙の断面がその非透過領域ＥＯと同じ断面をしているので、図３では、その間隙に、非透過領域ＥＯの符号「ＥＯ」を付与し、その間隙と透過領域ＥＶとからなる領域に、透過格子の符号「Ｇ」を付与した。
【００２５】
さて、本実施形態の受光素子１０の特徴は、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとを、透明基板１１上に形成した点にある。
ここで、透明基板１１は、例えば光学ガラス基板など、光源１０４（図１参照）の出射光に対し十分な透過率を有すると共に、受光素子１０の強度を高めるべく十分な強度を有した基板である。
【００２６】
受光格子ＧＤの受光領域ＥＤは、透明基板１１上に形成された半導体層１２に、受光部１３を設けてなる（エンコーダの光源１０４の波長は、この受光部１３において検出可能な波長である。）。
なお、半導体層１２には、その他、受光部１３にて生成した信号を外部へ読み出すため回路なども形成される（後述）。
【００２７】
一方、透過格子Ｇの透過領域ＥＶは、その半導体層１２に開口１０ａを設けてなる。また、透過格子Ｇの非透過領域ＥＯは、開口１０ａの設けられていない領域からなる。
この受光素子１０は、エンコーダへの適用時、透明基板１１の側を光源１０４に向け、半導体層１２の側を反射格子１０３に向けて配置される。
【００２８】
エンコーダの光源１０４（図１参照）からこの受光素子１０に投光された光は、透明基板１１に入射した後、透過格子Ｇの透過領域ＥＶを透過し、反射格子１０３（図１参照）に入射する。反射格子１０３（図１参照）にて反射して戻った光は、受光格子ＧＤの受光領域ＥＤに入射して信号電荷に変換される。
以上、本実施形態の受光素子１０は、透過格子Ｇと受光格子ＧＤとを共通の透明基板１１上に形成しているので、受光格子ＧＤの形成される半導体層１２に対し開口１０ａが設けられているにも拘わらず、その構造強度は高い。
【００２９】
また、仮に、半導体層１２を十分な薄さにまで薄化して透過格子Ｇの光学的性能を高めたとしても、その構造強度は保たれる。
また、このような受光素子１０を使用したことにより、本実施形態のエンコーダ（図１参照）は、光学的性能、構造強度の双方の点で高性能化される。
なお、本実施形態の受光素子１０においては、受光領域ＥＤへの入射光路及び／又は、透過格子Ｇの透過領域ＥＶへの入射光路に相当する媒質界面に、必要な光の反射を抑える反射防止膜が形成されていることが好ましい。例えば、透明基板１１のうち半導体層１２とは反対面（図３では下面）に、反射防止膜（不図示）が形成されていることが好ましい。
【００３０】
また、反射防止膜を、射出経路側にも形成すれば、射出側の界面で反射して基板側に戻る光が低減されるので、さらに好ましい。
また、本実施形態の受光素子１０においては、受光部１３に対する迷光の入射を抑える光学膜が形成されていることが好ましい。例えば、透明基板１１のうち半導体層１２とは反対面（図３では下面）において、透過領域ＥＶ以外の領域に、遮光膜４０ａ（点線部）が形成されていることが好ましい。
【００３１】
（製造方法）
本実施形態の受光素子１０の製造方法は、例えば、以下のとおりである。
図４は、本実施形態の受光素子１０の製造方法を示す断面図（図３と同じ箇所の断面図）である。
先ず、上記した透明基板１１上に、Ｎ型単結晶シリコンなどの半導体層１２（以下、Ｎ型単結晶シリコンとする。）を形成する（図４（ａ））。
【００３２】
次に、その半導体層１２上において、受光格子ＧＤの受光領域ＥＤ（受光部１３）の形成されるべき領域に対し、半導体層１２とは反対の導電型（Ｐ型）の不純物拡散層１３’を形成する。また、電位をとるための層として、半導体層１２と同じ導電型（Ｎ型）の不純物拡散層１４を適切な箇所に形成する（図４（ｂ））。
【００３３】
なお、不純物拡散層１３’、１４の形成は、例えば、フォトリソグラフィー技術によりレジストをパターニングした後、イオン注入装置によりそれぞれの導電型の不純物を注入し、熱拡散などによりそれら不純物を活性化すればよい。なお、図４において符号１５は、半導体層１２の表面を酸化して形成する酸化膜（シリコン酸化膜）である。
【００３４】
次に、不純物拡散層１３’、不純物拡散層１４と外部との電気的な接続をとるため、酸化膜１５に対しコンタクトホールを形成し、さらに金属配線１６を形成する。さらに、その上に、絶縁膜１７を形成する（図４（ｃ））。
なお、コンタクトホールの形成は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などにより行われる。
【００３５】
また、金属配線１６の形成は、蒸着装置やスパッタリング装置などで金属を成膜した後、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などを用いてパターニングすることにより行われる。また、絶縁膜１７の形成は、気相成長法などにより行われる。
【００３６】
次に、絶縁膜１７の側から、透過格子Ｇの透過領域ＥＶの形成されるべき領域における、絶縁膜１７、酸化膜１５、及び半導体層１２に対し、開口１０ａを形成する（図４（ｄ））。
なお、開口１０ａの形成は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などにより行われる。
【００３７】
また、必要に応じて、透明基板１１の半導体層１２とは反対の面のうち、透過領域ＥＶ以外の領域に、遮光膜４０ａ（点線部）を形成する。
なお、遮光膜４０ａの形成は、金属薄膜などをスパッタリング法や蒸着法で成膜した後、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などを用いてパターニングすることにより行われる。
【００３８】
［第２実施形態］
図１、図５、図６、図７を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、本発明の受光素子、及びそれを利用した本発明のエンコーダの実施形態である。なお、ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態のエンコーダでは、第１実施形態のエンコーダにおいて、受光素子１０に代えて本実施形態の受光素子２０が使用される。また、本実施形態のエンコーダに使用される光源２０４の波長は、その受光素子２０に適応するよう設定されている（後述）。
図５は、本実施形態の受光素子２０の平面図である。
【００４０】
本実施形態の受光素子２０は、第１実施形態の受光素子１０と透過格子Ｇの部分において異なる。
図６は、図５中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図である。なお、断面の横方向の各位置の長さについては、描画スペースの都合上、適宜拡縮してある。また、図５中、線分ＩＩＩ−ＩＩＩ’は、透過格子Ｇの非透過領域ＥＯを横切っていないが、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとの間隙の断面がその非透過領域ＥＯと同じ断面をしているので、図６では、その間隙に、非透過領域ＥＯの符号「ＥＯ」を付与し、その間隙と透過領域ＥＶとからなる領域に、透過格子の符号「Ｇ」を付与した。
【００４１】
本実施形態の透過格子Ｇの非透過領域ＥＯは、半導体層１２上に（例えば、半導体層１２上の金属配線１６と同一層に）遮光膜２０ａを設けてなる。また、透過格子Ｇの透過領域ＥＶは、半導体層１２上に遮光膜２０ａの設けられていない領域からなる。
なお、図５に示すように、遮光膜２０ａは、透過格子Ｇと受光格子ＧＤとの間隙にも形成される（因みにこれは、受光格子ＧＤへの迷光の浸入を防ぐためである。）。
【００４２】
さらに、本実施形態のエンコーダの光源２０４（図１参照）の波長は、この受光素子２０の透過領域ＥＶを透過可能であり、かつ、受光素子２０の非透過領域ＥＯを透過せず、かつ、受光領域ＥＤの受光部１３において検出可能であるような光の波長に設定される。
例えば、半導体層１２、透明基板１１などに対し、上述した各材料が使用されるのであれば、光源２０４の波長は、例えば、近赤外域の波長に設定するとよい。
【００４３】
このように、開口を設ける代わりに遮光膜２０ａを利用すれば、光源波長の最適化が必要となるものの、半導体層１２の厚さを保つことができるので、第１実施形態の受光素子１０よりもさらに受光素子２０の構造強度は高まる。
また、本実施形態の受光素子２０については、半導体層１２に開口を設けないので、透明基板１１を省略することも可能である。その場合、第１実施形態の受光素子１０と比較すると構造強度が弱まるものの、開口を設けていない分だけ、少なくとも従来の受光素子１００（図２０参照）よりは、構造強度を高くすることができる。
【００４４】
なお、本実施形態の受光素子２０においても、迷光を抑えるための遮光膜４０ａ（点線部）を形成してもよい。
また、本実施形態の受光素子２０においては、その遮光膜４０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを省略することもできる。
（製造方法）
本実施形態の受光素子２０の製造方法と第１実施形態の受光素子１０の製造方法（図４参照）との相違点は、以下のとおりである。
【００４５】
図７は、本実施形態の受光素子２０の製造方法を示す断面図（図６と同じ箇所の断面図）である。
本実施形態の製造方法では、開口（図４（ｄ）参照）を形成する代わりに、遮光膜２０ａを形成する。
遮光膜２０ａの機能は、金属配線１６と同じ材料で得られるので、金属配線１６を形成する工程において、その金属配線１６と同時に遮光膜２０ａを形成するとよい（図７（ｃ））。
【００４６】
なお、本実施形態の製造方法においても、必要に応じて遮光膜４０ａを形成する。
また、その遮光膜４０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを形成する工程を省略することもできる。
［第３実施形態］
図８を参照して本発明の第３実施形態について説明する。
【００４７】
本実施形態は、第１実施形態の受光素子１０及び第２実施形態の受光素子２０の変形例である。なお、ここでは、第１実施形態の受光素子１０又は第２実施形態の受光素子２０との相違点についてのみ説明する。
図８は、本実施形態の受光素子３０，３０’を示す図である。
【００４８】
図８（ａ）に示す受光素子３０は、第１実施形態の受光素子１０の変形例であり、図８（ｂ）に示す受光素子３０’は、第２実施形態の受光素子２０の変形例である（図８（ａ）、（ｂ）は、図３、図６とそれぞれ同じ箇所の断面図である。）。
図８（ａ）に示すように、本実施形態の受光素子３０は、受光素子１０の半導体層（以下、Ｎ型とする。）１２において、受光部１３の反入射側の領域（例えば、半導体層１２の最も透明基板１１寄り）に、半導体層１２とは反対の導電型（Ｐ型）の不純物拡散層３０ａ（請求項における吸収層に対応する。）を形成したものである。
【００４９】
この不純物拡散層３０ａは、迷光を吸収し、受光部１３への迷光の浸入を防ぐ光学膜としての機能を有する。
また、その半導体層１２には、不純物拡散層３０ａが迷光を吸収することで発生した電荷（ノイズ）を外部へ放出するための放出用経路３０ｂ（後述）も形成されている。
【００５０】
なお、迷光吸収の機能を高めるため、不純物拡散層３０ａの形成領域は、受光部１３の反入射側の領域だけでなく、受光格子ＧＤの全域、及び透過格子Ｇの非透過領域ＥＯ、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとの間隙などにまで、十分に拡大されることが好ましい（但し、透過領域ＥＶについては、光を透過させる必要があるため、不純物拡散層３０ａを形成しない。）。
【００５１】
一方、図８（ｂ）に示すように、本実施形態の受光素子３０’は、受光素子２０の半導体層（以下、Ｎ型とする。）１２において、受光部１３の反入射側の領域（例えば、半導体層１２の最も透明基板１１寄り）に、半導体層１２とは反対の導電型（Ｐ型）の不純物拡散層３０ａ（請求項における吸収層に対応する。）を形成したものである。
【００５２】
また、その半導体層１２には、不純物拡散層３０ａが迷光を吸収することで発生した電荷（ノイズ）を外部へ放出するための放出用経路３０ｂ（後述）も形成されている。
なお、迷光吸収の機能を高めるため、不純物拡散層３０ａの形成領域は、受光部１３の反入射側の領域だけでなく、受光格子ＧＤの全域、及び透過格子Ｇの非透過領域ＥＯ、受光格子ＧＤと透過格子Ｇとの間隙などにまで、十分に拡大されることが好ましい（但し、透過領域ＥＶについては、光を透過させる必要があるため、不純物拡散層３０ａを形成しない。）。
【００５３】
また、本実施形態の受光素子３０’においては、不純物拡散層３０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを省略することもできる。
このような受光素子３０、３０’は、迷光の影響を極めて小さく抑えられるので、光学的性能が高い。よって、この受光素子３０，３０’によれば、エンコーダの性能を、さらに高めることができる。
【００５４】
（製造方法）
本実施形態の受光素子３０’の製造方法は、例えば、以下のとおりである（なお、受光素子３０の製造方法は、以下の製造方法に、第１実施形態の受光素子１０の製造方法を適用すればよいだけなので、説明を省略する。）。
図９、図１０は、本実施形態の受光素子３０’の製造方法を示す断面図（図８と同じ箇所の断面図）である。
【００５５】
先ず、Ｎ型単結晶シリコンなどの半導体基板１２’上に（以下、Ｎ型単結晶シリコンとする。）、放出用経路３０ｂの一部として、その半導体基板１２’とは反対の導電型（Ｐ型）の不純物拡散層３０ｂ−１を形成する（図９（ａ））。
さらに、半導体基板１２’上に、半導体基板１２’とは反対の導電型（Ｐ型）の不純物拡散層３０ａを形成する（図９（ｂ））。
【００５６】
なお、不純物拡散層３０ｂ−１、不純物拡散層３０ａの形成は、例えば、フォトリソグラフィー技術によりレジストをそれぞれ適当なパターンにパターニングした後、イオン注入装置により不純物を注入し、熱拡散などによりその不純物を活性化すればよい。
さらに、透明基板１１を用意すると共に、半導体基板１２’のうち不純物拡散層３０ａの形成された側の面と、透明基板１１の表面とを接合する（図９（ｃ））。
【００５７】
なお、両者の接合には、例えば、次の３つの方法の何れかが適用できる。第１に、陽極接合法である。第２に、高温の酸素雰囲気や高温水蒸気雰囲気中での直接接合である。第３に、希フッ酸などの酸により両者の接合面の少なくとも一方を溶解してから、両者の接合面を接触させる方法である。接合に際しては、適当な圧力で両者を加圧することが望ましい。
【００５８】
次に、必要に応じて半導体基板１２’を薄化し、十分な光学的性能を得るために適当な厚さの半導体層１２を形成する（図９（ｄ））。
なお、薄化には、例えば、グラインダー装置や研磨装置を使用することができる。
さらに、半導体層１２の表面に、酸化膜（シリコン酸化膜）１５を形成する（図１０（ｅ））。
【００５９】
なお、酸化膜１５の形成は、半導体層１２の表面に熱酸化法を施すことなどして行われる。
さらに、第２実施形態の図７（ｂ）の工程と同様に、半導体層１２とは反対の導電型（Ｐ型）の不純物拡散層１３’（これが完成時に受光部１３となる。）、半導体層１２と同じ導電型（Ｎ型）の不純物拡散層１４（電位をとるための層）を形成する。
【００６０】
その際、放出用経路３０ｂの一部として、不純物拡散層３０ｂ−１に連続する不純物拡散層３０ｂ−２（Ｐ型）を形成する（図１０（ｆ））。
さらに、第２実施形態の図７（ｃ）の工程と同様に、不純物拡散層層１３’、不純物拡散層１４と外部との電気的な接続をとるため、コンタクトホール及び金属配線１６を形成する。
【００６１】
その際、放出用経路３０ｂの一部として、不純物拡散層３０ｂ−２と外部との電気的な接続をとるためのコンタクトホール及び金属配線３０ｂ−３についても、同時に形成する（図１０（ｇ））。
さらに、第２実施形態の図７（ｄ）の工程と同様に、絶縁膜１７を形成する（図１０（ｈ））。
【００６２】
なお、本実施形態の製造方法においては、不純物拡散層３０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを形成する工程を省略することもできる。
［各実施形態の補足］
なお、上記各実施形態で説明した受光素子１０，２０，３０，３０’については、エンコーダに搭載される際に、図１１に示すようなプリント基板などの基板Ｐ上に実装されてもよい（なお、各受光素子は、透明基板１１の側の面を基板Ｐに当接させている）。
【００６３】
この基板Ｐには、受光素子１０，２０，３０，３０’の透過格子Ｇに対向する領域（少なくとも透過領域ＥＶに対向する領域）に、開口Ｐａが設けられ、透過領域ＥＶに入射すべき光が妨げられないようになっている。
また、各実施形態で説明した受光素子１０，２０，３０，３０’については、図１２示すように、自発光式の受光素子に変形することもできる。
【００６４】
この自発光式の受光素子は、プリント基板などの基板Ｐ’の上に形成される（なお、各受光素子は、透明基板１１の側の面を基板Ｐ’に当接させている。）。
この基板Ｐ’において、透過領域ＥＶに対向する領域には、発光ダイオードなどの光源５０ａが実装されている。
【００６５】
基板Ｐ’に実装されるこの光源５０ａの発光面は、透過領域ＥＶと同形状、つまり格子状である。
また、光源５０ａの波長は、各実施形態のエンコーダの光源波長と同じに設定される。）。
なお、この光源５０ａの一部又は全部は、複数の微小光源を並べたものであってもよい。
【００６６】
一方、図１２に示すように、自発光式の受光素子の透明基板１１の透過領域ＥＶには、開口が設けられる。よって、基板Ｐ’上に受光素子を実装した状態では、その開口に光源５０ａが収まる。
このような自発光式の受光素子によれば、エンコーダを構成する際に、光源１０４、２０４（図１参照）が不要となるので、エンコーダの部品点数が抑えられ、エンコーダの位置合わせが容易化する。
【００６７】
ところで、上記各実施形態の各受光素子は、何れも、透明基板１１を光源１０４の側に向けて使用するタイプの受光素子であったが、透明基板１１を反射格子１０３側に向けて使用するタイプの受光素子も実現可能である。
以下の各実施形態では、透明基板１１を反射格子１０３側に向けて使用するタイプの幾つかの受光素子について説明する。
【００６８】
［第４実施形態］
図１３、図１４を参照して本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態は、第２実施形態の受光素子２０の変形例（透明基板１１を反射格子１０３側に向けて使用するタイプに変形したもの）である。なお、ここでは、第２実施形態の受光素子２０との相違点についてのみ説明する。
【００６９】
図１３は、本実施形態の受光素子６０の使用時の配置方向を示す図である。図１３に示すように、透明基板１１が反射格子１０３側に向いている。
図１４は、本実施形態の受光素子６０を示す図（図６と同じ箇所の断面図）である。
【００７０】
図１４に示すように、本実施形態の受光素子６０は、受光素子２０とは反対方向から光を入射させて使用するために、絶縁膜１７の表面のうち、透過領域ＥＶ以外の領域に、金属薄膜などからなる遮光膜６０ａが設けられる。
なお、図示省略したが、遮光膜６０ａには、適当な領域（例えば、透過格子Ｇ、受光格子ＧＤの外側の領域）に、外部への信号取り出し用の開口が形成されている。
【００７１】
図１３に示す配置関係で、エンコーダの光源からこの受光素子６０に投光された光は、透過領域ＥＶの半導体層１２を進行して透明基板１１を透過し、反射格子１０３（図１３参照）に入射する。反射格子１０３（図１３参照）にて反射して戻った光は、透明基板１１を透過してから半導体層１２を進行し、受光領域ＥＤの受光部１３に入射する。
【００７２】
因みに、本実施形態の受光素子６０（受光素子６０の受光領域ＥＤ）のように、半導体層１２内を進行した後の光を受光する受光素子は、「背面入射型（裏面入射型）」などと呼ばれる。
ここで、受光素子６０は、エンコーダとして使用されるとき、移動中の反射格子１０３と接触する可能性がある。反射格子１０３の平面度にはばらつきが生じているからである。
【００７３】
しかし、本実施形態の受光素子６０は、反射格子１０３側に透明基板１１を向けているので、たとえ接触したとしても、その接触箇所は、半導体層１２ではなく透明基板１１である。一般に、透明基板１１の損傷は、半導体層１２の損傷と比較すると、受光素子６０の光学的性能に影響し難い。
したがって、本実施形態の受光素子６０の故障する危険性は低く抑えられる。
【００７４】
また、このように、構造強度を向上させるための透明基板１１が半導体層１２の保護のためにも用いられれば、仮に、プリント基板などの別の基板を併用しなかったとしても、受光素子６０の強度は、一定量確保される。
なお、本実施形態の受光素子６０においては、受光領域ＥＤへの入射光路及び／又は、透過格子Ｇの透過領域ＥＶへの入射光路に相当する媒質界面に、必要な光の反射を抑える反射防止膜が形成されていることが好ましい。例えば、透明基板１１のうち半導体層１２とは反対面（図１４では上面）に、反射防止膜（不図示）が形成されていることが好ましい。
【００７５】
また、本実施形態の受光素子６０においては、遮光膜６０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを省略することもできる。
また、本実施形態の表示装置６０においては、透過領域ＥＶの半導体層１２，酸化膜１５，絶縁膜１７に開口を設け、第１実施形態の変形例（透明基板１１を反射格子１０３側に向けて使用するタイプに変形したもの）とすることもできる。
【００７６】
［第５実施形態］
図１５、図１６を参照して本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態は、第１実施形態の受光素子１０の変形例（透明基板１１を反射格子１０３側に向けて使用するタイプに変形したもの）、及び第２実施形態の受光素子２０の変形例（透明基板１１を反射格子１０３側に向けて使用するタイプに変形したもの）である。
【００７７】
図１５は、本実施形態の受光素子７０，７０’を示す図である。
図１５（ａ）に示す受光素子７０は、第１実施形態の受光素子１０の変形例であり、図１５（ｂ）に示す受光素子７０’は、第２実施形態の受光素子２０の変形例である（図１５（ａ）、（ｂ）は、図３、図６とそれぞれ同じ箇所の断面図である。）。
【００７８】
本実施形態の受光素子７０，７０’は、受光素子１０，２０の半導体層１２〜絶縁膜１７からなる層を、それら受光素子１０，２０とは反対向きにして透明基板１１上に接合したものである。
絶縁膜１７と透明基板１１とを接合するために、接着剤７０ａが使用される。この接着剤７０ａは、少なくとも、接着後、エンコーダの光源から投光される光に対し透明な性質を有する。
【００７９】
また、受光部１３にて生成した信号を外部へ読み出す読出用回路の一部として、接合面には、バンプ７０ｂ、金属配線７０ｃなども形成される（後述）。
また、半導体層１２の反接合面において、透過領域ＥＶ以外の領域には、金属薄膜などからなる遮光膜４０ａが設けられる。
なお、本実施形態の受光素子７０’においては、遮光膜４０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを省略することもできる。
【００８０】
（製造方法）
本実施形態の受光素子７０’の製造方法は、例えば、以下のとおりである（なお、受光素子７０の製造方法は、以下の製造方法に、第１実施形態の受光素子１０の製造方法を適用すればよいだけなので、説明を省略する。）。
図１６は、本実施形態の受光素子７０’の製造方法を示す断面図（図１５（ｂ）と同じ箇所の断面図）である。
【００８１】
先ず、Ｎ型単結晶シリコンなどの半導体基板１２’上に、第２実施形態の図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）の工程と同様、不純物拡散層１３’（これが完成時に受光部１３となる。）、不純物拡散層１４，酸化膜１５、金属配線１６、絶縁膜１７、遮光膜２０ａ等を形成する（図１６（ａ））。
次に、外部との電気的な接続をとるため、絶縁膜１７のうち必要な箇所（不純物拡散層１４上の金属配線１６に対向する領域）に開口部７０ｅを形成する（図１６（ｂ））。
【００８２】
なお、この開口部７０ｅの形成は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などにより行われる。
次に、半導体基板１２’の裏面（絶縁膜１７とは反対面）側の透過領域ＥＶ以外の領域に、遮光膜４０ａを形成する（図１６（ｃ））。
なお、遮光膜４０ａの形成は、金属薄膜などをスパッタリング法や蒸着法で成膜した後、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などを用いてパターニングすることにより行われる。
【００８３】
一方、透明基板１１を用意すると共に、読出用回路の一部として、その透明基板１１上に、金属配線７０ｃを形成する。
そして、開口部７０ｅに導電性の樹脂などでバンプ７０ｂを形成してから、半導体基板１２’のバンプ７０ｂ側と、透明基板１１の金属配線７０ｃ側とを接着剤７０ａで接合する（図１６（ｄ））。
【００８４】
さらに、読出用回路の一部として、金属配線７０ｃにリード線７０ｄ（金線など）が接続される（図１６（ｅ））。
なお、本実施形態の製造方法においては、遮光膜４０ａの形状を十分に高い精度で制御できるのであれば、遮光膜２０ａを形成する工程を省略することもできる。
【００８５】
［第６実施形態］
図１７、図１８、図１９を参照して本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態は、第５実施形態の受光素子７０の変形例（自発光式の受光素子に変形したもの）である。
図１７は、本実施形態の受光素子８０，８０’を示す図である。なお、受光素子８０’は、受光素子８０のさらなる変形例である。
【００８６】
図１７（ａ）に示すように、受光素子８０には、半導体層１２の透過領域ＥＶに、発光ダイオードなどの光源８０ａが、その発光面を透明基板１１側に向けて形成されている。
【００８７】
半導体層１２に形成されるこの光源８０ａの発光面は、透過領域ＥＶと同形状、つまり格子状である（光源８０ａの波長は、透明基板１１、絶縁膜１７、接着剤７０ａを透過可能であり、かつ、受光領域ＥＤの受光部１３において検出可能な波長である。）。
光源８０ａが形成されるのは、例えば、半導体層１２に形成された酸化膜１５上である（絶縁膜１７は、透過領域ＥＶ以外の領域に形成される。）。
【００８８】
また、図１７（ｂ）に示すように、受光素子８０’は、透過領域ＥＶの半導体層１２〜絶縁膜１７の層に対し、絶縁膜１７の側から凹部８０ｂを形成し、前記光源８０ａをその凹部８０ｂ内に形成したものである。そして、凹部８０ｂの側面及び底面には、金属膜などの反射膜８０ｃが形成される。
この反射膜８０ｃによれば、光源８０ａの発する光を無駄なく反射格子１０３の側に射出させることができる。また、透過領域ＥＶと非透過領域ＥＯとの境界を際立たせることができる。
【００８９】
（製造方法）
本実施形態の受光素子８０の製造方法は、以下のとおりである。
図１８は、本実施形態の受光素子８０の製造方法を示す断面図（図１７（ａ）と同じ箇所の断面図）である。
先ず、図１６（ａ）（ｂ）の工程と同様に、半導体基板１２’上に、不純物拡散層１３’（これが完成時に受光部１３となる。）、不純物拡散層１４、金属配線１６、絶縁膜１７、開口部７０ｅを形成する。但し、非透過領域ＥＯに遮光膜２０ａを形成する代わりに、透過領域ＥＶに光源８０ａを形成する（図１８（ａ））。
【００９０】
なお、光源８０ａの形成は、例えば、特開２０００−９１６１９号公報、特開２００２−１００７９９号公報などに記載された技術により行うことができる。
次に、図１６（ｄ）の工程と同様に、この半導体基板１２’と透明基板１１とを接着剤７０ａで接合する。その際、必要な箇所に、バンプ７０ｂ、金属配線７０ｃを形成する。また、接合後、金属配線７０ｃにリード線７０ｄを接続する（図１８（ｂ）（ｃ））。
【００９１】
また、本実施形態の受光素子８０’の製造方法は、以下のとおりである。
図１９は、本実施形態の受光素子８０’の製造方法を示す断面図（図１７（ｂ）と同じ箇所の断面図）である。
先ず、図１６（ａ）の工程と同様に、半導体基板１２’上に、不純物拡散層１３’（これが完成時に受光部１３となる。）、不純物拡散層１４、金属配線１６、絶縁膜１７を形成する（図１９（ａ））。
【００９２】
次に、絶縁膜１７側から、凹部８０ｂ（光源８０ａを形成すべき凹部）を、形成する。さらに、その凹部８０ｂの側面及び底面に、反射膜８０ｃを形成する（図１９（ｂ））。
なお、凹部８０ｂの形成は、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などにより行われる。
【００９３】
また、反射膜８０ｃの形成は、金属膜をスパッタリング法や蒸着法などで形成した後、フォトリソグラフィー技術やエッチング技術などでパターニングすることで行われる。
次に、図１６（ｂ）と同様に開口部７０ｅを形成した後、凹部８０ｂに光源８０ａを配置する（図１９（ｃ））。
【００９４】
次に、図１６（ｄ）の工程と同様に、この半導体基板１２’と透明基板１１とを接着剤７０ａで接合する。その際、必要な箇所に、バンプ７０ｂ、金属配線７０ｃを形成する。また、接合後、金属配線７０ｃにリード線７０ｄを接続する（図１９（ｄ）（ｅ））。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、透過格子と受光格子とを一体化しつつも光学的性能と構造強度との双方を高めることの可能な構成の受光素子、及び高性能化可能な構成のエンコーダが実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態及び第２実施形態のエンコーダの構成図である。
【図２】第１実施形態の受光素子１０の平面図である。
【図３】図２中の線分ＩＩ−ＩＩ’における断面図である。
【図４】第２実施形態の受光素子１０の製造方法を示す断面図（図３と同じ箇所の断面図）である。
【図５】第２実施形態の受光素子２０の平面図である。
【図６】図５中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩ’における断面図である。
【図７】第２実施形態の受光素子２０の製造方法を示す断面図（図６と同じ箇所の断面図）である。
【図８】第３実施形態の受光素子３０，３０’を示す図である。
（ａ）は、第１実施形態の受光素子１０の変形例（受光素子３０）を示す図であり、図８（ｂ）は、第２実施形態の受光素子２０の変形例（受光素子３０’）を示す図である（図３、図６とそれぞれ同じ箇所の断面図である。）。
【図９】第３実施形態の受光素子３０’の製造方法を示す断面図（図８と同じ箇所の断面図）である。
【図１０】第３実施形態の受光素子３０’の製造方法を示す断面図（図８と同じ箇所の断面図）である。
【図１１】第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の補足説明をする図である。
【図１２】第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の別の補足説明をする図である。
【図１３】第４実施形態の受光素子６０の使用時の配置方向を示す図である。図
【図１４】第４実施形態の受光素子６０を示す図（図６と同じ箇所の断面図）である。
【図１５】第５実施形態の受光素子７０，７０’を示す図である。
（ａ）は、第１実施形態の受光素子１０の変形例（受光素子７０）を示す図であり、（ｂ）は、第２実施形態の受光素子２０の変形例（受光素子７０’）を示す図である（図１５（ａ）、（ｂ）は、図３、図６とそれぞれ同じ箇所の断面図である。）。
【図１６】第５実施形態の受光素子７０’の製造方法を示す断面図（図１５（ｂ）と同じ箇所の断面図）である。
【図１７】第６実施形態の受光素子８０，８０’を示す図である。
【図１８】第６実施形態の受光素子８０の製造方法を示す断面図（図１７（ａ）と同じ箇所の断面図）である。
【図１９】第６実施形態の受光素子８０’の製造方法を示す断面図（図１７（ｂ）と同じ箇所の断面図）である。
【図２０】受光格子と透過格子とを一体化した受光素子の従来例を説明する図である。図２０（ａ）は、受光素子の平面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）中の線分Ｉ−Ｉ’における断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，６０，７０，７０’，８０，８０’，１００　受光素子
１０ａ，Ｐａ，Ｐ’　開口
１１　透明基板
１２　半導体層
１２’　半導体基板
１３　受光部
１３’，１４，３０ａ，３０ｂ−１，３０ｂ−２　不純物拡散層
１５　酸化膜
１６，３０ｂ−３，７０ｃ　金属配線
１７　絶縁膜
２０ａ，４０ａ，６０ａ　遮光膜
７０ａ　接着剤
７０ｂ　バンプ
７０ｄ　リード線
３０ｂ　放出経路
Ｐ　基板
５０ａ，１０４，８０ａ　光源
８０ｂ　凹部
８０ｃ　反射膜
１０３　反射格子
１０５　回路部
２０４　光源
ＥＶ　透過領域
ＥＯ　非透過領域
Ｇ　透過格子
ＧＤ　受光格子
ＥＤ　受光領域

Claims (13)

1. 所定波長域の光に感応する受光領域を格子状に配置した半導体層からなる受光格子部と、その所定波長域の光を透過する透過領域を格子状に配置した透過格子部とを、その所定波長域の光に対し透明な透明基板上に設けた
   ことを特徴とする受光素子。
2. 請求項１に記載の受光素子において、
   前記透過格子部は、
   前記受光格子部と同一の前記半導体層に、開口を格子状に設けてなる
   ことを特徴とする受光素子。
3. 請求項２に記載の受光素子において、
   前記透過格子部は、
   前記受光格子部と同一の前記半導体層又は前記透明基板上に、遮光膜を格子状に設けてなる
   ことを特徴とする受光素子。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の受光素子において、
   前記受光領域の反入射側に、
   前記受光領域に対する迷光の入射を抑える光学膜が形成されている
   ことを特徴とする受光素子。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の受光素子において、
   前記受光領域の入射側の媒質界面、及び／又は、前記透過領域の媒質界面に、
   前記所定波長域の光の反射を抑える反射防止膜が形成されている
   ことを特徴とする受光素子。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の受光素子において、
   前記受光領域は、
   その入射側を前記透明基板とは反対側に向けて前記半導体層に形成されている
   ことを特徴とする受光素子。
7. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の受光素子において、
   前記受光領域は、
   その入射側を前記透明基板の側に向けて前記半導体層に形成されている
   ことを特徴とする受光素子。
8. 請求項７に記載の受光素子において、
   前記透明基板の前記半導体層側の面には、
   前記受光領域で生起した信号の読出経路の少なくとも一部が形成されている
   ことを特徴とする受光素子。
9. 所定波長域の光に感応する受光領域を格子状に配置した半導体層からなる受光格子部と、その所定波長域の光を透過する透過領域を格子状に配置した透過格子部とを有し、
   前記透過格子部は、
   前記受光格子部と同一の前記半導体層に、遮光膜を格子状に設けてなる
   ことを特徴とする受光素子。
10. 請求項９に記載の受光素子において、
    前記受光領域の反入射側に、
    前記受光領域に対する迷光の入射を抑える光学膜が形成されている
    ことを特徴とする受光素子。
11. 請求項９又は請求項１０に記載の受光素子において、
    前記受光領域の入射側の媒質界面、及び／又は、前記透過領域の媒質界面に、
    前記所定波長域の光の反射を抑える反射防止膜が形成されている
    ことを特徴とする受光素子。
12. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の受光素子と、
    前記受光素子の前記透過格子部に対し、前記所定波長域の光を投光する光源と、
    前記光源から投光され前記受光素子を透過した前記所定波長域の光を部分反射して前記受光素子の方向へ戻す反射格子板とを備えた
    ことを特徴とするエンコーダ。
13. 請求項９〜請求項１１の何れか一項に記載の受光素子と、
    前記受光素子の前記透過格子部に対し、前記所定波長域の光を投光する光源と、
    前記光源から投光され前記受光素子を透過した前記所定波長域の光を部分反射して前記受光素子の方向へ戻す反射格子板とを備えた
    ことを特徴とするエンコーダ。

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