JP2005045010A

JP2005045010A - 受光装置

Info

Publication number: JP2005045010A
Application number: JP2003277412A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Akagawa; 圭一赤川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】干渉性の高いコヒーレント光を用いて計測を行った場合においても、干渉縞の発生が抑制され、精度の高い計測を行うことができる受光装置を提供する。
【解決手段】上面に開口１ａを有するパッケージ１と、このパッケージ１内に固定される受光素子２と、パッケージ１の上面に固定され、開口１ａを閉じる封止ガラス３とを備えている受光装置において、パッケージ１と封止ガラス３との間に形成される密閉空間に、封止ガラス３の屈折率とほぼ同じ屈折率を有するシリコンオイル等の屈折率整合液７を充填した。
【選択図】図１

Description

この発明は受光装置に関する。

図５は従来の受光装置の断面図である。

この受光装置は、上面に開口１０１ａを有するパッケージ１０１と、このパッケージ１０１内に接着剤で固定された受光素子１０２と、パッケージ１０１の上面に固定され、開口１０１ａを閉じる封止ガラス１０３とを備えている。

パッケージ１０１は樹脂、セラミックス等で形成されている。

受光素子１０２は光を受けて電気信号を出力するフォトダイオードやイメージセンサ等の半導体受光素子である。受光素子１０２の端子（図示せず）とパッケージ１０１のパッド（図示せず）とは導電性ワイヤ１０４を介して電気的に接続されている。導電性ワイヤ１０４の両端がボンディング法で端子及びパッドにそれぞれボンディングされている。パッドにはパッケージ１０１の内部に形成された内部配線を介してリードピン１０５が電気的に接続されている。

封止ガラス１０３は所定の波長域の光が透過するほぼ透明な平板ガラスである。封止ガラス１０３はパッケージ１０１の上面に受光素子１０２の表面とほぼ平行に固定されている。封止ガラス１０３は受光素子１０２への塵埃等の付着を防止する。封止ガラス１０３によって密封された空間には不活性な乾燥窒素等のガスが充填され、空間内の酸化を防止している。封止ガラス１０３の上面及び下面での光の反射を防止するため、封止ガラス１０３の上面及び下面にはそれぞれ反射防止膜が形成されている。
特開２００２−３３４９２号公報

しかし、上記受光装置を干渉性の高いコヒーレント光を利用して計測を行う装置に用いた場合、封止ガラス１０３を透過して受光素子１０２の受光面で反射され、更に封止ガラス１０３の下面で反射されて受光素子１０２の受光面に達する光と、封止ガラス１０３を透過して直接受光素子１０２の受光面に達する光との干渉によって、受光素子１０２の受光面上に干渉縞が発生する。

また、光の一部は窒素ガスと受光素子１０２の受光面に形成されたシリコン酸化膜との界面で反射される。

互いに接している媒質の屈折率をそれぞれｎ１、ｎ２とした場合、屈折率がｎ１の媒質から屈折率がｎ２の媒質へ光がほぼ垂直に入射したとき、入射光に対する反射光の振幅Ａ及び反射強度Ｒはそれぞれ式１及び式２から求められる。

Ａ＝（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）（式１）
Ｒ＝（ｎ２−ｎ１）²／（ｎ２＋ｎ１）² （式２）
なお、ｎ１（窒素ガスの屈折率）＝１、ｎ２（シリコン酸化膜の屈折率）＝１．４６である。

窒素ガスとシリコン酸化膜との界面での反射強度Ｒを式２を用いて求めたとき、反射強度Ｒは３．５％である。その反射強度Ｒに応じた感度の低下が起きる。

したがって、この受光装置では精度の高い計測を行うことができない。

この発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は干渉性の高いコヒーレント光を用いて計測を行った場合においても、干渉縞の発生が抑制され、精度の高い計測を行うことができる受光装置を提供することである。

請求項１の発明は、上面に開口を有する容器と、この容器内に固定される受光素子と、前記容器の上面に固定され、前記開口を閉じる透光板とを備えている受光装置において、前記容器と前記透光板との間に形成される密閉空間に、前記透光板の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する液体が充填されていることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の受光装置において、前記液体は電気的に絶縁性を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の受光装置において、前記受光素子の受光面に酸化膜が形成され、その酸化膜の屈折率を前記液体の屈折率とほぼ同じにしたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１，２又は３記載の受光装置において、前記受光素子がイメージセンサであることを特徴とする。

以上説明したようにこの発明によれば、干渉性の高いコヒーレント光を用いて計測を行った場合においても、干渉縞の発生が抑制され、精度の高い計測を行うことができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る受光装置の断面図である。

この受光装置は、パッケージ（容器）１と、受光素子２と、封止ガラス（透光板）３とを備えている。

パッケージ１は樹脂、セラミックス等で形成されている。パッケージ１の平面形状は正方形である（図２参照）。パッケージ１の上面に開口１ａが形成されている。

受光素子２はフォトダイオードやイメージセンサ等の半導体受光素子であり、パッケージ１の底面のほぼ中央に接着剤で固定されている。

受光素子２の端子（図示せず）とパッケージ１のパッド（図示せず）とは導電性ワイヤ４を介して電気的に接続されている。導電性ワイヤ４の両端がボンディング法で端子及びパッドにそれぞれボンディングされている。

パッドにはパッケージ１の内部に形成された内部配線を介してリードピン５がそれぞれ電気的に接続されている。

受光素子２は封止ガラス３を介して光を受光し、入射光に応じた電気信号を出力する。電気信号は導電性ワイヤ４、内部配線等を通ってリードピン５に導かれる。

封止ガラス３は所定の波長域の光が透過するほぼ透明な平板ガラスである。封止ガラス３はパッケージ１の上面に受光素子２の表面とほぼ平行に接着剤６で固定されている。封止ガラス３によって開口１ａが閉じられ、受光素子２への塵埃等の付着が防止される。なお、封止ガラス３の上面には反射防止膜が形成されている。

パッケージ１と封止ガラス３との間に形成される密閉空間には屈折率整合液（液体）７が充填されている。屈折率整合液７は封止ガラス３や受光素子２の受光面上のシリコン酸化膜（図示せず）とほぼ同じ屈折率を有し、使用する波長での光の吸収が小さい。

屈折率整合液７としては、例えばシリコンオイルが使用される。このシリコンオイルは無色透明であり、その屈折率及び体積抵抗率はそれぞれ１．４０及び１ＴΩ・ｍである。また、シリコン酸化膜の屈折率は１．４６である。

屈折率整合液７とシリコン酸化膜との界面での反射強度Ｒを式２を用いて求めたとき、反射強度Ｒは０．０４％であった。すなわち、屈折率整合液７とシリコン酸化膜との界面で０．０４％程度の光が反射されるだけであり、従来例の反射強度Ｒが３．５％程度であったことに比べ、反射強度Ｒが非常に小さくなる。

この受光装置を干渉性の高いコヒーレント光を利用して計測を行う装置に用いた場合、封止ガラス３を透過して受光素子２の受光面で反射され、更に封止ガラス３で反射されて受光面に達する光と、封止ガラス３を透過して直接受光面に達する光との干渉によって、受光素子２の受光面上に干渉縞が発生する。

しかし、封止ガラス３の屈折率が屈折率整合液７とほぼ同じ屈折率であるため、屈折率の不一致に起因する封止ガラス３の下面と屈折率整合液７との界面での反射が防止され、受光素子２の受光面上での光の干渉が起き難くなり、干渉縞の発生が抑制される。

また、屈折率整合液７とシリコン酸化膜との界面で０．０４％程度の光が反射されるだけであるため、感度の低下が防止されるとともに、干渉縞の発生が抑制される。

更に、屈折率整合液７の体積抵抗率が非常に高いので、導電性ワイヤ４が屈折率整合液７中に露出されていても、その絶縁性が害されることはない
この実施形態によれば、干渉性の高いコヒーレント光を用いて計測を行った場合においても、干渉縞の発生が抑制され、精度の高い画像計測等を行うことができる。特に、入射光が封止ガラス３の上面に直交するように入射せず、反射が起き易い場合に有効である。

次に、上記受光装置の組立方法を説明する。

図２はパッケージ内に受光素子を固定した状態を示す受光装置の平面図、図３は図２の受光装置の断面図である。

まず、受光素子２を接着剤でパッケージ１の中央に固定する。

次に、受光素子２の端子とパッケージ１のパッドとを導電性ワイヤ４を介して電気的に接続する。導電性ワイヤ４の両端をボンディング法で端子及びパッドにそれぞれボンディングする。

その後、パッケージ１の上面全体に接着剤６を塗布する（図２参照）。

図４はパッケージ内に屈折率整合液を充填した状態を示す受光装置の断面図である。

接着剤６を塗布した後、パッケージ１の内部空間に屈折率整合液７を図４に示す状態になるまで流し込む。

その後、封止ガラス３をパッケージ１の上面に載せ、開口１ａを閉じ、パッケージ１を所定温度に維持された恒温槽に所定時間だけ保管し、接着剤６を硬化させる。

その結果、パッケージ１と封止ガラス３との間に屈折率整合液７が充填された受光装置が完成する（図１参照）。

なお、パッケージ１の上面全体に接着剤６が塗布されているので、受光装置を図１の状態から例えば９０度回転させたり、反転させたりしても、パッケージ１に充填された屈折率整合液７の外部への漏出が防止される。

また、上記実施形態では封止ガラスとして平板ガラスを使用したが、所定の波長域の光を透過させ、かつ所定の耐久性を有する材料の板体であれば平板ガラスに限られるものではない。

図１はこの発明の一実施形態に係る受光装置の断面図である。図２はパッケージ内に受光素子を固定した状態を示す受光装置の平面図である。図３はパッケージ内に受光素子を固定した状態を示す受光装置の断面図である。図４はパッケージ内に屈折率整合液を充填した状態を示す受光装置の断面図である。図５は従来の受光装置の断面図である。

符号の説明

１パッケージ（容器）
１ａ開口
２受光素子
３封止ガラス（透光板）
７屈折率整合液（液体）

Claims

上面に開口を有する容器と、この容器内に固定される受光素子と、前記容器の上面に固定され、前記開口を閉じる透光板とを備えている受光装置において、
前記容器と前記透光板との間に形成される密閉空間に、前記透光板の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する液体が充填されていることを特徴とする受光装置。
前記液体は電気的に絶縁性を有することを特徴とする請求項１記載の受光装置。
前記受光素子の受光面に酸化膜が形成され、その酸化膜の屈折率を前記液体の屈折率とほぼ同じにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の受光装置。
前記受光素子がイメージセンサであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の受光装置。