JP2013040896A - 傾斜構造体、傾斜構造体の製造方法、及び分光センサー - Google Patents
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Abstract
【課題】微小な傾斜構造体を製造する。
【解決手段】基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、第１の膜であって、基板に接続された第１の部分と、犠牲膜の上方に位置する第２の部分と、第１の部分及び第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含み、且つ、第３の部分の一部、又は、第２の部分と第３の部分との境界部分に、第１の部分より膜厚が薄い領域を有する第１の膜を形成する工程（ｂ）と、犠牲膜を除去する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、膜厚が薄い領域において第１の膜を曲げて、第１の膜の第２の部分を基板に対して傾斜させる工程（ｄ）と、を含む。
【選択図】図３
【解決手段】基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、第１の膜であって、基板に接続された第１の部分と、犠牲膜の上方に位置する第２の部分と、第１の部分及び第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含み、且つ、第３の部分の一部、又は、第２の部分と第３の部分との境界部分に、第１の部分より膜厚が薄い領域を有する第１の膜を形成する工程（ｂ）と、犠牲膜を除去する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、膜厚が薄い領域において第１の膜を曲げて、第１の膜の第２の部分を基板に対して傾斜させる工程（ｄ）と、を含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、微小な傾斜構造体、傾斜構造体の製造方法、及びこの傾斜構造体を用いた分光センサーに関する。
医療や農業、環境等の分野では、対象物の診断や検査をするために分光センサーが用いられている。例えば、医療の分野では、ヘモグロビンの光吸収を利用して血中酸素飽和度を測定するパルスオキシメーターが用いられる。また、農業の分野では、糖分の光吸収を利用して果実の糖度を測定する糖度計が用いられる。
下記の特許文献１には、干渉フィルターと光電変換素子との間を光学的に接続する光ファイバーによって入射角度を制限することにより、光電変換素子への透過波長帯域を制限する分光イメージングセンサーが開示されている。しかし、従来の分光センサーにおいては、小型化が難しい。
例えば、小型の分光センサーを作製するには、微小な傾斜構造体を形成することが求められる。しかし、従来の技術においては、微小な構造体を製造するのは困難であった。
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明の幾つかの態様は、微小な傾斜構造体、微小な傾斜構造体の製造方法、及びこの傾斜構造体を用いた分光センサーを提供することに関連している。
本発明の幾つかの態様において、傾斜構造体の製造方法は、基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、第１の膜であって、基板に接続された第１の部分と、犠牲膜の上方に位置する第２の部分と、第１の部分及び第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含み、且つ、第３の部分の一部、又は、第２の部分と第３の部分との境界部分に、第１の部分より膜厚が薄い領域を有する第１の膜を形成する工程（ｂ）と、犠牲膜を除去する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、膜厚が薄い領域において第１の膜を曲げて、第１の膜の第２の部分を基板に対して傾斜させる工程（ｄ）と、を含む。
この態様によれば、半導体プロセスと親和性の高い工程によって、微小な傾斜構造体を容易に製造することができる。
この態様によれば、半導体プロセスと親和性の高い工程によって、微小な傾斜構造体を容易に製造することができる。
上述の態様において、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に、犠牲膜をパターニングすることによって、第１の膜の第３の部分が形成される犠牲膜の側面を露出させる工程（ｅ）をさらに含むことが望ましい。
これによれば、犠牲膜を形成した後にこれをパターニングすることによって、基板上の任意の箇所に傾斜構造体を形成することができる。
これによれば、犠牲膜を形成した後にこれをパターニングすることによって、基板上の任意の箇所に傾斜構造体を形成することができる。
上述の態様において、工程（ｂ）は、第１の膜を堆積させつつ、第２の部分と第３の部分との境界部分にオーバーハングを形成することにより、第３の部分のうちオーバーハングよりも下方の部分に、膜厚が薄い領域を形成する工程であることが望ましい。
これによれば、膜厚が薄い領域を少ない工程で形成することができる。
これによれば、膜厚が薄い領域を少ない工程で形成することができる。
上述の態様において、工程（ａ）によって形成される犠牲膜は、第１の層と、第１の層の上方に位置する第２の層とを含み、工程（ｅ）は、第１の層のエッチングレートが第２の層のエッチングレートより大きくなるエッチング液またはエッチングガスを用いて、犠牲膜の側面を露出させる工程であることが望ましい。
これによれば、オーバーハング及び膜厚が薄い領域を、より形成しやすくすることができる。
これによれば、オーバーハング及び膜厚が薄い領域を、より形成しやすくすることができる。
上述の態様において、工程（ｂ）は、第１の膜をプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、第２の部分と第３の部分との境界部分に、膜厚が薄い領域を形成する工程であることが望ましい。
これによれば、膜厚が薄い領域を少ない工程で形成することができる。
これによれば、膜厚が薄い領域を少ない工程で形成することができる。
上述の態様において、工程（ｄ）は、第１の膜と基板との間に液体を供給し、その後、液体を除去することを含むことが望ましい。
これによれば、第１の膜に無理な力を加えることなく、第１の膜を曲げ、第１の膜の第2の部分を基板に対して傾斜させることができる。
これによれば、第１の膜に無理な力を加えることなく、第１の膜を曲げ、第１の膜の第2の部分を基板に対して傾斜させることができる。
上述の態様において、工程（ｄ）の後に、第１の膜と基板との間に、第２の膜となる材料を充填する工程（ｆ）をさらに含んでもよい。
これによれば、第２の膜を形成することによって、傾斜構造体の光学的特性を調整することができる。
これによれば、第２の膜を形成することによって、傾斜構造体の光学的特性を調整することができる。
上述の態様において、工程（ｆ）の後に、第１の膜を除去する工程（ｇ）をさらに含んでもよい。
これによれば、第１の膜を除去するので、第１の膜の材料選択の自由度を向上することができる。
これによれば、第１の膜を除去するので、第１の膜の材料選択の自由度を向上することができる。
本発明の他の態様において、傾斜構造体は、基板の第１の面に接続された第１の部分と、基板の第１の面に対して傾斜している第２の部分と、第１の部分及び第２の部分を接続する第３の部分であって、第１の部分及び第２の部分より膜厚が薄い領域を有する第３の部分と、を含む。
この態様によれば、微小な傾斜構造体を用いた有用な光学素子を製造することができる。
この態様によれば、微小な傾斜構造体を用いた有用な光学素子を製造することができる。
本発明の他の態様において、分光センサーは、通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターと、透過する光又は反射する光の波長を、入射方向に応じて制限する多層膜と、上述の傾斜構造体であって、角度制限フィルターを通過する光の入射方向と多層膜の積層方向との傾斜角度を規定する傾斜構造体と、角度制限フィルターを通過し、且つ多層膜において透過又は反射した光を検出する受光素子と、を含む。
この態様によれば、上述の傾斜構造体を用いることにより、小型の分光センサーを製造することができる。
なお、上方とは、基板の表面を基準として裏面に向かう方向とは反対の方向を意味する。
この態様によれば、上述の傾斜構造体を用いることにより、小型の分光センサーを製造することができる。
なお、上方とは、基板の表面を基準として裏面に向かう方向とは反対の方向を意味する。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
＜１．第１の実施形態＞
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、半導体プロセス技術を応用することにより、低コスト且つ微細化が容易な方法である。
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、半導体プロセス技術を応用することにより、低コスト且つ微細化が容易な方法である。
＜１−１．犠牲膜を成膜＞
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０上に、犠牲膜２０を成膜する。基板１０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）の基板でもよいし、酸化シリコンの基板上に後述の角度制限フィルターを形成したものでもよい。犠牲膜２０としては、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などが用いられる。
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０上に、犠牲膜２０を成膜する。基板１０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）の基板でもよいし、酸化シリコンの基板上に後述の角度制限フィルターを形成したものでもよい。犠牲膜２０としては、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などが用いられる。
次に、図１（Ｃ）に示すように、犠牲膜２０上にレジスト膜２１を成膜し、露光及び現像することにより、レジスト膜２１を所定形状（例えば矩形形状）にパターニングする。
次に、図１（Ｄ）に示すように、レジスト膜２１をエッチングマスクとして、犠牲膜２０をエッチングする。これにより、犠牲膜２０が上記所定形状と同一の形状（例えば矩形形状）にパターニングされる。その後、レジスト膜２１を除去する。
次に、図１（Ｄ）に示すように、レジスト膜２１をエッチングマスクとして、犠牲膜２０をエッチングする。これにより、犠牲膜２０が上記所定形状と同一の形状（例えば矩形形状）にパターニングされる。その後、レジスト膜２１を除去する。
＜１−２．第１の膜を成膜＞
次に、図１（Ｅ）に示すように、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した基板１０の上面と、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した犠牲膜２０の上面及び犠牲膜２０の側面とを覆うように、傾斜構造体を構成する膜となる第１の膜１１を成膜する。第１の膜１１は、例えばスパッタリング法や真空蒸着法を含むＰＶＤ（physical vapor deposition）法または、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって成膜する。第１の膜１１としては、例えば酸化シリコン膜などが用いられる。第１の膜１１は、基板１０の上面に沿った第１の部分１１ａと、犠牲膜２０の上面に沿った第２の部分１１ｂと、犠牲膜２０の側面に沿った第３の部分１１ｃとを含んでいる。
次に、図１（Ｅ）に示すように、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した基板１０の上面と、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した犠牲膜２０の上面及び犠牲膜２０の側面とを覆うように、傾斜構造体を構成する膜となる第１の膜１１を成膜する。第１の膜１１は、例えばスパッタリング法や真空蒸着法を含むＰＶＤ（physical vapor deposition）法または、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって成膜する。第１の膜１１としては、例えば酸化シリコン膜などが用いられる。第１の膜１１は、基板１０の上面に沿った第１の部分１１ａと、犠牲膜２０の上面に沿った第２の部分１１ｂと、犠牲膜２０の側面に沿った第３の部分１１ｃとを含んでいる。
このとき、第１の膜１１のうち、第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとの境界部分に、他の部分よりも膜厚が厚い領域（オーバーハング１１ｃｘ）が形成される。このオーバーハング１１ｃｘは、第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとの境界部分に、第１の膜１１を構成する材料が蒸着しやすいために形成される。第１の膜１１の構成材料や成膜条件を調整することによってオーバーハングを低減する技術も開発されているが、本実施形態においては、オーバーハングを積極的に利用する。オーバーハング１１ｃｘは、犠牲膜２０の上面に平行な方向に突出した形状を有するので、オーバーハング１１ｃｘより下方（基板１０側）の領域には、第１の膜１１を構成する材料が蒸着しにくい。従って、オーバーハング１１ｃｘより下方の領域には、他の部分よりも膜厚が薄い領域１１ｃｙが形成される。第１の膜１１において、膜厚が厚いオーバーハング１１ｃｘの膜厚に対し、その下方の膜厚が薄い領域１１ｃｙの膜厚は、例えば、０．８倍以下であることが望ましい。
次に、図２（Ｆ）に示すように、第１の膜１１上にレジスト膜２２を成膜し、露光及び現像することにより、レジスト膜２２を所定形状にパターニングする。このとき、レジスト膜２２は、犠牲膜２０の１つの側面２０１と、当該側面に繋がる犠牲膜２０の上面の一部領域２０２と、基板１０の上面の一部領域１０１と、を覆うような形状にパターニングされる。
次に、図２（Ｇ）に示すように、レジスト膜２２をエッチングマスクとして、第１の膜１１をエッチングする。これにより、第１の膜１１は、基板１０に接続された第１の部分１１ａと、犠牲膜２０の上面に接続された第２の部分１１ｂと、犠牲膜２０の１つの側面に沿った第３の部分１１ｃとを残して除去される。その後、レジスト膜２２を除去する。
次に、図２（Ｈ）に示すように、犠牲膜２０を例えばウェットエッチングによって除去する。犠牲膜２０が例えば窒化シリコンである場合には、犠牲膜２０を除去するエッチング液としては例えばリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を用いる。
犠牲膜２０を除去することにより、基板１０と第１の膜１１との間に空間１０２が形成される。第１の膜１１の第１の部分１１ａは、基板１０に接続されており、第１の膜１１の第２の部分１１ｂは、基板１０から離れて位置している。第１の膜１１の第３の部分１１ｃは、第１の部分１１ａと第２の部分１１ｂとの間に位置して、第２の部分１１ｂを支えている。
＜１−３．傾斜の形成＞
次に、図２（Ｉ）に示すように、基板１０と第１の膜１１との間の空間に液体を供給する。例えば、基板１０及び第１の膜１１を、図示しない容器に溜められた表面張力の大きい液体（水など）に浸し、その後、その容器から取り出す。
次に、図２（Ｉ）に示すように、基板１０と第１の膜１１との間の空間に液体を供給する。例えば、基板１０及び第１の膜１１を、図示しない容器に溜められた表面張力の大きい液体（水など）に浸し、その後、その容器から取り出す。
次に、図３（Ｊ）に示すように、基板１０と第１の膜１１との間の空間に供給された液体を蒸発させる。このとき、基板１０と第１の膜１１との間の空間に供給された液体は、その表面張力により、第１の膜１１の第２の部分１１ｂの端部１１ｂｘを基板１０に向けて引き寄せる。基板１０と第１の膜１１との間の空間に供給された液体が蒸発することにより、空間内の液体が減少する。これにより、第１の膜１１の第３の部分１１ｃに位置する膜厚が薄い領域１１ｃｙが曲げられ、第１の膜１１の第２の部分１１ｂが傾斜する。第１の膜１１の膜厚が薄い領域１１ｃｙは、折り曲げられてもよい。第１の膜１１の第２の部分１１ｂの端部１１ｂｘが基板１０に接触するまで、第２の部分１１ｂが傾斜することが好ましい。より好ましくは、第２の部分１１ｂの端部１１ｂｘと基板１０がスティッキングで付着する。スティッキングとは、液体が蒸発するときに表面張力によるメニスカス力が働いて、液体を囲む基板と構造体、または構造体同士が付着する現象である。
以上の工程により、第１の膜１１を含む第１の傾斜構造体が形成される。
以上の工程により、第１の膜１１を含む第１の傾斜構造体が形成される。
さらに、図３（Ｋ）に示すように、必要に応じて、第２の膜１２となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填する。その後、加熱等の手段によってその液体材料を固化させる。このような第２の膜１２となる液体材料としては、例えばＳＯＧ（spin on glass）が用いられる。
次に、図３（Ｌ）に示すように、固化した液体材料のうち、第１の膜１１上の部分を異方性エッチングによって除去する。
以上の工程により、第１の膜１１及び第２の膜１２を含む第２の傾斜構造体が形成される。
以上の工程により、第１の膜１１及び第２の膜１２を含む第２の傾斜構造体が形成される。
さらに、図３（Ｍ）に示すように、必要に応じて、第１の膜１１をエッチングすることによって除去する。第１の膜１１を除去することにより、第２の膜１２のみを含む第３の傾斜構造体が形成される。
また、以上の工程において、基板１０は酸化シリコン、犠牲膜２０は窒化シリコン、第１の膜１１は酸化シリコン、犠牲膜２０を除去するエッチング液はリン酸としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、以下の組合せが可能である。
例えば、基板１０は酸化シリコン、犠牲膜２０はアルミニウム、第１の膜１１は酸化シリコン、犠牲膜２０を除去するエッチング液はアンモニア過水（ＮＨ３＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ）、又はリン酸と硝酸と酢酸との混合液（Ｈ３ＰＯ４＋ＮＨＯ３＋ＣＨ３ＣＯＯＨ）とすることもできる。
また、例えば、基板１０は酸化シリコン、犠牲膜２０はレジスト材料、第１の膜１１は酸化シリコンとし、犠牲膜２０はＯ２プラズマを用いたドライアッシングによって除去することもできる。
＜１−４．実施形態の効果＞
以上の製造工程によれば、半導体プロセスとの親和性が高い成膜、露光、現像、エッチング等の技術を用いて傾斜構造体を製造できる。従って、１つのチップ上に傾斜構造体と半導体回路とを混載することも容易となる。
以上の製造工程によれば、半導体プロセスとの親和性が高い成膜、露光、現像、エッチング等の技術を用いて傾斜構造体を製造できる。従って、１つのチップ上に傾斜構造体と半導体回路とを混載することも容易となる。
また、傾斜構造体の傾斜角度は、第１の膜１１の第２の部分１１ｂの長さと、第３の部分１１ｃの長さ（犠牲膜２０の厚さ）とによって微調整することができる。
また、少ない工程で第３の部分１１ｃに膜厚が薄い領域１１ｃｙを形成することができる。
また、少ない工程で第３の部分１１ｃに膜厚が薄い領域１１ｃｙを形成することができる。
また、傾斜構造体を製造するために、高価で摩耗しやすい金型を作成する必要がなく、傾斜構造体の形状を変更するために金型を作り直す必要もない。また、以上の製造工程によれば、金型で作成可能な材料（樹脂等）だけでなく、種々の材料を用いて、微細な傾斜構造体を製造することができる。
＜２．第２の実施形態＞
図４〜図６は、本発明の第２の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、第１の膜１１におけるオーバーハングを形成しやすくできる方法である。
図４〜図６は、本発明の第２の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、第１の膜１１におけるオーバーハングを形成しやすくできる方法である。
図４〜図６に示す工程は、多くの点において図１〜図３に示す工程と共通であるが、犠牲膜２０が第１の層２０ａと第２の層２０ｂとを含んでいる点で、図１〜図３に示す工程と異なる。
まず、図４（Ａ）に示すように、酸化シリコン等の基板１０上に、犠牲膜２０を構成する第１の層２０ａを成膜する。次に、図４（Ｂ）に示すように、第１の層２０ａ上に、犠牲膜２０を構成する第２の層２０ｂを成膜する。第１の層２０ａと第２の層２０ｂとは異なる材料とする。例えば、第１の層２０ａはアルミニウムとし、第２の層２０ｂは窒化チタン（ＴｉＮ）とすることができる。
図１（Ｃ）において説明したと同様に、図４（Ｃ）において、犠牲膜２０上にレジスト膜２１を成膜し、露光及び現像することにより、レジスト膜２１を所定形状（例えば矩形形状）にパターニングする。
そして、図１（Ｄ）において説明したと同様に、図４（Ｄ）において、レジスト膜２１をエッチングマスクとして、犠牲膜２０をエッチングする。このとき、犠牲膜２０の第１の層２０ａのエッチングレートが、第２の層２０ｂのエッチングレートより大きくなるようなエッチングガスを用いてエッチングを行う。例えば、第１の層２０ａがアルミニウムであり、第２の層２０ｂが窒化チタンである場合に、塩素系ガス（Ｃｌ2、ＢＣｌ3、）を用いたドライエッチングを行う。これにより、犠牲膜２０は、上記レジスト膜２１の所定形状とほぼ同一の形状（例えば矩形形状）にパターニングされるが、第１の層２０ａは第２の層２０ｂより多くエッチングされる。その結果、第２の層２０ｂの側面が第１の層２０ａの側面より、犠牲膜２０の上面に平行な方向に突出した形状となる。第２の層２０ｂは、犠牲膜２０の膜厚の中心よりも上方に位置することが望ましい。
次に、図１（Ｅ）において説明したと同様に、図４（Ｅ）において、基板１０の上面と、犠牲膜２０の上面及び犠牲膜２０の側面とを覆うように、傾斜構造体を構成する膜となる第１の膜１１を成膜する。第１の膜１１は、例えばスパッタリング法や真空蒸着法を含むＰＶＤ（physical vapor deposition）法または、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によって成膜する。第１の膜１１としては、例えば酸化シリコン膜などが用いられる。第１の膜１１は、基板１０の上面に沿った第１の部分１１ａと、犠牲膜２０の上面に沿った第２の部分１１ｂと、犠牲膜２０の側面に沿った第３の部分１１ｃとを含んでいる。
このとき、第１の膜１１のうち、第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとの境界部分に、他の部分よりも膜厚が厚い領域（オーバーハング１１ｃｘ）が形成される。第２の実施形態においては、犠牲膜２０の第１の層２０ａは第２の層２０ｂより多くエッチングされているので、オーバーハング１１ｃｘが形成されやすくなっている。そして、オーバーハング１１ｃｘより下方（基板１０側）の領域には、他の部分よりも膜厚が薄い領域１１ｃｙが形成される。
その後、図２及び図３において説明したと同様に、図５及び図６に示すように、第１の膜１１をエッチングし、犠牲膜２０を除去し、第１の膜１１の第２の部分１１ｂを傾斜させることにより、傾斜構造体を形成することができる。
＜３．第３の実施形態＞
図７及び図８は、本発明の第３の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法の一部を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、第１の膜１１におけるオーバーハングを形成しやすくできる方法である。
図７及び図８は、本発明の第３の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法の一部を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、第１の膜１１におけるオーバーハングを形成しやすくできる方法である。
図７及び図８に示す工程は、多くの点において図４及び図５に示す工程と共通であるが、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すように、犠牲膜２０の第２の層２０ｃを、犠牲膜２０の表面改質によって形成する点で、図４及び図５に示す工程と異なる。
まず、図７（Ａ）に示すように、酸化シリコン等の基板１０上に、シリコン（Ｓｉ）等の犠牲膜２０を成膜する。次に、図７（Ｂ）に示すように、犠牲膜２０にイオン注入等を行うことにより、犠牲膜２０の表面改質を行う。これにより、犠牲膜２０の上面側には第２の層２０ｃが形成される。第２の層２０ｃを除いた犠牲膜２０の残りの部分が第１の層２０ａとなる。
その後の工程は、図４〜図６に示す工程と同様である。図７（Ｄ）における犠牲膜２０のエッチングにおいては、犠牲膜２０の第１の層２０ａのエッチングレートが、第２の層２０ｃのエッチングレートより大きくなるようなエッチング液を用いてエッチングを行う。例えば、第１の層２０ａがシリコンであり、第２の層２０ｃがイオン注入されたシリコンである場合に、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）、又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いる。これにより、犠牲膜２０は、上記レジスト膜２１の所定形状とほぼ同一の形状（例えば矩形形状）にパターニングされるが、第１の層２０ａは第２の層２０ｃより多くエッチングされる。その結果、第２の層２０ｃの側面が第１の層２０ａの側面より、犠牲膜２０の上面に平行な方向に突出した形状となる。第２の層２０ｃは、犠牲膜２０の膜厚の中心よりも上方に位置することが望ましい。
その後、図４〜図６に示す工程と同様に、オーバーハングが形成されるように第１の膜１１を成膜し、第１の膜１１をエッチングし、犠牲膜２０を除去し、第１の膜１１の第２の部分１１ｂを傾斜させることにより、傾斜構造体を形成することができる。
＜４．第４の実施形態＞
図９〜図１１は、本発明の第４の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、第１の膜１１の第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとの境界部分に膜厚が薄い領域を形成して、傾斜構造体を製造する方法である。
図９〜図１１は、本発明の第４の実施形態に係る傾斜構造体の製造方法を示す断面図である。この実施形態に係る製造方法は、第１の膜１１の第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとの境界部分に膜厚が薄い領域を形成して、傾斜構造体を製造する方法である。
図９〜図１１に示す工程は、多くの点において図１〜図３に示す工程と共通であるが、第１の膜１１をプラズマＣＶＤ法によって成膜する点で、図１〜図３に示す工程と異なる。すなわち、図９（Ｅ）において、基板１０の上面と、犠牲膜２０の上面及び犠牲膜２０の側面とを覆うように、傾斜構造体を構成する膜となる第１の膜１１を成膜する。第１の膜１１は、例えば高密度プラズマ（ＨＤＰ）ＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ法によって成膜する。第１の膜１１としては、例えば酸化シリコン膜などが用いられる。第１の膜１１は、基板１０の上面に沿った第１の部分１１ａと、犠牲膜２０の上面に沿った第２の部分１１ｂと、犠牲膜２０の側面に沿った第３の部分１１ｃとを含んでいる。
プラズマＣＶＤ法においては、第１の膜１１がプラズマによってエッチングされつつ成膜される。このため、第１の膜１１のうち、第２の部分１１ｂと第３の部分１１ｃとの境界部分にテーパー部分１１ｃｚが形成される。このテーパー部分１１ｃｚは、第１の膜１１において、他の部分よりも膜厚が薄い領域となる。
その後、図２及び図３において説明したと同様に、図１０及び図１１に示すように、第１の膜１１をエッチングし、犠牲膜２０を除去し、第１の膜１１の第２の部分１１ｂを傾斜させる。図１１（Ｊ）に示すように、第１の膜１１の第２の部分１１ｂを傾斜させるときには、膜厚が薄いテーパー部分１１ｃｚが曲げられ、又は折り曲げられる。これにより、傾斜構造体を形成することができる。
＜５．透過型分光センサー＞
図１２は、本発明の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの第１の例を示す断面図である。図１２に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部５０と、角度制限フィルター部６０と、分光フィルター部７０とを具備している。
図１２は、本発明の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの第１の例を示す断面図である。図１２に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部５０と、角度制限フィルター部６０と、分光フィルター部７０とを具備している。
光学素子部５０は、シリコンなどの半導体で形成された基板５１と、基板５１に形成されたフォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃを具備している。さらに基板５１には、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃに所定の逆バイアス電圧を印加したり、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃにおいて発生した光起電力に基づく電流を検知し、当該電流の大きさに応じたアナログ信号を増幅してデジタル信号に変換したりする電子回路（図示せず）が形成されている。
＜５−１．角度制限フィルター部＞
角度制限フィルター部６０は、基板５１の上方に形成されている。角度制限フィルター部６０においては、遮光体６１によって光路壁が形成され、この光路壁に囲まれた酸化シリコン等の透光体６２によって光路が形成されている。遮光体６１は、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃによって受光しようとする波長の光を実質的に透過しない材料によって構成される。遮光体６１は、基板５１上に、例えば格子状の所定パターンで複数層にわたって連続的に形成されることにより、基板５１の面に垂直な方向に光路を形成する。
角度制限フィルター部６０は、基板５１の上方に形成されている。角度制限フィルター部６０においては、遮光体６１によって光路壁が形成され、この光路壁に囲まれた酸化シリコン等の透光体６２によって光路が形成されている。遮光体６１は、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃによって受光しようとする波長の光を実質的に透過しない材料によって構成される。遮光体６１は、基板５１上に、例えば格子状の所定パターンで複数層にわたって連続的に形成されることにより、基板５１の面に垂直な方向に光路を形成する。
角度制限フィルター部６０によって、光路内を通過する光の入射角度が制限される。すなわち、光路内に入射した光が、光路の向きに対して所定の制限角度以上に傾いている場合には、光が遮光体６１に当たり、一部が遮光体６１に吸収され、残りが反射される。光路を通過するまでの間に反射が繰り返されることによって反射光は弱くなる。従って、角度制限フィルター部６０を通過できる光は、実質的に、光路に対する傾きが所定の制限角度未満で入射した光に制限される。
＜５−２．分光フィルター部＞
分光フィルター部７０は、角度制限フィルター部６０上に形成された傾斜構造体１と、傾斜構造体１上に形成された多層膜７２とを有している。多層膜７２は、酸化シリコン等の低屈折率の薄膜と、酸化チタン等の高屈折率の薄膜とを、基板５１に対して僅かに傾斜させて多数積層したものである。
低屈折率の薄膜及び高屈折率の薄膜は、それぞれ例えばサブミクロンオーダーの所定膜厚とし、これを例えば計６０層程度にわたって積層することにより、多層膜７２全体で例えば６μｍ程度の厚さとする。
分光フィルター部７０は、角度制限フィルター部６０上に形成された傾斜構造体１と、傾斜構造体１上に形成された多層膜７２とを有している。多層膜７２は、酸化シリコン等の低屈折率の薄膜と、酸化チタン等の高屈折率の薄膜とを、基板５１に対して僅かに傾斜させて多数積層したものである。
低屈折率の薄膜及び高屈折率の薄膜は、それぞれ例えばサブミクロンオーダーの所定膜厚とし、これを例えば計６０層程度にわたって積層することにより、多層膜７２全体で例えば６μｍ程度の厚さとする。
多層膜７２の基板５１に対する傾斜角度は、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃによって受光しようとする光の設定波長に応じて、例えば０［ｄｅｇ］以上、３０［ｄｅｇ］以下に設定する。多層膜７２を基板５１に対して傾斜させるために、角度制限フィルター部６０上に透光性を有する傾斜構造体１を形成し、その上に多層膜７２を形成する。傾斜構造体１としては、上述の製造方法によって製造した傾斜構造体を用いることができる。
以上の構成において、分光フィルター部７０に入射した入射光は、低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜との境界面において、一部は反射光となり、一部は透過光となる。そして、反射光の一部は、他の低屈折率の薄膜と高屈折率の薄膜との境界面において再度反射して、上述の透過光と合波する。このとき、反射光の光路長と一致する波長の光は、反射光と透過光の位相が一致して互いに強め合い、反射光の光路長と一致しない波長の光は、反射光と透過光の位相が一致せずに互いに弱め合う（干渉する）。
ここで、反射光の光路長は、多層膜７２の積層方向に対する入射光の向きの傾斜角度によって決まる。従って、上述の干渉作用が、例えば計６０層に及ぶ多層膜７２において繰り返されると、入射光の入射角度に応じて、特定の波長の光のみが分光フィルター部７０を透過し、所定の出射角度（例えば、分光フィルター部７０への入射角度と同じ角度）で分光フィルター部７０から出射する。
角度制限フィルター部６０は、所定の制限角度範囲内で角度制限フィルター部６０に入射した光のみを通過させる。従って、分光フィルター部７０と角度制限フィルター部６０とを通過する光の波長は、多層膜７２の積層方向と、角度制限フィルター部６０が通過させる入射光の入射方向とによって決まる所定範囲の波長に制限される。
フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃによって受光しようとする光の設定波長に応じて、異なる傾斜角度を有する傾斜構造体１を予め形成しておくことにより、多層膜７２は、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃによって受光しようとする光の設定波長によらず、同一の膜厚で、共通の工程により成膜することができる。
＜５−３．光学素子部＞
光学素子部５０に含まれるフォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃは、分光フィルター部７０及び角度制限フィルター部６０を通過した光を受光して、光起電力を発生させる。フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃは、半導体によって構成された基板５１に、イオン注入等を行うことによって形成された不純物領域を含んでいる。
光学素子部５０に含まれるフォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃは、分光フィルター部７０及び角度制限フィルター部６０を通過した光を受光して、光起電力を発生させる。フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃは、半導体によって構成された基板５１に、イオン注入等を行うことによって形成された不純物領域を含んでいる。
分光フィルター部７０及び角度制限フィルター部６０を通過してきた光がフォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃにおいて受光され、光起電力が発生することにより、電流が発生する。この電流を、電子回路（図示せず）によって検知することにより、光を検知することができる。
＜５−４．分光センサーの製造方法＞
ここで、第１の例における分光センサーの製造方法について簡単に説明する。分光センサーは、まず基板５１にフォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃを形成し、次に、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃ上に角度制限フィルター部６０を形成し、次に、角度制限フィルター部６０の上に分光フィルター部７０を形成することによって製造される。
ここで、第１の例における分光センサーの製造方法について簡単に説明する。分光センサーは、まず基板５１にフォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃを形成し、次に、フォトダイオード５２ａ、５２ｂ及び５２ｃ上に角度制限フィルター部６０を形成し、次に、角度制限フィルター部６０の上に分光フィルター部７０を形成することによって製造される。
本実施形態によれば、分光センサーを半導体プロセスによって一貫して製造することができ、所望の傾斜角度を有する傾斜構造体を用いた分光センサーを容易に形成することができる。また、傾斜角度の異なる複数の傾斜構造体を用いることで、複数の波長の光を検知することが可能となる。
＜６．反射型分光センサー＞
図１３は、本発明の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの第２の例を示す断面図である。図１３に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部５０と、角度制限フィルター部６０と、分光フィルター部８０とを具備している。
図１３は、本発明の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの第２の例を示す断面図である。図１３に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部５０と、角度制限フィルター部６０と、分光フィルター部８０とを具備している。
角度制限フィルター部６０は、分光フィルター部８０の上方に形成されている。角度制限フィルター部６０は、分光フィルター部８０と離間して形成されてもよいし、接触して形成されてもよい。
分光フィルター部８０は、反射率の高い傾斜構造体１ｇと、傾斜構造体１ｇ上に形成された多層膜７２とを有している。傾斜構造体１ｇとしては、上述の製造方法によって製造した傾斜構造体を用いることができる。
以上の構成により、分光フィルター部８０は、角度制限フィルター部６０からの光の入射方向に応じて、反射する光の波長を制限する。
すなわち、角度制限フィルター部６０から分光フィルター部８０に入射した入射光は、その入射角度に応じて、特定の波長の光のみが分光フィルター部８０によって反射され、所定の出射角度（例えば、分光フィルター部８０への入射角度と同じ角度）で分光フィルター部８０から出射する。
すなわち、角度制限フィルター部６０から分光フィルター部８０に入射した入射光は、その入射角度に応じて、特定の波長の光のみが分光フィルター部８０によって反射され、所定の出射角度（例えば、分光フィルター部８０への入射角度と同じ角度）で分光フィルター部８０から出射する。
フォトダイオード５２ａ及び５２ｂによって受光しようとする光の設定波長に応じて、異なる傾斜角度を有する傾斜構造体１ｇを予め形成しておくことにより、多層膜７２は、フォトダイオード５２ａ及び５２ｂによって受光しようとする光の設定波長によらず、同一の膜厚で、共通の工程により成膜することができる。
光学素子部５０に含まれるフォトダイオード５２ａ及び５２ｂは、角度制限フィルター部６０を通過し分光フィルター部８０によって反射された光を受光して、光起電力を発生させる。
なお、ここでは、傾斜構造体を用いた素子として、分光センサーについて述べたが、傾斜構造体を他の素子として用いても良い。例えば、光ファイバーの中継デバイスにおいて所定波長の光信号を中継するため、プリズムやミラー等の光学素子として用いても良い。
１、１ｇ…傾斜構造体、１０…基板、１１…第１の膜、１１ａ…第１の部分、１１ｂ…第２の部分、１１ｃ…第３の部分、１１ｂｘ…端部、１１ｃｘ…オーバーハング、１１ｃｙ…膜厚が薄い領域、１１ｃｚ…テーパー部分、１２…第２の膜、２０…犠牲膜、２０ａ…第１の層、２０ｂ…第２の層、２０ｃ…第２の層、２１、２２…レジスト膜、５０…光学素子部、５１…基板、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ…フォトダイオード、６０…角度制限フィルター部、６１…遮光体、６２…透光体、７０…分光フィルター部、７２…多層膜、８０…分光フィルター部。
Claims (11)
- 基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、
第１の膜であって、前記基板に接続された第１の部分と、前記犠牲膜の上方に位置する第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含み、且つ、前記第３の部分の一部、又は、前記第２の部分と前記第３の部分との境界部分に、前記第１の部分より膜厚が薄い領域を有する前記第１の膜を形成する工程（ｂ）と、
前記犠牲膜を除去する工程（ｃ）と、
前記工程（ｃ）の後に、前記膜厚が薄い領域において前記第１の膜を曲げて、前記第１の膜の前記第２の部分を前記基板に対して傾斜させる工程（ｄ）と、
を含む傾斜構造体の製造方法。 - 請求項１において、
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、前記犠牲膜をパターニングすることによって、前記第１の膜の前記第３の部分が形成される前記犠牲膜の側面を露出させる工程（ｅ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項２において、
前記工程（ｂ）は、前記第１の膜を堆積させつつ、前記第２の部分と前記第３の部分との境界部分にオーバーハングを形成することにより、前記第３の部分のうち前記オーバーハングよりも下方の部分に、前記膜厚が薄い領域を形成する工程である
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項３において、
前記工程（ｅ）は、前記犠牲膜の前記側面のうち上方の部分が突出した形状を有するように前記犠牲膜の側面を露出させる工程である
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項４において、
前記工程（ａ）によって形成される犠牲膜は、第１の層と、前記第１の層の上方に位置する第２の層とを含み、
前記工程（ｅ）は、前記第１の層のエッチングレートが前記第２の層のエッチングレートより大きくなるエッチング液またはエッチングガスを用いて、前記犠牲膜の側面を露出させる工程である
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項１において、
前記工程（ｂ）は、前記第１の膜をプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、前記第２の部分と前記第３の部分との境界部分に、前記膜厚が薄い領域を形成する工程である
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項１乃至請求項６の何れか一項において、
前記工程（ｄ）は、前記第１の膜と前記基板との間に液体を供給し、その後、前記液体を除去することを含む
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項１乃至請求項７の何れか一項において、
前記工程（ｄ）の後に、前記第１の膜と前記基板との間に、第２の膜となる材料を充填する工程（ｆ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。 - 請求項８において、
前記工程（ｆ）の後に、前記第１の膜を除去する工程（ｇ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。 - 基板の第１の面に接続された第１の部分と、前記基板の前記第１の面に対して傾斜している第２の部分と、前記第１の部分及び前記第２の部分を接続する第３の部分であって、前記第１の部分及び前記第２の部分より膜厚が薄い領域を有する前記第３の部分と、
を含む傾斜構造体。 - 通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターと、
透過する光又は反射する光の波長を、入射方向に応じて制限する多層膜と、
請求項１０に記載の傾斜構造体であって、前記角度制限フィルターを通過する光の入射方向と前記多層膜の積層方向との傾斜角度を規定する前記傾斜構造体と、
前記角度制限フィルターを通過し、且つ前記多層膜において透過又は反射した光を検出する受光素子と、
を含む分光センサー。
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