JP5589515B2 - 傾斜構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
また、微小な傾斜構造体を製造できれば、分光センサーに限らず、種々の用途に使用することが考えられる。
(1)金型作製には多額の費用が掛かるため、多額な初期投資が必要となり、傾斜構造体の製造コストが増大する。
(2)金型を使用していくうちに金型が摩耗するため、金型の定期的な買い替えが必要となり、ランニングコストが増大する。
(3)傾斜構造体の些細な形状変更に対しても新規に金型を作製する必要があるため、コストが高くなるだけでなく、金型を作製するための長い時間も必要となる。
(4)金型の特徴として傾斜構造体の材料が金型で形成可能な材料(例えば樹脂等)に制限されてしまう。
(5)金型の微細化の限界が傾斜構造体の微細化の限界となるため、微小な傾斜構造体を作製するのは困難である。
(6)傾斜構造体を半導体素子と一体化しようとする場合、高精度な接合技術などが必要となるため、半導体素子との一体化が困難である。
本発明は、この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、傾斜構造体の製造方法、この傾斜構造体を用いた分光フィルター及び分光センサーに関連している。
前記軸部の上面に一端が形成され、前記基板部に他端が接合された傾斜構造体膜と、
前記傾斜構造体膜に形成され、前記軸部の上面と前記軸部の側面によって構成される角部の上に位置され、前記傾斜構造体膜より膜厚の薄い薄膜部と、
を具備し、
前記傾斜構造体膜は、前記薄膜部で曲げられており、
前記基板部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成している。
前記軸部の上面に一端が形成され、前記基板部に他端が接合された薄膜と、
前記薄膜の上に形成され、前記薄膜より膜厚の厚い傾斜構造体膜と、
を具備し、
前記傾斜構造体膜は、前記薄膜の他端の上に形成され、前記軸部の上面と前記軸部の側面によって構成される角部の上には形成されず、
前記薄膜は、前記角部の上で曲げられており、
前記基板部と前記薄膜及び前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成している。
前記狭軸部の上面に一端が形成され、前記基板部に他端が接合され、前記狭軸部の幅より厚い膜厚を有する傾斜構造体膜と、
を具備し、
前記狭軸部は曲げられており、
前記基板部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成している傾斜構造体。
前記狭軸部の上面に形成され、前記狭軸部の幅より広い幅を有する傾斜構造体膜と、
前記基板部の上に形成された、前記狭軸部に対向する基底部と、
前記基底部の上面に形成され、前記傾斜構造体膜の上部が接合された基部と、
を具備し、
前記狭軸部は曲げられており、
前記基部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成している。
前記角度制御フィルターを通過できる光の波長を制限する前述の分光フィルターと、
前記角度制御フィルター及び前記分光フィルターを通過した光を検出する受光素子と、
を具備する。
前記軸部の上面が露出し、且つ前記軸部の上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基板部の上に形成し、
前記軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に傾斜構造体膜を形成し、
前記軸部の上面と前記軸部の側面によって構成される角部の上に位置する前記傾斜構造体膜の膜厚を薄く加工することにより、前記傾斜構造体膜に前記角部の上に位置する薄膜部を形成し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間の前記犠牲膜を除去し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記傾斜構造体膜を前記薄膜部で曲げ、前記傾斜構造体膜の端部を前記基板部に接合することで、前記基板部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成する。
この態様によれば、半導体プロセスを用いることができ、微小な傾斜構造体を製造することが容易となる。
前記軸部の上面が露出し、且つ前記軸部の上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基板部の上に形成し、
前記軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に薄膜を形成し、
前記薄膜の上に傾斜構造体膜を形成し、
前記傾斜構造体膜及び前記薄膜を加工することにより前記犠牲膜を露出させ、
前記軸部の上面と前記軸部の側面によって構成される角部の上に位置する前記傾斜構造体膜を除去することにより、前記角部の上に位置する前記薄膜を露出させ、
前記薄膜と前記基板部との間の前記犠牲膜を除去し、
前記薄膜と前記基板部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記薄膜を前記角部の上で曲げ、前記薄膜の端部を前記基板部に接合することで、前記基板部と前記薄膜及び前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成する。
前記狭軸部の上面が露出し、且つ前記狭軸部の上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基板部の上に形成し、
前記狭軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に、前記狭軸部の幅より厚い膜厚を有する傾斜構造体膜を形成し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間の前記犠牲膜を除去し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記狭軸部を曲げ、前記傾斜構造体膜の端部を前記基板部に接合することで、前記基板部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成する。
前記狭軸部及び前記基底部それぞれの上面が露出し、且つ前記狭軸部及び前記基底部それぞれの上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基板部の上に形成し、
前記狭軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に、前記狭軸部の幅より広い幅を有する傾斜構造体膜を形成するとともに、前記基底部の上面に前記傾斜構造体膜に対向する基部を形成し、
前記狭軸部と前記基底部との間及び前記傾斜構造体膜と前記基板部との間それぞれの前記犠牲膜を除去し、
前記傾斜構造体膜と前記基部との間及び前記狭軸部と前記基底部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記狭軸部を曲げ、前記傾斜構造体膜の上部を前記基部に接合することで、前記基部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成する。
図1乃至図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。この傾斜構造体の製造方法は、半導体プロセス技術を応用することで、低コスト且つ微細化が容易な方法である。
次に、第1の材料膜13の上にレジスト膜15を形成し、このレジスト膜15をマスクとして第1の材料膜13をエッチング加工することにより、基板部13aの上に軸部13bを形成する(図1(B))。
次に、基板部13a及び軸部13bの上に犠牲膜17を成膜する(図1(D))。
次に、犠牲膜17をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化することにより、軸部13bの上面を露出させ、且つ軸部13bの上面と接続する上面を有する犠牲膜17を基板部13aの上に形成する(図1(E))。但し、基板部13a及び軸部13bの上に塗布するだけで図1(E)に示すような状態とすることができる犠牲膜17であれば、CMPで平坦化する工程は不要である。このような犠牲膜17としては例えばSOG(Spin On Glass)膜、有機膜、レジスト膜が考えられる。
次に、第2の材料膜19の上にレジスト膜21を形成し、このレジスト膜21をマスクとして第2の材料膜19をエッチング加工する。これにより、軸部13bの上面及び犠牲膜17の上面に第2の材料膜19からなる傾斜構造体膜7を形成する(図2(A))。
次に、傾斜構造体膜7及び犠牲膜17の上にレジスト膜23を形成し、このレジスト膜23をマスクとして傾斜構造体膜7をエッチング加工する。つまり、軸部13bの上面と軸部13bの側面によって構成される角部の上に位置する傾斜構造体膜7の膜厚を薄く加工する(図2(C))。これにより、傾斜構造体膜7に前記角部の上に位置する薄膜部であるヒンジ部11が形成される。なお、ヒンジ部11は、前記角部に隣接する位置に形成されても良い。
次に、犠牲膜17をウェットエッチングまたはドライエッチングによって除去することにより、傾斜構造体膜7と基板部13aとの間に空間を形成する(図2(E))。この際の傾斜構造体膜7は、厚さが薄く形成されたヒンジ部11によって軸部13bに繋がった状態である。このため、軸部13bとヒンジ部11の接続部で傾斜構造体膜7が折れ曲がりやすくなっている。
次に、この液体18を除去することにより、傾斜構造体膜7と基板部13aとの間に液体18が残る(図3(B))。このように液体18を傾斜構造体膜7と基板部13aとの間に残すには、表面張力が大きい液体18を用いることが好ましいため、液体18としては例えば水を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、従来技術に比べて以下のような効果を得ることができる。
(1)金型作製に比べてマスク作製費用は小額であるため、初期投資が小額となり、傾斜構造体の製造コストを低減できる。
(2)マスクは非接触で使用されるため、金型のように摩耗しない。従って、ランニングコストを低減できる。
(3)傾斜構造体膜7の長さ方向(横方向)の形状変更は新規マスクの作製で対応し、軸部13bの高さ方向(縦方向)の形状変更はエッチング加工又は成膜条件の変更で対応できるため、形状変更に対するコスト及び時間を低減できる。
(4)半導体プロセスで使用できる材料であれば、傾斜構造体膜の材料に制限がない。
(5)傾斜構造体を半導体加工技術を用いて製造するため、傾斜構造体の微細化が容易である。
(6)傾斜構造体を半導体素子と一体化することが容易であり、素子毎に所望の傾斜構造体を製造できる。
図4及び図5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り、第1の実施形態と同一部分には同一符号を付し、同一部分の説明を省略する。
次に、軸部13bの上面及び犠牲膜17の上面にヒンジ材料からなる薄膜25を成膜する(図4(A))。
次に、薄膜25の上に傾斜構造体膜となる第2の材料膜19を成膜する(図4(B))。
次に、図2(E)に示す工程と同様に、薄膜25と基板部13aとの間の犠牲膜17をウェットエッチングまたはドライエッチングによって除去する(図5(A))。
次に、図3(B)に示す工程と同様に液体18を除去することにより、薄膜25と基板部13aとの間に液体18が残る(図5(C))。
図6及び図7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を示す断面図である。この傾斜構造体の製造方法は、半導体プロセス技術を応用することで、低コスト且つ微細化が容易な方法である。
次に、第1の材料膜33の上にレジスト膜32を形成し、このレジスト膜32をマスクとして第1の材料膜33をエッチング加工することにより、基板部33aの上にヒンジ部としての狭軸部33bを形成する(図6(B))。
次に、基板部33a及び狭軸部33bの上に犠牲膜17を成膜する(図6(D))。
次に、犠牲膜17をCMPにより平坦化することにより、狭軸部33bの上面を露出させ、且つ狭軸部33bの上面と接続する上面を有する犠牲膜17を基板部33aの上に形成する(図6(E))。但し、基板部33a及び狭軸部33bの上に塗布するだけで図6(E)に示すような状態とすることができる犠牲膜17であれば、CMPで平坦化する工程は不要である。このような犠牲膜17としては例えばSOG膜、有機膜、レジスト膜が考えられる。
次に、第2の材料膜19の上にレジスト膜39を形成し、このレジスト膜39をマスクとして第2の材料膜19をエッチング加工する。これにより、狭軸部33bの上面及び犠牲膜17の上面に第2の材料膜19からなる傾斜構造体膜7を形成する(図7(A))。
次に、犠牲膜17をウェットエッチングまたはドライエッチングによって除去することにより、傾斜構造体膜7と基板部33aとの間に空間を形成する(図7(C))。この際の傾斜構造体膜7は、厚さが薄く形成されたヒンジ部11としての狭軸部33bによって基板部33aに保持された状態である。このため、ヒンジ部11が曲がりやすくなっている。
次に、この液体18を除去することにより、傾斜構造体膜7と基板部33aとの間に液体18が残る(図7(E))。このように液体18を傾斜構造体膜7と基板部33aとの間に残すには、表面張力が大きい液体18を用いることが好ましいため、液体18としては例えば水を用いることが好ましい。
図8及び図9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。この傾斜構造体の製造方法は、半導体プロセス技術を応用することで、低コスト且つ微細化が容易な方法である。
次に、第1の材料膜45の上にレジスト膜46を形成し、このレジスト膜46をマスクとして第1の材料膜45をエッチング加工することにより、基板部45aの上に、ヒンジ部としての狭軸部45b及び該狭軸部45bに対向する基底部45cを形成する(図8(B))。
次に、基板部45a、狭軸部45b及び基底部45cの上に犠牲膜17を成膜する(図8(D))。
次に、犠牲膜17をCMPにより平坦化することにより、狭軸部45b及び基底部45cそれぞれの上面を露出させ、且つ狭軸部45b及び基底部45cそれぞれの上面と接続する上面を有する犠牲膜17を基板部45aの上に形成する(図8(E))。但し、基板部45a、狭軸部45b及び基底部45cの上に塗布するだけで図8(E)に示すような状態とすることができる犠牲膜17であれば、CMPで平坦化する工程は不要である。このような犠牲膜17としては例えばSOG膜、有機膜、レジスト膜が考えられる。
次に、第2の材料膜49の上にレジスト膜51を形成し、このレジスト膜51をマスクとして第2の材料膜49をエッチング加工する。これにより、狭軸部45bの上面及び犠牲膜17の上面に、狭軸部45bの幅より広い幅を有する傾斜構造体膜7を形成するとともに、基底部45cの上面に傾斜構造体膜7に対向する基部49aを形成する(図9(A))。
次に、犠牲膜17をウェットエッチングまたはドライエッチングによって除去することにより、狭軸部45bと基底部45cとの間及び傾斜構造体膜7と基板部45aとの間それぞれに空間を形成する(図9(C))。この際の傾斜構造体膜7は、幅が狭く形成されたヒンジ部としての狭軸部45bによって基板部45aに保持された状態である。このため、狭軸部45bが曲がりやすくなっている。
次に、この液体18を除去することにより、傾斜構造体膜7と基部49aとの間及び狭軸部45bと基底部45cとの間に液体18が残る(図9(E))。このように液体18を傾斜構造体膜7と基部49aとの間に残すには、表面張力が大きい液体18を用いることが好ましいため、液体18としては例えば水を用いることが好ましい。
図10は、本発明の第5の実施形態に係る分光センサーを示す模式図である。
図10に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部10と、角度制御フィルター部20と、透過型分光フィルター部30とを具備している。
角度制限フィルター5は、フォトダイオード3が形成された半導体基板3上に形成されている。本実施形態の角度制限フィルター5においては、遮光体によって光路壁部が形成され、この光路壁部に囲まれた光路5aが形成されている。遮光体は、フォトダイオード3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、半導体基板1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、遮光体の積層方向の光路5aを形成する。
透過型分光フィルター部30は、角度制限フィルター5上に形成された分光用積層薄膜9を有している。この分光用積層薄膜9は、酸化シリコン(SiO2)等の低屈折率の薄膜と、酸化チタン(TiO2)等の高屈折率の薄膜とを、半導体基板1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、全体で例えば6μm程度の厚さとする。
すなわち、透過型分光フィルター部30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強めあい、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弱めあう(干渉する)。
光学素子部10は、透過型分光フィルター部30及び角度制御フィルター部20を通過した光を受光して光起電力に変換する素子である。
図10には、透過型分光フィルター部30の傾斜角度θaによって決まる波長の光を受光するためのフォトダイオードP/Dcと、傾斜角度θbによって決まる波長の光を受光するためのフォトダイオードP/Dbと、傾斜角度0°によって決まる波長の光を受光するためのフォトダイオードP/Daとが図示されている。
ここで、第5の実施形態に係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、最初に半導体基板1にフォトダイオード3を形成し、次に、フォトダイオード3の上に角度制御フィルター部20を形成し、次に、角度制御フィルター部20の上に透過型分光フィルター部30を形成することによって製造する。
本実施形態によれば、半導体プロセスによって一貫して製造することができ、素子(フォトダイオード)毎に所望の傾斜構造体を用いた透過型分光フィルター部を形成することができる。
図11は、本発明の第6の実施形態に係る分光センサーを示す模式図であり、図10と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図11に示す分光センサーは、受光素子を有する光学素子部10と、角度制御フィルター部20と、反射型分光フィルター部30aとを具備している。
角度制御フィルター部20は、反射型分光フィルター部30aの上方に形成されている。角度制御フィルター部20は、反射型分光フィルター部30aと離間して形成しても良いし、接触させて形成しても良い。
反射型分光フィルター部30aは、傾斜構造体膜7の上に形成された分光用積層薄膜9を有している。
光学素子部10は、角度制御フィルター部20を通過し、反射型分光フィルター部30aを反射した光を受光して光起電力に変換する素子である。
図11には、反射型分光フィルター部30aの傾斜角度θaによって決まる波長の光を受光するためのフォトダイオードと、傾斜角度θbによって決まる波長の光を受光するためのフォトダイオードとが図示されている。
Claims (4)
- 基板部の上に軸部を形成し、
前記軸部の上面が露出し、且つ前記軸部の上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基
板部の上に形成し、
前記軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に傾斜構造体膜を形成し、
前記軸部の上面と前記軸部の側面によって構成される角部の上に位置する前記傾斜構造
体膜の膜厚を薄く加工することにより、前記傾斜構造体膜に前記角部の上に位置する薄膜
部を形成し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間の前記犠牲膜を除去し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記傾斜構造体膜を前記薄膜部で曲げ、前記傾斜構造
体膜の端部を前記基板部に接合することで、前記基板部と前記傾斜構造体膜によって鋭角
を構成する傾斜構造体の製造方法。 - 基板部の上に軸部を形成し、
前記軸部の上面が露出し、且つ前記軸部の上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基
板部の上に形成し、
前記軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に薄膜を形成し、
前記薄膜の上に傾斜構造体膜を形成し、
前記傾斜構造体膜及び前記薄膜を加工することにより前記犠牲膜を露出させ、
前記軸部の上面と前記軸部の側面によって構成される角部の上に位置する前記傾斜構造
体膜を除去することにより、前記角部の上に位置する前記薄膜を露出させ、
前記薄膜と前記基板部との間の前記犠牲膜を除去し、
前記薄膜と前記基板部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記薄膜を前記角部の上で曲げ、前記薄膜の端部を前
記基板部に接合することで、前記基板部と前記薄膜及び前記傾斜構造体膜によって鋭角を
構成する傾斜構造体の製造方法。 - 基板部の上に狭軸部を形成し、
前記狭軸部の上面が露出し、且つ前記狭軸部の上面と接続する上面を有する犠牲膜を前
記基板部の上に形成し、
前記狭軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に、前記狭軸部の幅より厚い膜厚を有する傾斜
構造体膜を形成し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間の前記犠牲膜を除去し、
前記傾斜構造体膜と前記基板部との間に液体を供給し、
前記液体を除去することにより、前記狭軸部を曲げ、前記傾斜構造体膜の端部を前記基
板部に接合することで、前記基板部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成する傾斜構造
体の製造方法。 - 基板部の上に、狭軸部及び該狭軸部に対向する基底部を形成し、
前記狭軸部及び前記基底部それぞれの上面が露出し、且つ前記狭軸部及び前記基底部そ
れぞれの上面と接続する上面を有する犠牲膜を前記基板部の上に形成し、
前記狭軸部の上面及び前記犠牲膜の上面に、前記狭軸部の幅より広い幅を有する傾斜構
造体膜を形成するとともに、前記基底部の上面に前記傾斜構造体膜に対向する基部を形成
し、
前記狭軸部と前記基底部との間及び前記傾斜構造体膜と前記基板部との間それぞれの前
記犠牲膜を除去し、
前記傾斜構造体膜と前記基部との間及び前記狭軸部と前記基底部との間に液体を供給し
、
前記液体を除去することにより、前記狭軸部を曲げ、前記傾斜構造体膜の上部を前記基
部に接合することで、前記基部と前記傾斜構造体膜によって鋭角を構成する傾斜構造体の
製造方法。
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