傾斜構造体、傾斜構造体の製造方法、及び分光センサー
【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、犠牲膜の上方に第１の膜を形成する工程（ｂ）と、第２の膜であって、基板に接続された第１の部分と、第１の膜に接続された第２の部分と、上記第１の部分及び上記第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含む第２の膜を形成する工程（ｃ）と、犠牲膜を除去する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に第２の膜の上記第３の部分を曲げて、第１の膜を基板に対して傾斜させる工程（ｅ）と、を含む。
【解決手段】基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、犠牲膜の上方に第１の膜を形成する工程（ｂ）と、第２の膜であって、基板に接続された第１の部分と、第１の膜に接続された第２の部分と、上記第１の部分及び上記第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含む第２の膜を形成する工程（ｃ）と、犠牲膜を除去する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に第２の膜の上記第３の部分を曲げて、第１の膜を基板に対して傾斜させる工程（ｅ）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、犠牲膜の上方に第１の膜を形成する工程（ｂ）と、第２の膜であって、基板に接続された第１の部分と、第１の膜に接続された第２の部分と、上記第１の部分及び上記第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含む第２の膜を形成する工程（ｃ）と、犠牲膜を除去する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に第２の膜の上記第３の部分を曲げて、第１の膜を基板に対して傾斜させる工程（ｅ）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。
【０００８】
上述の態様において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間に、犠牲膜及び第１の膜をパターニングすることによって、第２の膜の上記第３の部分が形成される犠牲膜の側面を露出させる工程（ｆ）をさらに含むことが望ましい。
これによれば、犠牲膜及び第１の膜を形成した後にこれら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。
【０００９】
上述の態様において、工程（ｅ）は、第１の膜と基板との間に液体を供給し、その後、上記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の膜及び第２の膜に無理な力を加えることなく、第２の膜を曲げ、第１の膜を傾斜させることができる。
【００１０】
上述の態様において、工程（ｅ）の後に、第１の膜と基板との間に、第３の膜となる材料を充填する工程（ｇ）をさらに含んでもよい。
これによれば、第３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。
【００１１】
上述の態様において、工程（ｇ）の後に、第１の膜及び第２の膜を除去する工程（ｈ）をさらに含んでもよい。
これによれば、第１の膜及び第２の膜を除去するので、第１の膜及び第２の膜の材料選択の自由度を向上することができる。
【００１２】
本発明の他の態様において、傾斜構造体は、基板の上方に位置する第１の膜であって、基板の第１の面に対して傾斜している第１の膜と、基板の上方に位置する第２の膜であって、基板の第１の面に接続された第１の部分と、第１の膜に接続された第２の部分と、上記第１の部分及び上記第２の部分を接続する第３の部分と、を含む第２の膜と、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。
この態様において、第３の部分は、曲面を有することが望ましい。
【００１３】
上述の態様において、第２の膜の第２の部分は、第１の膜の上方に位置することが望ましい。
これによれば、第２の膜が第１の膜の下方に形成される場合に比べてパターニングの工程数を減らすことができる。
【００１４】
上述の態様において、第１の膜と基板との間に、第３の膜をさらに含んでもよい。
これによれば、第３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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】各実施形態に係る傾斜構造体の第１の構成例を示す図。
【図１１】各実施形態に係る傾斜構造体の第２の構成例を示す図。
【図１２】各実施形態に係る傾斜構造体の第３の構成例を示す図。
【図１３】各実施形態に係る傾斜構造体の第４の構成例を示す図。
【図１４】各実施形態に係る傾斜構造体の第５の構成例を示す図。
【図１５】各実施形態に係る傾斜構造体の第６の構成例を示す図。
【図１６】実施形態に係る分光センサーの第１の例を示す断面図。
【図１７】実施形態に係る分光センサーの第２の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
＜１−１．第１の膜を成膜＞
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、例えば単結晶のシリコン基板でもよいし、シリコン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、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などが用いられる。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、犠牲膜２０上に、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としては、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜などが用いられる。
【００２１】
次に、図１（Ｃ）に示すように、第１の膜１１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、第１の膜１１及び犠牲膜２０をエッチングする。これにより、第１の膜１１及び犠牲膜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。
【００２２】
なお、ここでは第１の膜１１を成膜してから第１の膜１１及び犠牲膜２０を同時にパターニングする場合について説明したが、これに限らず、犠牲膜２０をパターニングしてから犠牲膜２０上に第１の膜１１を形成してもよい。
【００２３】
＜１−２．第２の膜を成膜＞
次に、図２（Ｅ）に示すように、第１の膜１１上と、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した基板１０上と、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した犠牲膜２０の側面及び第１の膜１１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２の膜１２を成膜する。第２の膜１２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２の膜１２としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜などが用いられる。
【００２４】
次に、図２（Ｆ）に示すように、第２の膜１２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及び第１の膜１１の１つの側面１１１と、当該側面に繋がる第１の膜１１の上面の一部領域１１２及び基板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。
【００２５】
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２の膜１２及び第１の膜１１をエッチングする。これにより、第２の膜１２は、基板１０に接続された第１の部分１２ａと、第１の膜１１に接続された第２の部分１２ｂと、犠牲膜２０の１つの側面に沿った第３の部分１２ｃとを残して除去される。その後、レジスト膜２２を除去する。
【００２６】
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が例えば酸化シリコン膜である場合には、犠牲膜２０を除去するエッチング液としては例えばフッ酸（ＨＦ）を用いる。
【００２７】
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２の膜１２の第１の部分１２ａは、基板１０に接続されており、第２の膜１２の第２の部分１２ｂは、第１の膜１１の上面全体に接続されている。第２の膜１２の第３の部分１２ｃは、第１の部分１２ａと第２の部分１２ｂとの間に位置して、第１の膜１１を支えている。
【００２８】
なお、ここでは第２の膜１２の第２の部分１２ｂが第１の膜１１の上方に位置する場合について説明したが、これに限らず、第２の膜１２の第２の部分１２ｂが第１の膜１１の下方に位置していてもよい。例えば、パターニングされた犠牲膜２０の上面及び側面に、第２の膜１２を成膜してパターニングした後、犠牲膜２０上に位置する第２の膜１２上に、第１の膜１１を形成してもよい。
【００２９】
また、ここでは第２の膜１２の第２の部分１２ｂが第１の膜１１の上面全体に接続されている場合について説明したが、これに限らず、第２の膜１２の第２の部分１２ｂが、少なくとも、第１の膜１１の第１の端部１１ａに接続されていればよい。
【００３０】
＜１−３．傾斜の形成＞
次に、図３（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、第１の膜１１及び第２の膜１２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。
【００３１】
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の端部１１ｂ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２の膜１２が曲げられ、第１の膜１１が傾斜する。第２の膜１２は折り曲げられてもよい。第１の膜１１の第２の端部１１ｂが基板１０に接触するまで第１の膜１１が傾斜することが好ましい。より好ましくは、第２の端部１１ｂ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及び第２の膜１２を含む第１の傾斜構造体が形成される。
【００３２】
さらに、図３（Ｋ）に示すように、必要に応じて、第３の膜１３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３の膜１３となる液体材料としては、例えばＳＯＧ（spin on glass）が用いられる。
【００３３】
次に、図３（Ｌ）に示すように、固化した液体材料のうち、第２の膜１２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、第２の膜１２及び第３の膜１３を含む第２の傾斜構造体が形成される。
【００３４】
さらに、図３（Ｍ）に示すように、必要に応じて、第１の膜１１及び第２の膜１２をエッチングすることによって除去する。第１の膜１１が例えば窒化チタン膜であり、第２の膜１２が例えばアルミニウム膜である場合には、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液としては例えばアンモニア過水（ＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２）を用いる。第１の膜１１及び第２の膜１２を除去することにより、第３の膜１３のみを含む第３の傾斜構造体が形成される。
【００３５】
なお、ここでは第１の膜１１と第２の膜１２とが別の膜である場合について説明したが、これに限らず、第１の膜１１と第２の膜１２とが一体の膜であってもよい。第２の膜１２の少なくとも一部の剛性が、第１の膜１１の剛性より小さい場合には、図３（Ｉ）及び図３（Ｊ）の工程において、第２の膜１２を曲げることにより、傾斜構造体を形成することができる。第２の膜１２を折り曲げることにより、傾斜構造体を形成してもよい。
【００３６】
また、以上の工程において、基板１０はシリコン、犠牲膜２０は酸化シリコン、第１の膜１１は窒化チタン、第２の膜１２はアルミニウム、犠牲膜２０を除去するエッチング液はフッ酸、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液はアンモニア過水としたが、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。
【００３７】
例えば、基板１０はシリコン、犠牲膜２０は窒化チタン及びアルミニウム、第１の膜１１及び第２の膜１２は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、犠牲膜２０を除去するエッチング液はアンモニア過水、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液はリン酸（Ｈ３ＰＯ４）とすることもできる。
【００３８】
また、例えば、基板１０はシリコン、犠牲膜２０は酸化シリコン、第１の膜１１及び第２の膜１２はレジスト材料、犠牲膜２０を除去するエッチング液はフッ酸、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液は発煙硝酸とすることもできる。
【００３９】
また、例えば、基板１０は窒化シリコン、犠牲膜２０は酸化シリコン、第１の膜１１は窒化チタン、第２の膜１２はアルミニウム、犠牲膜２０を除去するエッチング液はフッ酸、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液はアンモニア過水とすることができる。
【００４０】
＜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。
【００４１】
また、傾斜構造体の傾斜角度は、第１の膜１１の第１の端部１１ａから第２の端部１１ｂまでの長さと、第１の膜の基板１０からの高さ（犠牲膜２０の厚さ）とによって微調整することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
＜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、傾斜角度の異なる複数の傾斜構造体を、１つの基板１０上に同時に形成できる方法である。
【００４４】
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、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示すように、第１の膜１１上に、面積の異なる複数のレジスト膜２１を形成し、長さが異なる複数の第１の膜１１を形成する点で、図１〜図３に示す工程と異なる。
【００４５】
その後、図１〜図３に示す工程と同様に傾斜構造体を形成すると、第１の膜１１の第１の端部１１ａから第２の端部１１ｂまでの長さに応じて、異なる傾斜角度を有する複数の傾斜構造体を形成することができる。
【００４６】
＜３．第３の実施形態＞
図７〜図９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。この実施形態に係る製造方法は、傾斜方向の異なる複数の傾斜構造体を、１つの基板１０上に同時に形成できる方法である。
【００４７】
図７〜図９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、図８（Ｆ）及び図８（Ｇ）に示すように、複数の犠牲膜２０の互いに異なる方向を向いた側面を覆うようにレジスト膜２２を形成し、第２の膜１２の第２の部分１２ｂが互いに異なる方向を向くように複数の第２の膜１２を形成する点で、図１〜図３に示す工程と異なる。
【００４８】
その後、図１〜図３に示す工程と同様に傾斜構造体を形成すると、第２の膜１２の第２の部分１２ｂの向きに応じて、傾斜方向の異なる複数の傾斜構造体を形成することができる。
【００４９】
＜４．傾斜構造体の構成例＞
＜４−１．第１の構成例＞
図１０は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第１の構成例を示す図である。図１０（Ａ）は平面図であり、図１０（Ｂ）は背面図であり、図１０（Ｃ）は側面図であり、図１０（Ｄ）は正面図である。図１０に示すように、第１の構成例に係る傾斜構造体１ａは、基板１０上に位置する第１の膜１１及び第２の膜１２を含んでいる。
【００５０】
第１の膜１１は、基板１０に対して傾斜しており、基板１０との距離が長い第１の端部１１ａと、基板１０との距離が短い第２の端部１１ｂとを含んでいる。第１の構成例においては、第１の膜１１の第２の端部１１ｂは、基板１０に接している。
【００５１】
第２の膜１２は、基板１０に接続された第１の部分１２ａと、第１の膜１１の上面に接続された第２の部分１２ｂと、第１の部分１２ａ及び第２の部分１２ｂの間に位置し曲面を有する第３の部分１２ｃと、を含んでいる。曲面は屈曲面でもよい。
【００５２】
＜４−２．第２の構成例＞
図１１は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第２の構成例を示す図である。図１１（Ａ）は平面図であり、図１１（Ｂ）は背面図であり、図１１（Ｃ）は側面図であり、図１１（Ｄ）は正面図である。図１１に示すように、第２の構成例に係る傾斜構造体１ｂは、第２の膜１２が、第１の膜１１の第２の端部１１ｂよりも突き出た第４の部分１２ｄを含んでいる点で第１の構成例と異なる。
【００５３】
第２の膜１２の第４の部分１２ｄは、基板１０に接しており、好ましくはスティッキングで付着している。第２の構成例によれば、第４の部分１２ｄと基板１０との接触面積が大きいため、傾斜構造体を安定させることができる。
【００５４】
＜４−３．第３の構成例＞
図１２は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第３の構成例を示す図である。図１２（Ａ）は平面図であり、図１２（Ｂ）は背面図であり、図１２（Ｃ）は側面図であり、図１２（Ｄ）は正面図である。図１２に示すように、第３の構成例に係る傾斜構造体１ｃは、第１の膜１１の第１の端部１１ａ及び第２の膜１２の第２の部分１２ｂに、貫通孔１１ｃが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００５５】
第３の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、貫通孔１１ｃから空気を逃がすことができるので、空気溜まりの少ない傾斜構造体を形成することができる。
【００５６】
＜４−４．第４の構成例＞
図１３は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第４の構成例を示す図である。図１３（Ａ）は平面図であり、図１３（Ｂ）は背面図であり、図１３（Ｃ）は側面図であり、図１３（Ｄ）は正面図である。図１３に示すように、第４の構成例に係る傾斜構造体１ｄは、第２の膜１２の第３の部分１２ｃに貫通孔１２ｅが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００５７】
第４の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、貫通孔１２ｅから液体材料を注入し、或いは貫通孔１２ｅから空気を逃がすことができるので、液体材料の注入工程を円滑化することができる。
【００５８】
＜４−５．第５の構成例＞
図１４は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第５の構成例を示す図である。図１４（Ａ）は平面図であり、図１４（Ｂ）は背面図であり、図１４（Ｃ）は側面図であり、図１４（Ｄ）は正面図である。図１４に示すように、第５の構成例に係る傾斜構造体１ｅは、基板１０の第１の膜１１に対向する面に溝１０ａが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００５９】
第５の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、溝１０ａから液体材料を注入することができるので、液体材料の注入工程を円滑化することができる。
【００６０】
＜４−６．第６の構成例＞
図１５は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第６の構成例を示す図である。図１５（Ａ）は平面図であり、図１５（Ｂ）は背面図であり、図１５（Ｃ）は側面図であり、図１５（Ｄ）は正面図である。図１５に示すように、第６の構成例に係る傾斜構造体１ｆは、第１の膜１１の第２の端部１１ｂ及び第２の膜１２の第２の部分１２ｂに、凹部１１ｄが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００６１】
第６の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、凹部１１ｄから液体材料を注入し、或いは凹部１１ｄから空気を逃がすことができるので、液体材料の注入工程を円滑化することができる。
【００６２】
＜５．透過型分光センサー＞
図１６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１６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。
【００６３】
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。
【００６４】
＜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。
【００６５】
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。
【００６６】
＜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。
【００６７】
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。
【００６８】
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）。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
＜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。
【００７３】
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。
【００７４】
＜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。
【００７５】
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。
【００７６】
＜６．反射型分光センサー＞
図１７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１７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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
１、１ａ〜１ｇ…傾斜構造体、１０…基板、１０ａ…溝、１１…第１の膜、１１ａ…第１の端部、１１ｂ…第２の端部、１１ｃ…貫通孔、１１ｄ…凹部、１２…第２の膜、１２ａ…第１の部分、１２ｂ…第２の部分、１２ｃ…第３の部分、１２ｄ…第４の部分、１２ｅ…貫通孔、１３…第３の膜、２０…犠牲膜、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。
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２９９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、犠牲膜の上方に第１の膜を形成する工程（ｂ）と、第２の膜であって、基板に接続された第１の部分と、第１の膜に接続された第２の部分と、上記第１の部分及び上記第２の部分の間に位置する第３の部分と、を含む第２の膜を形成する工程（ｃ）と、犠牲膜を除去する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に第２の膜の上記第３の部分を曲げて、第１の膜を基板に対して傾斜させる工程（ｅ）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。
【０００８】
上述の態様において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間に、犠牲膜及び第１の膜をパターニングすることによって、第２の膜の上記第３の部分が形成される犠牲膜の側面を露出させる工程（ｆ）をさらに含むことが望ましい。
これによれば、犠牲膜及び第１の膜を形成した後にこれら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。
【０００９】
上述の態様において、工程（ｅ）は、第１の膜と基板との間に液体を供給し、その後、上記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の膜及び第２の膜に無理な力を加えることなく、第２の膜を曲げ、第１の膜を傾斜させることができる。
【００１０】
上述の態様において、工程（ｅ）の後に、第１の膜と基板との間に、第３の膜となる材料を充填する工程（ｇ）をさらに含んでもよい。
これによれば、第３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。
【００１１】
上述の態様において、工程（ｇ）の後に、第１の膜及び第２の膜を除去する工程（ｈ）をさらに含んでもよい。
これによれば、第１の膜及び第２の膜を除去するので、第１の膜及び第２の膜の材料選択の自由度を向上することができる。
【００１２】
本発明の他の態様において、傾斜構造体は、基板の上方に位置する第１の膜であって、基板の第１の面に対して傾斜している第１の膜と、基板の上方に位置する第２の膜であって、基板の第１の面に接続された第１の部分と、第１の膜に接続された第２の部分と、上記第１の部分及び上記第２の部分を接続する第３の部分と、を含む第２の膜と、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。
この態様において、第３の部分は、曲面を有することが望ましい。
【００１３】
上述の態様において、第２の膜の第２の部分は、第１の膜の上方に位置することが望ましい。
これによれば、第２の膜が第１の膜の下方に形成される場合に比べてパターニングの工程数を減らすことができる。
【００１４】
上述の態様において、第１の膜と基板との間に、第３の膜をさらに含んでもよい。
これによれば、第３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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】各実施形態に係る傾斜構造体の第１の構成例を示す図。
【図１１】各実施形態に係る傾斜構造体の第２の構成例を示す図。
【図１２】各実施形態に係る傾斜構造体の第３の構成例を示す図。
【図１３】各実施形態に係る傾斜構造体の第４の構成例を示す図。
【図１４】各実施形態に係る傾斜構造体の第５の構成例を示す図。
【図１５】各実施形態に係る傾斜構造体の第６の構成例を示す図。
【図１６】実施形態に係る分光センサーの第１の例を示す断面図。
【図１７】実施形態に係る分光センサーの第２の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜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。
【００１９】
＜１−１．第１の膜を成膜＞
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、例えば単結晶のシリコン基板でもよいし、シリコン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、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などが用いられる。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、犠牲膜２０上に、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としては、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）膜などが用いられる。
【００２１】
次に、図１（Ｃ）に示すように、第１の膜１１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、第１の膜１１及び犠牲膜２０をエッチングする。これにより、第１の膜１１及び犠牲膜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。
【００２２】
なお、ここでは第１の膜１１を成膜してから第１の膜１１及び犠牲膜２０を同時にパターニングする場合について説明したが、これに限らず、犠牲膜２０をパターニングしてから犠牲膜２０上に第１の膜１１を形成してもよい。
【００２３】
＜１−２．第２の膜を成膜＞
次に、図２（Ｅ）に示すように、第１の膜１１上と、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した基板１０上と、図１（Ｄ）に示す工程によって露出した犠牲膜２０の側面及び第１の膜１１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２の膜１２を成膜する。第２の膜１２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２の膜１２としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜などが用いられる。
【００２４】
次に、図２（Ｆ）に示すように、第２の膜１２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及び第１の膜１１の１つの側面１１１と、当該側面に繋がる第１の膜１１の上面の一部領域１１２及び基板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。
【００２５】
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２の膜１２及び第１の膜１１をエッチングする。これにより、第２の膜１２は、基板１０に接続された第１の部分１２ａと、第１の膜１１に接続された第２の部分１２ｂと、犠牲膜２０の１つの側面に沿った第３の部分１２ｃとを残して除去される。その後、レジスト膜２２を除去する。
【００２６】
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が例えば酸化シリコン膜である場合には、犠牲膜２０を除去するエッチング液としては例えばフッ酸（ＨＦ）を用いる。
【００２７】
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２の膜１２の第１の部分１２ａは、基板１０に接続されており、第２の膜１２の第２の部分１２ｂは、第１の膜１１の上面全体に接続されている。第２の膜１２の第３の部分１２ｃは、第１の部分１２ａと第２の部分１２ｂとの間に位置して、第１の膜１１を支えている。
【００２８】
なお、ここでは第２の膜１２の第２の部分１２ｂが第１の膜１１の上方に位置する場合について説明したが、これに限らず、第２の膜１２の第２の部分１２ｂが第１の膜１１の下方に位置していてもよい。例えば、パターニングされた犠牲膜２０の上面及び側面に、第２の膜１２を成膜してパターニングした後、犠牲膜２０上に位置する第２の膜１２上に、第１の膜１１を形成してもよい。
【００２９】
また、ここでは第２の膜１２の第２の部分１２ｂが第１の膜１１の上面全体に接続されている場合について説明したが、これに限らず、第２の膜１２の第２の部分１２ｂが、少なくとも、第１の膜１１の第１の端部１１ａに接続されていればよい。
【００３０】
＜１−３．傾斜の形成＞
次に、図３（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、第１の膜１１及び第２の膜１２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。
【００３１】
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の端部１１ｂ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２の膜１２が曲げられ、第１の膜１１が傾斜する。第２の膜１２は折り曲げられてもよい。第１の膜１１の第２の端部１１ｂが基板１０に接触するまで第１の膜１１が傾斜することが好ましい。より好ましくは、第２の端部１１ｂ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及び第２の膜１２を含む第１の傾斜構造体が形成される。
【００３２】
さらに、図３（Ｋ）に示すように、必要に応じて、第３の膜１３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３の膜１３となる液体材料としては、例えばＳＯＧ（spin on glass）が用いられる。
【００３３】
次に、図３（Ｌ）に示すように、固化した液体材料のうち、第２の膜１２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、第２の膜１２及び第３の膜１３を含む第２の傾斜構造体が形成される。
【００３４】
さらに、図３（Ｍ）に示すように、必要に応じて、第１の膜１１及び第２の膜１２をエッチングすることによって除去する。第１の膜１１が例えば窒化チタン膜であり、第２の膜１２が例えばアルミニウム膜である場合には、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液としては例えばアンモニア過水（ＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｏ２）を用いる。第１の膜１１及び第２の膜１２を除去することにより、第３の膜１３のみを含む第３の傾斜構造体が形成される。
【００３５】
なお、ここでは第１の膜１１と第２の膜１２とが別の膜である場合について説明したが、これに限らず、第１の膜１１と第２の膜１２とが一体の膜であってもよい。第２の膜１２の少なくとも一部の剛性が、第１の膜１１の剛性より小さい場合には、図３（Ｉ）及び図３（Ｊ）の工程において、第２の膜１２を曲げることにより、傾斜構造体を形成することができる。第２の膜１２を折り曲げることにより、傾斜構造体を形成してもよい。
【００３６】
また、以上の工程において、基板１０はシリコン、犠牲膜２０は酸化シリコン、第１の膜１１は窒化チタン、第２の膜１２はアルミニウム、犠牲膜２０を除去するエッチング液はフッ酸、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液はアンモニア過水としたが、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。
【００３７】
例えば、基板１０はシリコン、犠牲膜２０は窒化チタン及びアルミニウム、第１の膜１１及び第２の膜１２は窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、犠牲膜２０を除去するエッチング液はアンモニア過水、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液はリン酸（Ｈ３ＰＯ４）とすることもできる。
【００３８】
また、例えば、基板１０はシリコン、犠牲膜２０は酸化シリコン、第１の膜１１及び第２の膜１２はレジスト材料、犠牲膜２０を除去するエッチング液はフッ酸、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液は発煙硝酸とすることもできる。
【００３９】
また、例えば、基板１０は窒化シリコン、犠牲膜２０は酸化シリコン、第１の膜１１は窒化チタン、第２の膜１２はアルミニウム、犠牲膜２０を除去するエッチング液はフッ酸、第３の膜１３はＳＯＧ、第１の膜１１及び第２の膜１２を除去するエッチング液はアンモニア過水とすることができる。
【００４０】
＜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。
【００４１】
また、傾斜構造体の傾斜角度は、第１の膜１１の第１の端部１１ａから第２の端部１１ｂまでの長さと、第１の膜の基板１０からの高さ（犠牲膜２０の厚さ）とによって微調整することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
＜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、傾斜角度の異なる複数の傾斜構造体を、１つの基板１０上に同時に形成できる方法である。
【００４４】
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、図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示すように、第１の膜１１上に、面積の異なる複数のレジスト膜２１を形成し、長さが異なる複数の第１の膜１１を形成する点で、図１〜図３に示す工程と異なる。
【００４５】
その後、図１〜図３に示す工程と同様に傾斜構造体を形成すると、第１の膜１１の第１の端部１１ａから第２の端部１１ｂまでの長さに応じて、異なる傾斜角度を有する複数の傾斜構造体を形成することができる。
【００４６】
＜３．第３の実施形態＞
図７〜図９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。この実施形態に係る製造方法は、傾斜方向の異なる複数の傾斜構造体を、１つの基板１０上に同時に形成できる方法である。
【００４７】
図７〜図９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、図８（Ｆ）及び図８（Ｇ）に示すように、複数の犠牲膜２０の互いに異なる方向を向いた側面を覆うようにレジスト膜２２を形成し、第２の膜１２の第２の部分１２ｂが互いに異なる方向を向くように複数の第２の膜１２を形成する点で、図１〜図３に示す工程と異なる。
【００４８】
その後、図１〜図３に示す工程と同様に傾斜構造体を形成すると、第２の膜１２の第２の部分１２ｂの向きに応じて、傾斜方向の異なる複数の傾斜構造体を形成することができる。
【００４９】
＜４．傾斜構造体の構成例＞
＜４−１．第１の構成例＞
図１０は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第１の構成例を示す図である。図１０（Ａ）は平面図であり、図１０（Ｂ）は背面図であり、図１０（Ｃ）は側面図であり、図１０（Ｄ）は正面図である。図１０に示すように、第１の構成例に係る傾斜構造体１ａは、基板１０上に位置する第１の膜１１及び第２の膜１２を含んでいる。
【００５０】
第１の膜１１は、基板１０に対して傾斜しており、基板１０との距離が長い第１の端部１１ａと、基板１０との距離が短い第２の端部１１ｂとを含んでいる。第１の構成例においては、第１の膜１１の第２の端部１１ｂは、基板１０に接している。
【００５１】
第２の膜１２は、基板１０に接続された第１の部分１２ａと、第１の膜１１の上面に接続された第２の部分１２ｂと、第１の部分１２ａ及び第２の部分１２ｂの間に位置し曲面を有する第３の部分１２ｃと、を含んでいる。曲面は屈曲面でもよい。
【００５２】
＜４−２．第２の構成例＞
図１１は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第２の構成例を示す図である。図１１（Ａ）は平面図であり、図１１（Ｂ）は背面図であり、図１１（Ｃ）は側面図であり、図１１（Ｄ）は正面図である。図１１に示すように、第２の構成例に係る傾斜構造体１ｂは、第２の膜１２が、第１の膜１１の第２の端部１１ｂよりも突き出た第４の部分１２ｄを含んでいる点で第１の構成例と異なる。
【００５３】
第２の膜１２の第４の部分１２ｄは、基板１０に接しており、好ましくはスティッキングで付着している。第２の構成例によれば、第４の部分１２ｄと基板１０との接触面積が大きいため、傾斜構造体を安定させることができる。
【００５４】
＜４−３．第３の構成例＞
図１２は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第３の構成例を示す図である。図１２（Ａ）は平面図であり、図１２（Ｂ）は背面図であり、図１２（Ｃ）は側面図であり、図１２（Ｄ）は正面図である。図１２に示すように、第３の構成例に係る傾斜構造体１ｃは、第１の膜１１の第１の端部１１ａ及び第２の膜１２の第２の部分１２ｂに、貫通孔１１ｃが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００５５】
第３の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、貫通孔１１ｃから空気を逃がすことができるので、空気溜まりの少ない傾斜構造体を形成することができる。
【００５６】
＜４−４．第４の構成例＞
図１３は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第４の構成例を示す図である。図１３（Ａ）は平面図であり、図１３（Ｂ）は背面図であり、図１３（Ｃ）は側面図であり、図１３（Ｄ）は正面図である。図１３に示すように、第４の構成例に係る傾斜構造体１ｄは、第２の膜１２の第３の部分１２ｃに貫通孔１２ｅが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００５７】
第４の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、貫通孔１２ｅから液体材料を注入し、或いは貫通孔１２ｅから空気を逃がすことができるので、液体材料の注入工程を円滑化することができる。
【００５８】
＜４−５．第５の構成例＞
図１４は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第５の構成例を示す図である。図１４（Ａ）は平面図であり、図１４（Ｂ）は背面図であり、図１４（Ｃ）は側面図であり、図１４（Ｄ）は正面図である。図１４に示すように、第５の構成例に係る傾斜構造体１ｅは、基板１０の第１の膜１１に対向する面に溝１０ａが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００５９】
第５の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、溝１０ａから液体材料を注入することができるので、液体材料の注入工程を円滑化することができる。
【００６０】
＜４−６．第６の構成例＞
図１５は、上述の各実施形態に係る傾斜構造体の第６の構成例を示す図である。図１５（Ａ）は平面図であり、図１５（Ｂ）は背面図であり、図１５（Ｃ）は側面図であり、図１５（Ｄ）は正面図である。図１５に示すように、第６の構成例に係る傾斜構造体１ｆは、第１の膜１１の第２の端部１１ｂ及び第２の膜１２の第２の部分１２ｂに、凹部１１ｄが形成されている点で第１の構成例と異なる。
【００６１】
第６の構成例によれば、第３の膜１３となる液体材料を第１の膜１１と基板１０との間に充填するときに、凹部１１ｄから液体材料を注入し、或いは凹部１１ｄから空気を逃がすことができるので、液体材料の注入工程を円滑化することができる。
【００６２】
＜５．透過型分光センサー＞
図１６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１６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。
【００６３】
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。
【００６４】
＜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。
【００６５】
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。
【００６６】
＜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。
【００６７】
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。
【００６８】
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）。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
＜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。
【００７３】
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。
【００７４】
＜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。
【００７５】
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。
【００７６】
＜６．反射型分光センサー＞
図１７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１７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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【符号の説明】
【００８３】
１、１ａ〜１ｇ…傾斜構造体、１０…基板、１０ａ…溝、１１…第１の膜、１１ａ…第１の端部、１１ｂ…第２の端部、１１ｃ…貫通孔、１１ｄ…凹部、１２…第２の膜、１２ａ…第１の部分、１２ｂ…第２の部分、１２ｃ…第３の部分、１２ｄ…第４の部分、１２ｅ…貫通孔、１３…第３の膜、２０…犠牲膜、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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、
前記犠牲膜の上方に第１の膜を形成する工程（ｂ）と、
第２の膜であって、前記基板に接続された第１の部分と、前記第１の膜に接続された第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、を含む前記第２の膜を形成する工程（ｃ）と、
前記犠牲膜を除去する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に前記第２の膜の前記第３の部分を曲げて、前記第１の膜を前記基板に対して傾斜させる工程（ｅ）と、
を含む傾斜構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、前記犠牲膜及び前記第１の膜をパターニングすることによって、前記第２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（ｆ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記工程（ｅ）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４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記工程（ｅ）の後に、前記第１の膜と前記基板との間に、第３の膜となる材料を充填する工程（ｇ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記工程（ｇ）の後に、前記第１の膜及び前記第２の膜を除去する工程（ｈ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。
【請求項６】
基板の上方に位置する第１の膜であって、前記基板の第１の面に対して傾斜している前記第１の膜と、
基板の上方に位置する第２の膜であって、前記基板の前記第１の面に接続された第１の部分と、前記第１の膜に接続された第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の部分と、を含む前記第２の膜と、
を含む傾斜構造体。
【請求項７】
請求項６において、
前記第３の部分は、曲面を有する傾斜構造体。
【請求項８】
請求項６又は請求項７において、
前記第２の膜の前記第２の部分は、前記第１の膜の上方に位置する傾斜構造体。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８の何れか一項において、
前記第１の膜と前記基板との間に、第３の膜をさらに含む傾斜構造体。
【請求項１０】
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６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。
【請求項１】
基板の上方に犠牲膜を形成する工程（ａ）と、
前記犠牲膜の上方に第１の膜を形成する工程（ｂ）と、
第２の膜であって、前記基板に接続された第１の部分と、前記第１の膜に接続された第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、を含む前記第２の膜を形成する工程（ｃ）と、
前記犠牲膜を除去する工程（ｄ）と、
前記工程（ｄ）の後に前記第２の膜の前記第３の部分を曲げて、前記第１の膜を前記基板に対して傾斜させる工程（ｅ）と、
を含む傾斜構造体の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、前記犠牲膜及び前記第１の膜をパターニングすることによって、前記第２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（ｆ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記工程（ｅ）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４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記工程（ｅ）の後に、前記第１の膜と前記基板との間に、第３の膜となる材料を充填する工程（ｇ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記工程（ｇ）の後に、前記第１の膜及び前記第２の膜を除去する工程（ｈ）をさらに含む
傾斜構造体の製造方法。
【請求項６】
基板の上方に位置する第１の膜であって、前記基板の第１の面に対して傾斜している前記第１の膜と、
基板の上方に位置する第２の膜であって、前記基板の前記第１の面に接続された第１の部分と、前記第１の膜に接続された第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の部分と、を含む前記第２の膜と、
を含む傾斜構造体。
【請求項７】
請求項６において、
前記第３の部分は、曲面を有する傾斜構造体。
【請求項８】
請求項６又は請求項７において、
前記第２の膜の前記第２の部分は、前記第１の膜の上方に位置する傾斜構造体。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８の何れか一項において、
前記第１の膜と前記基板との間に、第３の膜をさらに含む傾斜構造体。
【請求項１０】
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６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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−２９６０３（Ｐ２０１３−２９６０３Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４５３７（Ｐ２０１１−１６４５３７）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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