傾斜構造体及び分光センサーの製造方法
【課題】微小な傾斜構造体を製造可能な製造方法を提供する。
【解決手段】基板の上方に第１の層を形成する工程（ａ）と、第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、第２の層に、基板の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、第２の層の端面をエッチングすると同時に、第２の層の端面のエッチングによって露出した第１の層を順次エッチングする工程（ｄ）と、を含む。基板の面方向における第２の層のエッチングレートは、第１の層のエッチングレートより大きいことが望ましい。
【解決手段】基板の上方に第１の層を形成する工程（ａ）と、第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、第２の層に、基板の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、第２の層の端面をエッチングすると同時に、第２の層の端面のエッチングによって露出した第１の層を順次エッチングする工程（ｄ）と、を含む。基板の面方向における第２の層のエッチングレートは、第１の層のエッチングレートより大きいことが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜構造体及び分光センサーの製造方法に関する。
【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、微小な傾斜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、微小な傾斜構造体を製造可能な製造方法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、基板の上方に第１の層を形成する工程（ａ）と、第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、第２の層に、基板の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、第２の層の端面をエッチングすると同時に、第２の層の端面のエッチングによって露出した第１の層を順次エッチングする工程（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。
【０００８】
上述の態様において、工程（ｄ）では、基板の面方向における第２の層のエッチングレートは、第１の層のエッチングレートより大きいことが望ましい。
これによれば、傾斜角度が４５［ｄｅｇ］より緩やかな傾斜構造体を容易に製造することができる。
【０００９】
上述の態様において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間、又は工程（ｃ）と工程（ｄ）との間に、第２の層に不純物のイオンを導入する工程（ｅ）をさらに含むことが望ましい。
これによれば、第２の層の不純物濃度によってエッチングレートを調整することにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
【００１０】
上述の態様において、工程（ｅ）は、第２の層に、互いに不純物濃度が異なる第１の領域及び第２の領域を形成し、工程（ｄ）は、第１の領域内の上記端面と第２の領域内の上記端面とを同時にエッチングすることが望ましい。
これによれば、第２の層の不純物濃度によってエッチングレートを調整することにより、複数種類の傾斜角度を有する傾斜構造体を１回のエッチングで形成することができる。
【００１１】
上述の態様において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間に、第２の層の上方にレジスト層を形成する工程（ｆ）をさらに含んでおり、工程（ｃ）は、レジスト層をマスクとして第２の層の一部をエッチングすることによって上記端面を形成し、工程（ｄ）は、第２の層の上面をレジスト層によって保護しつつ、第２の層の端面をエッチングすることが望ましい。
これによれば、第２の層の厚さが薄くても、傾斜構造体を製造することができる。
【００１２】
上述の態様において、工程（ｂ）で形成される第２の層は、互いに厚さが異なる第３の領域及び第４の領域を有し、工程（ｆ）は、第３の領域の上方及び第４の領域の上方に、レジスト層を形成し、工程（ｄ）は、第３の領域内の上記端面と第４の領域内の上記端面とを同時にエッチングすることが望ましい。
これによれば、第２の層の厚さによってエッチングレートを調整することにより、複数種類の傾斜角度を有する傾斜構造体を１回のエッチングで形成することができる。
【００１３】
本発明の他の態様において、傾斜構造体の製造方法は、基板の第１の面に第１の層を形成する工程（ａ）と、第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、第２の層に、基板の第１の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、第２の層の端面及び第１の層をエッチングする工程（ｄ）と、を含む。そして、工程（ｄ）では、基板の面方向における第２の層のエッチングレートは、第１の層のエッチングレートより大きく、工程（ｄ）後の第１の層の基板の第１の面と交差する方向の端面が、基板の第１の面に対して、傾斜している。
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。
【００１４】
本発明の他の態様において、分光センサーの製造方法は、基板に受光素子を形成する工程と、受光素子の上方に、受光素子に向けて通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターを形成する工程と、角度制限フィルターの上方に、上述の方法によって傾斜構造体を形成する工程と、傾斜構造体の上方に多層膜を形成することにより、角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する分光フィルターを形成する工程と、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、小型の分光センサーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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の実施形態でレジスト層を形成した状態を示す平面図及び断面図。
【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。
【図９】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。
【図１０】実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
＜１．第１の実施形態＞
図１及び図２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。図３（Ａ）は、第１の実施形態においてレジスト層を形成した状態を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１（Ｆ）は、図３（Ａ）のＦ−Ｆ線断面を拡大した図に相当する。
【００１８】
＜１−１．積層＞
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。第１の層１１としては、傾斜構造体に求められる性質に応じて、絶縁性材料或いは導電性材料を用いることができる。絶縁性材料としては、ＳｉＯＦ、ＰＳＧ（phospho-silicate glass）、ＢＰＳＧ（boro-phospho-silicate glass）、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、有機膜等が挙げられる。導電性材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ｓｉ、ＷＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＴａＮ、ＴｉＮ等が挙げられる。第１の層１１の厚さは、傾斜構造体に求められる傾斜面の高さに応じて設定される。なお、基板１０上に第１の層１１を直接形成する場合について説明したが、これに限らず、基板１０と第１の層１１との間に他の層が挟まれていても良い。
【００１９】
次に、図１（Ｂ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。第２の層１２としては、第１の層１１と同様に、絶縁性材料或いは導電性材料を用いることができる。但し、第２の層１２は、基板１０の面方向におけるエッチングレートが、第１の層１１のエッチングレートより大きい材料であることが望ましい。例えば、エッチング液として水で１０倍に希釈した弗酸（ＨＦ）を用いる場合、第１の層１１としてＰ−ＳｉＯ２（プラズマ化学気相成長法によって形成した酸化シリコン）を用い、第２の層１２としてＳＯＧ（Spin on Glass）を用いることができる。また、第１の層１１としてＰ−ＳｉＮ（プラズマ化学気相成長法によって形成した窒化シリコン）を用い、第２の層１２としてＰ−ＳｉＯ２を用いることができる。また、第１の層１１としてＴｈ−ＳｉＯ２（熱酸化によって形成した酸化シリコン）を用い、第２の層１２としてＰ−ＳｉＯ２を用いることができる。
【００２０】
第２の層１２の厚さは、第１の層１１と後述のレジスト層１３との間において、第２の層１２の端面にエッチング液が作用する程度の厚さがあれば良く、第１の層１１より薄いものとすることができる。
【００２１】
次に、図１（Ｆ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１３を形成する。図３に示すように、レジスト層１３は、第１の層１１及び第２の層１２のほぼ全体を覆い、且つ第２の層１２の一部が露出するように、開口１３ａを有している。
【００２２】
なお、第１の層１１及び第２の層１２は基板１０上の全面に形成されていても良いし、図３に示すように所定形状にパターニングされていても良い。図３に示すように、第１の層１１及び第２の層１２を所定形状にパターニングし、その側面をレジスト層１３等によって覆うことにより、後述のエッチング工程において図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）の左右方向からエッチング液が浸入することを防止できる。
また、第１の層１１及び第２の層１２が基板１０上の全面に形成されている場合でも、第１の層１１及び第２の層１２の側面を何らかの層で覆うことにより、エッチング液が侵入することを防止できる。
【００２３】
＜１−２．エッチング＞
次に、図２（Ｇ）〜図２（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、まず図２（Ｇ）に示すように、第２の層１２のレジスト層１３によって上面を保護されていない露出部分からエッチングが始まる。第２の層１２の露出部分がエッチングされると、第１の層１１の一部（第２の層１２のエッチングされた部分の下方部分）と、第２の層１２の端面とが露出する。その後、露出した第１の層１１と、第２の層１２の端面とが同時にエッチングされる。
【００２４】
このとき、基板１０の面方向における第２の層１２のエッチングレートが第１の層１１のエッチングレートより大きいので、図２（Ｈ）及び図２（Ｉ）に示すように、第２の層１２の端面からのエッチングが早く進んでいく。第２の層１２の端面がエッチングされると、第１の層１１が順次露出するので、第１の層１１のエッチングが順次開始される。従って、第２の層１２の端面のエッチングを追いかけるようにして、第１の層１１のエッチングが順次開始される。
【００２５】
ここで、図２（Ｇ）は時刻ｔ＝−ｔｇにおけるエッチングの進行状況を示し、図２（Ｈ）は時刻ｔ＝−ｔｈにおけるエッチングの進行状況を示し、図２（Ｉ）は時刻ｔ＝０におけるエッチングの進行状況を示すものとする。そして、図２（Ｇ）においては第１の層１１と第２の層１２との境界に位置する点ｇまでエッチングが進み、図２（Ｈ）において第１の層１１と第２の層１２との境界に位置する点ｈまでエッチングが進み、図２（Ｉ）において第１の層１１と第２の層１２との境界に位置する点Ｏまでエッチングが進んだものとする。
【００２６】
第２の層１２のエッチングレート（エッチングの速さ）をｖ２とすると、時刻ｔ＝−ｔｇから時刻ｔ＝０までの間に第２の層１２において進むエッチングの距離（点ｇと点Ｏとの間の距離）は、（ｖ２×ｔｇ）であり、時刻ｔ＝−ｔｈから時刻ｔ＝０までの間に第２の層１２において進むエッチングの距離（点ｈと点Ｏとの間の距離）は、（ｖ２×ｔｈ）である。
【００２７】
一方、点ｇにおける第１の層１１のエッチングは、点ｇまで第２の層１２のエッチングが進んだ時にスタートし、点ｈにおける第１の層１１のエッチングは、点ｈまで第２の層１２のエッチングが進んだ時にスタートする。従って、第１の層１１のエッチングレートをｖ１とすると、時刻ｔ＝−ｔｇから時刻ｔ＝０までの間に進む第１の層１１のエッチング深さは、（ｖ１×ｔｇ）であり、時刻ｔ＝−ｔｈから時刻ｔ＝０までの間に進む第１の層１１のエッチング深さは、（ｖ１×ｔｈ）である。
【００２８】
ここで、（ｖ２×ｔｇ）と（ｖ２×ｔｈ）との比は、（ｖ１×ｔｇ）と（ｖ１×ｔｈ）との比に等しい。このことから、本実施形態によれば、傾斜角度が一定の、曲面ではなく平面状の傾斜面を形成できることがわかる。
傾斜面が形成されたら、第１の層１１の全体がエッチングされる前に、エッチング液から基板１０を取り出し、エッチングを終了させる。
【００２９】
＜１−３．レジスト層の除去＞
最後に、図２（Ｊ）に示すように、レジスト層１３を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
【００３０】
第１の層１１のエッチングレートに対する第２の層１２のエッチングレートの比が十分に大きい場合には、傾斜構造体の傾斜角度は緩やかになり、第１の層１１のエッチングレートに対する第２の層１２のエッチングレートの比が小さくなるに従って、傾斜構造体の傾斜角度が急になる。これにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
【００３１】
＜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、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、以上の製造工程によれば、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、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。
また、以上の製造工程によれば、グレースケールマスクのような特殊なマスクを用いる必要もない。また、基板上の限られたスペースにも、必要な箇所に必要な傾斜面を形成することができる。
【００３２】
＜２．第２の実施形態＞
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る。第２の実施形態は、傾斜構造体を形成するために第１の層１１と第２の層１２とをエッチングするときに、第２の層１２の上面を保護するレジスト層を有しない点で、第１の実施形態と異なる。
【００３３】
＜２−１．積層＞
第１の実施形態と同様に、まず、図４（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。
【００３４】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。ここまでの工程は第１の実施形態と同様である。但し、第２の層１２の厚さは、第２の層１２の端面をエッチングしつつ第１の層１１に所望の傾斜構造体を形成している間に、第２の層１２の厚さが０にならない程度の厚さであることが望ましく、第１の層１１より厚いものとすることができる。
【００３５】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１４を形成する。
次に、図４（Ｄ）に示すように、レジスト層１４をマスクとして、第２の層１２の異方性エッチング（ドライエッチング）を行うことにより、第２の層１２を所定形状にパターニングする。これにより、第１の層１１の上面の一部と、第２の層１２の端面とが露出する。
次に、図５（Ｅ）に示すように、レジスト層１４を除去する。これにより、第２の層１２の上面全体が露出する。
【００３６】
＜２−２．エッチング＞
次に、図５（Ｇ）〜図５（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、まず図５（Ｇ）に示すように、第１の層１１の上面の露出した一部と、第２の層１２の端面と、第２の層１２の上面全体とが同時にエッチングされる。
【００３７】
このとき、基板１０の面方向における第２の層１２のエッチングレートが第１の層１１のエッチングレートより大きいので、図５（Ｇ）〜図５（Ｉ）に示すように、第２の層１２の端面のエッチングが早く進んでいき、第１の層１１のエッチングがこれを追いかけるように進んでいく。これにより、本実施形態によれば、傾斜角度が一定の、曲面ではなく平面状の傾斜面を形成することができる。
【００３８】
第１の層１１の上面がエッチングされることを防ぐため、本実施形態におけるエッチングは、第２の層１２の厚さが０にならないうちに終了することが望ましい。
他の点については、第１の実施形態と同様である。
以上の工程により、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
【００３９】
＜３．第３の実施形態＞
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。第３の実施形態は、第２の層１２の厚さによって傾斜構造体の傾斜角度を調整する点で、第１の実施形態と異なる。
【００４０】
＜３−１．積層＞
第１の実施形態と同様に、まず、図６（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。
【００４１】
次に、図６（Ｂ）〜図６（Ｅ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。本実施形態においては、第２の層１２として、互いに厚さの異なる複数の領域を形成しても良い。そのために、例えば、図６（Ｂ）に示すように、第２の層１２の一部を薄く成膜した後、図６（Ｃ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１４を形成する。次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト層１４をマスクとして、第２の層１２の異方性エッチング（ドライエッチング）を行うことにより、第２の層１２を所定形状にパターニングする。そして、図６（Ｅ）に示すように、レジスト層１４を除去し、第２の層１２の残りの一部を成膜する。これにより、図６（Ｄ）において第２の層１２の一部を成膜した領域には厚い第２の層１２が形成され、その他の領域には薄い第２の層１２が形成される。
【００４２】
次に、図７（Ｆ）に示すように、第２の層１２（厚い領域及び薄い領域）上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１３を形成する。
【００４３】
＜３−２．エッチング＞
次に、第１の実施形態と同様に、図７（Ｇ）〜図７（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、第２の層１２のエッチングレートは、第２の層１２の厚い領域においては高く、第２の層１２の薄い領域においては低い。これは、第２の層１２がある程度の厚さ以下になると、第１の層１１とレジスト層１３との間の第２の層１２の端面にエッチング液が入りにくくなることによるものと考えられる。
【００４４】
これによれば、第２の層１２のエッチングレートを第２の層１２の厚さによって調整することができる。従って、第２の層１２を１種類の材料で形成した場合でも、領域ごとに第２の層１２の厚さを変えることにより、異なる傾斜角度を有する傾斜構造体を同一基板上に一度に形成することができる。
【００４５】
＜３−３．レジスト層の除去＞
最後に、図７（Ｊ）に示すように、レジスト層１３を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
他の点については、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
＜４．第４の実施形態＞
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。第４の実施形態は、第２の層１２に不純物のイオンを注入することによって傾斜構造体の傾斜角度を調整する点で、第１の実施形態と異なる。
【００４７】
＜４−１．積層＞
第１の実施形態と同様に、まず、図８（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。
【００４８】
次に、図８（Ｂ）〜図８（Ｅ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。本実施形態においては、第２の層１２として、不純物濃度の異なる複数の領域を形成しても良い。そのために、例えば、図８（Ｂ）に示すように、第２の層１２を成膜した後、図８（Ｃ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、イオン注入用マスクとなる所定形状のレジスト層１５を形成する。次に、図８（Ｄ）に示すように、レジスト層１５をマスクとして、第２の層１２にリン、ボロン、ヒ素等のイオンを注入する。そして、図８（Ｅ）に示すように、レジスト層１５を除去する。これにより、図８（Ｃ）においてレジスト層１５を成膜した領域には不純物が注入されていない（不純物濃度が低い）第２の層１２が形成され、その他の領域には不純物が注入された（不純物濃度が高い）第２の層１２が形成される。
【００４９】
次に、図９（Ｆ）に示すように、第２の層１２（例えば、不純物濃度が低い領域及び高い領域）上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１３を形成する。
【００５０】
＜４−２．エッチング＞
次に、第１の実施形態と同様に、図９（Ｇ）〜図９（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、第２の層１２のエッチングレートは、不純物濃度の高い領域においては高く、不純物濃度の低い領域においては低い。これは、第２の層１２への不純物の注入によって、結晶構造が壊れ、エッチングされ易くなることによるものと考えられる。
【００５１】
これによれば、第２の層１２のエッチングレートを不純物の注入の有無又は不純物濃度によって調整することができる。従って、第２の層１２を１種類の材料で形成した場合でも、領域ごとに第２の層１２の不純物濃度を変えることにより、異なる傾斜角度を有する傾斜構造体を一度に形成することができる。
【００５２】
＜４−３．レジスト層の除去＞
最後に、図９（Ｊ）に示すように、レジスト層１３を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
他の点については、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
なお、本実施形態においては、第２の層１２に、不純物濃度が低い領域と不純物濃度が高い領域とを形成したが、第２の層１２の全体を、不純物濃度が一様に高い領域にしても良い。第２の層１２の不純物濃度を調整することにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、不純物を注入する工程の後に、第２の層１２上にレジスト層１３を形成してエッチングしたが、不純物を注入する工程の前又は後に、第２の層１２をパターニングして第２の層１２の端面を形成し、第２の実施形態において説明したように、第２の層１２上にレジスト層１３を形成せずにエッチングしても良い。
【００５５】
＜５．分光センサー＞
図１０は、上述の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの概略構成を示す断面図である。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とを含んでいる。
【００５６】
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１０と、基板１０に形成されたフォトダイオード５１を含んでいる。さらに基板１０には、フォトダイオード５１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５１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。
【００５７】
＜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１０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５１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１０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１０の面に垂直な方向に光路を形成する。
【００５８】
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。
【００５９】
＜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７１と、傾斜構造体７１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１０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。
【００６０】
多層膜７２の基板１０に対する傾斜角度は、フォトダイオード５１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１０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７１を形成し、その上に多層膜７２を形成する。傾斜構造体７１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。
【００６１】
以上の構成により、分光フィルター部７０は、角度制限フィルター部６０に所定の制限角度範囲内で入射する光の波長を制限する。
すなわち、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）。
【００６２】
ここで、反射光の光路長は、入射光の向きに対する多層膜７２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。
【００６３】
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の基板１０に対する傾斜角度と、角度制限フィルター部６０が通過させる入射光の制限角度範囲とによって決まる所定範囲の波長に制限される。
【００６４】
フォトダイオード５１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７１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５１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。
【００６５】
＜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５１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５１は、半導体によって構成された基板１０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。
【００６６】
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５１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。
【００６７】
＜５−４．分光センサーの製造方法＞
ここで、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１０にフォトダイオード５１を形成し、次に、フォトダイオード５１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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、ここでは入射光が分光フィルター部７０を透過して光学素子部５０に到達する透過型の分光センサーについて述べたが、入射光が分光フィルター部７０において反射して光学素子部に到達する反射型の分光センサーでも良い。
また、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】
【００７０】
１０…基板、１１…第１の層（傾斜構造体）、１２…第２の層（犠牲層）、１３…レジスト層（ウェットエッチング用マスク）、１３ａ…開口、１４…レジスト層（ドライエッチング用マスク）、１５…レジスト層（イオン注入用マスク）、５０…光学素子部、５１…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、７１…傾斜構造体、７２…多層膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜構造体及び分光センサーの製造方法に関する。
【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、微小な傾斜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、微小な傾斜構造体を製造可能な製造方法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、基板の上方に第１の層を形成する工程（ａ）と、第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、第２の層に、基板の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、第２の層の端面をエッチングすると同時に、第２の層の端面のエッチングによって露出した第１の層を順次エッチングする工程（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。
【０００８】
上述の態様において、工程（ｄ）では、基板の面方向における第２の層のエッチングレートは、第１の層のエッチングレートより大きいことが望ましい。
これによれば、傾斜角度が４５［ｄｅｇ］より緩やかな傾斜構造体を容易に製造することができる。
【０００９】
上述の態様において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間、又は工程（ｃ）と工程（ｄ）との間に、第２の層に不純物のイオンを導入する工程（ｅ）をさらに含むことが望ましい。
これによれば、第２の層の不純物濃度によってエッチングレートを調整することにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
【００１０】
上述の態様において、工程（ｅ）は、第２の層に、互いに不純物濃度が異なる第１の領域及び第２の領域を形成し、工程（ｄ）は、第１の領域内の上記端面と第２の領域内の上記端面とを同時にエッチングすることが望ましい。
これによれば、第２の層の不純物濃度によってエッチングレートを調整することにより、複数種類の傾斜角度を有する傾斜構造体を１回のエッチングで形成することができる。
【００１１】
上述の態様において、工程（ｂ）と工程（ｃ）との間に、第２の層の上方にレジスト層を形成する工程（ｆ）をさらに含んでおり、工程（ｃ）は、レジスト層をマスクとして第２の層の一部をエッチングすることによって上記端面を形成し、工程（ｄ）は、第２の層の上面をレジスト層によって保護しつつ、第２の層の端面をエッチングすることが望ましい。
これによれば、第２の層の厚さが薄くても、傾斜構造体を製造することができる。
【００１２】
上述の態様において、工程（ｂ）で形成される第２の層は、互いに厚さが異なる第３の領域及び第４の領域を有し、工程（ｆ）は、第３の領域の上方及び第４の領域の上方に、レジスト層を形成し、工程（ｄ）は、第３の領域内の上記端面と第４の領域内の上記端面とを同時にエッチングすることが望ましい。
これによれば、第２の層の厚さによってエッチングレートを調整することにより、複数種類の傾斜角度を有する傾斜構造体を１回のエッチングで形成することができる。
【００１３】
本発明の他の態様において、傾斜構造体の製造方法は、基板の第１の面に第１の層を形成する工程（ａ）と、第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、第２の層に、基板の第１の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、第２の層の端面及び第１の層をエッチングする工程（ｄ）と、を含む。そして、工程（ｄ）では、基板の面方向における第２の層のエッチングレートは、第１の層のエッチングレートより大きく、工程（ｄ）後の第１の層の基板の第１の面と交差する方向の端面が、基板の第１の面に対して、傾斜している。
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。
【００１４】
本発明の他の態様において、分光センサーの製造方法は、基板に受光素子を形成する工程と、受光素子の上方に、受光素子に向けて通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターを形成する工程と、角度制限フィルターの上方に、上述の方法によって傾斜構造体を形成する工程と、傾斜構造体の上方に多層膜を形成することにより、角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する分光フィルターを形成する工程と、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、小型の分光センサーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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の実施形態でレジスト層を形成した状態を示す平面図及び断面図。
【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。
【図９】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。
【図１０】実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの概略構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
＜１．第１の実施形態＞
図１及び図２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。図３（Ａ）は、第１の実施形態においてレジスト層を形成した状態を示す平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１（Ｆ）は、図３（Ａ）のＦ−Ｆ線断面を拡大した図に相当する。
【００１８】
＜１−１．積層＞
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。第１の層１１としては、傾斜構造体に求められる性質に応じて、絶縁性材料或いは導電性材料を用いることができる。絶縁性材料としては、ＳｉＯＦ、ＰＳＧ（phospho-silicate glass）、ＢＰＳＧ（boro-phospho-silicate glass）、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、有機膜等が挙げられる。導電性材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ａｌ−Ｃｕ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金、Ｓｉ、ＷＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＴａＮ、ＴｉＮ等が挙げられる。第１の層１１の厚さは、傾斜構造体に求められる傾斜面の高さに応じて設定される。なお、基板１０上に第１の層１１を直接形成する場合について説明したが、これに限らず、基板１０と第１の層１１との間に他の層が挟まれていても良い。
【００１９】
次に、図１（Ｂ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。第２の層１２としては、第１の層１１と同様に、絶縁性材料或いは導電性材料を用いることができる。但し、第２の層１２は、基板１０の面方向におけるエッチングレートが、第１の層１１のエッチングレートより大きい材料であることが望ましい。例えば、エッチング液として水で１０倍に希釈した弗酸（ＨＦ）を用いる場合、第１の層１１としてＰ−ＳｉＯ２（プラズマ化学気相成長法によって形成した酸化シリコン）を用い、第２の層１２としてＳＯＧ（Spin on Glass）を用いることができる。また、第１の層１１としてＰ−ＳｉＮ（プラズマ化学気相成長法によって形成した窒化シリコン）を用い、第２の層１２としてＰ−ＳｉＯ２を用いることができる。また、第１の層１１としてＴｈ−ＳｉＯ２（熱酸化によって形成した酸化シリコン）を用い、第２の層１２としてＰ−ＳｉＯ２を用いることができる。
【００２０】
第２の層１２の厚さは、第１の層１１と後述のレジスト層１３との間において、第２の層１２の端面にエッチング液が作用する程度の厚さがあれば良く、第１の層１１より薄いものとすることができる。
【００２１】
次に、図１（Ｆ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１３を形成する。図３に示すように、レジスト層１３は、第１の層１１及び第２の層１２のほぼ全体を覆い、且つ第２の層１２の一部が露出するように、開口１３ａを有している。
【００２２】
なお、第１の層１１及び第２の層１２は基板１０上の全面に形成されていても良いし、図３に示すように所定形状にパターニングされていても良い。図３に示すように、第１の層１１及び第２の層１２を所定形状にパターニングし、その側面をレジスト層１３等によって覆うことにより、後述のエッチング工程において図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）の左右方向からエッチング液が浸入することを防止できる。
また、第１の層１１及び第２の層１２が基板１０上の全面に形成されている場合でも、第１の層１１及び第２の層１２の側面を何らかの層で覆うことにより、エッチング液が侵入することを防止できる。
【００２３】
＜１−２．エッチング＞
次に、図２（Ｇ）〜図２（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、まず図２（Ｇ）に示すように、第２の層１２のレジスト層１３によって上面を保護されていない露出部分からエッチングが始まる。第２の層１２の露出部分がエッチングされると、第１の層１１の一部（第２の層１２のエッチングされた部分の下方部分）と、第２の層１２の端面とが露出する。その後、露出した第１の層１１と、第２の層１２の端面とが同時にエッチングされる。
【００２４】
このとき、基板１０の面方向における第２の層１２のエッチングレートが第１の層１１のエッチングレートより大きいので、図２（Ｈ）及び図２（Ｉ）に示すように、第２の層１２の端面からのエッチングが早く進んでいく。第２の層１２の端面がエッチングされると、第１の層１１が順次露出するので、第１の層１１のエッチングが順次開始される。従って、第２の層１２の端面のエッチングを追いかけるようにして、第１の層１１のエッチングが順次開始される。
【００２５】
ここで、図２（Ｇ）は時刻ｔ＝−ｔｇにおけるエッチングの進行状況を示し、図２（Ｈ）は時刻ｔ＝−ｔｈにおけるエッチングの進行状況を示し、図２（Ｉ）は時刻ｔ＝０におけるエッチングの進行状況を示すものとする。そして、図２（Ｇ）においては第１の層１１と第２の層１２との境界に位置する点ｇまでエッチングが進み、図２（Ｈ）において第１の層１１と第２の層１２との境界に位置する点ｈまでエッチングが進み、図２（Ｉ）において第１の層１１と第２の層１２との境界に位置する点Ｏまでエッチングが進んだものとする。
【００２６】
第２の層１２のエッチングレート（エッチングの速さ）をｖ２とすると、時刻ｔ＝−ｔｇから時刻ｔ＝０までの間に第２の層１２において進むエッチングの距離（点ｇと点Ｏとの間の距離）は、（ｖ２×ｔｇ）であり、時刻ｔ＝−ｔｈから時刻ｔ＝０までの間に第２の層１２において進むエッチングの距離（点ｈと点Ｏとの間の距離）は、（ｖ２×ｔｈ）である。
【００２７】
一方、点ｇにおける第１の層１１のエッチングは、点ｇまで第２の層１２のエッチングが進んだ時にスタートし、点ｈにおける第１の層１１のエッチングは、点ｈまで第２の層１２のエッチングが進んだ時にスタートする。従って、第１の層１１のエッチングレートをｖ１とすると、時刻ｔ＝−ｔｇから時刻ｔ＝０までの間に進む第１の層１１のエッチング深さは、（ｖ１×ｔｇ）であり、時刻ｔ＝−ｔｈから時刻ｔ＝０までの間に進む第１の層１１のエッチング深さは、（ｖ１×ｔｈ）である。
【００２８】
ここで、（ｖ２×ｔｇ）と（ｖ２×ｔｈ）との比は、（ｖ１×ｔｇ）と（ｖ１×ｔｈ）との比に等しい。このことから、本実施形態によれば、傾斜角度が一定の、曲面ではなく平面状の傾斜面を形成できることがわかる。
傾斜面が形成されたら、第１の層１１の全体がエッチングされる前に、エッチング液から基板１０を取り出し、エッチングを終了させる。
【００２９】
＜１−３．レジスト層の除去＞
最後に、図２（Ｊ）に示すように、レジスト層１３を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
【００３０】
第１の層１１のエッチングレートに対する第２の層１２のエッチングレートの比が十分に大きい場合には、傾斜構造体の傾斜角度は緩やかになり、第１の層１１のエッチングレートに対する第２の層１２のエッチングレートの比が小さくなるに従って、傾斜構造体の傾斜角度が急になる。これにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
【００３１】
＜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、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、以上の製造工程によれば、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、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。
また、以上の製造工程によれば、グレースケールマスクのような特殊なマスクを用いる必要もない。また、基板上の限られたスペースにも、必要な箇所に必要な傾斜面を形成することができる。
【００３２】
＜２．第２の実施形態＞
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る。第２の実施形態は、傾斜構造体を形成するために第１の層１１と第２の層１２とをエッチングするときに、第２の層１２の上面を保護するレジスト層を有しない点で、第１の実施形態と異なる。
【００３３】
＜２−１．積層＞
第１の実施形態と同様に、まず、図４（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。
【００３４】
次に、図４（Ｂ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。ここまでの工程は第１の実施形態と同様である。但し、第２の層１２の厚さは、第２の層１２の端面をエッチングしつつ第１の層１１に所望の傾斜構造体を形成している間に、第２の層１２の厚さが０にならない程度の厚さであることが望ましく、第１の層１１より厚いものとすることができる。
【００３５】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１４を形成する。
次に、図４（Ｄ）に示すように、レジスト層１４をマスクとして、第２の層１２の異方性エッチング（ドライエッチング）を行うことにより、第２の層１２を所定形状にパターニングする。これにより、第１の層１１の上面の一部と、第２の層１２の端面とが露出する。
次に、図５（Ｅ）に示すように、レジスト層１４を除去する。これにより、第２の層１２の上面全体が露出する。
【００３６】
＜２−２．エッチング＞
次に、図５（Ｇ）〜図５（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、まず図５（Ｇ）に示すように、第１の層１１の上面の露出した一部と、第２の層１２の端面と、第２の層１２の上面全体とが同時にエッチングされる。
【００３７】
このとき、基板１０の面方向における第２の層１２のエッチングレートが第１の層１１のエッチングレートより大きいので、図５（Ｇ）〜図５（Ｉ）に示すように、第２の層１２の端面のエッチングが早く進んでいき、第１の層１１のエッチングがこれを追いかけるように進んでいく。これにより、本実施形態によれば、傾斜角度が一定の、曲面ではなく平面状の傾斜面を形成することができる。
【００３８】
第１の層１１の上面がエッチングされることを防ぐため、本実施形態におけるエッチングは、第２の層１２の厚さが０にならないうちに終了することが望ましい。
他の点については、第１の実施形態と同様である。
以上の工程により、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
【００３９】
＜３．第３の実施形態＞
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。第３の実施形態は、第２の層１２の厚さによって傾斜構造体の傾斜角度を調整する点で、第１の実施形態と異なる。
【００４０】
＜３−１．積層＞
第１の実施形態と同様に、まず、図６（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。
【００４１】
次に、図６（Ｂ）〜図６（Ｅ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。本実施形態においては、第２の層１２として、互いに厚さの異なる複数の領域を形成しても良い。そのために、例えば、図６（Ｂ）に示すように、第２の層１２の一部を薄く成膜した後、図６（Ｃ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１４を形成する。次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト層１４をマスクとして、第２の層１２の異方性エッチング（ドライエッチング）を行うことにより、第２の層１２を所定形状にパターニングする。そして、図６（Ｅ）に示すように、レジスト層１４を除去し、第２の層１２の残りの一部を成膜する。これにより、図６（Ｄ）において第２の層１２の一部を成膜した領域には厚い第２の層１２が形成され、その他の領域には薄い第２の層１２が形成される。
【００４２】
次に、図７（Ｆ）に示すように、第２の層１２（厚い領域及び薄い領域）上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１３を形成する。
【００４３】
＜３−２．エッチング＞
次に、第１の実施形態と同様に、図７（Ｇ）〜図７（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、第２の層１２のエッチングレートは、第２の層１２の厚い領域においては高く、第２の層１２の薄い領域においては低い。これは、第２の層１２がある程度の厚さ以下になると、第１の層１１とレジスト層１３との間の第２の層１２の端面にエッチング液が入りにくくなることによるものと考えられる。
【００４４】
これによれば、第２の層１２のエッチングレートを第２の層１２の厚さによって調整することができる。従って、第２の層１２を１種類の材料で形成した場合でも、領域ごとに第２の層１２の厚さを変えることにより、異なる傾斜角度を有する傾斜構造体を同一基板上に一度に形成することができる。
【００４５】
＜３−３．レジスト層の除去＞
最後に、図７（Ｊ）に示すように、レジスト層１３を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
他の点については、第１の実施形態と同様である。
【００４６】
＜４．第４の実施形態＞
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。第４の実施形態は、第２の層１２に不純物のイオンを注入することによって傾斜構造体の傾斜角度を調整する点で、第１の実施形態と異なる。
【００４７】
＜４−１．積層＞
第１の実施形態と同様に、まず、図８（Ａ）に示すように、基板１０上に、傾斜構造体となる第１の層１１を形成する。
【００４８】
次に、図８（Ｂ）〜図８（Ｅ）に示すように、第１の層１１上に、犠牲層となる第２の層１２を形成する。本実施形態においては、第２の層１２として、不純物濃度の異なる複数の領域を形成しても良い。そのために、例えば、図８（Ｂ）に示すように、第２の層１２を成膜した後、図８（Ｃ）に示すように、第２の層１２上の所定領域に、イオン注入用マスクとなる所定形状のレジスト層１５を形成する。次に、図８（Ｄ）に示すように、レジスト層１５をマスクとして、第２の層１２にリン、ボロン、ヒ素等のイオンを注入する。そして、図８（Ｅ）に示すように、レジスト層１５を除去する。これにより、図８（Ｃ）においてレジスト層１５を成膜した領域には不純物が注入されていない（不純物濃度が低い）第２の層１２が形成され、その他の領域には不純物が注入された（不純物濃度が高い）第２の層１２が形成される。
【００４９】
次に、図９（Ｆ）に示すように、第２の層１２（例えば、不純物濃度が低い領域及び高い領域）上の所定領域に、エッチング用マスクとなる所定形状のレジスト層１３を形成する。
【００５０】
＜４−２．エッチング＞
次に、第１の実施形態と同様に、図９（Ｇ）〜図９（Ｉ）に示すように、第２の層１２及び第１の層１１のウェットエッチングを行う。このとき、第２の層１２のエッチングレートは、不純物濃度の高い領域においては高く、不純物濃度の低い領域においては低い。これは、第２の層１２への不純物の注入によって、結晶構造が壊れ、エッチングされ易くなることによるものと考えられる。
【００５１】
これによれば、第２の層１２のエッチングレートを不純物の注入の有無又は不純物濃度によって調整することができる。従って、第２の層１２を１種類の材料で形成した場合でも、領域ごとに第２の層１２の不純物濃度を変えることにより、異なる傾斜角度を有する傾斜構造体を一度に形成することができる。
【００５２】
＜４−３．レジスト層の除去＞
最後に、図９（Ｊ）に示すように、レジスト層１３を除去することにより、本実施形態の傾斜構造体が形成される。
他の点については、第１の実施形態と同様である。
【００５３】
なお、本実施形態においては、第２の層１２に、不純物濃度が低い領域と不純物濃度が高い領域とを形成したが、第２の層１２の全体を、不純物濃度が一様に高い領域にしても良い。第２の層１２の不純物濃度を調整することにより、傾斜構造体の傾斜角度を調整することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、不純物を注入する工程の後に、第２の層１２上にレジスト層１３を形成してエッチングしたが、不純物を注入する工程の前又は後に、第２の層１２をパターニングして第２の層１２の端面を形成し、第２の実施形態において説明したように、第２の層１２上にレジスト層１３を形成せずにエッチングしても良い。
【００５５】
＜５．分光センサー＞
図１０は、上述の実施形態に係る傾斜構造体を用いた分光センサーの概略構成を示す断面図である。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とを含んでいる。
【００５６】
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１０と、基板１０に形成されたフォトダイオード５１を含んでいる。さらに基板１０には、フォトダイオード５１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５１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。
【００５７】
＜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１０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５１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１０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１０の面に垂直な方向に光路を形成する。
【００５８】
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。
【００５９】
＜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７１と、傾斜構造体７１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１０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。
【００６０】
多層膜７２の基板１０に対する傾斜角度は、フォトダイオード５１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１０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７１を形成し、その上に多層膜７２を形成する。傾斜構造体７１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。
【００６１】
以上の構成により、分光フィルター部７０は、角度制限フィルター部６０に所定の制限角度範囲内で入射する光の波長を制限する。
すなわち、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）。
【００６２】
ここで、反射光の光路長は、入射光の向きに対する多層膜７２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。
【００６３】
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の基板１０に対する傾斜角度と、角度制限フィルター部６０が通過させる入射光の制限角度範囲とによって決まる所定範囲の波長に制限される。
【００６４】
フォトダイオード５１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７１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５１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。
【００６５】
＜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５１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５１は、半導体によって構成された基板１０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。
【００６６】
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５１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。
【００６７】
＜５−４．分光センサーの製造方法＞
ここで、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１０にフォトダイオード５１を形成し、次に、フォトダイオード５１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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、ここでは入射光が分光フィルター部７０を透過して光学素子部５０に到達する透過型の分光センサーについて述べたが、入射光が分光フィルター部７０において反射して光学素子部に到達する反射型の分光センサーでも良い。
また、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】
【００７０】
１０…基板、１１…第１の層（傾斜構造体）、１２…第２の層（犠牲層）、１３…レジスト層（ウェットエッチング用マスク）、１３ａ…開口、１４…レジスト層（ドライエッチング用マスク）、１５…レジスト層（イオン注入用マスク）、５０…光学素子部、５１…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、７１…傾斜構造体、７２…多層膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に第１の層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、
前記第２の層に、前記基板の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、
前記第２の層の端面をエッチングすると同時に、前記第２の層の端面のエッチングによって露出した前記第１の層を順次エッチングする工程（ｄ）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（ｄ）では、前記基板の面方向における前記第２の層のエッチングレートは、前記第１の層のエッチングレートより大きい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（ｂ）と前記工程（ｃ）との間、又は前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）との間に、前記第２の層に不純物のイオンを導入する工程（ｅ）をさらに含む傾斜構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記工程（ｅ）は、前記第２の層に、互いに不純物濃度が異なる第１の領域及び第２の領域を形成し、
前記工程（ｄ）は、前記第２の層の前記第１の領域内の端面と前記第２の領域内の端面とを同時にエッチングする傾斜構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４において、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、前記第２の層の上方にレジスト層を形成する工程（ｆ）をさらに含んでおり、
前記工程（ｃ）は、前記レジスト層をマスクとして前記第２の層の一部をエッチングすることによって前記端面を形成し、
前記工程（ｄ）は、前記第２の層の上面を前記レジスト層によって保護しつつ、前記第２の層の端面をエッチングする傾斜構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記工程（ｂ）で形成される前記第２の層は、互いに厚さが異なる第３の領域及び第４の領域を有し、
前記工程（ｆ）は、前記第２の層の前記第３の領域の上方及び前記第４の領域の上方に、前記レジスト層を形成し、
前記工程（ｄ）は、前記第２の層の前記第３の領域内の端面と前記第４の領域内の端面とを同時にエッチングする傾斜構造体の製造方法。
【請求項７】
基板の第１の面に第１の層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、
前記第２の層に、前記基板の第１の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、
前記第２の層の端面及び前記第１の層をエッチングする工程（ｄ）と、
を含み、
前記工程（ｄ）では、前記基板の面方向における前記第２の層のエッチングレートは、前記第１の層のエッチングレートより大きく、
前記工程（ｄ）後の前記第１の層の前記基板の第１の面と交差する方向の端面が、
前記基板の第１の面に対して、傾斜している傾斜構造体の製造方法。
【請求項８】
基板に受光素子を形成する工程と、
前記受光素子の上方に、前記受光素子に向けて通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターを形成する工程と、
前記角度制限フィルターの上方に、請求項１〜請求項７の何れか一項記載の方法によって傾斜構造体を形成する工程と、
前記傾斜構造体の上方に多層膜を形成することにより、前記角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する分光フィルターを形成する工程と、
を含む分光センサーの製造方法。
【請求項１】
基板の上方に第１の層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、
前記第２の層に、前記基板の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、
前記第２の層の端面をエッチングすると同時に、前記第２の層の端面のエッチングによって露出した前記第１の層を順次エッチングする工程（ｄ）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（ｄ）では、前記基板の面方向における前記第２の層のエッチングレートは、前記第１の層のエッチングレートより大きい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（ｂ）と前記工程（ｃ）との間、又は前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）との間に、前記第２の層に不純物のイオンを導入する工程（ｅ）をさらに含む傾斜構造体の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記工程（ｅ）は、前記第２の層に、互いに不純物濃度が異なる第１の領域及び第２の領域を形成し、
前記工程（ｄ）は、前記第２の層の前記第１の領域内の端面と前記第２の領域内の端面とを同時にエッチングする傾斜構造体の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４において、
前記工程（ｂ）と前記工程（ｃ）との間に、前記第２の層の上方にレジスト層を形成する工程（ｆ）をさらに含んでおり、
前記工程（ｃ）は、前記レジスト層をマスクとして前記第２の層の一部をエッチングすることによって前記端面を形成し、
前記工程（ｄ）は、前記第２の層の上面を前記レジスト層によって保護しつつ、前記第２の層の端面をエッチングする傾斜構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記工程（ｂ）で形成される前記第２の層は、互いに厚さが異なる第３の領域及び第４の領域を有し、
前記工程（ｆ）は、前記第２の層の前記第３の領域の上方及び前記第４の領域の上方に、前記レジスト層を形成し、
前記工程（ｄ）は、前記第２の層の前記第３の領域内の端面と前記第４の領域内の端面とを同時にエッチングする傾斜構造体の製造方法。
【請求項７】
基板の第１の面に第１の層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の層の上方に第２の層を形成する工程（ｂ）と、
前記第２の層に、前記基板の第１の面と交差する方向の端面を形成する工程（ｃ）と、
前記第２の層の端面及び前記第１の層をエッチングする工程（ｄ）と、
を含み、
前記工程（ｄ）では、前記基板の面方向における前記第２の層のエッチングレートは、前記第１の層のエッチングレートより大きく、
前記工程（ｄ）後の前記第１の層の前記基板の第１の面と交差する方向の端面が、
前記基板の第１の面に対して、傾斜している傾斜構造体の製造方法。
【請求項８】
基板に受光素子を形成する工程と、
前記受光素子の上方に、前記受光素子に向けて通過する光の入射方向を制限する角度制限フィルターを形成する工程と、
前記角度制限フィルターの上方に、請求項１〜請求項７の何れか一項記載の方法によって傾斜構造体を形成する工程と、
前記傾斜構造体の上方に多層膜を形成することにより、前記角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する分光フィルターを形成する工程と、
を含む分光センサーの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１８９５１５（Ｐ２０１２−１８９５１５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４７８５（Ｐ２０１１−５４７８５）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【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２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【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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