分光センサー及び角度制限フィルター
【課題】分光センサー及び角度制限フィルターを小型化する。また、任意の傾斜角度を有する光路を含む角度制限フィルターを製造する。
【解決手段】角度制限フィルターは、第１の開口部を有する第１の遮光層と、第２の開口部を有し、第１の遮光層の上方に位置する第２の遮光層と、を含み、第２の遮光層の上方から見て第１の開口部と第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように、第１及び第２の遮光層が配置されている。分光センサーは、角度制限フィルターと、波長制限フィルターと、受光素子とを具備する。
【解決手段】角度制限フィルターは、第１の開口部を有する第１の遮光層と、第２の開口部を有し、第１の遮光層の上方に位置する第２の遮光層と、を含み、第２の遮光層の上方から見て第１の開口部と第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように、第１及び第２の遮光層が配置されている。分光センサーは、角度制限フィルターと、波長制限フィルターと、受光素子とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光センサー及び角度制限フィルターに関する。
【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。
【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】
しかしながら、従来の分光センサーでは、小型化が困難であるという課題がある。そのため、センサーを所望箇所に多数設置したり、常時設置しておいたりすること等が困難となってしまう。
【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、分光センサー及び角度制限フィルターを小型化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、角度制限フィルターは、第１の開口部を有する第１の遮光層と、第２の開口部を有し、第１の遮光層の上方に位置する第２の遮光層と、を含み、第２の遮光層の上方から見て第１の開口部と第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように、第１及び第２の遮光層が配置されている。
この態様によれば、遮光層によって光路を形成する構成により、微細なパターンの形成が可能であり、小型の角度制限フィルターの製造が可能となる。また、第１の開口部と第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように配置することにより、任意の傾斜角度を有する光路を含む角度制限フィルターの製造が可能となる。
【０００８】
上述の態様において、第３の開口部を有し、第２の遮光層の上方に位置する第３の遮光層をさらに含み、第１の開口部と第２の開口部との位置のずれ量と、第２の開口部と第３の開口部との位置のずれ量とが略同一であることが望ましい。
これによれば、光路の湾曲を低減し、角度制限フィルターによる入射角度の選択特性を向上することができる。
【０００９】
上述の態様において、第１及び第２の開口部の大きさが略同一であることが望ましい。
これによれば、光路の湾曲を低減し、角度制限フィルターによる入射角度の選択特性を向上することができる。
【００１０】
上述の態様において、第１及び第２の遮光層は、アルミニウムより反射率の低い物質によって構成されることが望ましい。
これによれば、光の反射率が低い物質によって遮光層を構成することにより、光路の壁面に当たって光路内を通過する光を低減できるので、小型の角度制限フィルターであっても、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。
【００１１】
上述の態様において、第１及び第２の遮光層が、半導体基板の上方に形成されており、半導体基板の上方における第１及び第２の遮光層を囲む領域に、第１の金属層及び第２の金属層が絶縁層を介して積層されていることが望ましい。
これによれば、半導体回路上の配線層を構成する複数の金属層を、第１及び第２の遮光層を囲む領域に形成することにより、光路内に金属層からの反射光が入射することを抑制できるので、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。
【００１２】
上述の態様において、第１及び第２の遮光層が、導電体によって形成され、それぞれ第１及び第２の金属層と電気的に接続されていることが望ましい。
これによれば、第１及び第２の遮光層と第１及び第２の金属層とが電気的に接続されることにより、第１及び第２の遮光層を電気回路の一部として用いることができる。
【００１３】
本発明の他の態様において、分光センサーは、上述の角度制限フィルターと、角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する波長制限フィルターと、角度制限フィルター及び波長制限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。
この態様によれば、上述の角度制限フィルターを用いるので、小型の分光センサーの製造が可能となる。また、波長制限フィルターを傾斜させるための傾斜構造体を形成しなくても、角度制限フィルターの光路を傾斜させることによって、透過光の波長を選択することができる。
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】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す図。
【図２】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図９】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図１０】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図。
【図１２】第３の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図。
【図１３】第４の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜１．第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す模式図である。図１（Ａ）は分光センサーの平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
分光センサー１は、角度制限フィルター１０と、波長制限フィルター２０と、受光素子３０とを具備している（図１（Ｂ）参照）。図１（Ａ）においては、波長制限フィルター２０を省略している。
【００１７】
分光センサー１が形成される半導体基板としてのＰ型シリコン基板３には、受光素子３０に所定の逆バイアス電圧を印加したり、受光素子３０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４０が形成されている（図１（Ａ）参照）。この電子回路４０を構成する半導体素子に、図示しない配線用の複数のアルミニウム（Ａｌ）合金層が接続されることにより、電子回路４０の半導体素子間の電気的接続や電子回路４０の外部との電気的接続が行われている。
【００１８】
複数のアルミニウム合金層の間には、図示しない導電プラグが接続されている。この導電プラグは、導電プラグを配置した箇所において、上下のアルミニウム合金層間を電気的に接続するものである。
【００１９】
＜１−１．角度制限フィルター＞
図１（Ｂ）に示すように、角度制限フィルター１０は、受光素子３０が形成されたＰ型シリコン基板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１０においては、電子回路４０上の導電プラグと同じプロセスにより形成した遮光体からなる複数の遮光層１３ａ〜１３ｄによって、光路を画成する壁部が形成されている。遮光層１３ａ〜１３ｄの各々は、少なくとも１つの開口部１５を有している。遮光層１３ａ〜１３ｄは、タングステン（Ｗ）によって構成されているが、タングステンに限らず、受光素子３０によって受光しようとする波長の光の反射率がアルミニウムの反射率より低い物質、例えば銅、窒化チタン、チタンタングステン、チタン、タンタル、窒化タンタル、クロム、モリブデンによって構成されていても良い。
【００２０】
また、Ｐ型シリコン基板３上には、電子回路４０上のアルミニウム合金層と同じ多層配線プロセスにより形成した複数の金属層としてのアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅが、それぞれ透光性（受光素子３０によって受光しようとする波長の光に対する透光性を言う。以下同じ）を有する絶縁層としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１２ａ〜１２ｆを介して積層されている。なお、金属層として、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅに限られず、銅（Ｃｕ）合金層が形成されても良い。
【００２１】
遮光層１３ａ〜１３ｄは、受光素子３０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、Ｐ型シリコン基板３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。これにより、遮光層１３ａ〜１３ｄの各々に形成された開口部１５の少なくとも一部が互いに重なる。遮光層１３ａ〜１３ｄの各々に形成された開口部１５によって、遮光層１３ａ〜１３ｄの積層方向に沿った光路が形成される。
【００２２】
遮光層１３ａ〜１３ｄによって形成された壁部は、光路内を通過する光の入射角度を制限する。すなわち、光路内に入射した光が、光路の向きに対して傾いている場合には、光が遮光層１３ａ〜１３ｄの何れかに当たり、その光の一部は遮光層１３ａ〜１３ｄの何れかに吸収され、残りは反射される。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ので、角度制限フィルター１０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範囲内の光に制限される。
【００２３】
遮光層１３ａ〜１３ｄの開口部１５に相当する領域には、透光性を有する上述の酸化シリコン層１２ｂ〜１２ｅが充填されている。
【００２４】
上述の態様においては、Ｐ型シリコン基板３上に、格子状の所定パターンで複数の遮光層１３ａ〜１３ｄを形成することによって壁部が形成されるので、微細なパターンの形成が可能であり、小型の角度制限フィルター１０の製造が可能となる。また、部材を接着材によって貼り合わせて分光センサーを構成する場合と比べて、製造プロセスを簡素化し、接着材による透過光の減少も抑制できる。
【００２５】
好ましい態様においては、遮光層１３ａ〜１３ｄは、上述の導電プラグと同じ材料（タングステン等）によって構成される。これにより、角度制限フィルター１０は、同一のＰ型シリコン基板３上に形成される電子回路４０のための配線用のアルミニウム合金層や導電プラグを形成するのと同時に、半導体プロセスによって形成することができる。
【００２６】
また、好ましい態様においては、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅは、遮光層１３ａ〜１３ｄによって形成された壁部を囲む領域に形成される。また、好ましい態様においては、光路の壁面が、光の反射率の高いアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅではなく、遮光層１３ａ〜１３ｄのみによって形成される。これにより、光路内に入射した光が光路の壁面で反射して光路内を通過することを抑制できるので、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。
【００２７】
また、好ましい態様において、遮光層１３ａ〜１３ｄは、これらのうち下層側の遮光層の開口部１５と、上層側の遮光層の開口部１５とが一部重なり、且つ互いにずれた位置に有している。具体的には、最下層の遮光層１３ａから最上層の遮光層１３ｄまでの各遮光層が、一定のピッチで一定方向に順次ずれた位置に形成されている。これにより、Ｐ型シリコン基板３の面に対して一定の傾斜角度で光路が形成される。開口部１５の位置のずらし量Ｘを適宜設定することにより、任意の傾斜角度を有する光路を形成することができる。
【００２８】
また、好ましい態様においては、遮光層１３ａ〜１３ｄは、それぞれアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの端面を介してアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄと電気的に接続される。そして、例えば、Ｐ型シリコン基板３に形成される受光素子３０と最下層の遮光層１３ａとが電気的に接続されることにより、受光素子３０とアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅとの電気的接続を可能としている。
【００２９】
＜１−２．波長制限フィルター＞
波長制限フィルター２０は、角度制限フィルター１０上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の低屈折率の薄膜２１と、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の高屈折率の薄膜２２とを多数積層したものである。
低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２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。
【００３０】
波長制限フィルター２０は、以上の構成により、角度制限フィルター１０に所定の制限角度範囲内で入射する光（角度制限フィルター１０を通過できる光）の波長を制限する。
すなわち、波長制限フィルター２０に入射した入射光は、低屈折率の薄膜２１と高屈折率の薄膜２２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２１と高屈折率の薄膜２２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）。
【００３１】
ここで、反射光の光路長は、入射光の向きに対する低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２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層に及ぶ低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２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波長制限フィルター２０を透過し、所定の出射角度（例えば、波長制限フィルター２０への入射角度と同じ角度）で波長制限フィルター２０から出射する。
【００３２】
角度制限フィルター１０は、所定の制限角度範囲内で角度制限フィルター１０に入射した光のみを通過させる。従って、波長制限フィルター２０と角度制限フィルター１０とを通過する光の波長は、低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２の各々の膜厚（光路長）と、角度制限フィルター１０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。
【００３３】
波長制限フィルター２０は、Ｐ型シリコン基板３に対して傾斜していても良い。傾斜した波長制限フィルター２０を形成するためには、角度制限フィルター１０上に透光性を有する傾斜構造体を形成し、その上に低屈折率の薄膜及び高屈折率の薄膜を成膜する。傾斜構造体の傾斜角度を適宜設定することにより、波長制限フィルター２０をＰ型シリコン基板３や入射光に対して任意の傾斜角度に傾斜させることができる。但し、開口部１５のずらし量Ｘの設定により、角度制限フィルター１０の光路の傾斜角度を微調整する方が、傾斜構造体の傾斜角度を微調整するよりも容易であることが多い。本実施形態によれば、角度制限フィルター１０の光路の傾斜角度を微調整できるため、分光フィルターの感度を向上させることができる。
【００３４】
本実施形態において、波長制限フィルター２０は、角度制限フィルター１０上の平坦な面に、Ｐ型シリコン基板３の面と平行に形成されている。このように、波長制限フィルターを傾斜させるための傾斜構造体を形成しなくても、図１に示すように光路ごとに異なる傾斜角度を有する角度制限フィルター１０を１つの基板上に形成することにより、複数の波長の光を１つの分光センサー１によって検出することができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、角度制限フィルター１０の光路の傾斜角度によって、分光センサー１による検出波長を微調整できるだけでなく、分光センサー１への入射光の入射角度分布に応じて、分光センサー１の感度を最適化することができる。例えば、医療の分野で血中酸素飽和度を測定するために用いられるパルスオキシメーターにおいて、ＬＥＤなどの光源から人間の皮膚等の測定対象に光を照射し、その反射光を分光センサー１によって検出する場合、反射光はＰ型シリコン基板３の面に対して垂直に入射するとは限らない。垂直以外の入射角度に入射光の強度ピークを有する場合には、その強度ピークに角度制限フィルター１０に入射する入射光の制限角度を合わせることにより、分光センサー１の感度を高めることができる。
【００３６】
＜１−３．受光素子＞
受光素子３０は、波長制限フィルター２０及び角度制限フィルター１０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。
【００３７】
受光素子３０は、Ｐ型シリコン基板３にイオン注入等によって形成した各種の半導体領域を含んでいる。Ｐ型シリコン基板３に形成された半導体領域としては、例えば、第１導電型の第１の半導体領域（ウェル）３１と、第１の半導体領域３１上に、第１の半導体領域３１に囲まれて形成された第２導電型の第２の半導体領域３２と、が含まれる。第１導電型は例えばＮ型、第２導電型は例えばＰ型である。
【００３８】
第１の半導体領域３１は、図示しない第１の外部電極に接続されることができる。第２の半導体領域３２は、角度制限フィルター１０の下端に接続され、角度制限フィルター１０はさらに図示しない第２の外部電極に接続されることができる。第１の外部電極と第２の外部電極とを介して、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２との間で形成されたＰＮ接合に逆バイアスの電圧を印加できるようになっている。
【００３９】
角度制限フィルター１０を通過してきた光が受光素子３０で受光されると、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２との間で形成されたＰＮ接合において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、第２の外部電極に接続された電子回路４０によって検知することにより、受光素子３０で受光した光を検知することができる。
【００４０】
なお、図１には、Ｐ型シリコン基板３に垂直な角度制限フィルター１０の光路を透過した波長（λ）の光を受光するための第１の受光素子３０と、傾斜角度θ１を有する光路を透過した波長（λ１＝λcosθ１）の光を受光するための第２の受光素子３０と、傾斜角度θ２を有する光路を透過した波長（λ２＝λcosθ２）の光を受光するための第３の受光素子３０とが示されている。これらの受光素子３０から生成された受光信号は、別々に設けられた第２の外部電極を介して電子回路４０に出力される。これにより、複数の波長の光を別々に検出することができる。
【００４１】
＜１−４．第１の実施形態の製造方法＞
ここで、第１の実施形態に係る分光センサー１の製造方法について説明する。分光センサー１は、最初にＰ型シリコン基板３に受光素子３０を形成し、次に、受光素子３０の上に角度制限フィルター１０を形成し、次に、角度制限フィルター１０の上に波長制限フィルター２０を形成することによって製造する。
【００４２】
最初に、Ｐ型シリコン基板３に受光素子３０を形成する。例えば、まず、Ｐ型シリコン基板３にイオン注入等を行うことによってＮ型の第１の半導体領域３１を形成する。そして、第１の半導体領域３１にさらにイオン注入等を行うことによって、Ｐ型の第２の半導体領域３２を形成する。この工程は、同一のＰ型シリコン基板３上に形成される電子回路４０の形成と同時に行うことができる。
【００４３】
次に、受光素子３０の上に角度制限フィルター１０を形成する。
図２〜図１０は、第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す平面図及び断面図である。図２〜図１０においては、Ｐ型シリコン基板３の図示を省略している。
【００４４】
（１）まず、受光素子３０が形成されたＰ型シリコン基板３の上に酸化シリコン等によって酸化シリコン層１２ａを形成する。次に、アルミニウム合金層１１ａを、電子回路４０のための配線用のアルミニウム合金層の形成と同時に形成する。アルミニウム合金層１１ａの下面及び上面には、それぞれ、チタン膜及び窒化チタン膜が形成されることが望ましい。次に、酸化シリコン層１２ａと、アルミニウム合金層１１ａとの上に、酸化シリコン層１２ｂを形成する（図２）。
【００４５】
（２）次に、酸化シリコン層１２ｂの一部をエッチングすることにより、酸化シリコン層１２ｂに溝を形成する。次に、酸化シリコン層１２ｂに形成された溝の中にタングステンの遮光層１３ａを埋め込む（図３）。遮光層１３ａは、電子回路４０のための配線用のアルミニウム合金層を接続する導電プラグの形成と同時に形成される。
なお、（２）の工程において、遮光層１３ａを埋め込むための溝のうち、最も外側の溝の中心に、アルミニウム合金層１１ａの端面が位置していることが望ましい。これにより、遮光層１３ａとアルミニウム合金層１１ａとが電気的に接続されることと、光路内にアルミニウム合金層１１ａの端面が露出しないようにすることとの両者を、より確実に実現することができる。
【００４６】
以上の（１）及び（２）の工程を所定回数繰り返すことにより、角度制限フィルター１０を形成する。なお、第２層目のアルミニウム合金層１１ｂ及び遮光層１３ｂは、第１層目のアルミニウム合金層１１ａ及び遮光層１３ａに対して面方向に所定ピッチずれた位置に形成される（図４及び図５）。第３層目以降も同様である（図６〜図１０）。
遮光層の幅及び厚さは、第１層目の遮光層１３ａから最上層の遮光層１３ｄまで一定であることが望ましい。また、下層の遮光層に対する上層の遮光層の位置のずれは、第３層目以降も同一のピッチを維持することが望ましい。これにより、光路の湾曲を低減し、角度制限フィルター１０による入射角度の選択特性を向上することができる。
【００４７】
次に、角度制限フィルター１０の上に波長制限フィルター２０を形成する。例えば、まず、角度制限フィルター１０の上に酸化シリコン層１２ｆを形成する。次に、図１に示すように、低屈折率の薄膜２１と高屈折率の薄膜２２とを交互に多数積層する。
以上の工程によって分光センサー１が製造される。
【００４８】
＜２．第２の実施形態＞
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図である。図１１（Ａ）は角度制限フィルターの平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４９】
第２の実施形態においては、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅの端面が遮光層１３ａ〜１３ｄによって覆われず、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅの端面が光路内に露出している。すなわち、遮光層１３ａ〜１３ｄは、それぞれアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの上に形成されている。この構成においては、第１の実施形態より光路の壁面の反射率が高くなるので、入射角度を制限する上では不利な場合もあるが、光路の傾斜角度を大きく傾けることもできるので、設計の自由度が向上する。
他の点については第１の実施形態と同様である。
【００５０】
＜３．第３の実施形態＞
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図である。図１２（Ａ）は角度制限フィルターの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００５１】
第３の実施形態においては、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの一方の端面のみが遮光層１３ａ〜１３ｄによって覆われており、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの他方の端面が光路内に露出している。この構成においては、第１の実施形態に比べると光路の壁面の反射率が高くなるので、入射角度を制限する上では不利な場合もあるが、第２の実施形態に比べると光路の壁面の反射率が低くなるので、入射角度を制限する上で有利である。
他の点については第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
【００５２】
＜４．第４の実施形態＞
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図である。図１３（Ａ）は角度制限フィルターの平面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００５３】
第４の実施形態においては、遮光層１３の第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間隔が広くなっており、第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間に、遮光層１３ａ〜１３ｄだけでなくアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄが形成されている。この構成によれば、遮光層１３ａ〜１３ｄの第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間隔が広い場合でも、遮光性を確保しつつ、遮光層１３ａ〜１３ｄの材料を削減することができる。
【００５４】
他の点については第１の実施形態と同様である。
以上説明した第２〜第４の実施形態に係る角度制限フィルターは、第１の実施形態に係る分光センサーに適用することもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１…分光センサー、３…Ｐ型シリコン基板（半導体基板）、１０…角度制限フィルター、１１ａ〜１１ｅ…アルミニウム合金層（金属層）、１２ａ〜１２ｆ…酸化シリコン層（絶縁層）、１３ａ〜１３ｄ…遮光層、１５、１５ａ、１５ｂ…開口部、２０…波長制限フィルター、２１…低屈折率の薄膜、２２…高屈折率の薄膜、３０…受光素子、３１…第１の半導体領域、３２…第２の半導体領域、４０…電子回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光センサー及び角度制限フィルターに関する。
【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。
【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】
しかしながら、従来の分光センサーでは、小型化が困難であるという課題がある。そのため、センサーを所望箇所に多数設置したり、常時設置しておいたりすること等が困難となってしまう。
【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、分光センサー及び角度制限フィルターを小型化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、角度制限フィルターは、第１の開口部を有する第１の遮光層と、第２の開口部を有し、第１の遮光層の上方に位置する第２の遮光層と、を含み、第２の遮光層の上方から見て第１の開口部と第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように、第１及び第２の遮光層が配置されている。
この態様によれば、遮光層によって光路を形成する構成により、微細なパターンの形成が可能であり、小型の角度制限フィルターの製造が可能となる。また、第１の開口部と第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように配置することにより、任意の傾斜角度を有する光路を含む角度制限フィルターの製造が可能となる。
【０００８】
上述の態様において、第３の開口部を有し、第２の遮光層の上方に位置する第３の遮光層をさらに含み、第１の開口部と第２の開口部との位置のずれ量と、第２の開口部と第３の開口部との位置のずれ量とが略同一であることが望ましい。
これによれば、光路の湾曲を低減し、角度制限フィルターによる入射角度の選択特性を向上することができる。
【０００９】
上述の態様において、第１及び第２の開口部の大きさが略同一であることが望ましい。
これによれば、光路の湾曲を低減し、角度制限フィルターによる入射角度の選択特性を向上することができる。
【００１０】
上述の態様において、第１及び第２の遮光層は、アルミニウムより反射率の低い物質によって構成されることが望ましい。
これによれば、光の反射率が低い物質によって遮光層を構成することにより、光路の壁面に当たって光路内を通過する光を低減できるので、小型の角度制限フィルターであっても、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。
【００１１】
上述の態様において、第１及び第２の遮光層が、半導体基板の上方に形成されており、半導体基板の上方における第１及び第２の遮光層を囲む領域に、第１の金属層及び第２の金属層が絶縁層を介して積層されていることが望ましい。
これによれば、半導体回路上の配線層を構成する複数の金属層を、第１及び第２の遮光層を囲む領域に形成することにより、光路内に金属層からの反射光が入射することを抑制できるので、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。
【００１２】
上述の態様において、第１及び第２の遮光層が、導電体によって形成され、それぞれ第１及び第２の金属層と電気的に接続されていることが望ましい。
これによれば、第１及び第２の遮光層と第１及び第２の金属層とが電気的に接続されることにより、第１及び第２の遮光層を電気回路の一部として用いることができる。
【００１３】
本発明の他の態様において、分光センサーは、上述の角度制限フィルターと、角度制限フィルターを通過できる光の波長を制限する波長制限フィルターと、角度制限フィルター及び波長制限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。
この態様によれば、上述の角度制限フィルターを用いるので、小型の分光センサーの製造が可能となる。また、波長制限フィルターを傾斜させるための傾斜構造体を形成しなくても、角度制限フィルターの光路を傾斜させることによって、透過光の波長を選択することができる。
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】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す図。
【図２】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図４】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図６】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図７】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図８】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図９】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図１０】第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す図。
【図１１】第２の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図。
【図１２】第３の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図。
【図１３】第４の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
＜１．第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る角度制限フィルター及び分光センサーを示す模式図である。図１（Ａ）は分光センサーの平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
分光センサー１は、角度制限フィルター１０と、波長制限フィルター２０と、受光素子３０とを具備している（図１（Ｂ）参照）。図１（Ａ）においては、波長制限フィルター２０を省略している。
【００１７】
分光センサー１が形成される半導体基板としてのＰ型シリコン基板３には、受光素子３０に所定の逆バイアス電圧を印加したり、受光素子３０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４０が形成されている（図１（Ａ）参照）。この電子回路４０を構成する半導体素子に、図示しない配線用の複数のアルミニウム（Ａｌ）合金層が接続されることにより、電子回路４０の半導体素子間の電気的接続や電子回路４０の外部との電気的接続が行われている。
【００１８】
複数のアルミニウム合金層の間には、図示しない導電プラグが接続されている。この導電プラグは、導電プラグを配置した箇所において、上下のアルミニウム合金層間を電気的に接続するものである。
【００１９】
＜１−１．角度制限フィルター＞
図１（Ｂ）に示すように、角度制限フィルター１０は、受光素子３０が形成されたＰ型シリコン基板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１０においては、電子回路４０上の導電プラグと同じプロセスにより形成した遮光体からなる複数の遮光層１３ａ〜１３ｄによって、光路を画成する壁部が形成されている。遮光層１３ａ〜１３ｄの各々は、少なくとも１つの開口部１５を有している。遮光層１３ａ〜１３ｄは、タングステン（Ｗ）によって構成されているが、タングステンに限らず、受光素子３０によって受光しようとする波長の光の反射率がアルミニウムの反射率より低い物質、例えば銅、窒化チタン、チタンタングステン、チタン、タンタル、窒化タンタル、クロム、モリブデンによって構成されていても良い。
【００２０】
また、Ｐ型シリコン基板３上には、電子回路４０上のアルミニウム合金層と同じ多層配線プロセスにより形成した複数の金属層としてのアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅが、それぞれ透光性（受光素子３０によって受光しようとする波長の光に対する透光性を言う。以下同じ）を有する絶縁層としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）層１２ａ〜１２ｆを介して積層されている。なお、金属層として、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅに限られず、銅（Ｃｕ）合金層が形成されても良い。
【００２１】
遮光層１３ａ〜１３ｄは、受光素子３０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、Ｐ型シリコン基板３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。これにより、遮光層１３ａ〜１３ｄの各々に形成された開口部１５の少なくとも一部が互いに重なる。遮光層１３ａ〜１３ｄの各々に形成された開口部１５によって、遮光層１３ａ〜１３ｄの積層方向に沿った光路が形成される。
【００２２】
遮光層１３ａ〜１３ｄによって形成された壁部は、光路内を通過する光の入射角度を制限する。すなわち、光路内に入射した光が、光路の向きに対して傾いている場合には、光が遮光層１３ａ〜１３ｄの何れかに当たり、その光の一部は遮光層１３ａ〜１３ｄの何れかに吸収され、残りは反射される。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ので、角度制限フィルター１０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範囲内の光に制限される。
【００２３】
遮光層１３ａ〜１３ｄの開口部１５に相当する領域には、透光性を有する上述の酸化シリコン層１２ｂ〜１２ｅが充填されている。
【００２４】
上述の態様においては、Ｐ型シリコン基板３上に、格子状の所定パターンで複数の遮光層１３ａ〜１３ｄを形成することによって壁部が形成されるので、微細なパターンの形成が可能であり、小型の角度制限フィルター１０の製造が可能となる。また、部材を接着材によって貼り合わせて分光センサーを構成する場合と比べて、製造プロセスを簡素化し、接着材による透過光の減少も抑制できる。
【００２５】
好ましい態様においては、遮光層１３ａ〜１３ｄは、上述の導電プラグと同じ材料（タングステン等）によって構成される。これにより、角度制限フィルター１０は、同一のＰ型シリコン基板３上に形成される電子回路４０のための配線用のアルミニウム合金層や導電プラグを形成するのと同時に、半導体プロセスによって形成することができる。
【００２６】
また、好ましい態様においては、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅは、遮光層１３ａ〜１３ｄによって形成された壁部を囲む領域に形成される。また、好ましい態様においては、光路の壁面が、光の反射率の高いアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅではなく、遮光層１３ａ〜１３ｄのみによって形成される。これにより、光路内に入射した光が光路の壁面で反射して光路内を通過することを抑制できるので、制限角度範囲を超える入射角の光が光路内を通過しにくいようにすることができる。
【００２７】
また、好ましい態様において、遮光層１３ａ〜１３ｄは、これらのうち下層側の遮光層の開口部１５と、上層側の遮光層の開口部１５とが一部重なり、且つ互いにずれた位置に有している。具体的には、最下層の遮光層１３ａから最上層の遮光層１３ｄまでの各遮光層が、一定のピッチで一定方向に順次ずれた位置に形成されている。これにより、Ｐ型シリコン基板３の面に対して一定の傾斜角度で光路が形成される。開口部１５の位置のずらし量Ｘを適宜設定することにより、任意の傾斜角度を有する光路を形成することができる。
【００２８】
また、好ましい態様においては、遮光層１３ａ〜１３ｄは、それぞれアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの端面を介してアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄと電気的に接続される。そして、例えば、Ｐ型シリコン基板３に形成される受光素子３０と最下層の遮光層１３ａとが電気的に接続されることにより、受光素子３０とアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅとの電気的接続を可能としている。
【００２９】
＜１−２．波長制限フィルター＞
波長制限フィルター２０は、角度制限フィルター１０上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の低屈折率の薄膜２１と、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の高屈折率の薄膜２２とを多数積層したものである。
低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２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。
【００３０】
波長制限フィルター２０は、以上の構成により、角度制限フィルター１０に所定の制限角度範囲内で入射する光（角度制限フィルター１０を通過できる光）の波長を制限する。
すなわち、波長制限フィルター２０に入射した入射光は、低屈折率の薄膜２１と高屈折率の薄膜２２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２１と高屈折率の薄膜２２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）。
【００３１】
ここで、反射光の光路長は、入射光の向きに対する低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２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層に及ぶ低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２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波長制限フィルター２０を透過し、所定の出射角度（例えば、波長制限フィルター２０への入射角度と同じ角度）で波長制限フィルター２０から出射する。
【００３２】
角度制限フィルター１０は、所定の制限角度範囲内で角度制限フィルター１０に入射した光のみを通過させる。従って、波長制限フィルター２０と角度制限フィルター１０とを通過する光の波長は、低屈折率の薄膜２１及び高屈折率の薄膜２２の各々の膜厚（光路長）と、角度制限フィルター１０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。
【００３３】
波長制限フィルター２０は、Ｐ型シリコン基板３に対して傾斜していても良い。傾斜した波長制限フィルター２０を形成するためには、角度制限フィルター１０上に透光性を有する傾斜構造体を形成し、その上に低屈折率の薄膜及び高屈折率の薄膜を成膜する。傾斜構造体の傾斜角度を適宜設定することにより、波長制限フィルター２０をＰ型シリコン基板３や入射光に対して任意の傾斜角度に傾斜させることができる。但し、開口部１５のずらし量Ｘの設定により、角度制限フィルター１０の光路の傾斜角度を微調整する方が、傾斜構造体の傾斜角度を微調整するよりも容易であることが多い。本実施形態によれば、角度制限フィルター１０の光路の傾斜角度を微調整できるため、分光フィルターの感度を向上させることができる。
【００３４】
本実施形態において、波長制限フィルター２０は、角度制限フィルター１０上の平坦な面に、Ｐ型シリコン基板３の面と平行に形成されている。このように、波長制限フィルターを傾斜させるための傾斜構造体を形成しなくても、図１に示すように光路ごとに異なる傾斜角度を有する角度制限フィルター１０を１つの基板上に形成することにより、複数の波長の光を１つの分光センサー１によって検出することができる。
【００３５】
また、本実施形態においては、角度制限フィルター１０の光路の傾斜角度によって、分光センサー１による検出波長を微調整できるだけでなく、分光センサー１への入射光の入射角度分布に応じて、分光センサー１の感度を最適化することができる。例えば、医療の分野で血中酸素飽和度を測定するために用いられるパルスオキシメーターにおいて、ＬＥＤなどの光源から人間の皮膚等の測定対象に光を照射し、その反射光を分光センサー１によって検出する場合、反射光はＰ型シリコン基板３の面に対して垂直に入射するとは限らない。垂直以外の入射角度に入射光の強度ピークを有する場合には、その強度ピークに角度制限フィルター１０に入射する入射光の制限角度を合わせることにより、分光センサー１の感度を高めることができる。
【００３６】
＜１−３．受光素子＞
受光素子３０は、波長制限フィルター２０及び角度制限フィルター１０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。
【００３７】
受光素子３０は、Ｐ型シリコン基板３にイオン注入等によって形成した各種の半導体領域を含んでいる。Ｐ型シリコン基板３に形成された半導体領域としては、例えば、第１導電型の第１の半導体領域（ウェル）３１と、第１の半導体領域３１上に、第１の半導体領域３１に囲まれて形成された第２導電型の第２の半導体領域３２と、が含まれる。第１導電型は例えばＮ型、第２導電型は例えばＰ型である。
【００３８】
第１の半導体領域３１は、図示しない第１の外部電極に接続されることができる。第２の半導体領域３２は、角度制限フィルター１０の下端に接続され、角度制限フィルター１０はさらに図示しない第２の外部電極に接続されることができる。第１の外部電極と第２の外部電極とを介して、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２との間で形成されたＰＮ接合に逆バイアスの電圧を印加できるようになっている。
【００３９】
角度制限フィルター１０を通過してきた光が受光素子３０で受光されると、第１の半導体領域３１と第２の半導体領域３２との間で形成されたＰＮ接合において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、第２の外部電極に接続された電子回路４０によって検知することにより、受光素子３０で受光した光を検知することができる。
【００４０】
なお、図１には、Ｐ型シリコン基板３に垂直な角度制限フィルター１０の光路を透過した波長（λ）の光を受光するための第１の受光素子３０と、傾斜角度θ１を有する光路を透過した波長（λ１＝λcosθ１）の光を受光するための第２の受光素子３０と、傾斜角度θ２を有する光路を透過した波長（λ２＝λcosθ２）の光を受光するための第３の受光素子３０とが示されている。これらの受光素子３０から生成された受光信号は、別々に設けられた第２の外部電極を介して電子回路４０に出力される。これにより、複数の波長の光を別々に検出することができる。
【００４１】
＜１−４．第１の実施形態の製造方法＞
ここで、第１の実施形態に係る分光センサー１の製造方法について説明する。分光センサー１は、最初にＰ型シリコン基板３に受光素子３０を形成し、次に、受光素子３０の上に角度制限フィルター１０を形成し、次に、角度制限フィルター１０の上に波長制限フィルター２０を形成することによって製造する。
【００４２】
最初に、Ｐ型シリコン基板３に受光素子３０を形成する。例えば、まず、Ｐ型シリコン基板３にイオン注入等を行うことによってＮ型の第１の半導体領域３１を形成する。そして、第１の半導体領域３１にさらにイオン注入等を行うことによって、Ｐ型の第２の半導体領域３２を形成する。この工程は、同一のＰ型シリコン基板３上に形成される電子回路４０の形成と同時に行うことができる。
【００４３】
次に、受光素子３０の上に角度制限フィルター１０を形成する。
図２〜図１０は、第１の実施形態に係る角度制限フィルターの形成工程を示す平面図及び断面図である。図２〜図１０においては、Ｐ型シリコン基板３の図示を省略している。
【００４４】
（１）まず、受光素子３０が形成されたＰ型シリコン基板３の上に酸化シリコン等によって酸化シリコン層１２ａを形成する。次に、アルミニウム合金層１１ａを、電子回路４０のための配線用のアルミニウム合金層の形成と同時に形成する。アルミニウム合金層１１ａの下面及び上面には、それぞれ、チタン膜及び窒化チタン膜が形成されることが望ましい。次に、酸化シリコン層１２ａと、アルミニウム合金層１１ａとの上に、酸化シリコン層１２ｂを形成する（図２）。
【００４５】
（２）次に、酸化シリコン層１２ｂの一部をエッチングすることにより、酸化シリコン層１２ｂに溝を形成する。次に、酸化シリコン層１２ｂに形成された溝の中にタングステンの遮光層１３ａを埋め込む（図３）。遮光層１３ａは、電子回路４０のための配線用のアルミニウム合金層を接続する導電プラグの形成と同時に形成される。
なお、（２）の工程において、遮光層１３ａを埋め込むための溝のうち、最も外側の溝の中心に、アルミニウム合金層１１ａの端面が位置していることが望ましい。これにより、遮光層１３ａとアルミニウム合金層１１ａとが電気的に接続されることと、光路内にアルミニウム合金層１１ａの端面が露出しないようにすることとの両者を、より確実に実現することができる。
【００４６】
以上の（１）及び（２）の工程を所定回数繰り返すことにより、角度制限フィルター１０を形成する。なお、第２層目のアルミニウム合金層１１ｂ及び遮光層１３ｂは、第１層目のアルミニウム合金層１１ａ及び遮光層１３ａに対して面方向に所定ピッチずれた位置に形成される（図４及び図５）。第３層目以降も同様である（図６〜図１０）。
遮光層の幅及び厚さは、第１層目の遮光層１３ａから最上層の遮光層１３ｄまで一定であることが望ましい。また、下層の遮光層に対する上層の遮光層の位置のずれは、第３層目以降も同一のピッチを維持することが望ましい。これにより、光路の湾曲を低減し、角度制限フィルター１０による入射角度の選択特性を向上することができる。
【００４７】
次に、角度制限フィルター１０の上に波長制限フィルター２０を形成する。例えば、まず、角度制限フィルター１０の上に酸化シリコン層１２ｆを形成する。次に、図１に示すように、低屈折率の薄膜２１と高屈折率の薄膜２２とを交互に多数積層する。
以上の工程によって分光センサー１が製造される。
【００４８】
＜２．第２の実施形態＞
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図である。図１１（Ａ）は角度制限フィルターの平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４９】
第２の実施形態においては、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅの端面が遮光層１３ａ〜１３ｄによって覆われず、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｅの端面が光路内に露出している。すなわち、遮光層１３ａ〜１３ｄは、それぞれアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの上に形成されている。この構成においては、第１の実施形態より光路の壁面の反射率が高くなるので、入射角度を制限する上では不利な場合もあるが、光路の傾斜角度を大きく傾けることもできるので、設計の自由度が向上する。
他の点については第１の実施形態と同様である。
【００５０】
＜３．第３の実施形態＞
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図である。図１２（Ａ）は角度制限フィルターの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００５１】
第３の実施形態においては、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの一方の端面のみが遮光層１３ａ〜１３ｄによって覆われており、アルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄの他方の端面が光路内に露出している。この構成においては、第１の実施形態に比べると光路の壁面の反射率が高くなるので、入射角度を制限する上では不利な場合もあるが、第２の実施形態に比べると光路の壁面の反射率が低くなるので、入射角度を制限する上で有利である。
他の点については第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
【００５２】
＜４．第４の実施形態＞
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る角度制限フィルターを示す模式図である。図１３（Ａ）は角度制限フィルターの平面図、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００５３】
第４の実施形態においては、遮光層１３の第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間隔が広くなっており、第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間に、遮光層１３ａ〜１３ｄだけでなくアルミニウム合金層１１ａ〜１１ｄが形成されている。この構成によれば、遮光層１３ａ〜１３ｄの第１の開口部１５ａと第２の開口部１５ｂとの間隔が広い場合でも、遮光性を確保しつつ、遮光層１３ａ〜１３ｄの材料を削減することができる。
【００５４】
他の点については第１の実施形態と同様である。
以上説明した第２〜第４の実施形態に係る角度制限フィルターは、第１の実施形態に係る分光センサーに適用することもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１…分光センサー、３…Ｐ型シリコン基板（半導体基板）、１０…角度制限フィルター、１１ａ〜１１ｅ…アルミニウム合金層（金属層）、１２ａ〜１２ｆ…酸化シリコン層（絶縁層）、１３ａ〜１３ｄ…遮光層、１５、１５ａ、１５ｂ…開口部、２０…波長制限フィルター、２１…低屈折率の薄膜、２２…高屈折率の薄膜、３０…受光素子、３１…第１の半導体領域、３２…第２の半導体領域、４０…電子回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の開口部を有する第１の遮光層と、
第２の開口部を有し、前記第１の遮光層の上方に位置する第２の遮光層と、
を含み、
前記第２の遮光層の上方から見て前記第１の開口部と前記第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように、前記第１及び第２の遮光層が配置されている角度制限フィルター。
【請求項２】
請求項１において、
第３の開口部を有し、前記第２の遮光層の上方に位置する第３の遮光層をさらに含み、
前記第１の開口部と前記第２の開口部との位置のずれ量と、前記第２の開口部と前記第３の開口部との位置のずれ量とが略同一である角度制限フィルター。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１及び第２の開口部の大きさが略同一である角度制限フィルター。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記第１及び第２の遮光層は、アルミニウムより反射率の低い物質によって構成された角度制限フィルター。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
前記第１及び第２の遮光層が、半導体基板の上方に形成されており、
前記半導体基板の上方における前記第１及び第２の遮光層を囲む領域に、第１の金属層及び第２の金属層が絶縁層を介して積層されている角度制限フィルター。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１及び第２の遮光層が、導電体によって形成され、それぞれ前記第１及び第２の金属層と電気的に接続されている角度制限フィルター。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項記載の角度制限フィルターと、
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波長制限フィルターと、
前記角度制限フィルター及び前記波長制限フィルターを通過した光を検出する受光素子と、
を具備する分光センサー。
【請求項１】
第１の開口部を有する第１の遮光層と、
第２の開口部を有し、前記第１の遮光層の上方に位置する第２の遮光層と、
を含み、
前記第２の遮光層の上方から見て前記第１の開口部と前記第２の開口部とが一部重なり、且つ、ずれた位置に有するように、前記第１及び第２の遮光層が配置されている角度制限フィルター。
【請求項２】
請求項１において、
第３の開口部を有し、前記第２の遮光層の上方に位置する第３の遮光層をさらに含み、
前記第１の開口部と前記第２の開口部との位置のずれ量と、前記第２の開口部と前記第３の開口部との位置のずれ量とが略同一である角度制限フィルター。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１及び第２の開口部の大きさが略同一である角度制限フィルター。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
前記第１及び第２の遮光層は、アルミニウムより反射率の低い物質によって構成された角度制限フィルター。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
前記第１及び第２の遮光層が、半導体基板の上方に形成されており、
前記半導体基板の上方における前記第１及び第２の遮光層を囲む領域に、第１の金属層及び第２の金属層が絶縁層を介して積層されている角度制限フィルター。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１及び第２の遮光層が、導電体によって形成され、それぞれ前記第１及び第２の金属層と電気的に接続されている角度制限フィルター。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項記載の角度制限フィルターと、
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波長制限フィルターと、
前記角度制限フィルター及び前記波長制限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２】
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【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１８９９３１（Ｐ２０１２−１８９９３１Ａ）
【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２０１１−５５１８０（Ｐ２０１１−５５１８０）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【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１４日（２０１１．３．１４）
【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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