(57)【要約】フォトダイオードを、一体のマスクとともに形成して、好ましくない光を遮ることができるようにする。カバー上にマスクをエッチングしたり、カバー上にマスクを配置する代わりに、マスクをフォトダイオード上に直接形成することによって、ミスアライメントの問題を避けることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共有ダイ上で共通に形成される一対のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）と、
前記ダイと一体に形成されるマスク（３０９、４０９、５０１）と、を備える光検出器。
【請求項２】
前記マスクが、不透明材料でできて互いに平行なバー（３１５、４１５）を有して形成され、前記バー間にギャップを有する、請求項１に記載の光検出器。
【請求項３】
前記平行なバーが２つのグループで形成され、第１グループは第１ダイオードを覆うように位置決めされ、第２グループは第２ダイオードを覆うように位置決めされ、各グループは、遠位端を有する互いに離隔されたバーを有し、一方のグループにおけるバーの遠位端は他方のグループにおけるバー間のギャップに隣接して位置する、請求項２に記載の光検出器。
【請求項４】
前記マスクが、前記マスク内に形成された複数のほぼ円形の開口（５１０Ａ、５１０Ｂ）を有して形成される、請求項１に記載の光検出器。
【請求項５】
前記開口が、ＴＥＭ００光のみを通すようにサイズ決めされる、請求項１に記載の光検出器。
【請求項６】
前記平行ラインのピッチが複屈折パターンのピッチと一致する、請求項１に記載の光検出器。
【請求項７】
マスクされた光検出器を作製する方法であって、
ダイオード（Ｄ１）が中に形成されたダイを形成するステップと、
前記ダイ上にフォトマスク（３０９、４０９、５０１）を配置して、前記ダイオードの一部を覆うステップとを含む方法。
【請求項８】
光学的に不透明な材料の複数の平行なバー（３１５、４１５）を有するように前記フォトマスクを形成し、ギャップがバーの間に形成され、前記バーおよびギャップはある幅を有するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
単一バーの幅に対するギャップの幅の比が０．８１８２と１．２２２２との間になるようなそれぞれの幅を有するように前記バーおよびギャップを形成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記バーをブルークローム材料から形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マスク内に複数の開口（５１０Ａ、５１０Ｂ）を有するように前記マスクを形成し、前記開口のうちの１つは、光が前記ダイオードに達することを可能にするように位置決めされるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
ＴＥＭ００を有する光のみを通すように前記開口を形成するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
リング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器（３００、４００）であって、
第１フォトダイオード（Ｄ１）と、
ある波長の光が前記フォトダイオードに達することを排除するために前記第１フォトダイオード内に形成されたマスク（３０９、４０９）とを備えるリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項１４】
前記マスクは、前記第１フォトダイオード上に形成された、ほぼ平坦で離隔された複数の平行なバー（３１５、４１５）をさらに備え、前記間隔は、前記複屈折パターンのピッチに一致するように選択される、請求項１３に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項１５】
第２のフォトダイオード（Ｄ２）をさらに備える、請求項１４に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項１６】
前記第１および第２ダイオードが、それらの間に中央ギャップを有した状態でダイ上に並んで形成される、請求項１５に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項１７】
前記マスクが両方のダイオードを覆う、請求項１６に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項１８】
前記マスクの前記バーが、第１および第２グループ内で形成され、前記第１グループは前記第１フォトダイオードに隣接して位置決めされ、前記第２グループは前記第２フォトダイオードに隣接して位置決めされ、請求項１７に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項１９】
前記第１および第２グループが、マスク縁部によって接続され、各グループのバーは、前記中央ギャップに隣接する遠位端を有する、請求項１８に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【請求項２０】
前記第１グループの前記バーの前記遠位端が、前記第２グループのバーとバーの間の空間に隣接するように位置決めされる、請求項１９に記載のリング・レーザ・ジャイロ読み出し検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願の参照）
本出願は、２０００年８月１１日に出願された、「Ｐｈｏｔｏｍａｓｋ　Ｄｉｒｅｃｔｌｙ　Ｏｎ　Ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ」と題する米国仮特許出願第６０／２４４，６９８号に基づく恩恵を享受することを主張するものであり、当該仮特許出願の内容は、ここに参照することにより本明細書に組み込むものとする。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は光検出器の分野、より詳細にはレーザとともに使用される光検出器に関する。
【０００３】
（発明の背景）
リング・レーザ・ジャイロスコープの例は、Ｊ．Ｋｉｌｌｐａｔｒｉｃｋに対して発行された米国特許第３，３７３，６５０号およびＴ．Ｐｏｄｇｏｒｓｋｉに対して発行された米国特許第３，３９０，６０６号に示され、記載されている。リング・レーザ・ジャイロの欠かせない部分は、レーザビーム源または発生器である。レーザ発生器の１つのタイプは、電極および光学的閉ループ経路を生じる複数のミラーと組み合わされたガス放出共振器（ｇａｓ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｃａｖｉｔｙ）を備える。複数の内部接続トンネルすなわち孔を有するレーザブロックは、一般にガス放出共振器を形成する。
【０００４】
現代のリング・レーザ・ジャイロは、レーザ生成（ｌａｓｉｎｇ）ガスで満たされたガス放出共振器を使用し、レーザ生成ガスは、レーザ生成ガスを通して電極を次々と通過する電流によって励起されるとイオン化する。複数のミラーが適切に整列する場合、互いに反対方向へ伝播する２つのレーザビーム（光学的閉ループ経路に沿って互いに反対方向に伝わる）が生ずるであろう。互いに反対方向へ伝播するそれぞれのレーザビームは、空間モードと呼ばれることがある、いくつかの光ビームから成りたつ。通常、ＴＥＭ００モードと呼ばれる最も中心的なモード（基本または主空間モードとも呼ばれる）は、リング・レーザ・ジャイロの動作に対して最も多くのエネルギー量を含み、最も大きな値を有する。
【０００５】
リング・レーザ・ジャイロ・システムの一実施形態は、経路長制御器と呼ぶデバイスを含み、経路長制御器は、複数のミラー間の距離を変えることによって、光学的閉ループ経路長に対して少し変更を加えることができる。経路長が正しく設定されるのを確実にするために、レーザ強度モニター（ＬＩＭ）を放出共振器に適切に連結して、複数のミラーのうちの１つから出る、互いに反対方向へ伝播するレーザビームのうちの１つの一部の強度が観察されるようにする。望ましくは、レーザ強度モニターは、ミラーから出るＴＥＭ００モードのレーザビームのみに対して感受性があるべきである。ＴＥＭ００モードの強度に基づいて経路長が調整されて、ＴＥＭ００モードは常に、可能な最も多くのエネルギー量を含む。
【０００６】
このことを達成するために、互いに反対方向へ伝播するレーザビームのうちの１つのＴＥＭ００モードのビームのみをモニターする。同時に２つ以上の空間モードがモニターされる場合、リング・レーザ・ジャイロは、経路長を調整して、ＴＥＭ００モード以外のモードにおいてエネルギーを最大にするように試みるであろう。このことによって、リング・レーザ・ジャイロは、ＴＥＭ００モードのみである場合より精度の低い読み取り値を示すであろう。
【０００７】
図１は、リング・レーザ・ジャイロスコープの一部として光検出レーザ強度モニタリング装置１０を使用する方法を示す。上述したように、ミラー２０２を含む複数のミラーと一緒のレーザブロック３０は、Ｔ．Ｐｏｄｇｏｒｓｋｉに対して発行された米国特許第３，３９０，６０６号に詳細に記載されているように、互いに反対方向へ伝播する一対のレーザビーム３５および３６を供給する。
【０００８】
図１に示すように、光学的に透過性のある基板２００は、ブロック３０に固定される。透過性のある基板２００は、背中あわせの主表面２０１および２１６を含む。第１主表面２０１は適切に研磨され、光学的な意味で被覆されて、ビーム３６の主要部分をビーム３５と反対方向へ反射する、半透過性のミラー２０２を提供する。同様に、ビーム３５の主要部分はビーム３６と反対方向へ反射する。
【０００９】
同様に図１に示すように、本発明によるレーザ強度モニタリング装置１０は、感光性要素すなわち表面２０を有する光検出器１２を気密に封入する、すなわち環境的に保護するための光検出器パッケージ１１から成る。光検出器パッケージは、不透明で剛性のある、カップ形状格納容器１４、および第１および第２の背中あわせの表面４０１および４０２を有する光学的に透明な窓１６を含み、２つの表面はそれぞれ、光検出器パッケージの内面および外面をある程度形成する。さらに、窓１６は、窓１６の表面４０２上に蒸着した薄膜無反射金属マスク２４を含む。後に、より詳細に説明するように、図５に示す薄膜無反射金属マスク２４は、実質的に不透明で、光を通すために選択された大きさと形の開口１００を含む。
【００１０】
光検出器パッケージ１１は、基板２００にしっかりと固定されて、透明窓１６は表面２１６に並置される。光検出器パッケージ１１およびマスク２４の開口１００が適切に整列した状態で、ミラー２０２を透過し、ミラー２０２から出る光ビームは、透明窓１６および開口１００を通過して、光検出器１２の感光性表面２０に当たるであろう。
【００１１】
マスク２４があるために、図１に示すように、互いに反対方向へ伝播するレーザビームのうちの１つ、たとえばビーム３５からのＴＥＭ００モード光のみが、光検出器１２の感光性表面２０に当たることが可能になる。入射ビームのＴＥＭ００モード光の強度が変わる時、光検出器１２はそれに応じて出力を変える。
【００１２】
図２は、本発明のレーザ強度モニタリング装置１０の別の実施形態を示す。図２の実施形態は、図１の構成要素を有し、同じ番号で指示されている。図２に示す実施形態は、薄膜無反射金属マスク２４が、表面４０１の代わりに透明窓１６の表面４０２上に蒸着して配置されていることを除いて、図１に述べる実施形態と同じである。薄膜マスク２４は窓全体を覆うように示しているが、基板２００に適切に接合させることは必要としない。
【００１３】
これまで、光検出器から成るレーザ強度モニタリング装置は、光検出器が搭載される格納容器を構成するパッケージ内に収容された。格納容器はさらに、光検出器の感光性表面に対して、概して平行でかつ前面にある透明窓を含んでいた。接着剤によって透明窓の外側表面にマイラーマスクが取り付けられる。マイラーマスクはネガと同じで、ＴＥＭ００モードが通過することを可能にするであろう、ある大きさと形の開口を有し、一般に不透明である。別法として、入射光と光検出器の間に配置されるガラスマスクが使用された。
【００１４】
リング・レーザ・ジャイロに組み込まれた光検出器は、読み出し検出器およびＬＩＭ検出器を含む。これらのデバイスが搭載される組み立て品は、検出器に加えられる光信号の一部を遮るマスクを含むことができる。読み出し検出器組み立て品は、たとえば、格子パターンの形態のマスクを含むことができる。
【００１５】
マスクを読み出し検出器に組み込む１つの既知の手法は、マイラーまたはガラス上にパターニングしたクロームマスクの使用を含む。マスクは、光検出器パッケージとリング・レーザ・ジャイロ・ミラーの間で接合される。これらの手法は多数の欠点を有する。ガラスマスクは比較的費用がかかる。ガラスマスクよりは費用はかからないが、マイラーマスクは同様に、温度範囲全体にわたって十分に働かない。いくつかの異なる格子の大きさを使用するため、いくつかの大きさのマスクを在庫しなければならない。組み立て中にマスクを光検出器パッケージと整列させ、接合するのはかなり時間がかかる可能性もある。
【００１６】
別の手法は、光検出器パッケージの透明サファイア蓋上にマスクを直接パターニングすることを含む。個別のマスクを製造し、在庫し、および組み立てる必要に伴う多くの欠点は、本手法によって低減される。しかし、マスクとともに蓋を製造するのは比較的費用がかかり、それらは組み立て中に傷付きやすい。
【００１７】
（発明の概要）
本発明は、リング・レーザ・ジャイロ用の光検出器（たとえば、読み出し検出器およびＬＩＭ検出器）であり、光検出器ダイ上に直接形成されたマスクを有する。マスクは、スピン、印刷、スプレーまたは真空蒸着などの半導体製造工程によって形成される。マスクを形成するための好ましい材料は、スパッタリング工程によって塗布されるブルークロームである。こうした構造はレーザ読み出しデバイスおよびＬＩＭの両方の使用に適している。
【００１８】
読み出し検出器に関して上述したが、本発明はまた、ＬＩＭ検出器に適用して組み込むことができる。
本発明による光検出器は、多数の利点を提供する。マスクはダイ上にあるため、傷に対する脆性が低減される。高いレベルで工程を統合できるためにコストが低減される。また、比較的高い位置合わせ精度が得られるため、より複雑なマスクパターンをデバイスに効率良く組み込むことができる。
【００１９】
（発明の詳細な説明）
図３を参照すると、読み出し検出器として使用するための、本発明の光検出器３００が示されている。光検出器３００はダイ３０５、マスク３０９ならびにワイヤボンドパッド３４０および３４５を含む。マスク３０９は、２つの領域３１０および３１１を有し、２つの領域はダイ３０５上にパターンを作って、領域３２０および３３０がマスクで覆われないままにされるため、光がダイに当たって、それによってダイの伝導率に影響を与えることができる。マスクバー３１５は、スピン、印刷、スプレーまたは真空蒸着などの工程を通ってダイ上に形成される。好ましい実施形態において、マスクは、スパッタリング工程を用いて検出器のウェハに塗布されたブルークロームから作られる。光検出器について、フォトマスクで汚染の問題が起こる場合、マスキングの前に上部被覆（ｔｏｐｃｏａｔ）をウェハに塗布することができる。光検出器がマスクされた後、ウェハは個別の光検出器に切り離される。
【００２０】
ここで図４を参照すると、図３の光検出器と同様な光検出器４００が示されている。しかし、この光検出器において、マスク４０９は２つの領域４１０および４１１を有し、２つの領域はずれているため、マスク４１０上のバー４１５は覆われていない領域４３０と一列に並び、バー４３５は覆われていない領域４２０と一列に並ぶ。
【００２１】
フォトマスク材料の塗布に続いて、光検出器の製造者は、フォトエッチング工程を用いて、所望のマスクパターンを材料にエッチングすることができる。ワイヤボンドパッドはトレースに隣接する領域からエッチング除去することができる。その後、個別のダイをウェハから切り離すことができる。
【００２２】
ここで図５を参照すると、経路長制御用のレーザ強度モニターマスクが示されている。マスク５０１は開口５１０Ａおよび５１０Ｂを含む。開口は、ＴＥＭ００モードで光を通過させるようにサイズ決めされる。ボンドパッド穴５１５は、マスクを通り抜けて（ｂｅ　ｍａｄｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｍａｓｋ）、ボンドパッドに達するようにされる。ボンドパッド穴はワイヤが光検出器に接続できるように形成される。
【００２３】
好ましい実施形態における、読み出しおよびＬＩＭの両方のために、光検出器は、６３２８オングストロームの５％最大反射光でのクロームメタリゼーションを有するマスクを有する。クロームマスクは２．５以上の光学濃度単位（０．３％以下の透過率）を有するであろう。被覆された光学表面は、セロファンテープが被覆表面にしっかりと押し付けられ、被覆表面に垂直な角度ですばやく取り除かれた時に、被覆がはがれる兆候を示してはならない。拡散透過濃度測定の読みは、０．２６と０．３５濃度単位の間にならねばならない。読み出しについて、透明幅対暗い幅の比は０．８１８２と１．２２２２の間でなければならない。
【００２４】
読み出しセンサの別の実施形態において、光センサ格子ラインは、２重セル（ｂｉ−ｃｅｌｌ）光センサに直接に無反射ブルークローム処理を適用することによってパターニングされるであろう。複屈折パターンのピッチは格子ラインのピッチを決める。本明細書において、格子ラインは０．００００６インチステップで０．００１０〜０．００２４インチである。メタリゼーション反射率は６３２８オングストロームで最小である。格子ラインを２つの能動領域に対して垂直にした状態で、２．５の光学濃度（０．３％最大透過率）は５％以内である。最後に、暗い幅対透明幅の比は５０：５０±３％に確立される。
【００２５】
ここで図６Ａを参照すると、本発明の光検出器の略図が示されている。２つのダイオードＤ１およびＤ２は、それらのカソードで一緒に接続される。図６Ｂは２つのダイードを含むダイの平面図である。
【００２６】
本発明によるデバイスの光検出器部品は、従来の工程、または別に知られている工程を用いて作製することができる。これらデバイスの一製造者は、米国カルフォルニア州Ｃｏｓｔａ　ＭｅｓａのＳｅｍｉｃｏａである。マスクが製造される材料が光検出器部品を汚染する可能性がある場合、マスクを蒸着する前に、ウェハに上部被覆をさらに塗布することができる。
【００２７】
ウェハをソーで切って個別のデバイスにする前に、フォトマスク材料をウェハの表面全体に塗布することができる。フォトマスク材料は、スピン、印刷、スプレーまたは真空蒸着工程によって塗布することができる。本発明の一実施形態において、フォトマスク材料はスパッタリング工程によってウェハに塗布されるブルークロームである。このフォトマスク材料蒸着の１つの供給元は米国カルフォルニア州Ｃｕｌｖｅｒ市のＴｅｌｉｃである。マスク用に選択した材料は、通常、反射要件、材料が製造中および使用中にさらされる温度および製造者の処理能力を含む多数の要素によって決まるであろう。
【００２８】
フォトマスク材料の塗布に続いて、光検出器製造者は、フォトエッチング工程を用いて、所望のマスクパターンを材料にエッチングすることができる。マスクの穴は、エッチングされて、ワイヤボンドパッドに達して、それによって、ワイヤボンディングが行なえる。マスク材料が導電性を有し、デバイス表面上に他の金属トレースがある場合、マスク材料はまた、トレースに隣接する領域からエッチング除去されなければならない。光検出器製造者は、その後、ウェハから個別のダイをソーで切り、それらを組み立てて次の段階のパッケージングを行なう。
【００２９】
本発明を、本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、冒頭の特許請求の範囲で規定されるように、本発明の精神および範囲内に入る他の実施形態もあることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術のリング・レーザ・ジャイロを示す断面図であり、マスクを用いた従来技術のレーザ強度モニター読み出しの一実施形態を示す。
【図２】
従来技術のリング・レーザ・ジャイロを示す断面図であり、マスクを用いた従来技術のレーザ強度モニター読み出しの別の実施形態を示す。
【図３】
本発明によるダイ上の二重開口格子タイプのマスクを示す図である。
【図４】
本発明によるダイ上の二重開口格子タイプのマスクを示す図である。
【図５】
ＬＩＭ光検出器に組み込むことができる開口タイプのマスクを示す図である。
【図６】
図６Ａは図６の光検出器の略図である。
図６Ｂはフォトマスクの下の光検出器の物理的構造を示す図である。
【図１】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2004507079.tif 000008
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2004507079.tif 000014
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2004507079.tif 000016
2004507079.tif 000017
2004507079.tif 000018
2004507079.tif 000019
2004507079.tif 000020
2004507079.tif 000021
2004507079.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004507079.tif 000023
【国際調査報告】
2004507079.tif 000024
2004507079.tif 000025
2004507079.tif 000026