CN103221792B - 分光传感器 - Google Patents
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Abstract
分光传感器（1）具备：多个干涉滤波部（20A,20B,20C），具有腔体层（21）以及经由腔体层（21）而相对的第1和第2镜面层（22,23），并使规定的波长范围的光根据入射位置选择性地透过；光透过基板（3），配置在第1镜面层（22）侧，使入射至干涉滤波部（20A,20B,20C）的光透过；以及光检测基板（4），配置在第2镜面层（23）侧，检测透过了干涉滤波部（20A,20B,20C）的光。第2镜面层（23），在每个干涉滤波部（20A,20B,20C）被分离。腔体层（21）遍及干涉滤波部（20A,20B,20C）的各个而一体地形成，腔体层（21）的一部分进入相邻的第2镜面层（23,23）间的区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种分光传感器。
背景技术
作为现有的分光传感器，已知有具备根据光的入射位置使规定的波长的光透过的多个干涉滤波部、使入射至干涉滤波部的光透过的光透过基板、以及检测透过了干涉滤波部的光的光检测基板的分光传感器。这里，各干涉滤波部有时通过使一对镜面层经由腔体层相对而以法布里-珀罗型构成（例如参考专利文献1）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-58301号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，对于上述那样的分光传感器而言，有这样的担忧：由于使用时的温度循环而导致干涉滤波部劣化或者破损。特别地，腔体层例如是由树脂构成的数百nm以下的层，且是非常精细的层，因而，由于构成干涉滤波部的各部件的膨胀·收缩而容易从镜面层剥离。
因此，本发明的目的在于提供一种可靠性高的分光传感器。
解决问题的技术手段
本发明的一个观点的分光传感器，具备：多个干涉滤波部，具有腔体层以及经由腔体层而相对的第1和第2镜面层，并使规定的波长范围的光根据入射位置选择性地透过；光透过基板，配置在第1镜面层侧，使入射至干涉滤波部的光透过；以及光检测基板，配置在第2镜面层侧，检测透过了干涉滤波部的光，第2镜面层在每个干涉滤波部被分离，腔体层遍及干涉滤波部的各个而一体地形成，腔体层的一部分进入相邻的第2镜面层间的区域。
在该分光传感器中，腔体层遍及干涉滤波部的各个而一体地形成，腔体层的一部分进入相邻的第2镜面层间的区域。由此，即使由于分光传感器的使用时的温度循环而导致构成干涉滤波部的各部件膨胀·收缩，也可以防止腔体层从第1镜面层剥离。因此，能够提供可靠性高的分光传感器。
这里，第1镜面层在每个干涉滤波部被分离，用于在第1镜面层上接合光透过基板的光学树脂层也可以进入相邻的第1镜面层间的区域。由此，能够提高光透过极板的接合强度，另外，能够提高作为分光传感器整体的机械强度。
另外，也可以具备以与第1镜面层相对的方式形成在光透过基板上，并使规定的波长范围的光透过的光学滤波层。由此，能够使规定的波长范围的光效率高地入射至干涉滤波部。
发明的效果
根据本发明，能够提供可靠性高的分光传感器。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的分光传感器的立体图。
图2是沿着图1的II-II线的截面图。
图3是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图4是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图5是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图6是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图7是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图8是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图9是用于说明图1的分光传感器的制造方法的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的优选的实施方式。另外，各图中相同或相当的部分使用相同的符号，省略重复的说明。
如图1和图2所示，分光传感器1具备根据入射位置使规定的波长范围的光选择性地透过的多个干涉滤波部20A,20B,20C、使入射至干涉滤波部20A～20C的光透过的光透过基板3、以及检测透过了干涉滤波部20A～20C的光的光检测基板4。分光传感器1构成为长方体状的CSP（ChipSizePackage：芯片级封装），干涉滤波部20A～20C在光透过基板3与光检测基板4之间沿着分光传感器1的长度方向排列。
光透过基板3由玻璃等构成，形成为厚度0.2mm～2mm左右的矩形板状。在光透过基板3的背面3b，以与各干涉滤波部20A,20B,20C相对的方式形成有光学滤波层5。各光学滤波层5是电介质多层膜或有机彩色滤波片（彩色光阻），形成为厚度0.1μm～10μm左右的矩形膜状。光学滤波层5起到作为使应入射到相对的干涉滤波部20A～20C的规定的波长范围的光透过的带通滤波器的功能。
光检测基板4是光电二极管阵列，形成为厚度10μm～150μm左右的矩形板状。在光检测基板4的表面4a，形成有接收透过了干涉滤波部20A～20C的光的受光部6。受光部6通过沿着与光检测基板4的长度方向大致垂直的方向延伸的长条状的光电二极管沿着光检测基板4的长度方向一维排列而构成。此外，在光检测基板4，形成有用于将在受光部6进行光电变换的电气信号取出至外部的配线7（表面配线、背面配线、贯通配线等）。在光检测基板4的背面4b，设置有与配线7电连接的表面安装用的凸点（bump）8。再有，光检测基板4不限定于光电二极管阵列，也可以是其他的半导体光检测元件（C-MOS图像传感器、CCD图像传感器等）。
各干涉滤波部20A,20B,20C具有腔体层21和DBR（DistributedBraggReflector：分布布拉格反射器）层22,23。在各干涉滤波部20A～20C，DBR层（第1镜面层）22与DBR层（第2镜面层）23经由腔体层21而相对。即，腔体层21保持相对的DBR层22,23间的距离（各干涉滤波部20A,20B,20C中的腔体层21的膜厚彼此不同）。各DBR层22,23是电介质多层膜，形成为厚度0.1μm～10μm左右的矩形膜状。再有，在各干涉滤波部20A,20B,20C，DBR层22的厚度相互不同，同样地，在各干涉滤波部20A,20B,20C，DBR层23的厚度相互不同。但是，DBR层23的腔体层21侧的表面23a通过隔离物13而位于大致同一平面上。
DBR层22相对于腔体层21而位于光透过基板3侧，在每个干涉滤波部20A～20C被分离。DBR层23相对于腔体层21而位于光检测基板4侧，在每个干涉滤波部20A～20C被分离。相邻的DBR层22,22间的区域R1的宽度和相邻的DBR层23,23间的区域R2的宽度分别为0.5μm～10μm左右。
腔体层21由光透过性材料（光学树脂、玻璃、半导体、电介质等）构成，遍及干涉滤波部20A～20C的各个而一体地形成。腔体层21的一部分进入相邻的DBR层23,23间的区域R2。腔体层21的外缘部到达分光传感器1的侧面（即光透过基板3的侧面和光检测基板4的侧面），这些侧面为大致同一面。在各干涉滤波部20A～20C，腔体层21的厚度向沿着分光传感器1的长度方向的一侧在100nm～数百nm左右的范围内逐渐增加。由此，入射至光检测基板4的受光部6的各沟道（channel）的光的波长，由在与各沟道相对的部分的DBR层22,23的种类和厚度以及腔体层21的厚度而被单独决定。
光透过基板3相对于腔体层21而配置在DBR层22侧，经由光学树脂层11而接合于DBR层22。由此，各光学滤波层5经由光学树脂层11而与各干涉滤波部20A～20C的DBR层22相对。光学树脂层11进入相邻的DBR层22,22间的区域R1、或相邻的光学滤波层5,5间的区域。光检测基板4相对于腔体层21而配置在DBR层23侧，接合于腔体层21和DBR层23。再有，各光学树脂层11由环氧系、丙烯系、硅酮系的有机材料、或者由有机无机构成的混合材料等的光学树脂构成，形成为厚度5μm～100μm左右。
在如以上那样构成的分光传感器1中，当从光透过基板3的表面3a入射至光透过基板3的光，透过光透过基板3而到达光透过基板3的背面3b时，仅应入射至各干涉滤波部20A～20C的规定的波长范围的光由光学滤波层5而透过。然后，当透过了光学滤波层5的光入射至各干涉滤波部20A～20C时，在各干涉滤波部20A～20C中，使规定的波长范围的光根据入射位置选择性地透过。即，入射至光检测基板4的受光部6的各沟道的光的波长由入射位置上的DBR层22,23的种类和厚度以及腔体层21的厚度而被单独决定。由此，在光检测基板4，检测出在受光部6的每个沟道不同的波长的光。
如以上说明那样，在分光传感器1中，腔体层21遍及干涉滤波部20A～20C的各个而一体地形成，腔体层21的一部分进入相邻的DBR层23,23间的区域R2。由此，即使由于使用分光传感器1时的温度循环而导致构成各干涉滤波部20A～20C的各部件膨胀·收缩，也可以防止从DBR层23剥离腔体层21。因此，能够提供可靠性高的分光传感器1。
另外，用于在DBR层22上接合光透过基板3的光学树脂层11进入相邻的DBR层22,22间的区域R1、或相邻的光学滤波层5,5间的区域。由此，能够提高光透过基板3的接合强度，另外，能够提高作为分光传感器1整体的机械强度。
另外，在每个干涉滤波部20A～20C以与DBR层22相对的方式在光透过基板3上形成光学滤波层5。由此，能够使规定的波长范围的光效率高地入射至干涉滤波部20A～20C。
下面，说明上述的分光传感器1的制造方法。首先，如图3所示，准备包含排列成阵列状的多个光检测基板4的光检测晶片40，在每个与1个分光传感器1对应的部分形成DBR层23。在形成DBR层22之际，进行由离子镀法、蒸镀法、溅射法等进行的成膜、以及由光刻和剥离（lift-off）、或蚀刻进行的图案化。DBR层23是电介质多层膜，是由SiO2、TlO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3、MgF2等构成的层叠膜。
此时，通过在光检测基板4的表面4a与DBR层23之间形成隔离物13，使DBR层23的表面23a位于大致同一平面上。隔离物13可以用与构成DBR层23的一部分的层相同的材料且用与DBR层23相同的工艺来形成。因此，可以容易地进行隔离物13与DBR层23的定位、或DBR层23的表面23a的高度匹配。
接着，如图4所示，在每个与1个分光传感器1对应的部分，通过纳米印刷法在DBR层23的表面23a一体地形成腔体层21。此时，使腔体层21的一部分进入相邻的DBR层23,23间的区域。另外，腔体层21的外缘部到达光检测晶片40的侧面，这些侧面成为大致同一面。在实施纳米印刷法之际，在以覆盖DBR层23的方式将腔体层21的原材料大致均匀地涂布在光检测晶片40的表面的整个面之后，进行加热、加压、UV照射等，并通过模型模具将该原材料成型为所期望的腔体形状。利用纳米印刷法的成型可以按芯片（与1个分光传感器1对应的部分）单位或包含多个芯片的块单位通过分步重复来实施，也可以整面一起实施。这里，DBR层23的表面23a通过隔离物13而位于大致同一平面上，因而能够稳定地得到高精度的腔体层21。
接着，如图5所示，在每个与1个分光传感器1对应的部分，在腔体层21上形成DBR层22。在形成DBR层22之际，进行由离子镀法、蒸镀法、溅射法等进行的成膜、以及由光刻和剥离（lift-off）、或蚀刻进行的图案化。DBR层22是电介质多层膜，是由SiO2、TlO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3、MgF2等构成的层叠膜。
另一方面，如图6所示，准备包含排列成阵列状的多个光透过基板3的光透过晶片30，在每个与光透过基板3对应的部分，在光透过晶片30上（即，光透过基板3上），形成光学滤波层5。在由电介质多层膜形成光学滤波层5的情况下，进行由离子镀法、蒸镀法、溅射法等进行的成膜、以及由光刻和剥离（lift-off）、或蚀刻进行的图案化。另外，在由有机彩色滤波片形成光学滤波层5的情况下，如光致抗蚀剂那样用曝光·显影等进行图案化。
接着，如图7所示，在每个与1个分光传感器1对应的部分，使DBR层22与光学滤波层5相对，由光学树脂层11接合光检测晶片40与光透过晶片30。即，DBR层22上经由光学树脂层11而接合光透过基板3，使DBR层22与光学滤波层5经由光学树脂层11而相对。在该接合之际，在光检测晶片40和光透过晶片30中的至少一方的整个面涂布光学树脂层11后，将光检测晶片40与光透过晶片30对准，进行加热、加压、UV照射等而使光检测晶片40与光透过晶片30接合。此时，如果在真空中进行接合后返回大气中，则能够抑制在光学树脂层11产生空隙。
接着，如图8所示，通过对光检测晶片40的背面施加研削、研磨、蚀刻等，将光检测晶片40薄型化至厚度10μm～150μm左右。然后，在与表面配线对应的部分用蚀刻形成贯通孔，并形成贯通配线、背面配线等，由此在每个与1个分光传感器1对应的部分形成配线7。此外，在光检测晶片40的背面，在每个与1个分光传感器1对应的部分形成凸点8。接着，如图9所示，在每个与1个分光传感器1对应的部分，对相互接合的光检测晶片40和光透过晶片30切割，得到多个分光传感器1。
如以上说明所述，在分光传感器1的制造方法中，在DBR层23的表面23a形成腔体层21之际，一体地形成腔体层21，使腔体层21的一部分进入相邻的DBR层23,23间的区域。由此，即使为了在腔体层21上形成DBR层22而实施光刻工序或剥离（lift-off）工序等，也能够避免腔体层21从DBR层23剥离那样的情况。
这里，说明在用于形成DBR层22的光刻工序中，腔体层21从DBR层23容易剥离的理由。首先，光刻工序由（a）将液状的光致抗蚀剂旋转涂布在基板（光检测晶片40）上的工序、（b）前烘工序、（c）对光掩膜与基板进行对准并曝光的工序、（d）曝光后烘干工序（有时省略该工序）、（e）显影工序、以及（f）后烘工序构成。
在（a）工序中，在旋转涂布抗蚀剂之际，抗蚀剂在基板的表面被均匀化并且离心力起作用。此时，由于在腔体层21产生阶差，在该旋转涂布之际使要剥离腔体层21的外力起作用。另外，如上述的工序所述，实施了很多的烘干步骤（热处理），基板被加热至80℃～120℃左右。如此，通过实施多次的热处理，因抗蚀剂与包含腔体层21和DBR层23的基板的热膨胀差而产生应力，促进腔体层21的剥离。特别地，由于剥离工序中的光致抗蚀剂适用厚度2μm～数十μm左右的抗蚀剂，因此该剥离的促进变得显著。此外，显影工序以浸泡方式、旋转显影或喷淋显影的方式，一边施加外力一边使抗蚀剂显影，因而使腔体层21从DBR层23剥离的力起作用。
接着，说明在用于形成DBR层22的剥离（lift-off）工序中，腔体层21从DBR层23容易剥离的理由。在剥离工序中，预先对光刻抗蚀剂图案化，在规定的部分使抗蚀剂开口。其后，通过蒸镀等使膜在整个面成膜。然后，一边将该基板浸渍在使抗蚀剂溶解的溶液（例如丙酮或抗蚀剂剥离液等），一边施加超声波或摇动等的力，使抗蚀剂溶解，从而剥离位于所溶解的抗蚀剂上的膜。由此，仅在抗蚀剂的开口部的部分选择性地形成膜。在这样的工序中，若腔体层21是岛状，则在要形成DBR层22时，通过由剥离时的抗蚀剂的溶解或剥离产生的力、或超声波或摇动等的外力，使腔体层21从BDR层23剥离。
根据以上所述，一体地形成腔体层21，使腔体层21的一部分进入相邻的DBR层23,23间的区域，在腔体层21上形成DBR层22之际避免腔体层21从DBR层23剥离那样的情况的方面，是极其有效的。
以上，说明了本发明的一个实施方式，但是，本发明不限定于上述实施方式。例如，光检测基板4不限定于一维传感器，也可以是二维传感器。再者，腔体层21的厚度可以二维地变化，另外，也可以台阶状地变化。另外，替代DBR层22,23，作为镜面层，也可以适用AL、Au、Ag等的单层的金属反射膜。另外，替代利用光学树脂层11的接合，也可以适用分光传感器1的外缘部的接合。在该情况下，可以通过隔离物保持间隙，并通过低熔点玻璃或焊料等接合。再有，包围在接合部的区域可以作为气隙，或者可以将光学树脂填充于该区域。另外，光学滤波层5可以形成在光透过基板3的表面3a侧，使得与各干涉滤波部20A,20B，20C相对。另外，光透过基板3可以由滤波玻璃（有色玻璃）构成。
产业上的可利用性
根据本发明，能够得到可靠性高的分光传感器。
符号的说明
1…分光传感器，3…光透过基板，4…光检测基板，5…光学滤波层，11…光学树脂层，20A,20B,20C…干涉滤波部，21…腔体层，22…DBR层（第1镜面层），23…DBR层（第2镜面层）。
Claims (3)
1.一种分光传感器，其特征在于，
具备：
多个干涉滤波部，具有腔体层以及经由所述腔体层而相对的第1和第2镜面层，并使规定的波长范围的光根据入射位置选择性地透过；
光透过基板，配置在所述第1镜面层侧，使入射至所述干涉滤波部的光透过；以及
光检测基板，配置在所述第2镜面层侧，检测透过了所述干涉滤波部的光，
所述第1镜面层，在每个所述干涉滤波部被分离，
所述第2镜面层，在每个所述干涉滤波部被分离，
所述腔体层遍及所述干涉滤波部的各个而一体地形成，所述腔体层的一部分进入相邻的所述第2镜面层间的区域,
在所述多个干涉滤波部的各个，所述第1镜面层的厚度相互不同，所述第2镜面层的厚度相互不同。
2.根据权利要求1所述的分光传感器，其特征在于，
用于在所述第1镜面层上接合所述光透过基板的光学树脂层，进入相邻的所述第1镜面层间的区域。
3.根据权利要求1或2所述的分光传感器，其特征在于，
还具备：以与所述第1镜面层相对的方式形成在所述光透过基板上，并使所述规定的波长范围的光透过的光学滤波层。
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