CN103229029B - 分光传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
分光传感器（1）的制造方法具备：在处理基板上通过纳米印刷法形成腔体层（21）的第1工序；在第1工序后，在腔体层（21）上形成第1镜面层（22）的第2工序；在第2工序后，在第1镜面层（22）上接合光透过基板（3）的第3工序；在第3工序后，从腔体层（21）除去处理基板的第4工序；在第4工序后，在除去了处理基板的腔体层（21）上形成第2镜面层（23）的第5工序；以及在第5工序后，在第2镜面层（23）上接合光检测基板（4）的第6工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种分光传感器的制造方法。
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构成为法布里-珀罗型。
作为这样的分光传感器的制造方法，在专利文献1中，记载了如下方法。首先，在光检测基板上形成多个一方的镜面层，其后，在这些镜面层上通过纳米印刷法形成腔体层。接着，在腔体层上形成多个另一方的镜面层，最后，在这些镜面层上接合光透过基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/017490号
发明内容
发明所要解决的问题
然而，对于专利文献1记载的分光传感器的制造方法而言，有这样的担忧：所制造的分光传感器的可靠性降低。其理由如下所述。即，由于在光检测基板的表面，存在起因于受光部或配线层等的形成的凹凸，因此，即使在形成于这样的表面的镜面层上由纳米印刷法形成腔体层，也有不能够得到高精度（例如，厚度为nm量级）的腔体层的很大的担忧。另外，由于形成为在光检测基板堆积镜面层或腔体层，因此，有在各过程中对光检测基板带来损伤的很大的担忧。
因此，本发明的目的在于提供一种能够得到可靠性高的分光传感器的分光传感器的制造方法。
解决问题的技术手段
本发明的一个观点的分光传感器的制造方法，是具备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而选择性地透过的干涉滤波部、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的制造方法，具备：在处理基板上通过纳米印刷法形成腔体层的第1工序；在第1工序后，在腔体层上形成第1镜面层的第2工序；在第2工序后，在第1镜面层上接合光透过基板的第3工序；在第3工序后，从腔体层除去处理基板的第4工序；在第4工序后，在除去了处理基板的腔体层上形成第2镜面层的第5工序；以及在第5工序后，在第2镜面层上接合光检测基板的第6工序。
在该分光传感器的制造方法中，在处理基板上通过纳米印刷法形成腔体层。如此，通过对处理基板实施纳米印刷法，能够稳定地得到高精度的腔体层。此外，在光透过基板侧形成腔体层以及第1和第2镜面层后，接合光检测基板。由此，能够防止在用于形成腔体层或镜面层的各过程中对光检测基板造成损伤。因此，根据该分光传感器的制造方法，可以获得可靠性高的分光传感器。
这里，处理基板也可以具有能够选择性地除去的表面层，在第1工序中，在表面层上形成腔体层，在第4工序中，通过选择性地除去表面层而从腔体层除去处理基板。如此，通过选择性地除去处理基板的表面层，防止对腔体层造成损伤，并能够缩短从腔体层除去处理基板所需要的时间。
另外，在第1工序中，也可以在第3工序中在第1镜面层上经由光学树脂层而接合光透过基板的情况下，以包含配置有光学树脂层的区域的方式，在处理基板上形成腔体层。由此，在除去处理基板时，仅腔体层接触于处理基板，因而能够在简单的条件下除去处理基板。
另外，在第3工序之前，将使规定的波长范围的光透过的光学滤波层形成在光透过基板上，在第3工序中，以第1镜面层与光学滤波层相对的方式，在第1镜面层上接合光透过基板。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，能够得到可靠性高的分光传感器。
附图说明
图1是由本发明的一个实施方式的分光传感器的制造方法所制造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截面图。
图10是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图11是用于说明图1的分光传感器的制造方法的截面图。
图12是用于说明图1的分光传感器的制造方法的立体图。
图13是用于说明比较方式的分光传感器的制造方法的截面图。
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（Chip Size Package：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，形成有用于将由受光部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（DistributedBragg Reflector：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。
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。光检测基板4相对于腔体层21而配置在DBR层23侧，经由光学树脂层12而接合于DBR层23。再有，各光学树脂层11,12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而被透过。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，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。
接着，说明上述的分光传感器1的制造方法。首先，如图3所示，准备处理基板50。处理基板50具有基层51和表面层52。表面层52是通过蚀刻而能够选择性地除去的牺牲层，其表面52a成为平坦且光滑的面（表面粗糙度Ra为几nm以下的平滑的面）。基层51由硅、石英、玻璃等构成。表面层52由SiO2、硅、金属、树脂等构成，形成为厚度数十nm～数十μm左右。
接着，如图4所示，在处理基板50的表面层52的表面52a（即表面层52上），通过纳米印刷法一体地形成排列成阵列状的多个腔体层21。此时，腔体层21的外缘部到达处理基板50的侧面（即，基层51的侧面和表面层52的侧面），这些侧面为大致同一面。在实施纳米印刷法时，将腔体层21的原材料大致均匀地涂覆在表面52a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。由纳米印刷法进行的成型可以按芯片（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，也可以整个面一起实施。
接着，如图5所示，在与1个分光传感器1对应的每个部分，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，且是由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，在与光透过基板3对应的每个部分，在光透过晶片30上（即，在光透过基板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，如光致抗蚀剂那样由曝光·显影等进行图案化。
接着，如图7所示，在与1个分光传感器1对应的每个部分，使DBR层22与光学滤波层5相对，由光学树脂层11接合处理基板50与光透过晶片30。即，以DBR层22与光学滤波层5经由光学树脂层11而相对的方式，在DBR层22上经由光学树脂层11而接合光透过基板3。在该接合之际，在处理基板50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，将处理基板50与光透过晶片30对准，进行加热、加压、UV照射等而使处理基板50与光透过晶片30接合。此时，如果在真空中进行接合之后返回大气中，则能够抑制在光学树脂层11产生空隙（void）。
接着，如图8所示，通过用湿法蚀刻或干法蚀刻选择性地除去表面层52，从而从腔体层21除去处理基板50。在该除去之际，腔体层21的外缘部到达处理基板50的侧面（即，基层51的侧面和表面层52的侧面），仅腔体层21接触于表面层52，因而能够用有效地作用于表面层52与腔体层21的界面的单一的蚀刻剂来除去表面层52。再有，为了效率高地除去表面层52，也可以在处理基板50的基层51形成蚀刻剂行进用的贯通孔。
接着，如图9所示，在通过除去处理基板50而露出的腔体层21上形成DBR层23。由此，在与1个分光传感器1对应的每个部分，DBR层22与DBR层23经由腔体层21而相对，形成干涉滤波部20A,20B,20C。然后，与1个分光传感器1对应的部分成为分光滤波基板9，制造出包含排列成阵列状的多个分光滤波基板9的分光滤波晶片90。在形成DBR层23时，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，且是由SiO2、TlO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3、MgF2等构成的层叠膜。
接着，如图10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，在与1个分光传感器1对应的每个部分，使DBR层23与受光部6相对，由光学树脂层接合分光滤波晶片90与光检测晶片40。即，以DBR层23与受光部6经由光学树脂层12而相对的方式，在DBR层23上经由光学树脂层12而接合光检测基板4。在该接合之际，在分光滤波晶片90和光检测晶片40中的至少一方的整个面涂布光学树脂层12之后，将分光滤波晶片90与光检测晶片40对准，进行加热、加压、UV照射等而使分光滤波晶片90与光检测晶片40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12产生间隙。
接着，如图11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12所示，在每个与1个分光传感器1对应的部分，对相互接合的分光滤波晶片90和光检测晶片40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，在处理基板50上通过纳米印刷法形成腔体层21。如此，通过相对于处理基板50实施纳米印刷法，能够稳定地得到高精度的腔体层21。此外，在光透过基板3侧形成腔体层21和DBR层22,23之后，接合光检测基板4。由此，在用于形成腔体层21或DBR层22,23的各过程中能够防止对光检测基板4造成损伤。因此，根据分光传感器1的制造方法，可以得到可靠性高的分光传感器1。
另外，在检查了分光滤波晶片90的各分光滤波基板9的性能之后，接合分光滤波晶片90与光检测晶片40，因而能够防止因分光滤波晶片90侧的不良情况而导致光检测晶片40变为无用。
另外，处理基板50具有能够选择性地除去的表面层52，通过选择性地除去该表面层52而从腔体层21除去基板50。如此，通过选择性地除去处理基板50的表面层52，能够防止对腔体层21造成损伤，同时能够缩短从腔体层21除去处理基板50所需要的时间。
另外，以将光学滤波层5形成在光透过基板3上，DBR层22与光学滤波层5经由光学树脂层11而相对的方式，在DBR层22上经由光学树脂层11接合光透过基板3。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。
另外，通过使腔体层21的外缘部到达处理基板50的侧面（即，基层51的侧面和表面层52的侧面），在从处理基板50的厚度方向看的情况下，以包含配置有光学树脂层11的区域的方式，在处理基板50上形成腔体层21。由此，在除去处理基板50时，仅腔体层21接触于处理基板50，因而在使用有效地作用于表面层52与腔体层21的界面的单一的蚀刻剂即可的这样简单的条件下，便能够从腔体层21除去处理基板50。
再有，处理基板50的表面层52可以是表面层52自身具有离型处理层这样的功能并容易剥下处理基板50的表面层。在这样的情况下，如图13的（a）所示，若腔体层21和光学树脂层11接触于表面层52（即，在从处理基板50的厚度方向看的情况下，若以包含配置有光学树脂层11的区域的方式，在处理基板50上不形成腔体层21），则在表面层52与腔体层21的界面、以及表面层52与光学树脂层11的界面，剥下的力不同，因而难以从腔体层21均匀地剥下处理基板50。相对于此，如图7所示，在从处理基板50的厚度方向看的情况下，若以包含配置有光学树脂11的区域的方式，在处理基板50上形成腔体层21，则仅腔体层21接触于表面层52，因而可以从腔体层21均匀地剥下处理基板50。
另外，如图13的（b）所示，在从腔体层21剥下处理基板50后，腔体层21与光学树脂层11的界面在背面侧露出，因而在DBR层23的图案化时的光刻或成膜等的热工序中，有该界面剥离，或者在该界面产生间隙的担忧。相对于此，如图8所示，在从处理基板50的厚度方向看的情况下，若以包含配置有光学树脂层11的区域的方式，在处理基板50上形成腔体层21，则在从腔体层21剥下处理基板50后，仅腔体层21在背面侧露出，因而可以防止与这样的界面相关的问题的产生。
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，处理基板50可以是不具有表面层52而可以除去处理基板50自身的基板。在该情况下，优选在通过蚀刻选择性地除去处理基板50时，通过研削、研磨等对处理基板50预先薄型化。
另外，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，另外也可以以台阶（step）状变化。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，替代由光学树脂层11,12进行的接合，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），50…处理基板，52…表面层。
Claims (5)
1.一种分光传感器的制造方法，其特征在于，
是具备干涉滤波部、光透过基板、以及光检测基板的分光传感器的制造方法，所述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镜面层并根据入射位置使规定的波长范围的光选择性地透过，所述光透过基板使入射至所述干涉滤波部的光透过，所述光检测基板检测透过了所述干涉滤波部的光，
该制造方法具备：
第1工序，在处理基板上通过纳米印刷法形成所述腔体层；
第2工序，在所述第1工序后，在所述腔体层上形成所述第1镜面层；
第3工序，在所述第2工序后，在所述第1镜面层上接合所述光透过基板；
第4工序，在所述第3工序后，从所述腔体层除去所述处理基板；
第5工序，在所述第4工序后，在除去了所述处理基板的所述腔体层上形成所述第2镜面层；以及
第6工序，在所述第5工序后，在所述第2镜面层上接合所述光检测基板。
2.根据权利要求1所述的分光传感器的制造方法，其特征在于，
所述处理基板具有能够选择性地除去的表面层，
在所述第1工序中，在所述表面层上形成所述腔体层，
在所述第4工序中，通过选择性地除去所述表面层而从所述腔体层除去所述处理基板。
3.根据权利要求1或2所述的分光传感器的制造方法，其特征在于，
在所述第1工序中，在所述第3工序中在所述第1镜面层上经由光学树脂层而接合所述光透过基板的情况下，以包含配置有所述光学树脂层的区域的方式，在所述处理基板上形成所述腔体层。
4.根据权利要求1或2所述的分光传感器的制造方法，其特征在于，
在所述第3工序之前，将使所述规定的波长范围的光透过的光学滤波层形成在所述光透过基板上，
在所述第3工序中，以所述第1镜面层与所述光学滤波层相对的方式，在所述第1镜面层上接合所述光透过基板。
5.根据权利要求3所述的分光传感器的制造方法，其特征在于，
在所述第3工序之前，将使所述规定的波长范围的光透过的光学滤波层形成在所述光透过基板上，
在所述第3工序中，以所述第1镜面层与所述光学滤波层相对的方式，在所述第1镜面层上接合所述光透过基板。
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