DE112011103858B4

DE112011103858B4 - Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors

Info

Publication number: DE112011103858B4
Application number: DE112011103858.5T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Shibayama; Masaomi Takasaka
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: JP5634836B2; DE112011103858T8; WO2012070301A1; CN103229029B; US20130153139A1; DE112011103858T5; CN103229029A; JP2012112723A; US8715443B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors umfassend eine Interferenzfiltereinheit, die eine Kavitätsschicht und erste und zweite Spiegelschichten aufweist, die einander über die Kavitätsschicht gegenüber liegen, um selektiv Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer Einfallsposition von ihm zu transmittieren; ein Licht transmittierendes Substrat zum Transmittieren des Lichts, das auf die Interferenzfiltereinheit auftrifft; und ein Lichtdetektionssubstrat zum Detektieren des Lichts, das durch die Interferenzfiltereinheit transmittiert wurde; wobei das Verfahren umfasst:einen ersten Schritt des Bildens der Kavitätsschicht durch Nanoprägen auf einem Griffsubstrat;einen zweiten Schritt des Bildens der ersten Spiegelschicht auf der Kavitätsschicht nach dem ersten Schritt;einen dritten Schritt des Bindens des Licht transmittierenden Substrats auf die erste Spiegelschicht nach dem zweiten Schritt;einen vierten Schritt des Entfernens des Griffsubstrats von der Kavitätsschicht nach dem dritten Schritt;einen fünften Schritt des Bildens der zweiten Spiegelschicht auf der Kavitätsschicht ohne das Griffsubstrat nach dem vierten Schritt; undeinen sechsten Schritt des Bindens des Lichtdetektionssubstrats auf die zweite Spiegelschicht nach dem fünften Schritt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors.
Hintergrundtechnik
Als ein herkömmlicher Spektroskopiesensor ist ein solcher bekannt, der mehrere Interferenzfiltereinheiten aufweist, um Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge gemäß einer Einfallsposition des Lichts durch sich hindurch zu transmittieren, ein Lichttransmissionssubstrat, um das auf die Interferenzfiltereinheiten auftreffende Licht durch sich hindurch zu transmittieren, und ein Lichtdetektionssubstrat zum Detektieren des Lichts, das durch die Interferenzfiltereinheiten hindurch transmittiert wurde. Es gibt einen Fall, in dem jede Interferenzfiltereinheit als Fabry-Perot Interferenzfiltereinheit konstruiert ist, indem ein Paar Spiegelschichten dazu gebracht werden, einander über eine Kavitätsschicht gegenüberzuliegen.
Als ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Spektroskopiesensors wird das folgende Verfahren in Patentliteratur 1 beschrieben. Mehrere Ein-Spiegelschichten werden anfänglich auf dem Lichtdetektionssubstrat ausgebildet und dann wird die Kavitätsschicht auf den Spiegelschichten durch Nanoprägen ausgebildet. Mehrere der weiteren Spiegelschichten werden nacheinander auf der Kavitätsschicht ausgebildet und das Licht transmittierende Substrat wird schließlich auf die Spiegelschichten gebunden.
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Internationale Veröffentlichung WO 2008/017490 A2
Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors, das in Patentliteratur 1 beschrieben ist, kann der hergestellte Spektroskopiesensor jedoch in seiner Zuverlässigkeit nachlassen. Der Grund ist wie folgt. Da Unregelmäßigkeiten, die durch Ausbilden eines Lichtaufnahmeabschnitts, einer Verdrahtungsschicht und dergleichen verursacht werden, auf einer Oberfläche des Lichtdetektionssubstrats existieren, kann eine Kavitätsschicht mit einer hohen Genauigkeit (zum Beispiel in der Größenordnung von nm in der Dicke) weniger gut durch Nanoprägen der Spiegelschichten, die auf einer solchen Oberfläche ausgebildet sind, erhalten werden. Auch weil die Spiegelschichten und die Kavitätsschicht auf dem Lichtdetektionssubstrat aufeinander gestapelt ausgebildet werden, ist es für jeden Prozess sehr wahrscheinlich, dass er das Lichtdetektionssubstrat beschädigt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors bereitzustellen, das einen sehr zuverlässigen Spektroskopiesensor ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Das Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren des Herstellens eines Spektroskopiesensors, der eine Interferenzfiltereinheit mit einer Kavitätsschicht und einer ersten und zweiten Spiegelschicht, die einander über die Kavitätsschicht gegenüberliegen, um Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer Einfallsposition des Lichts selektiv durch sich hindurch zu transmittieren, ein Licht transmittierendes Substrat zum Transmittieren des Lichts durch sich hindurch, das auf die Interferenzfiltereinheit auftrifft, und ein Lichtdetektionssubstrat zum Detektieren des Lichts, das durch die Interferenzfiltereinheit transmittiert wurde, umfasst, wobei das Verfahren einen ersten Schritt des Formens der Kavitätsschicht durch Nanoprägen auf einem Griffsubstrat, einen zweiten Schritt des Formens der ersten Spiegelschicht auf der Kavitätsschicht nach dem ersten Schritt, einen dritten Schritt des Bindens des Licht transmittierenden Substrats auf die erste Spiegelschicht nach dem zweiten Schritt, einen vierten Schritt des Entfernens des Griffsubstrats von der Kavitätsschicht nach dem dritten Schritt, einen fünften Schritt des Ausbildens der zweiten Spiegelschicht auf der Kavitätsschicht ohne das Griffsubstrat nach dem vierten Schritt und einen sechsten Schritt des Bindens des Lichtdetektionssubstrats auf die zweite Spiegelschicht nach dem fünften Schritt umfasst.
Dieses Spektroskopiesensor-Herstellungsverfahren bildet eine Kavitätsschicht auf einem Griffsubstrat durch Nanoprägen. Damit kann das Behandeln des Griffsubstrats mit Nanoprägung die Kavitätsschicht mit einer hohen Genauigkeit stabil erzeugen. Nach dem Ausbilden der Kavitätsschicht und ersten und zweiten Spiegelschichten auf der Seite des Licht transmittierenden Substrats wird das Lichtdetektionssubstrat hiermit verbunden. Dies kann verhindern, dass das Lichtdetektionssubstrat in jedem Prozess zum Bilden der Kavitätsschicht und Spiegelschichten beschädigt wird. Daher kann dieses Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors einen sehr zuverlässigen Spektroskopiesensor hervorbringen.
Hier kann das Griffsubstrat eine selektiv entfernbare Oberflächenschicht aufweisen, in dem ersten Schritt kann die Kavitätsschicht auf der Oberflächenschicht ausgebildet werden und in dem vierten Schritt kann das Griffsubstrat von der Kavitätsschicht durch selektives Entfernen der Oberflächenschicht entfernt werden. Daher kann das selektive Entfernen der Oberflächenschicht des Griffsubstrats die Zeit reduzieren, die zum Entfernen des Griffsubstrats von der Kavitätsschicht erforderlich ist, während verhindert wird, dass die Kavitätsschicht beschädigt wird.
Wenn das Licht transmittierende Substrat in dem ersten Schritt mit der ersten Spiegelschicht verbunden wird, die eine in dem dritten Schritt dazwischen eingefügte optische Klebeschicht aufweist, kann die Kavitätsschicht auf dem Griffsubstrat derart ausgebildet werden, dass die Kavitätsschicht einen Bereich enthält, wo die optische Klebeschicht angeordnet ist. Dies ermöglicht, dass nur die Kavitätsschicht in Kontakt mit dem Griffsubstrat gelangt, wenn letztgenanntes entfernt wird, wodurch das Griffsubstrat unter einer leichten Bedingung entfernt werden kann.
Eine optische Filterschicht zum Transmittieren des Lichts in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich kann auf dem Licht transmittierenden Substrat vor dem dritten Schritt ausgebildet werden und in dem dritten Schritt kann das Licht transmittierende Substrat auf die erste Spiegelschicht derart gebunden werden, dass die erste Spiegelschicht und die optische Filterschicht einander gegenüberliegen. Dies kann das Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich dazu bringen, effizient auf die Interferenzfiltereinheit aufzutreffen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann einen sehr zuverlässigen Spektroskopiesensor bereitstellen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Spektroskopiesensors, der durch das Spektroskopiesensor-Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
2 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie II-II der 1 aufgenommen ist;
3 ist eine Schnittansicht zur Erklärung des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
4 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
5 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
6 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
7 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
8 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
9 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
10 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
11 ist eine Schnittansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1;
12 ist eine perspektivische Ansicht zum Erklären des Verfahrens der Herstellung des Spektroskopiesensors der 1; und
13 ist eine Schnittansicht zum Erklären eines Spektroskopiesensor-Herstellungsverfahrens in einem Vergleichsmodus.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt. In den Zeichnungen werden dieselben oder äquivalente Teile mit denselben Zeichen versehen, während eine überlappende Beschreibung ausgelassen wird.
Wie in 1 und 2 illustriert ist, umfasst ein Spektroskopiesensor 1 mehrere Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C zum selektiven Transmittieren von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer Einfallposition des Lichts, ein Licht transmittierendes Substrat 3 zum Transmittieren des auf die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C auftreffenden Lichts und ein Lichtdetektionssubstrat 4 zum Detektieren des durch die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C hindurch transmittierten Lichts. Der Spektroskopiesensor 1 ist als rechtwinkliges Parallelepiped CSP (Chipgrößenpackung) konstruiert, während die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C in einer Reihe in Längsrichtung des Spektroskopiesensors 1 zwischen dem Licht transmittierenden Substrat 3 und dem Lichtdetektionssubstrat 4 angeordnet sind.
Das Licht transmittierende Substrat 3, das aus Glas oder dergleichen hergestellt ist, wird zu einer rechteckigen Platte geformt, die eine Dicke von etwa 0,2 bis 2 mm aufweist. Optische Filterschichten 5 werden auf einer Rückseite 3b des Licht transmittierenden Substrats 3 so ausgebildet, dass sie den entsprechenden Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C gegenüberliegen. Jede optische Filterschicht 5, die ein dielektrischer Mehrschichtfilm oder ein organischer Farbfilter (Farblack) ist, wird zu einem rechteckigen Film mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 10 µm ausgebildet. Die optischen Filterschichten 5 fungieren als Bandpassfilter zum Transmittieren von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, um es auf ihre gegenüberliegenden Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C auftreffen zu lassen.
Das Lichtdetektionssubstrat 4, das ein Fotodiodenarray ist, wird zu einer rechteckigen Platte mit einer Dicke von etwa 10 bis 150 pm ausgebildet. Eine Lichtempfangseinheit 6 zum Empfangen des durch die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C transmittierten Lichts ist auf einer frontseitigen Oberfläche 4a des Lichtdetektionssubstrats 4 ausgebildet. Die Lichtempfangseinheit 6 ist durch eindimensionales Anordnen länglicher Fotodioden in Längsrichtung des Lichtdetektionssubstrats 4 konstruiert, die sich jeweils entlang einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsrichtung des Lichtdetektionssubstrats 4 verläuft. Das Lichtdetektionssubstrat 4 ist auch mit Leitern 7 versehen (Frontseitenleitungen, Rückseitenleitungen, Durchgangsöffnungsleitungen usw.), um fotoelektrisch durch die Lichtaufnahmeeinheit 6 umgewandelte elektrische Signale herauszuführen. Die rückseitige Oberfläche 4b des Lichtdetektionssubstrats 4 ist mit Oberflächenmontageerhebungen 8 versehen, die elektrisch mit ihren entsprechenden Leitungen 7 verbunden sind. Das Lichtdetektionssubstrat 4 ist nicht auf den Fotodiodenarray begrenzt, sondern kann jedes andere Halbleiterlichtdetektionselement sein (C-MOS Bildsensoren, CCD Bildsensoren usw.).
Jede der Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C weist eine Kavitätsschicht 21 und DBR-(verteilte Bragg-Reflektor-) Schichten 20, 23 auf. In jeder der Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C liegen die DBR-Schicht (erste Spiegelschicht) 22 und DBR-Schicht (zweite Spiegelschicht) 23 einander über die Kavitätsschicht 21 gegenüber. Das heißt, die Kavitätsschicht 21 hält einen Abstand zwischen den DBR-Schichten 22, 23, die einander gegenüberliegen (während die Dicke der Kavitätsschicht 21 zwischen den Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C variiert). Jede der DBR-Schichten 22, 23 ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der zu einem rechteckigen Film mit einer Dicke von etwa 0,1 bis 10 µm ausgebildet wurde. Die Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C weisen die entsprechenden DBR-Schichten 22 mit voneinander unterschiedlichen Dicken und ähnlich die entsprechenden DBR-Schichten 23 mit voneinander unterschiedlichen Dicken auf.
Die DBR-Schichten 22, die näher an dem Licht transmittierenden Substrat 3 angeordnet sind als die Kavitätsschicht 21, sind um ihre entsprechenden Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C voneinander getrennt. Die DBR-Schichten 23, die näher an dem Lichtdetektionssubstrat 4 angeordnet sind als die Kavitätsschicht 21, sind voneinander um ihre entsprechenden Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C getrennt. Ein Bereich R1 zwischen den benachbarten DBR-Schichten 22, 22 und ein Bereich R2 zwischen den benachbarten DBR-Schichten 23, 23 weisen jeweils eine Breite von etwa 0,5 bis 10 µm auf.
Die Kavitätsschicht 21, die aus einem Licht transmittierenden Material (einem optischen Kunststoff, Glas, einem Halbleiter, einem Dielektrikum oder dergleichen) ausgebildet ist, ist integral über jede der Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C ausgebildet. Die Kavitätsschicht 21 weist äußere Kantenteile auf, die ihre entsprechenden Seitenflächen des Spektroskopiesensors 1 (das heißt Seitenflächen des Licht transmittierenden Substrats 3 und Lichtdetektionssubstrats 4) erreichen, sodass ihre Seitenflächen bündig miteinander sind. In jeder der Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C steigt die Dicke der Kavitätsschicht 21 graduell innerhalb des Bereichs von etwa 100 bis zu einigen Hundert nm in Längsrichtung des Spektroskopiesensors 1 zu einer Seite an. Als eine Folge wird die Wellenlänge des Lichts, das auf jeden Kanal der Lichtaufnahmeeinheit 6 des Lichtdetektionssubstrats 4 auftrifft, einzigartig durch die Art und Dicke der DBR-Schichten 22, 23 und Dicke der Kavitätsschicht 21 in dem Teil, der dem Kanal gegenüberliegt, bestimmt.
Das Licht transmittierende Substrat 3, das näher an den DBR-Schichten 22 angeordnet ist als die Kavitätsschicht 21, ist auf die DBR-Schichten 22 mit einer dazwischen liegenden optischen Kunststoffschicht 11 gebunden. Als eine Folge liegen die optischen Filterschichten 5 durch die optische Kunststoffschicht 11 ihren entsprechenden DBR-Schichten 22 der Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C gegenüber. Das Lichtdetektionssubstrat 4, das näher an den DBR-Schichten 23 angeordnet ist als die Kavitätsschicht 21, ist mit einer dazwischen angeordneten optischen Kunststoffschicht 12 auf die DBR-Schichten 23 gebunden. Jede der optischen Kunststoffschichten 11, 12 ist aus einem optischen Kunststoff wie einem organischen Material auf der Grundlage von Epoxy, Acryl oder Silikon oder einem organisch-inorganischen Hybridmaterial hergestellt und mit einer Dicke von etwa 5 bis 100 µm ausgebildet.
Wenn das Licht, das das Licht transmittierende Substrat 3 von seiner frontseitigen Fläche 3a aus betritt, durch es hindurch gelangt und seine rückseitige Fläche 3b im somit konstruierten Spektroskopiesensor 1 erreicht, wird nur Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, das auf die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C auftreffen soll, durch die optischen Filterschichten 5 transmittiert. Wenn das durch die optischen Filterschichten 5 transmittierte Licht die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C erreicht, wird Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß seiner Einfallsposition effektiv transmittiert. Das heißt, die Wellenlänge des Lichts, das auf jeden Kanal der Lichtaufnahmeeinheit 6 des Lichtdetektionssubstrats 4 auftrifft, wird eindeutig durch die Art und Dicke der DBR-Schichten 22, 23 und die Dicke der Kavitätsschicht 21 an der Einfallsposition bestimmt. Als eine Folge werden verschiedene Wellenlängen des Lichts für die entsprechenden Kanäle der Lichtaufnahmeeinheit 6 in dem Lichtdetektionssubstrat 4 detektiert.
Ein Verfahren zum Herstellen des oben beschriebenen Spektroskopiesensors 1 wird nun beschrieben. Als erstes, wie in 3 illustriert ist, wird ein Griffsubstrat 50 vorbereitet. Das Griffsubstrat 50 weist eine Basisschicht 51 und eine Oberflächenschicht 52 auf. Die Oberflächenschicht 52 ist eine Opferschicht, die wahlweise weggeätzt werden kann, und weist eine Frontfläche 52a, die eine flache und glatte Oberfläche ist (eine glatte Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit Ra von einigen nm oder weniger), auf. Die Basisschicht 51 ist aus Silizium, Silica, Glas oder dergleichen hergestellt. Die Oberflächenschicht 52 ist aus SiO₂, Silizium, einem Metall, einem Kunststoff oder dergleichen hergestellt und mit einer Dicke in der Größenordnung von wenigen zehn nm bis wenigen zehn µm ausgebildet.
Danach werden, wie in 4 illustriert ist, mehrere Kavitätsschichten 21, die in einer Matrix angeordnet sind, integral durch Nanoprägen auf der Frontseite 52a der Oberflächenschicht 52 (das heißt auf der Oberflächenschicht 52) des Griffsubstrats 50 ausgebildet. Hier werden die äußeren Kantenteile der Kavitätsschichten 21 so hergestellt, dass sie ihre entsprechenden Seitenflächen des Griffsubstrats 50 (das heißt die Seitenflächen der Basisschicht 51 und der Oberflächenschicht 52) erreichen und hiermit bündig werden. Um das Nanoprägen durchzuführen, wird ein Material für die Kavitätsschichten 21 im Wesentlichen gleichmäßig auf die gesamte Frontseite 52a aufgetragen und durch eine Form unter Hitze, Druck, UV-Strahlung oder dergleichen in eine gewünschte Kavitätsform gebracht. Das Formen durch Nanoprägen kann in der Einheit eines Chips (eines Teils, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht) oder in der Einheit eines Blocks, der mehrere Chips enthält, durch ein wiederholtes schrittweises Muster oder auf einmal auf der gesamten Oberfläche durchgeführt werden.
Wie in 5 illustriert ist, werden danach die DBR-Schichten 22 auf der Kavitätsschicht 21 für jeden Teil ausgebildet, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht. Um die DBR-Schichten 22 auszubilden, werden ein Filmformen durch Eisenplattierung, Dampfdeposition, Sputtern oder dergleichen und ein Bemustern durch Fotoätzen und Abtragen oder Ätzen durchgeführt. Jede der DBR-Schichten 22 ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der ein laminierter Film ist, der aus SiO₂, TIO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃, MgF₂ oder dergleichen hergestellt ist.
Auf der anderen Seite wird, wie in 6 illustriert ist, ein Licht transmittierender Wafer 30 mit mehreren Licht transmittierenden Substraten 30, die in einer Matrix angeordnet sind, vorbereitet und die optische Filterschicht 5 wird für jeden Teil, der dem Licht transmittierenden Substrat 3 auf dem Licht tranmittierenden Wafer 30 entspricht (das heißt auf dem Licht transmittierenden Substrat 3), ausgebildet. Wenn die optische Filterschicht 5 aus dem dielektrischen Mehrschichtfilm ausgebildet wird, werden ein Filmformen durch Eisenplattieren, Dampfdeposition, Sputtern oder dergleichen und ein Bemustern durch Fotoätzen und Abtragen oder Ätzen durchgeführt. Wenn die optische Filterschicht 5 aus einem organischen Farbfilter gebildet wird, wird sie durch Belichten/Entwickeln oder dergleichen mit einem Fotolack bemustert.
Wie in 7 illustriert ist, werden als nächstes das Griffsubstrat 50 und der Licht transmittierende Wafer 30 miteinander mit der optischen Kunststoffschicht 11 derart verbunden, dass die DBR-Schichten 22 ihren entsprechenden optischen Filterschichten 5 für jeden Teil gegenüberliegen, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht. Das heißt, das Licht transmittierende Substrat 3 ist auf die DBR-Schichten 22 mit der dazwischen eingefügten optischen Kunststoffschicht derart gebunden, dass die DBR-Schichten 22 den optischen Filterschichten 5 gegenüberliegen. Für diese Verbindung werden, nachdem die optische Kunststoffschicht 11 auf die gesamte Oberfläche des Griffsubstrats 50 und/oder eines Licht transmittierenden Wafers 30 aufgetragen wurde, das Griffsubstrat 50 und der Licht transmittierende Wafer 30 aneinander ausgerichtet und miteinander unter Wärme, Druck, UV-Strahlung oder dergleichen verbunden. Hierbei kann die Entstehung von Hohlräumen in der optischen Kunststoffschicht 11 verhindert werden, wenn sie in Vakuum verbunden und dann an die Luft zurückgebracht werden.
Wie in 8 illustriert ist, wird danach die Oberflächenschicht 52 selektiv durch Nassätzen oder Trockenätzen weggeätzt, um das Griffsubstrat 50 von der Kavitätsschicht 21 zu entfernen. Da die äußeren Kantenteile der Kavitätsschicht 21 die Seitenflächen des Griffsubstrats 50 (das heißt die Seitenflächen der Basisschicht 51 und Oberflächenschicht 52) erreicht haben, während nur die Kavitätsschicht 21 in Kontakt mit der Oberflächenschicht 52 ist, kann die Oberflächenschicht 52 durch ein einziges Ätzmittel entfernt werden, das effektiv auf die Grenzschicht zwischen der Oberflächenschicht 52 und der Kavitätsschicht 21 wirkt. Um die Oberflächenschicht 52 effizient zu entfernen, kann die Basisschicht 51 des Griffsubstrats 50 mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet sein, um das Ätzmittel hierdurch vorlaufen zu lassen.
Dann werden DBR-Schichten 23 auf der Kavitätsschicht 21 ausgebildet, wie in 9 illustriert ist, die durch Entfernen des Griffsubstrats 50 belichtet wird. Als eine Folge liegen die DBR-Schichten 22, 23 einander in jedem Teil entsprechend einem Spektroskopiesensor 1 über die Kavitätsschicht 21 gegenüber, sodass sie die Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C bilden. Während der Teil, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht, ein Spektroskopiefiltersubstrat 9 wird, wird ein Spektroskopiefilterwafer 90 mit mehreren Spektroskopiefiltersubstraten 9, die in einer Matrix angeordnet sind, produziert. Zum Bilden der DBR-Schichten 23, werden ein Filmformen durch Eisenplattieren, Dampfdeposition, Sputtern oder dergleichen und ein Bemustern durch Fotoätzen und Abtragen oder Ätzen durchgeführt. Jede der DBR-Schichten 23 ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm, der ein laminierter Film ist, der aus SiO₂, TI02, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃, MgF₂ oder dergleichen hergestellt ist.
Wie in 10 illustriert ist, wird danach ein Lichtdetektionswafer 40 mit mehreren Lichtdetektionssubstraten 4, die in einer Matrix angeordnet sind, vorbereitet, und der Spektroskopiefilterwafer 90 und der Lichtdetektionswafer 40 werden miteinander mit der optischen Kunststoffschicht 12 derart verbunden, dass die DBR-Schichten 23 der Lichtaufnahmeeinheit 6 für jeden Teil gegenüberliegen, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht. Das heißt, das Lichtdetektionssubstrat 4 ist auf die DBR-Schichten 23 derart gebunden, dass die DBR-Schichten 23 der Lichtaufnahmeeinheit 6 über die optische Kunststoffschicht 12 gegenüberliegen. Für diese Verbindung werden, nachdem die optische Kunststoffschicht 12 auf die gesamte Oberfläche des Spektroskopiefilterwafers 90 und/oder des Lichtdetektionswafers 40 aufgetragen wurde, das Griffsubstrat 50 und der Lichtdetektionswafer 40 aneinander ausgerichtet und miteinander unter Wärme, Druck, UV-Strahlung oder dergleichen verbunden. Hierbei kann die Entstehung von Hohlräumen in der optischen Kunststoffschicht 12 verhindert werden, wenn sie unter Vakuum verbunden und dann wieder an die Luft zurückgebracht werden.
Wie in 11 illustriert ist, wird dann die rückseitige Fläche des Lichtdetektionswafers 40 nachgeschnitten, poliert, geätzt usw., sodass der Lichtdetektionswafer 40 auf eine Dicke von etwa 10 bis 150 µm verjüngt wird. Dann werden Durchgangsöffnungen durch Ätzen in Teilen ausgebildet, die Oberflächenleitungen entsprechen, um Durchgangsöffnungsleitungen, rückseitige Leitungen und dergleichen zu produzieren, wodurch die Leitungen 7 für jeden Teil entsprechend einem Spektroskopiesensor 1 ausgebildet werden. Ferner werden die Erhöhungen 8 auf der rückseitigen Fläche des Lichtdetektionswafers 40 für jeden Teil ausgebildet, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht. Wie in 12 illustriert ist, werden danach die Spektroskopiefilterwafer 90 und Lichtdetektionswafer 40, die miteinander verbunden sind, für jeden Teil, der einem Spektroskopiesensor 1 entspricht, in Chips aufgeteilt, wodurch mehrere Spektroskopiesensoren 1 erhalten werden.
Wie vorstehend erklärt wurde, bildet das Verfahren zur Herstellung des Spektroskopiesensors 1 die Kavitätsschicht 21 durch Nanoprägen des Griffsubstrats 50. Damit kann das Durchführen des Nanoprägens in Bezug auf das Griffsubstrat 50 die Kavitätsschicht 21 mit hoher Genauigkeit stabil erzeugen. Nach dem Ausbilden der Kavitätsschicht 21 und der DBR-Schichten 22, 23 auf der Seite des Licht transmittierenden Substrats 3, wird das Lichtdetektionssubstrat 4 hiermit verbunden. Dies kann verhindern, dass das Lichtdetektionssubstrat 4 in jedem der Verfahren zum Bilden der Kavitätsschicht 21 und DBR-Schichten 22, 23 beschädigt wird. Daher kann das Verfahren zum Herstellen des Spektroskopiesensors 1 den sehr zuverlässigen Spektroskopiesensor 1 hervorbringen.
Da der Spektroskopiefilterwafer 90 und der Lichtdetektionswafer 40 miteinander verbunden werden, nachdem die Leistungen jedes der Spektroskopiefilter 9 in dem Spektroskopiefilterwafer 90 inspiziert wurden, kann der Lichtdetektionswafer 40 davor geschützt werden, aufgrund von Defekten auf Seiten des Spektroskopiefilterwafers 90 verworfen zu werden.
Das Griffsubstrat 50 weist die selektiv entfernbare Oberflächenschicht 52 auf, die selektiv entfernt wird, um das Griffsubstrat 50 von der Kavitätsschicht 21 zu entfernen. Damit kann das selektive Entfernen der Oberflächenschicht 52 des Griffsubstrats 50 die Zeit verringern, die zum Entfernen des Griffsubstrats 50 von der Kavitätsschicht 21 benötigt wird, während die Kavitätsschicht 21 vor Beschädigung geschützt wird.
Nach dem Ausbilden der optischen Filterschichten 5 auf dem Licht transmittierenden Substrat 3 wird das Licht transmittierende Substrat 3 auf die DBR-Schichten 22 mit der dazwischen angeordneten optischen Kunststoffschicht 11 gebunden, sodass die DBR-Schichten 22 den optischen Filterschichten 5 durch die optische Kunststoffschicht 11 gegenüberliegen. Dies kann Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich dazu bringen, effizient auf die Interferenzfiltereinheiten 20A bis 20C aufzutreffen.
Die äußeren Kantenteile der Kavitätsschicht 21 werden dazu gebracht, ihre entsprechenden Seitenflächen des Griffsubstrats 50 (das heißt die Seitenflächen der Basisschicht 51 und Oberflächenschicht 52) zu erreichen, um die Kavitätsschicht 21 auf dem Griffsubstrat 50 derart auszubilden, dass die Kavitätsschicht 21 einen Bereich enthält, wo die optische Kunststoffschicht 11 angeordnet ist, wenn sie in der Dickenrichtung des Griffsubstrats 50 betrachtet wird. Als eine Folge gelangt nur die Kavitätsschicht 21 in Kontakt mit dem Griffsubstrat 50, wenn letzteres entfernt wird, wodurch das Griffsubstrat 50 unter einer leichten Bedingung entfernt werden kann, dass nur ein einziges Ätzmittel, das effektiv auf die Zwischenfläche zwischen der Oberflächenschicht 52 und der Kavitätsschicht 21 wirkt, notwendig ist.
Die Oberflächenschicht 52 des Griffsubstrats 50 selbst kann eine Funktion einer Löseverarbeitungsschicht oder dergleichen haben, um es leichter zu machen, das Griffsubstrat 50 abzuschälen. Wenn die Kavitätsschicht 21 und optische Kunststoffschicht 11 in Kontakt mit der Oberflächenschicht 52 sind, wie in (a) von 13 gezeigt ist (das heißt die Kavitätsschicht 21 ist nicht auf dem Griffsubstrat 50 so ausgebildet, dass sie einen Bereich enthält, wo die optische Kunststoffschicht 11 angeordnet ist, gesehen in der Dickenrichtung des Griffsubstrats 50), unterscheidet sich in diesem Fall die Abschälkraft an der Zwischenfläche zwischen der Oberflächenschicht 52 und der Kavitätsschicht 21 von derjenigen an der Zwischenfläche zwischen der Oberflächenschicht 52 und der optischen Kunststoffschicht 11, was es erschwert, das Griffsubstrat 50 gleichmäßig von der Kavitätsschicht 21 abzuschälen. Wenn die Kavitätsschicht 21 so auf dem Griffsubstrat 50 ausgebildet ist, dass sie einen Bereich enthält, wo die optische Kunststoffschicht 11 angeordnet ist, gesehen in einer Dickenrichtung des Griffsubstrats 50, wie in 7 illustriert ist, ist dagegen nur die Kavitätsschicht 21 in Kontakt mit der Oberflächenschicht 52, wodurch das Griffsubstrat 50 gleichmäßig von der Kavitätsschicht 21 abgeschält werden kann.
Wie in (b) der 13 illustriert ist, wird die Zwischenfläche zwischen der Kavitätsschicht 21 und der optischen Kunststoffschicht 11 auf der Rückseite belichtet, nachdem das Griffsubstrat 50 von der Kavitätsschicht 21 abgeschält wurde, wodurch es eine Möglichkeit gibt, dass die Zwischenschicht sich abschält oder ein Spalt an der Zwischenschicht in einem thermischen Prozess wie zum Beispiel Fotoätzen zum Zeitpunkt des Bemusterns der DBR-Schichten 23 oder des Filmbildens auftritt. Wenn die Kavitätsschicht 21 auf dem Griffsubstrat 50 derart ausgebildet wird, dass sie einen Bereich enthält, wo die optische Kunststoffschicht 11 angeordnet ist, gesehen in der Dickenrichtung des Griffsubstrats 50, wird dagegen nur die Kavitätsschicht 21 auf der Rückseite belichtet, nachdem das Griffsubstrat 50 von der Kavitätsschicht 21 abgeschält wurde, wie in 8 illustriert ist, wodurch ein solches Problem betreffend die Zwischenschicht vermieden werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine ihrer vorstehend erklärten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann das Griffsubstrat 50 an sich entfernbar sein, ohne eine Oberflächenschicht 52 aufzuweisen. Wenn das Griffsubstrat 50 selektiv weggeätzt wird, ist es in einem solchen Fall vorteilhaft für das Griffsubstrat 50, wenn es zuvor durch Nachschneiden, Polieren oder dergleichen verjüngt wurde.
Das Lichtdetektionssubstrat 40 ist nicht auf den eindimensionalen Sensor beschränkt, sonder kann ein zweidimensionaler Sensor sein. Die Dicke der Kavitätsschicht 21 kann zweidimensional oder schrittweise variieren. Anstelle der DBR-Schichten 22, 23 können einschichtige reflektierende Metallfilme aus AL, Au, Ag oder dergleichen als Spiegelschichten verwendet werden. Anstelle der Verbindung mit optischen Kunststoffschichten 11, 12 können Verbindungen an den äußeren Umfangsteilen des Spektroskopiesensors 1 verwendet werden. In diesem Fall ist ein Verbinden mit niedrig schmelzendem Glas, Lötmetall oder dergleichen unter Aufrechterhaltung eines Spalts mit einem Abstandshalter möglich. Ein Bereich, der durch Verbindungen umgeben ist, kann als ein Luftspalt freigelassen werden oder mit einem optischen Kunststoff gefüllt werden. Die optischen Filterschichten 5 können auf der Seite der Frontfläche 3a des Licht transmittierenden Substrats 3 ausgebildet werden, sodass sie ihren entsprechenden Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B, 20C gegenüberliegen. Das Licht transmittierende Substrat 3 kann durch Filterglas (Farbglas) dargestellt werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann einen sehr zuverlässigen Spektroskopiesensor hervorbringen.
Bezugszeichenliste
1...Spektroskopiesensor; 3...Licht transmittierendes Substrat; 4...Lichtdetektionssubstrat; 5...optische Filterschicht; 11...optische Kunststoffschicht; 20A, 20B, 20C...Interferenzfiltereinheit; 21...Kavitätsschicht; 22...DBR-Schicht (erste Spiegelschicht); 23...DBR-Schicht (zweite Spiegelschicht) ; 50...Griffsubstrat; 52...Oberflächenschicht

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors umfassend eine Interferenzfiltereinheit, die eine Kavitätsschicht und erste und zweite Spiegelschichten aufweist, die einander über die Kavitätsschicht gegenüber liegen, um selektiv Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer Einfallsposition von ihm zu transmittieren; ein Licht transmittierendes Substrat zum Transmittieren des Lichts, das auf die Interferenzfiltereinheit auftrifft; und ein Lichtdetektionssubstrat zum Detektieren des Lichts, das durch die Interferenzfiltereinheit transmittiert wurde; wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Schritt des Bildens der Kavitätsschicht durch Nanoprägen auf einem Griffsubstrat; einen zweiten Schritt des Bildens der ersten Spiegelschicht auf der Kavitätsschicht nach dem ersten Schritt; einen dritten Schritt des Bindens des Licht transmittierenden Substrats auf die erste Spiegelschicht nach dem zweiten Schritt; einen vierten Schritt des Entfernens des Griffsubstrats von der Kavitätsschicht nach dem dritten Schritt; einen fünften Schritt des Bildens der zweiten Spiegelschicht auf der Kavitätsschicht ohne das Griffsubstrat nach dem vierten Schritt; und einen sechsten Schritt des Bindens des Lichtdetektionssubstrats auf die zweite Spiegelschicht nach dem fünften Schritt.
Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors nach Anspruch 1, wobei das Griffsubstrat eine selektiv entfernbare Oberflächenschicht aufweist; wobei in dem ersten Schritt die Kavitätsschicht auf der Oberflächenschicht ausgebildet wird; und wobei in dem vierten Schritt das Griffsubstrat von der Kavitätsschicht durch selektives Entfernen der Oberflächenschicht entfernt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem ersten Schritt, wenn das Licht transmittierende Substrat auf die erste Spiegelschicht mit einer dazwischen eingefügten optischen Kunststoffschicht in dem dritten Schritt gebunden wird, die Kavitätsschicht auf dem Griffsubstrat derart ausgebildet wird, dass die Kavitätsschicht einen Bereich enthält, wo die optische Kunststoffschicht angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Spektroskopiesensors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine optische Filterschicht zum Transmittieren des Lichts in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich auf dem Licht transmittierenden Substrat vor dem dritten Schritt ausgebildet wird; und wobei in dem dritten Schritt das Licht transmittierende Substrat derart auf die erste Spiegelschicht gebunden wird, dass die erste Spiegelschicht und die optische Filterschicht einander gegenüberliegen.