DE112012004119B4

DE112012004119B4 - Spektroskopischer Sensor

Info

Publication number: DE112012004119B4
Application number: DE112012004119.4T
Authority: DE
Inventors: c/o Hamamatsu Photonics K.K. Shibayama Katsumi; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Kasahara Takashi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: US9587980B2; JP2013079872A; CN103842784A; WO2013051372A1; DE112012004119T5; JP5878723B2; US20140313514A1; CN103842784B

Abstract

Spektroskopischer Sensor (1), umfassend:eine Interferenzfiltereinheit (20, 20A, 20B), die eine Hohlraumschicht (21) und erste und zweite Spiegelschichten (22, 23) aufweist, die sich einander über die Hohlraumschicht (21) gegenüberliegen , zum selektiven Durchlassen von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer diesbezüglichen Einfallsposition;ein Licht-durchlassendes Substrat (3), angeordnet an einer Seite der ersten Spiegelschicht (22), zum Durchlassen von Licht, das an der Interferenzfiltereinheit (20, 20A, 20B) einfällt; undein Licht-detektierendes Substrat (4), angeordnet an einer Seite der zweiten Spiegelschicht (23), zum Erfassen des durch die Interferenzfiltereinheit (20, 20A, 20B) durchgelassenen Lichts;wobei die Hohlraumschicht (21) aufweist:einen Filterbereich (24), der zwischen der ersten und zweiten Spiegelschicht (22, 23) gehalten wird, wobei eine Dicke des Filterbereichs (24) in Abhängigkeit von der Einfallsposition des Lichts variiert;einen ringförmigen Umgebungsbereich (25), der den Filterbereich (24) mit einem vorbestimmten Abstand senkrecht zur Lichteinfallsrichtung davon umgibt; undeinen ringförmigen Verbindungsbereich (26), der einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats (4) des Filterbereichs (24) und einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats (4) des Umgebungsbereichs (25) miteinander verbindet,wobei der Filterbereich (24), der ringförmige Umgebungsbereich (25) und der ringförmige Verbindungsbereich (26) integral ausgebildet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen spektroskopischen Sensor.
Stand der Technik
Ein herkömmlicher spektroskopischer Sensor ist bekannt, der eine Interferenzfiltereinheit zum Durchlassen von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge gemäß einer Lichteinfallsposition, ein Licht-durchlassendes Substrat zum Hindurchlassen des Lichts, das an der Interferenzfiltereinheit einfällt, und ein Licht-detektierendes Substrat zum Erfassen des durch die Interferenzfiltereinheit hindurchgelassenen Lichts umfasst. Ein Paar von Spiegelschichten kann hier über eine Hohlraumschicht (engl. Cavity Layer) gegenüber voneinander sein, um die Interferenzfiltereinheit als jene vom Fabry-Perot-Typ auszubilden (siehe, z.B., Patentliteratur 1 und 2).
Liste der Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2006 - 58 301 A
Patentliteratur 2: Japanische übersetzte internationale Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP H02 - 502 490 A
Patentliteratur 3: US 5 144 489 A Patentliteratur
4: US 2006/0 039 009 A1
Patentliteratur 5: US 2010/0 032 551 A1
Patentliteratur 6: US 2006/0 209 413 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem spektroskopischen Sensor, wie zum Beispiel der oben erwähnte, ist die Hohlraumschicht jedoch eine sehr anspruchsvolle Schicht (zum Beispiel eine Schicht von einigen Hundert nm oder geringer, die aus einem Harzmaterial besteht), wobei die Eigenschaft der Interferenzfiltereinheit verringert werden kann, wenn eine externe Kraft an der Hohlraumschicht wirkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen hochgradig zuverlässigen spektroskopischen Sensor bereitzustellen.
Lösung des Problems
Das obige Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Beispiele und technische Beschreibungen von Vorrichtungen, Produkten und/oder Verfahren in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen, die nicht unter die Ansprüche fallen, werden nicht als Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, sondern als Hintergrundwissen oder Beispiele, die für das Verständnis der Erfindung nützlich sind. Ein spektroskopischer Sensor gemäß einem Aspekt eines Beispiels umfasst eine Interferenzfiltereinheit, die eine Hohlraumschicht und erste und zweite Spiegelschichten aufweist, die über die Hohlraumschicht gegenüber voneinander sind, zum selektiven Durchlassen von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer diesbezüglichen Einfallsposition; ein Licht-durchlassendes Substrat, angeordnet an der Seite der ersten Spiegelschicht, zum Durchlassen von Licht, das an der Interferenzfiltereinheit einfällt; und ein Licht-detektierendes Substrat, angeordnet an der Seite der zweiten Spiegelschicht, zum Erfassen des durch die Interferenzfiltereinheit durchgelassenen Lichts; wobei die Hohlraumschicht aufweist: einen Filterbereich, der zwischen der ersten und zweiten Spiegelschicht gehalten wird; einen ringförmigen Umgebungsbereich, der den Filterbereich mit eine vorbestimmten Abstand davon umgibt, bei Betrachtung in einer entgegengesetzten Richtung des Licht-durchlassenden und des Licht-detektierenden Substrats; und einen ringförmigen Verbindungsbereich, der einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats des Filterbereichs und einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats des Umgebungsabschnitts miteinander verbindet.
In diesem spektroskopischen Sensor ist ein Filterbereich durch einen ringförmigen Umgebungsbereich mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen in einer Hohlraumschicht umgeben, während ein Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats des Filterbereichs und ein Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats des Umgebungsbereichs miteinander verbunden sind, durch einen ringförmigen Verbindungsbereich. Als Konsequenz wird jede externe Kraft, die in eine Richtung senkrecht zu der entgegengesetzten Richtung des Licht-durchlassenden und Licht-detektierenden Substrats wirkt, durch den Umgebungsbereich und Verbindungsbereich gepuffert, wobei verhindert werden kann, dass der Filterbereich beschädigt wird. Dieser spektroskopische Sensor ist somit hochgradig zuverlässig.
Eine Endseite der Seite des Licht-durchlassenden Substrats des Umgebungsbereichs kann hier im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweisen, als mit einem Abschnitt, der sich am nächsten zu dem Licht-durchlassenden Substrat in einer Oberfläche zum Ausbilden der ersten Spiegelschicht in dem Filterbereich befindet, oder näher zu dem Licht-durchlassenden Substrat als dieser Abschnitt positioniert ist. In diesem Fall kann jede externe Kraft, die in eine Richtung parallel zu der entgegengesetzten Richtung des Licht-durchlassenden und Licht-detektierenden Substrats wirkt, durch den Umgebungsbereich aufgenommen werden, um zu verhindern, dass der Filterbereich beschädigt wird.
Eine Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats des Verbindungsbereichs kann im Wesentlichen die gleiche Höhe als ein Abschnitt aufweisen, der sich am nächsten zu dem Licht-detektierenden Substrat in einer Oberfläche zum Ausbilden der ersten Spiegelschicht in dem Filterbereich befindet, oder näher zu dem Licht-detektierenden Substrat als dieser Abschnitt positioniert ist. In diesem Fall kann verhindert werden, dass jede externe Kraft, die in eine Richtung parallel zu der entgegengesetzten Richtung des Licht-durchlassenden und Licht-detektierenden Substrats wirkt, direkt an der Oberfläche zum Ausbilden der ersten Spiegelschicht in dem Filterbereich ausgeübt wird.
Der spektroskopische Sensor kann ferner eine optische Filterschicht umfassen, ausgebildet an dem Licht-durchlassenden Substrat, um der ersten Spiegelschicht gegenüber zu liegen, zum Hindurchlassen von Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich. Dies führt dazu, dass das Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich effizient an der Interferenzfiltereinheit einfällt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann einen hochgradig zuverlässigen spektroskopischen Sensor bereitstellen.
Figurenliste

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht eines spektroskopischen Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Draufsicht einer Hohlraumschicht in dem spektroskopischen Sensor gemäß 1;
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
5 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
6 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
7 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
8 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
9 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
10 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
11 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
12 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
13 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
14 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
15 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
16 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
17 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
18 ist eine vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen des spektroskopischen Sensors gemäß 1;
19 ist ein Profildiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen einer Fotolast- bzw. Resist-Schicht und der Hohlraumschicht;
20 ist eine Draufsicht eines Trägersubstrats, das mit der Fotolack- bzw. Resist-Schicht ausgebildet ist;
21 ist eine vertikale Draufsicht eines modifizierten Beispiels des spektroskopischen Sensors gemäß 1; und
22 ist eine Draufsicht der Hohlraumschicht in dem spektroskopischen Sensor gemäß 20.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen wird auf die gleichen oder äquivalenten Elemente mit den gleichen Bezugszeichen verwiesen, wodurch eine sich wiederholende Beschreibung vermieden wird.
Wie 1 darstellt, umfasst ein spektroskopischer Sensor 1 eine Interferenzfiltereinheit 20 zum selektiven Durchlassen dahindurch von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer diesbezüglichen Einfallsposition, ein Licht-durchlassendes Substrat 3 zum Durchlassen dahindurch des an der Interferenzfiltereinheit 20 einfallenden Lichts, und ein Licht-detektierendes Substrat 4 zum Erfassen des durch die Interferenzfiltereinheit 4 durchgelassenen Lichts. Der spektroskopische Sensor 1 ist aus einer rechteckigen Parallelepiped-artigen CSP (engl. Chip Size Package) ausgebildet, wobei jede Seite eine Länge von einigen Hundert um bis zu einigen 10mm aufweist.
Das Licht-durchlassende Substrat 3 besteht aus Glas oder dergleichen und ist in eine rechteckige Platte ausgebildet, die eine Dicke in der Größenordnung von 0,2 bis 2mm aufweist. Eine optische Filterschicht 5 ist an der Rückseite 3b des Licht-durchlassenden Substrats 3 ausgebildet, um der Interferenzfiltereinheit 20 gegenüber zu liegen. Die optische Filterschicht 5, wobei es sich um einen dielektrischen Mehrfachschichtfilm oder einen organischen Farbfilter (Farb-Fotolack- bzw. Farb-Resist) handelt, ist in einem rechteckigen Film ausgebildet, der eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 10µm aufweist. Die optische Filterschicht 5 arbeitet als ein Bandpassfilter zum Durchlassen dahindurch von Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich, um an dessen gegenüberliegender Interferenzfiltereinheit 20 einzufallen.
Das Licht-detektierende Substrat 4, wobei es sich um ein Fotodioden-Array handelt, ist in einer rechteckigen Platte ausgebildet, die eine Dicke in der Größenordnung von 10 bis 150µm aufweist. Die Vorderseite 4a des Licht-detektierenden Substrats 4 ist mit einer Lichtempfangseinheit 6 zum Empfangen des durch die Interferenzfiltereinheit 2 hindurch gelassenen Lichts ausgebildet. Die Lichtempfangseinheit 6 ist durch eindimensional angeordnete ausgedehnte Fotodioden entlang der longitudinalen Richtung des Licht-detektierenden Substrats 4 ausgebildet, wobei jede Fotodiode sich entlang einer Richtung erstreckt, die im Wesentlichen senkrecht zu der longitudinalen Richtung des Licht-detektierenden Substrats 4 ist. Das Licht-detektierende Substrat 4 ist ferner mit Anschlüssen bzw. Drähten 7 (Vorderverdrahtung, rückseitige Verdrahtung, Durchgangsverdrahtung, usw.) ausgebildet, um elektrische Signale herauszuführen, die durch die Lichtempfangseinheit 6 photoelektrische gewandelt wurden. Die Rückseite 4b des Licht-detektierenden Substrats 4 ist mit Oberflächenangeordneten Erhebungen (engl. Bumps) 8 bereitgestellt, die mit den Anschlüssen bzw. Drähten 7 elektrisch verbunden sind. Das Licht-detektierende Substrat 4 ist nicht auf ein Fotodioden-Array beschränkt, sondern kann ebenso eines von anderen Halbleiter-Licht-detektierenden Elementen sein (C-MOS-Bildsensoren, CCD-Bildsensoren, und dergleichen).
Die Interferenzfiltereinheit 20 weist eine Hohlraumschicht 21 und DBR- (engl. Distributed Bragg Reflector) Schichten 22, 23 auf. In der Interferenzfiltereinheit 20 stehen sich die DBR-Schichten (erste und zweite Spiegelschicht) 22, 23 über die Hohlraumschicht 21 gegenüber. D.h., dass die Hohlraumschicht 21 einen Abstand zwischen den DBR-Schichten 22, 23 beibehält, die sich gegenüber stehen. Jede der DBR-Schichten 22, 23 ist ein dielektrischer Mehrfachschichtfilm, der aus SiO₂, TIO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃, MgF₂ oder dergleichen besteht, und in einem rechteckigen Film ausgebildet ist, der eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 10µm aufweist.
Die Hohlraumschicht 21 ist ein Siliziumoxidfilm (SiO₂-Film), der durch thermisch oxidiertes Silizium ausgebildet ist, eine Dicke in der Größenordnung von 100nm bis einige um aufweist. Wie die 1 und 2 darstellen, weist die Hohlraumschicht 21 einen Filterbereich 24, einen Umgebungsbereich 25 und einen Verbindungsbereich 26 auf, die integral ausgebildet sind.
Der Filterbereich 24 ist in einem rechteckigen Film ausgebildet, bei dem jede Seite eine Länge in der Größenordnung von einigen mm aufweist, und wird zwischen den DBR-Schichten 22, 23 gehalten. Insbesondere ist die DBR-Schicht 22 an der Vorderseite 24a des Filterbereichs 24 ausgebildet, während die DBR-Schicht 23 an der Rückseite 24b des Filterbereichs 24 ausgebildet ist. Die Rückseite 24b des Filterbereichs 24 ist im Wesentlichen parallel zu einer Ebene, die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung ist (die Richtung, in die das Licht-durchlassende Substrat 3 und das Licht-detektierende Substrat 4 sich gegenüber stehen), während die Vorderseite 24a des Filterbereichs 24 mit Bezug auf diese Ebene geneigt ist. Als Konsequenz erhöht der Filterbereich 24 graduell dessen Dicke in der Größenordnung von 100nm bis einige um in Richtung eines longitudinalen Endes des spektroskopischen Sensors 1.
Der Umgebungsbereich 25 ist in einer rechteckigen ringförmigen Form ausgebildet, bei der jede äußere Seite eine Länge in der Größenordnung von einigen mm aufweist, und umgibt den Filterbereich 24 mit einem diesbezüglichen vorbestimmten Abstand d (z.B. in der Größenordnung von einigen µm bis 1mm). Der Verbindungsbereich 26 ist in einer rechteckigen ringförmigen Form ausgebildet, um zwischen dem Filterbereich 24 und dem Umgebungsbereich 25 angeordnet zu sein, und verbindet einen Endabschnitt 24e des Filterbereichs 24 an der Seite des Licht-detektierenden Substrats 4 und einen Endabschnitt 25e des Umgebungsbereichs 25 an der Seite des Licht-detektierenden Substrats 4 miteinander. Der Filterbereich 24, Umgebungsbereich 25 und Verbindungsbereich 26 bilden einen Einschnitt (engl. Groove) G, der sich derart erstreckt, dass der Filterbereich 24 mit einer Breite d in der Hohlraumschicht 21 umgeben wird.
Wie 1 darstellt, weist die Vorderseite (Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats) 25a des Umgebungsbereichs 25 im Wesentlichen die gleiche Höhe wie ein Abschnitt 24h auf, der sich am nächsten zu dem Licht-durchlassenden Substrat 3 in der Vorderseite (erste Spiegelschicht-ausbildende Oberfläche) 24a des Filterbereichs 24 positioniert, oder ist näher zu dem Licht-durchlassenden Substrat 3 als dieser Abschnitt 24h positioniert. Die Vorderseite (Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats) 26a des Verbindungsabschnitts 26 weist im Wesentlichen die gleiche Höhe wie ein Abschnitt 241 auf, der sich am nächsten zu dem Licht-detektierenden Substrat 4 in der Vorderseite 24a des Filterbereichs 24 befindet, oder näher zu dem Licht-detektierenden Substrat 4 als dieser Abschnitt 241 positioniert ist. Die Rückseite 24b des Filterbereichs 24, die Rückseite 25b des Umgebungsabschnitts 25, und die Rückseite 26b des Verbindungsabschnitts 26 sind andererseits im Wesentlichen auf gleicher Ebene zueinander. Eine Seitenfläche 25c des Umgebungsbereichs 25 ist auf gleicher Ebene mit einer Seitenfläche 3c des Licht-durchlassenden Substrats 3 und einer Seitenfläche 4c des Licht-detektierenden Substrats 4. Ein Abstand in der Größenordnung von 0 bis 100pm kann jedoch zwischen der Seitenfläche 3c des Licht-durchlassenden Substrats 3 und der Seitenfläche 4c des Licht-detektierenden Substrats 4 auftreten.
Das Licht-durchlassende Substrat 3 ist an der Seite der DBR-Schicht 22 der Hohlraumschicht 21 angeordnet und mit der Hohlraumschicht 21 und DBR-Schicht 22 über eine Kopplungsschicht (erste Kopplungsschicht) 11 verbunden. Das Licht-detektierende Substrat 4 ist an der Seite der DBR-Schicht 23 der Hohlraumschicht 21 angeordnet und mit der Hohlraumschicht 21 und DBR-Schicht 23 durch eine Kopplungsschicht (zweite Kopplungsschicht) 12 verbunden. Jede der Kopplungsschichten 11, 12, die zwischen der Interferenzfiltereinheit 20 und dem Licht-durchlassenden Substrat 3 und Licht-detektierenden Substrat 4 angeordnet ist, ist ein Siliziumoxidfilm, der durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS (Tetraethyl Orthosilicate, Tetraethoxysilane) als ein Materialgas ausgebildet und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen Hundert nm bis 10µm auf.
Wenn in dem derart ausgebildeten spektroskopischen Sensor 1 Licht, das an dem Licht-durchlassenden Substrat 3 von der diesbezüglichen Vorderseite 3a einfällt, durch dieses hindurch tritt, um die diesbezügliche Rückseite 3b zu erreichen, wird nur Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, das auf die Interferenzfiltereinheit 20 einfallen soll, durch die optische Filterschicht 5 durchgelassen. Wenn dann das durch die optische Filterschicht 5 durchgelassene Licht auf die Interferenzfiltereinheit 20 fällt, wird Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich selektiv gemäß dessen Einfallsposition hindurch gelassen. D.h., dass eine Lichtwellenlänge, die in jeden Kanal der Lichtempfangseinheit 6 des Licht-detektierenden Substrats 4 eintritt, eindeutig durch die Dicke und Art der DBR-Schichten 22, 23 und die Dicke der Hohlraumschicht 21 an der Einfallsposition bestimmt wird. Als Konsequenz wird Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge für jeden Kanal der Lichtempfangseinheit 6 in dem Licht-detektierenden Substrat 4 erfasst bzw. detektiert.
Während in dem spektroskopischen Sensor 1, wie oben stehend erläutert, der Filterbereich 24 durch den Umgebungsbereich 25 mit einem vorbestimmten Abstand d dazwischen in der Hohlraumschicht 21 umgeben ist, sind der Endabschnitt 24e des Filterbereichs 24 und der Endabschnitt 25e des Umgebungsbereichs 25 miteinander durch den Verbindungsbereich 26 verbunden. Als Konsequenz wird jede externe Kraft, die in eine Richtung senkrecht zur Richtung wirkt, in der das Licht-durchlassende Substrat 3 und das Licht-detektierende Substrat 4 gegenüber voneinander sind, durch den Umgebungsabschnitt 25 und den Verbindungsabschnitt 26 gepuffert, wodurch verändert werden kann, dass der Filterbereich 24 beschädigt wird. Der spektroskopische Sensor 1 ist somit hochgradig zuverlässig.
Die Vorderseite 25a des Umgebungsbereichs 25 weist im Wesentlichen die gleiche Höhe wie der Abschnitt 24h auf, der sich am nächsten zu dem Licht-durchlassenden Substrat 3 in der Vorderseite 24a des Filterbereichs 24 befindet, oder näher an dem Licht-durchlassenden Substrat 3 als dieser Abschnitt 24h positioniert ist. Als Konsequenz kann jede externe Kraft, die in einer Richtung parallel zur Richtung wirkt, in der das Licht-durchlassende Substrat 3 und das Licht-detektierende Substrat 4 gegenüber voneinander sind (z.B. eine externe Kraft, die nach einem direkten Verbinden zwischen Kopplungsschichten 11a, 11b oder 12a, 12b anliegt, was später erläutert werden wird), durch die Umgebungsschicht 25 aufgenommen werden, um eine Beschädigung des Filterbereichs 24 zu verhindern.
Die Vorderseite 26a des Verbindungsbereichs 26 weist im Wesentlichen die gleiche Höhe auf wie der Abschnitt 241, der sich am nächsten zu dem Licht-detektierenden Substrat 4 in der Vorderseite 24a des Filterbereichs 24 befindet, oder näher zu dem Licht-detektierenden Substrat 4 als dieser Abschnitt 241 positioniert ist. Als Konsequenz kann verhindert werden, dass irgendeine externe Kraft, die in eine Richtung senkrecht zu der Richtung wirkt, in der das Licht-durchlassende Substrat 3 und das Licht-detektierende Substrat 4 gegenüber voneinander sind, direkt auf die Vorderseite 24a des Filterbereichs 24 ausgeübt wird, wobei es sich um eine Oberfläche zum Ausbilden der DBR-Schicht 22 handelt.
Die optische Filterschicht 5 ist an dem Licht-durchlassenden Substrat 3 ausgebildet, um der DBR-Schicht 22 gegenüber zu liegen. Dies ermöglicht, dass Licht in einer vorbestimmten Wellenlänge effizient an der Interferenzfiltereinheit 20 einfällt.
In dem spektroskopischen Sensor 1 ist die Hohlraumschicht 21 darüber hinaus ein Siliziumoxidfilm und kann somit dessen Form, Lichtdurchlässigkeit bzw. Lichtransmittanz, Brechungsindex und dergleichen stärker stabilisieren, als wenn diese aus einem Harzmaterial besteht. Die Kopplungsschichten 11, 12 sind Siliziumoxidfilme und können somit die Durchlässigkeitscharakteristik des Lichts stabilisieren, das von dem Licht-durchlassenden Substrat 3 zu der Interferenzfiltereinheit 20 fortschreitet, und darüber hinaus das Licht, das von der Interferenzfiltereinheit 20 zu dem Licht-detektierenden Substrat 4 fortschreitet, und zwar mehr, als wenn diese aus Harzmaterialien bestehen. Die Tatsache, dass die Hohlraumschicht 21 und die Kopplungsschichten 11, 12 Siliziumoxidfilme sind, kann auch verhindern, dass deren Qualität durch Änderungen in der Temperatur eine hohe Feuchtigkeit und dergleichen der Umgebung, in der diese verwendet werden, verringert wird. Die Hohlraumschicht 21 und die Kopplungsschichten 11, 12 können insbesondere eine Feuchtigkeitsabsorption verhindern, die auftreten kann, wenn diese aus Harzmaterialien bestehen, während eine thermische Expansion und Kontraktion stärker unterdrückt wird, so dass diese stärker thermisch stabil sind, als dann, wenn diese aus Harzmaterialien bestehen.
Die Hohlraumschicht 21 ist ein Siliziumoxidfilm, der durch thermisch oxidiertes Silizium ausgebildet ist. Dies führt zu einer stabilen Hohlraumschicht 21 mit einer hohen Qualität bei geringen Kosten.
Die Kopplungsschichten 11, 12 sind Siliziumoxidfilme, die durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas ausgebildet werden. Dies kann die Kopplungsschichten 11, 12 bei einer geringen Temperatur und hohen Geschwindigkeit mit geringer Spannung ausbilden, wodurch verhindert wird, dass die Hohlraumschicht 21 und die DBR-Schichten 22, 23 beschädigt werden, wodurch die Hohlraumschicht 21 und die DBR-Schichten 22, 23 mit einer hohen Qualität erhalten werden.
Ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten spektroskopischen Sensors 1 wird im Folgenden erläutert. Zuerst wird, wie 3 darstellt, eine Hauptseite 50a eines Siliziumsubstrats 50 und die andere Hauptseite 50b davon thermische oxidiert, um Siliziumoxidfilme 52 an einer Hauptseite 51a eines Trägersubstrats 51 auszubilden, das aus Silizium besteht, und der anderen diesbezüglichen Hauptseite 51b, und der Siliziumoxidfilm 52, der an der einen Hauptseite 51a oder der anderen Hauptseite 51b des Trägersubstrats 51 ausgebildet ist, wird als eine Oberflächenschicht 53 verwendet. Der Siliziumoxidfilm 52, der an der einen Hauptseite 51a des Trägersubstrats 51 ausgebildet ist, wird als die Oberflächenschicht 53 verwendet. Die Oberflächenschicht 53 weist eine Dicke von ca. 1000nm auf.
Wie die 4 und 5 darstellen, wird anschließend eine Fotolack- bzw. Resist-Schicht 54 zum Ätzen zur Herstellung einer Vielzahl von Hohlraumschichten 21, die in einer Matrix angeordnet sind, an der Oberflächenschicht 53 ausgebildet. Unter Verwendung der Fotolack-Schicht 54 als Maske wird dann die Oberflächenschicht 53, die an dem Trägersubstrat 51 bereitgestellt ist, geätzt (zurück geätzt), um eine Vielzahl von Hohlraumschichten 21 auszubilden, die in einer Matrix angeordnet sind (erster Schritt).
Als nächstes wird, wie 6 darstellt, die DBR-Schicht 22 an der Hohlraumschicht 21 für jeden Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1 ausgebildet (zweiter Schritt). Zur Ausbildung der DBR-Schicht 22 wird ein Filmausbilden durch Ionenplattieren, Aufdampfen, Sputtern oder dergleichen und durch eine Musterbildung durch Photoätzen und Abheben oder Ätzen durchgeführt. Da ein spektroskopischer Sensor 1 hier mit einer Hohlraumschicht 21 bereitgestellt ist, kann dann, wenn die DBR-Schicht 22 ausgebildet wird, die Filmausbildung an der gesamten Oberfläche durchgeführt werden, um alle Hohlraumschichten 21 abzudecken, anstelle einer Musterbildung von jedem Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1. Anschließend wird, wie 7 darstellt, ein Siliziumoxidfilm an dem Hohlraumfilm 21 ausgebildet, um die DBR-Schicht 22 abzudecken, durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas, und dessen Oberfläche wird durch CMP (engl. Chemical Mechanical Polishing) geglättet, wodurch die Kopplungsschicht 11a ausgebildet wird.
Der filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas ermöglicht die Ausbildung des Films bei geringer Temperatur (z.B. bei einer filmausbildenden Temperatur von 200°C oder geringer) und einer hohen Geschwindigkeit mit geringer Spannung durch Plasma-CVD, LP-CVD, AP-CVD oder dergleichen. In dem Plasma-CVD wird TEOS durch Blasenbildung mit einem He-Gas, Erhitzen mit einem Erhitzer oder dergleichen bereitgestellt, und bewirkt, dass eine Plasma-unterstützte Degradationsreaktion in einer Kammer erzeugt wird, um mit einem O₂-Gas zu reagieren, wodurch der Siliziumoxidfilm ausgebildet wird.
Andererseits wird, wie in 8 dargestellt, ein Licht-durchlassender Wafer 30 mit einer Vielzahl von Licht-durchlassenden Substraten 3, die in einer Matrix angeordnet sind, präpariert und die optische Filterschicht 5 wird für jeden Abschnitt entsprechend dem Licht-durchlassenden Substrat 3 auf dem Licht-durchlassenden Wafer 30 (d.h., auf dem Licht-durchlassenden Substrat 3) ausgebildet. Wenn die optische Filterschicht 5 von einem dielektrischen Mehrfachschichtfilm ausgebildet wird, wird eine Filmausbildung durch Ionenplattieren, Aufdampfen, Sputtern oder dergleichen und ein Muster bilden durch Photoätzen und Aufheben (engl. lift-off) oder Ätzen durchgeführt. Wenn das Ausbilden von einem organischen Farbfilter durchgeführt wird, wird die optische Filterschicht 5 durch eine Belichtung und Entwicklung oder dergleichen wie mit einem Fotolack bzw. Foto-Resist einer Musterbildung unterworfen. Da ein spektroskopischer Sensor 1 hier mit einer optischen Filterschicht 5 bereitgestellt ist, kann dann, wenn die optische Filterschicht 5 ausgebildet wird, die Filmausbildung an der gesamten Oberfläche durchgeführt werden, um den gesamten Licht-durchlassenden Wafer 30 abzudecken, anstelle einer Musterbildung von jedem Element entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1. Anschließend wird, wie 9 darstellt, ein Siliziumoxidfilm auf dem Licht-durchlassenden Wafer 30 ausgebildet, um die optische Filterschicht 5 durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas abzudecken, und dessen Oberfläche wird durch CMP geglättet, wodurch die Kopplungsschicht 11b ausgebildet wird.
Als nächstes wird, wie die 10 und 11 darstellen, bewirkt, dass die DBR-Schicht 22 und die optische Filterschicht 5 einander gegenüber sind für jeden Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1, und die jeweiligen Oberflächen der Kopplungsschichten 11a, 11b werden direkt miteinander verbunden (z.B. durch ein Oberflächenaktiviertes Verbinden bzw. Bonding), wodurch das Trägersubstrat 51 mit dem Licht-durchlassenden Wafer 30 miteinander verbunden werden. D.h., dass das Licht-durchlassende Substrat 3 auf der DBR-Schicht 22 verbunden ist, so dass die DBR-Schicht 22 und die optische Filterschicht 5 über die Kopplungsschicht 11 gegenüber voneinander sind. Wenn die optische Filterschicht 5 nicht auf dem Licht-durchlassenden Wafer 30 ausgebildet ist, ist die Kopplungsschicht 11b als eine glättende Schicht nicht erforderlich.
Wie 12 darstellt, wird anschließend der Siliziumoxidfilm 52, der an der anderen Hauptseite 51b des Trägersubstrats 51 ausgebildet ist und ein Teil des Trägersubstrats 51 an der anderen Hauptseite 51b beschliffen, so dass das Trägersubstrat 51 dünner wird. Wie 13 darstellt, wird dann das Trägersubstrat 51 nass oder trocken geätzt, um das Trägersubstrat 51 von der Hohlraumschicht 21 zu entfernen (vierter Schritt). Der Siliziumoxidfilm 52, der an der anderen Hauptseite 51b des Trägersubstrats 51 ausgebildet ist, und das Trägersubstrat 51 können durch Nass- oder Trockenätzen ohne Beschleifen entfernt werden.
Wie 14 darstellt, wird als nächstes die DBR-Schicht 23 in der gleichen Art und Weise wie die DBR-Schicht 22 an der Hohlraumschicht 21 ausgebildet, die durch Entfernen des Trägersubstrats 51 freigelegt ist (fünfter Schritt). Als Konsequenz sind die DBR-Schichten 22, 23 über die Hohlraumschicht 21 gegenüber voneinander, für jeden Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1, wodurch die Interferenzfiltereinheit 20 ausgebildet wird. Ein Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1 wird dann zu einem spektroskopischen Filtersubstrat 9, wobei ein spektroskopischer Filter-Wafer 90 mit einer Vielzahl von spektroskopischen Filtersubstraten 9, die in einer Matrix angeordnet sind, erzeugt. Da ein spektroskopischer Sensor 1 hier mit einer Hohlraumschicht 21 bereitgestellt ist, kann dann, wenn die DBR-Schicht 23 ausgebildet wird, die Filmausbildung an der gesamten Oberfläche durchgeführt werden, um alle Hohlraumschichten 21 abzudecken, anstelle einer Musterbildung von jedem Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1.
Danach wird, wie 15 darstellt, ein Siliziumoxidfilm auf der Hohlraumschicht 21 ausgebildet, um die DBR-Schicht 23 abzudecken, durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas, und dessen Oberfläche wird durch CMP geglättet, wodurch die Kopplungsschicht 12a ausgebildet wird. Andererseits wird, wie 16 darstellt, ein Licht-detektierender Wafer 40 mit einer Vielzahl von Licht-detektierenden Substraten 4 präpariert. Ein Siliziumoxidfilm wird dann auf dem Licht-detektierenden Wafer 40 ausgebildet, um die Lichtempfangseinheiten 6 abzudecken, durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas, und dessen Oberfläche wird durch CMP geglättet, wodurch die Kopplungsschicht 12b ausgebildet wird.
Wie die 16 und 17 darstellen, wird im Folgenden bewirkt, dass die DBR-Schicht 23 und die Lichtempfangseinheit 6 gegenüber voneinander sind, für jeden Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1, und die jeweiligen Oberflächen der Kopplungsschichten 12a, 12b sind direkt miteinander verbunden, wodurch der spektroskopische Filter-Wafer 90 und der Licht-detektierende Wafer 40 miteinander verbunden werden (sechster Schritt). D.h., dass das Licht-detektierende Substrat 4 auf der DBR-Schicht 23 verbunden wird, so dass die DBR-Schicht 23 und die Lichtempfangseinheit 6 durch die Kopplungsschicht 12 gegenüber voneinander sind.
Wie 18 darstellt, wird dann die Rückseite des Licht-detektierenden Wafers 40 beschliffen, poliert, geätzt usw., so dass der Licht-detektierende Wafer 40 auf eine Dicke in der Größenordnung von 10 bis 150um verdünnt wird. Ein Durchgangsloch wird dann ausgebildet, durch Ätzen in einem Abschnitt entsprechend einer vorderen Verdrahtung, und eine Durchgangsverdrahtung, rückseitige Verdrahtung und dergleichen wird ausgebildet, um den Anschluss bzw. Draht 7 für jeden Abschnitt entsprechend dem einem spektroskopischen Sensor 1 zu erzeugen. Die Erhebung (engl. bump) 8 wird an der Rückseite des Licht-detektierenden Wafers 40 ausgebildet, für jeden Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1. Der spektroskopische Filter-Wafer 90 und der Licht-detektierende Wafer 40, die miteinander verbunden sind, werden schließlich in jeden Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1 unterteilt, um eine Vielzahl von spektroskopischen Sensoren 1 zu erzeugen. Blockelemente, wie zum Beispiel die vordere Verdrahtung und rückseitige Verdrahtung, welche die Anschlüsse bzw. Drähte 7 ausbilden, können nicht nur in der Vorder- und Rückseite des Licht-detektierenden Wafers 40 (d.h., dem Licht-detektierenden Substrat 4) eingebettet werden, sondern können zum Beispiel auch darauf angeordnet werden, um davon durch deren Dicke hervorzustehen.
Wie oben stehen erläutert, bildet das Verfahren zur Herstellung des spektroskopischen Sensors 1 die Hohlraumschicht 21 aus, indem die Oberflächenschicht 53, die an dem Trägersubstrat 51 angeordnet ist, geätzt wird. Durch ein derartiges Ausbilden der Hohlraumschicht 21 durch ein Ätzen mit dem Trägersubstrat 51 kann die Hohlraumschicht 21 mit einer hohen Genauigkeit stabil erzeugen. Nach der Ausbildung der Hohlraumschicht 21 und der DBR-Schichten 22, 23 auf der Seite des Licht-durchlassenden Substrats 3 wird das Licht-detektierende Substrat 4 damit verbunden. Dies kann verhindern, dass das Licht-detektierende Substrat in dem Prozess zur Ausbildung der Hohlraumschicht 21 und der DBR-Schichten 22, 23 beschädigt wird. Dieses Verfahren zur Herstellung des spektroskopischen Sensors 1 kann somit einen hochgradig zuverlässigen spektroskopischen Sensor 1 erzeugen.
Da der spektroskopische Filter-Wafer 90 und der Licht-detektierende Wafer 40 miteinander verbunden sind, nachdem das Verhalten von jedem spektroskopischen Filtersubstrat 9 in dem spektroskopischen Filter-Wafer 90 überprüft wird, kann verhindert werden, dass der Licht-detektierende Wafer 40 aufgrund eines Fehlverhaltens an der Seite des spektroskopischen Filter-Wafers 90 verschwendet wird.
Da der Siliziumoxidfilm 52, der an einer Hauptseite 51a des Trägersubstrats 51 ausgebildet ist, das aus Silizium besteht, als die Oberflächenschicht 53 eingesetzt wird, kann die Hohlraumschicht 21 stabil bei geringen Kosten und mit einer hohen Qualität erhalten werden. Da ferner beide Hauptseiten 50a, 50b des Siliziumsubstrats 50 thermisch oxidiert sind, um die Siliziumoxidfilme 52 auf beiden Hauptseiten des Trägersubstrats 51 auszubilden, das aus Silizium besteht, wird eine Verspannung (engl. Warping) unterdrückt. Die Hohlraumschicht 21 kann somit stabil mit einer hohen Genauigkeit erhalten werden.
Die optische Filterschicht 5 ist auf dem Licht-durchlassenden Substrat 3 ausgebildet, und das Licht-durchlassende Substrat 3 wird dann auf der DBR-Schicht 22 derart verbunden, dass die DBR-Schicht 22 und die optische Filterschicht 5 gegenüber voneinander sind. Dies bewirkt, dass Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich effizient an der Interferenzfiltereinheit 20 einfallen kann.
Wenn die Oberflächenschicht 53 geätzt wird, die auf dem Trägersubstrat 51 angeordnet ist, während die Fotolack- bzw. Resist-Schicht 54 als eine Maske verwendet wird, wird ein Abschnitt entsprechend dem Einschnitt (engl. groove) G in der Fotolack- bzw. Resist-Schicht 54 vorab entfernt, so dass ein Abschnitt entsprechend dem Einschnitt G in der Oberflächenschicht 53 zuerst belichtet wird. Wenn der Abschnitt entsprechend dem Einschnitt G in der Oberflächenschicht 53 belichtet wird, wird von der Oberflächenschicht 53, die aus SiO₂ besteht, Sauerstoff freigesetzt, um als ein Ätzmittel für die Fotolackschicht 54 zu arbeiten. Der Abschnitt entsprechend dem Einschnitt G in der Oberflächenschicht 53 umgibt hier den Abschnitt entsprechend dem Filterbereich 24 in der Oberflächenschicht 53. Der gesamte Abschnitt entsprechend dem Filterbereich 24 in der Oberflächenschicht 53 wird daher stabil mit Sauerstoff versorgt, und als Ergebnis zuverlässig geätzt.
Ohne eine derartige Sauerstoffversorgung ist die Ätzmittel-Dichteverteilung wahrscheinlich zu einem Ladungseffekt und dergleichen verschoben (zum Beispiel wird das Ätzmittel mehr oder weniger in den peripheren bzw. zentralen Abschnitten des Trägersubstrats 51 bereitgestellt), so dass die Form des Filterbereichs 24, der durch Ätzen erzeugt wird, in Abhängigkeit von Positionen in dem Trägersubstrat 51 variieren kann. Wenn insbesondere die Fotolack- bzw. Resist-Schicht 54 aus einem organischen Material besteht, variiert die Ätzrate stark in Abhängigkeit vom Zustand der Sauerstoffversorgung als Ätzmittel, wodurch die oben erwähnte Sauerstoffversorgung sehr wichtig ist.
Wenn der spektroskopische Filter-Wafer 90 und der Licht-detektierende Wafer 40 getrennt werden, die miteinander in jedem Abschnitt entsprechend einem spektroskopischen Sensor 1 verbunden sind, kann das Auftreten einer Fragmentierung dergleichen verändert werden, da der spektroskopische Filter-Wafer 90 und der Licht-detektierende Wafer 40 fest miteinander als eine Gesamtheit integriert sind, durch ein direktes Verbinden bzw. Bonding zwischen den Kopplungsschichten 11a, 11b und zwischen den Kopplungsschichten 12a, 12b.
Die Beziehung zwischen der Fotolack- bzw. Resist-Schicht 54 und der Hohlraumschicht 21 wird im Folgenden erläutert. Wie 19 darstellt, ist die Fotolackschicht 54 an bzw. auf einer flachen Oberfläche (siehe eine durchgezogene Linie in 19) der Hohlraumschicht 21 vor dem Ätzen (d.h., die Oberflächenschicht 53) ausgebildet. Die Fotolackschicht 54 weist eine dreidimensionale Form entsprechend der Form der auszubildenden Hohlraumschicht 21 auf (d.h., die Hohlraumschicht 21 nach dem Ätzen). Eine derartige Fotolackschicht 54 kann unter Verwendung einer Fotomaske ausgebildet werden, deren optische Durchlässigkeit gemäß Positionen angepasst wird, durch Fotolithographie oder EB-Lithographie, deren Dosismenge gemäß Positionen angepasst werden, sowie Nano-Imprinting und dergleichen.
Wenn das Zurückätzen (d.h., das Ätzen der gesamten Oberfläche) auf Grundlage der Form der Fotolackschicht 54 durchgeführt wird, kann die Ätzrate für die Fotolackschicht 54 und Hohlraumschicht 21 in Abhängigkeit von den Ätzbedingungen angepasst werden. Dies kann verschiedene Formen von Hohlraumschichten 21 von der Fotolackschicht 54 erzeugen, der eine Art von Form aufweist. In dem in 19 dargestellten Fall ist die Ätzrate für die Fotolackschicht 54 ca. zweimal so schnell wie die für die Hohlraumschicht 21, so dass die Neigung der Oberfläche der Hohlraumschicht 21 nach dem Ätzen (siehe gestrichelt-gepunktete Linie in 19) schwächer bzw. sanfter als die der Oberfläche der Fotolackschicht 54 (siehe eine gestrichelte Linie in 19) ist.
Ein Überwachungsmuster, das auf dem Trägersubstrat 51 angeordnet ist, wird im Folgenden erläutert. Während die Oberflächenschicht 53 durch eine im Wesentlichen konstante Dicke auf dem Trägersubstrat 51 ausgebildet ist, wie 4 darstellt, wird nicht nur die Fotolackschicht 54 zur Ausbildung einer Vielzahl von Hohlraumschichten 21 durch Ätzen, sondern auch Fotolackschichten 55 als ein Überwachungsmuster auf der Oberflächenschicht 53 ausgebildet, wie 20 darstellt. Die Fotolackschichten 54, 55 werden integral durch Verwendung der Fotomaske, Fotolithographie oder EB-Lithographie, Nano-Imprinting und dergleichen, wie oben erläutert, ausgebildet.
Die Fotolackschichten 55 als ein Überwachungsmuster sind durch eine Mehrfachnummer (9 hier) gruppiert, und die resultierenden Gruppen sind an einer Vielzahl von Orten (vier periphere Orte und ein zentraler Ort hier) auf dem Trägersubstrat 51 angeordnet. Jede der gruppierten Fotolackschichten 55 ist durch eine im Wesentlichen konstante Dicke entsprechend zu dessen entsprechenden einer Vielzahl von Abschnitten einer Fotolackschicht 54 ausgebildet. Die gruppierten Fotolackschichten 55 weisen zum Beispiel die Dicke eines vorbestimmten Abschnitts der Fotolackschicht 54 entsprechend einem vorbestimmten Abschnitt des Filterbereichs 24, die Dicke eines vorbestimmten Abschnitts der Fotolackschicht 54 entsprechend einem vorbestimmten Abschnitt des Umgebungsbereichs 25, und die Dicke eines vorbestimmten Abschnitts der Fotolackschicht 54 entsprechend einem vorbestimmten Abschnitt des Verbindungsbereichs 26 (d.h., die Unterseite des Einschnitts (engl. groove) G) auf.
Als Konsequenz kann das Messen der Dicke der Oberflächenschicht 53 in einem Abschnitt, von dem die Fotolackschicht 55 als ein Überwachungsmuster entfernt wurde, mit einem optischen Dickenmessgerät zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, wie zum Beispiel dem in der Mitte des Ätzens der Oberflächenschicht 53 oder nach der diesbezüglichen Beendigung, die Dicke eines vorbestimmten Abschnitts der Hohlraumschicht 21 erfassen, die dieser entspricht. Wenn der Messzeitpunkt in der Mitte des Ätzens der Oberflächenschicht 53 ist, wobei die Fotolackschicht 54 in einem vorbestimmten Abschnitt der Hohlraumschicht 21 verbleibt, kann die Dicke der Fotolackschicht 54, die in diesem Abschnitt verbleibt, durch das gleiche Verfahren erfasst werden.
Eine derartige Verwendung der Fotolackschicht 55 als ein Überwachungsmuster ist daher sehr effektiv, da jede Hohlraumschicht 21 klein ist, während die Oberfläche 24a des Filterbereichs 24 geneigt ist, so dass die Dicke der Hohlraumschicht 21 schwer direkt mit einem optischen Dickenmessgerät gemessen werden kann. Da ferner die Fotolackschichten 55 als ein Überwachungsmuster an einer Vielzahl von Orten auf dem Trägersubstrat 51 angerordnet sind, kann evaluiert werden, wie das Ätzen in der gesamten Oberflächenschicht 53 des Trägersubstrats 51 fortschreitet (Fortschreitungsverteilung) .
Die Dicke der Hohlraumschicht 21 entsprechend einem vorbestimmten Abschnitt des Filterbereichs 24 kann ebenfalls auf die folgende Art und Weise erfasst werden. D.h., dass die Differenz in einem Pegel zwischen der Oberfläche der Hohlraumschicht 21 entsprechend dem vorbestimmten Abschnitt des Filterbereichs 24 und der Unterseite des Einschnitts G durch ein AFM (engl. Atomic Force Microscope), ein Schrittmessgerät vom Probentyp oder dergleichen zu einem vorbestimmten Zeitpunkt gemessen wird, wie zum Beispiel in der Mitte des Ätzens der Oberflächenschicht 53 oder nach der diesbezüglichen Beendigung. In einem Abschnitt, von dem die Fotolackschicht 55 als ein Überwachungsmuster entfernt wurde, entsprechend der Unterseite des Einschnitts G, wird andererseits die Dicke der Oberflächenschicht 53 durch ein optisches Dickenmessgerät gemessen. Die Differenz im Pegel bzw. Niveau zwischen der Oberfläche der Hohlraumschicht 21 der Unterseite des Einschnitts G wird dann zu der Dicke der Oberflächenschicht 53 wie gemessen addiert, um die Dicke der Hohlraumschicht 21 entsprechend dem vorbestimmten Abschnitt des Filterbereichs 24 zu berechnen. Wenn der Messzeitpunkt in der Mitte des Ätzens der Oberflächenschicht 53 ist, wobei die Fotolackschicht 54 in einem Abschnitt entsprechend dem vorbestimmten Abschnitt der Hohlraumschicht 21 verbleibt, kann die Dicke der Fotolackschicht 54, die in diesem Abschnitt verbleibt, durch das gleiche Verfahren erfasst werden.
Während eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben stehend erläutert wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können verschiedene Materialien und Formen für die ausbildenden Elemente des spektroskopischen Sensors eingesetzt werden, ohne durch die oben erwähnten beschränkt zu sein.
Der spektroskopische Sensor kann eine Vielzahl von Interferenzfiltereinheiten zu selektiven Durchlassen dahindurch von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer diesbezüglichen Einfallsposition umfassen. Ein spektroskopischer Sensor mit einer Vielzahl von Interferenzfiltereinheiten wird im Folgenden erläutert. Wie 21 darstellt, umfasst dieser spektroskopische Sensor 1 eine Vielzahl von Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B. Die Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B sind in einer longitudinalen Reihe des spektroskopischen Sensors 1 zwischen dem Licht-durchlassenden Substrat 3 und dem Licht-detektierenden Substrat 4 angeordnet.
In der Hohlraumschicht 21 werden, wie die 21 und 22 darstellen, Filterbereiche 24, die für die jeweiligen Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B ausgebildet sind, nebeneinander gestellt, während jeder Filterbereich 24 zwischen DBR-Schichten 22, 23 gehalten wird. Ein Umgebungsbereich 25 umgibt die nebeneinander gestellten Filterbereiche 24, 24 mit einem vorbestimmten Abstand d davon, bei Betrachtung in der Lichteinfallsrichtung. Ein Verbindungsbereich 26 verbindet einen Endabschnitt der Seite des Licht-detektierenden Substrats 4 der nebeneinander gestellten Filterbereiche 24, 24 und einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats 4 des Umgebungsbereichs 25 miteinander.
Die jeweiligen DBR-Schichten 22 für die Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B unterscheiden sich voneinander in deren Art, und deren Grenzen können partiell miteinander überlappen, können in Kontakt miteinander sein, ohne einen Abstand dazwischen oder können voneinander durch einen Abstand von, z.B., ca. 5µm separiert sein. Beispiel der zwei DBR-Schichten, die sich voneinander in deren Art unterscheiden, sind Filme, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen und (Einzelschicht- oder Mehrfachschicht-) Filme, die aus dem gleichen Material mit unterschiedlichen Dicken sind. Die jeweiligen optischen Filterschichten 5 für die Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B unterscheiden sich voneinander in deren Art, und deren Grenzen können partiell miteinander überlappen, können in Kontakt miteinander sein, ohne einen Abstand dazwischen, oder können voneinander durch einen Abstand von, z.B., 5µm separiert sein.
Wenn in dem derart ausgebildeten spektroskopischen Sensor 1 Licht, das auf das Licht-durchlassende Substrat 3 von der diesbezüglichen Vorderseite 3a einfällt, durch das Licht-durchlassende Substrat 3 hindurch tritt und die diesbezügliche Rückseite 3b erreicht, wird nur Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, der auf die Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B einfällt, durch die optische Filterschicht 5 hindurch gelassen bzw. transmittiert. Wenn das Licht, das durch die optische Filterschicht 5 durchgelassen wird, auf eine der Interferenzfiltereinheiten 20A, 20B einfällt, tritt Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich selektiv gemäß dessen Einfallsposition dahindurch. D.h., dass eine Lichtwellenlänge, die in jeden Kanal der Lichtempfangseinheit 6 des Licht-detektierenden Substrats 4 eintritt, eindeutig durch die Dicken und Arten der DBR-Schichten 22, 23 und die Dicke der Hohlraumschicht 21 an der Einfallsposition bestimmt ist. Als Konsequenz wird Licht mit einer unterschiedlichen Wellenläge für jeden Kanal der Lichtempfangseinheit 6 in dem Licht-detektierende Substrat 4 erfasst.
Gefärbtes Glas oder Filterglas, das Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich hindurch lässt, kann ebenso als Material für das Licht-durchlassende Substrat 3 verwendet werden. Eine andere optische Filterschicht kann an der Vorderseite 3a des Licht-durchlassenden Substrats 3 ausgebildet werden, zusätzlich oder anstelle der optischen Filterschicht 5. Das Licht-detektierende Substrat 4 ist nicht auf den eindimensionalen Sensor beschränkt, sondern kann ein zweidimensionaler Sensor sein. Die Dicke der Hohlraumschicht 21 kann zweidimensional oder schrittweise variieren. Ein reflektiver Einzelschicht-Metallfilm aus AL, Au, Ag oder dergleichen kann als eine Spiegelschicht anstelle der DBR-Schichten 22, 23 verwendet werden. Der spektroskopische Sensor kann ebenfalls als eine SMD (engl. Surface Mount Device) ausgebildet werden, anstelle eines CSP.
Jedes optische Harz, wie zum Beispiel Epoxid, Silikon und Acryl, Dielektrika, wie zum Beispiel TiO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃ und MgF₂, und Halbleiter, wie zum Beispiel Si und Ge können ebenso als ein Material für die Hohlraumschicht 21 verwendet werden (d.h., ein Material für die zu ätzende Oberflächenschicht 53).
Die Kopplungsschichten 11, 12 können ebenso Siliziumoxidfilme sein, die durch Plasma CVD unter Verwendung eines Silan-Gases, Beschichtungstyp-SOG (engl. Spin On Glass), Aufdampfen, Sputtern oder dergleichen ausgebildet sein. Ein Verbinden durch eine optische Harzschicht oder an einem äußeren Kantenabschnitt des spektroskopischen Sensors 1 kann anstelle der Verbindung durch die Kopplungsschichten 11, 12 eingesetzt werden (d.h., direktes Verbinden bzw. Bonding). Das Verbinden durch die optische Harzschicht kann jedes optische Harz verwenden, wie zum Beispiel organische Materialien auf Grundlage von Epoxid, Acryl und Silikon, und Hybridmaterialien, die aus organischen und anorganischen Substanzen als ein Material für die optische Harzschicht bestehen. Die Verbindung an dem äußeren Kantenbereich des spektroskopischen Sensors 1 kann durch ein niedrig schmelzendes Glas, Lötmittel, oder dergleichen erreicht werden, während ein Abstand mit einem Abstandshalter beibehalten wird. In diesem Fall kann der Bereich, der die Verbindung umgibt, als ein Luftabstand verbleiben oder mit einem optischen Harz aufgefüllt werden.
Ein Siliziumoxidfilm kann an einer Hauptseite des Trägersubstrats aus Silizium ausgebildet werden, durch einen filmausbildenden Prozess unter Verwendung von TEOS als ein Materialgas, durch Plasma-CVD unter Verwendung eines Silan-Gases, durch ein Beschichtungs-Typ-SOG, Aufdampfen, Sputtern, LP-CVD oder dergleichen und als eine Oberflächenschicht eingesetzt werden. Siliziumoxidfilme können an beiden Hauptseiten des Trägersubstrats aus Silizium ausgebildet werden, durch LP-CVD anstelle einer thermischen Oxidierung, und der Siliziumoxidfilm, der an einer der Hauptseiten des Trägersubstrats ausgebildet ist, kann als eine Oberflächenschicht verwendet werden. D.h., dass die Hohlraumschicht, d.h. der Siliziumoxidfilm, nicht darauf beschränkt ist, durch thermisch oxidierendes Silizium ausgebildet zu werden. Das Ausbilden des Siliziumoxidfilms durch eine thermische Oxidierung weist jedoch einen Vorzug darin auf, dass die Hohlraumschicht zu einem dichteren Film wird, eine bessere Gleichförmigkeit in der Dicke aufweist, eine geringere Störstellenanzahl erleidet, und stabilere optische Eigenschaften, wie zum Beispiel optische Durchlässigkeit bzw. Transmittanz und Brechungsindex aufweist, verglichen mit dem Fall, wenn diese durch die oben erwähnten anderen Verfahren hergestellt sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann einen hochgradig zuverlässigen spektroskopischen Sensor bereitstellen.
Bezugszeichenliste

1: spektroskopischer Sensor;
3: Licht-durchlassendes Substrat;
4: Licht-detektierendes Substrat;
5: optische Filterschicht;
20, 20A, 20B: Interferenzfiltereinheit;
21: Hohlraumschicht;
22: DBR-Schicht (erste Spiegelschicht);
23: DBR-Schicht (zweite Spiegelschicht);
24: Filterbereich;
24a: Vorderseite (Oberfläche zum Ausbilden der ersten Spiegelschicht);
24h: Abschnitt (Abschnitt, der am nächsten zu dem Licht-durchlassenden Substrat positioniert ist);
24l: Abschnitt (Abschnitt, der am nächsten zu dem Licht-detektierenden Substrat positioniert ist);
25: Umgebungsbereich;
25a: Vorderseite (Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats);
25e: Endabschnitt (Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierendenSubstrats);
26: Verbindungsbereich;
26a: Vorderseite Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats

Claims

Spektroskopischer Sensor (1), umfassend: eine Interferenzfiltereinheit (20, 20A, 20B), die eine Hohlraumschicht (21) und erste und zweite Spiegelschichten (22, 23) aufweist, die sich einander über die Hohlraumschicht (21) gegenüberliegen , zum selektiven Durchlassen von Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich gemäß einer diesbezüglichen Einfallsposition; ein Licht-durchlassendes Substrat (3), angeordnet an einer Seite der ersten Spiegelschicht (22), zum Durchlassen von Licht, das an der Interferenzfiltereinheit (20, 20A, 20B) einfällt; und ein Licht-detektierendes Substrat (4), angeordnet an einer Seite der zweiten Spiegelschicht (23), zum Erfassen des durch die Interferenzfiltereinheit (20, 20A, 20B) durchgelassenen Lichts; wobei die Hohlraumschicht (21) aufweist: einen Filterbereich (24), der zwischen der ersten und zweiten Spiegelschicht (22, 23) gehalten wird, wobei eine Dicke des Filterbereichs (24) in Abhängigkeit von der Einfallsposition des Lichts variiert; einen ringförmigen Umgebungsbereich (25), der den Filterbereich (24) mit einem vorbestimmten Abstand senkrecht zur Lichteinfallsrichtung davon umgibt; und einen ringförmigen Verbindungsbereich (26), der einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats (4) des Filterbereichs (24) und einen Endabschnitt an der Seite des Licht-detektierenden Substrats (4) des Umgebungsbereichs (25) miteinander verbindet, wobei der Filterbereich (24), der ringförmige Umgebungsbereich (25) und der ringförmige Verbindungsbereich (26) integral ausgebildet sind.
Spektroskopischer Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei eine Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats (3) des Umgebungsbereichs (25) im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie ein Abschnitt, der sich am nächsten zu dem Licht-durchlassenden Substrat (3) in einer Oberfläche befindet, zum Ausbilden der ersten Spiegelschicht (22) in dem Filterbereich (24), oder näher an dem Licht-durchlassenden Substrat (3) als dieser Abschnitt positioniert ist.
Spektroskopischer Sensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Endseite an der Seite des Licht-durchlassenden Substrats (3) des Verbindungsbereichs (26) im Wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie ein Abschnitt, der sich am nächsten zu dem Licht-detektierenden Substrat (3) in einer Oberfläche befindet, zum Ausbilden der ersten Spiegelschicht (22) in dem Filterbereich (24), oder näher zu dem Licht-detektierenden Substrat (3) als dieser Abschnitt positioniert ist.
Spektroskopischer Sensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer optischen Filterschicht (5), ausgebildet an dem Licht-durchlassenden Substrat (3), um der ersten Spiegelschicht (22) gegenüber zu liegen, zum Hindurchlassen von Licht in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich.