DE112013002560B4

DE112013002560B4 - Spektralsensor

Info

Publication number: DE112013002560B4
Application number: DE112013002560.4T
Authority: DE
Inventors: c/o Hamamatsu Photonics K.K. Kasahara Takashi; c/o Hamamatsu Photonics K.K. Shibayama Katsumi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2023-01-05
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: JP2013242177A; DE112013002560T5; CN104272069B; WO2013172234A1; US9671286B2; JP5875936B2; US20150138560A1; CN104272069A

Abstract

Spektralsensor (1A, 1B), mit:einer Interferenzfiltereinheit (20A, 20B), die eine Hohlschicht (21) und erste und zweite Spiegelschichten (22, 23) aufweist, die einander durch die Hohlschicht (21) gegenüberliegen, zum selektiven Übertragen dadurch eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs von Licht gemäß einer Einfallposition davon von der ersten Spiegelschichtseite zu der zweiten Spiegelschichtseite; undeinem Lichterfassungssubstrat (30), das eine Licht-empfangende Oberfläche (32a) zum Empfangen des Lichts aufweist, das durch die Interferenzfiltereinheit (20A, 20B) übertragen wird, zum Erfassen des auf der Licht-empfangenden Oberfläche (32a) einfallenden Lichts;wobei die Interferenzfiltereinheit (20A, 20B) aufweist:einen ersten Filterbereich (24), welcher der Licht-empfangenden Oberfläche (32a) im Blick in eine vorbestimmte Richtung entspricht, welche die Licht-empfangende Oberfläche (32a) schneidet; undeinen ringförmigen zweiten Filterbereich (25), der den ersten Filterbereich (24) im Blick in die vorbestimmte Richtung umgibt;wobei das Lichterfassungssubstrat (30) eine Vielzahl an Pad-Einheiten (33a) zum Verdrahten aufweist, die in dem zweiten Filterbereich (25) enthalten sind, im Blick in der vorbestimmten Richtung;wobei der zweite Filterbereich (25) mit einem Durchgangsloch (6) zum Freilegen der Pad-Einheiten (33a) zur Außenseite ausgebildet ist; undwobei ein Draht (7) mit jeder der Pad-Einheiten (33a) durch das Durchgangsloch (6) verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spektralsensor.
Stand der Technik
Bekannt als ein herkömmlicher Spektralsensor ist einer mit einer optischen Filtereinheit zum selektiven Übertragen dadurch eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs von Licht gemäß einer Einfallposition davon und einem Lichterfassungssubstrat zum Erfassen des durch die optische Filtereinheit übertragenen Lichts. Bei in den JP 2006-058 301 A und JP H02-502 490 A offenbarten Spektralsensoren ist zum Beispiel die optische Filtereinheit vorgesehen, um einer Licht-empfangenden Oberfläche des Lichterfassungssubstrats zu entsprechen und wirkt als ein Ganzes als ein Filterbereich zum Übertragen dadurch von Licht, um auf die Licht-empfangende Oberfläche des Lichterfassungssubstrats einzufallen.
JP H05-322653 A offenbart einen unidimensionalen Bildsensorchip, bei dem ein transparenter leitender Film auf der Oberfläche einer Fotosensor-Halbleiterplatte ausgebildet ist, auf ein Paket gesetzt ist und Elektrizität durch einen Leitungsdraht zwischen dem Chip und Paket-Leitungen geleitet wird. Ein Filter für variabel transmittierte Wellenlängen ist auf den Film des Chips gefügt und mit Klebstoff befestigt.
Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabe
Da die optische Filtereinheit als ein Ganzes als ein Filterbereich zum Übertragen dadurch von auf der Licht-empfangenden Oberfläche des Lichterfassungssubstrats einzufallendem Licht wirkt, können sich jedoch Filtercharakteristika unmittelbar verschlechtern, falls eine Seitenfläche der optischen Filtereinheit bei den in den Patentliteraturen 1 und 2 offenbarten Spektralsensoren auf irgendeine Art und Weise nachteilig beeinflusst wird. Auch kann Störlicht einfach in die optische Filtereinheit von einer Seitenfläche davon eintreten.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Spektralsensor bereitzustellen, welcher verhindern kann, dass sich Filtercharakteristika eines Filterbereichs, der dadurch auf die Licht-empfangende Oberfläche des Lichterfassungssubstrats einzufallendes Licht überträgt, verschlechtern und Störlicht daran hindert, in den Filterbereich einzutreten.
Lösung der Aufgabe
Der Spektralsensor der vorliegenden Erfindung umfasst eine Interferenzfiltereinheit, die eine Hohlschicht und erste und zweite Spiegelschichten aufweist, die einander durch die Hohlschicht gegenüberliegen, zum selektiven Übertragen dadurch eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs von Licht gemäß einer Einfallposition davon von der ersten Spiegelschichtseite zu der zweiten Spiegelschichtseite; und ein Lichterfassungssubstrat, das eine Licht-empfangende Oberfläche zum Empfangen bzw. Aufnehmen des Lichts aufweist, das durch die Interferenzfiltereinheit übertragen wird, zum Erfassen des auf der Licht-empfangenden Oberfläche einfallenden Lichts; wobei die Interferenzfiltereinheit einen ersten Filterbereich aufweist, welcher der Licht-empfangenden Oberfläche im Blick in einer vorbestimmten Richtung entspricht, welche die Licht-empfangende Oberfläche schneidet, und einen ringförmigen zweiten Filterbereich, der den ersten Filterbereich im Blick in der vorbestimmten Richtung umgibt; wobei das Lichterfassungssubstrat eine Vielzahl an Pad-Einheiten bzw. Unterbau-Einheiten zum Verdrahten aufweist, die in dem zweiten Filterbereich enthalten sind, im Blick in der vorbestimmten Richtung; wobei der zweite Filterbereich mit einem Durchgangsloch zum Freilegen der Pad-Einheiten zur Außenseite ausgebildet ist; und wobei ein Draht mit jeder der Pad-Einheiten durch das Durchgangsloch bzw. die Durchgangsbohrung verbunden ist.
Bei diesem Spektralsensor ist der erste Filterbereich zum Übertragen dadurch von auf der Licht-empfangenden Oberfläche des Lichterfassungssubstrats einzufallendem Licht durch den ringförmigen zweiten Filterbereich umgeben, im Blick in eine vorbestimmte Richtung, welche die Licht-empfangende Oberfläche schneidet. Dies macht, dass der zweite Filterbereich den ersten Filterbereich schützt und kann somit verhindern, dass sich Filtercharakteristika des ersten Filterbereichs verschlechtern. Der zweite Filterbereich ist auch mit einem Durchgangsloch zum Miteinanderverbinden der Pad-Einheit und eines Drahts ausgebildet. Als eine Folge, im Blick in der vorbestimmten Richtung, besteht bzw. existiert ein Teil des zweiten Filterbereichs kontinuierlich in einem ringförmigen Bereich um den ersten Filterbereich herum, wobei er durch die Innenseite des Durchgangslochs durchgeht, wodurch dieser Teil vorteilhaft als ein Filter wirkt, sogar wenn das Durchgangsloch zum Verbinden der Pad-Einheit und dem Draht ausgebildet ist, wodurch Störlicht am Eintreten in den ersten Filterbereich gehindert werden kann.
Hier kann eine Vielzahl an Durchgangslöchern für die jeweiligen Pad-Einheiten ausgebildet sein. Diese Struktur gestattet, dass ein Teil des zweiten Filterbereichs in einem Bereich zwischen den aneinander angrenzenden Durchgangslöchern besteht, Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich hindern kann.
Der Abstand in der vorbestimmten Richtung zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten kann in dem ersten Filterbereich variabel sein und in dem zweiten Filterbereich fest. Diese Struktur kann den Wellenlängenbereich von durch den zweiten Filterbereich übertragbarem Licht weiter verengen, wodurch Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich gehindert wird. Durch „fest ist nicht nur vollständig fest bzw. fixiert gemeint, sondern auch im Wesentlichen fest innerhalb von Fehlerbereichen bei der Herstellung und dergleichen.
Der Spektralsensor kann ferner eine optische Filtereinheit zum Übertragen dadurch von zumindest dem auf den zweiten Filterbereich einfallenden Licht aufweisen, wobei sich ein Wellenlängenbereich des durch die optische Filtereinheit übertragenen Lichts und ein Wellenlängenbereich des durch den zweiten Filterbereich übertragenen Lichts voneinander unterscheiden. Diese Struktur lässt die optische Filtereinheit und den zweiten Filterbereich miteinander zusammenwirken, so dass der Wellenlängenbereich von durch beide der optischen Filtereinheit und dem zweiten Filterbereich übertragbarem Licht enger wird, wodurch ermöglicht wird, Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich zu hindern.
Die Hohlschicht kann kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen ausgebildet sein. Diese Struktur kann die Hohlschicht hinsichtlich Festigkeit und Charakteristik stabilisieren.
Die erste Spiegelschicht kann kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen ausgebildet sein, während die zweite Spiegelschicht kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen ausgebildet sein kann. Diese Struktur kann die ersten und zweiten Spiegelschichten hinsichtlich Festigkeit und Charakteristik stabilisieren.
Der zweite Filterbereich kann den ersten Filterbereich enthalten, im Blick in eine Richtung parallel zu der Licht-empfangenden Oberfläche. Diese Struktur lässt den zweiten Filterbereich äußere Kräfte empfangen bzw. aufnehmen die, wenn überhaupt, entlang einer Richtung senkrecht zu der Licht-empfangenden Oberfläche wirken, und kann somit verhindern, dass der erste Filterbereich beschädigt wird.
Die vorbestimmte Richtung kann eine Richtung senkrecht zu der Licht-empfangenden Oberfläche sein. Diese Ausgestaltung kann die Struktur des Spektralsensors vereinfachen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann einen Spektralsensor bereitstellen, welcher verhindern kann, dass sich Filtercharakteristika eines Filterbereichs zum Übertragen dadurch von auf der Licht-empfangenden Oberfläche des Lichterfassungssubstrats einzufallendem Licht verschlechtern, und Störlicht am Eintreten in den Filterbereich hindern kann.
Figurenliste

1 ist eine vertikale Querschnittansicht des Spektralsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Teilquerschnittansicht im Schnitt nach II-II von 1;
3 ist eine vergrößerte vertikale Querschnittansicht einer Pad-Einheit und von Teilen etwa da in dem Spektralsensor von 1;
4 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern eines Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 1;
5 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 1;
6 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 1;
7 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 1;
8 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 1;
9 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 1;
10 ist eine vertikale Querschnittansicht eines modifizierten Beispiels des Spektralsensors von 1;
11 ist eine vertikale Querschnittansicht eines modifizierten Beispiels des Spektralsensors von 1;
12 ist eine vertikale Querschnittansicht des Spektralsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern eines Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 12;
14 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 12;
15 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 12;
16 ist eine Reihe von vertikalen Querschnittansichten zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung des Spektralsensors von 12;
17 ist eine vertikale Querschnittansicht eines modifizierten Beispiels des Spektralsensors von 12;
18 ist eine vertikale Querschnittansicht eines modifizierten Beispiels des Spektralsensors von 12;
19 ist eine vertikale Querschnittansicht des Spektralsensors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
20 ist eine Teilquerschnittansicht im Schnitt nach XX-XX von 19.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen werden die gleichen oder äquivalente Teile mit den gleichen Zeichen bezeichnet, während ihre überlappenden Beschreibungen weggelassen werden.
Erste Ausführungsform
Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Spektralsensor 1A der ersten Ausführungsform eine Interferenz-Filtereinheit 20A, ein Lichterfassungssubstrat 30, und eine Verpackung bzw. ein Gehäuse 2, die/das die Interferenz-Filtereinheit 20A und das Lichterfassungssubstrat 30 enthält. Die Verpackung 2 ist aus einem Harz oder dergleichen in einen rechteckigen Parallelepiped-Kasten ausgebildet und öffnet sich auf einer Seite (die Lichteintrittsseite der Interferenz-Filtereinheit 20A und des Lichterfassungssubstrats 30) in der Höhenrichtung. Bei der folgenden Erläuterung sind die X-, Y- und Z-Achsen in die Längen-, Breiten- beziehungsweise Höhenrichtungen der Verpackung 2 festgelegt.
Das Lichterfassungssubstrat 30 ist auf einer Bodenwand 2a innerhalb der Verpackung 2 befestigt. Die Interferenz-Filtereinheit 20A ist auf das Lichterfassungssubstrat 30 mit einer dazwischen eingelegten Koppelschicht 3 gefügt. Eine optische Filterschicht (optische Filtereinheit) 4 ist auf der Interferenz-Filtereinheit 20A ausgebildet, während ein Schutzfilm 5 auf der optischen Filterschicht 4 ausgebildet ist. Zum Beispiel ist die Koppelschicht 3 ein Siliziumoxid-Film, der durch filmbildendes Bearbeiten unter Verwendung von TEOS (Tetraethyl-Orthosilikat, Tetraethoxysilan) als ein Materialgas ausgebildet ist, und eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm aufweist. Die optische Filterschicht 4 ist ein dielektrischer Mehrschichtfilm oder organischer Farbfilter (Farbschutzlack), und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm auf. Der Schutzfilm 5 ist aus SiO₂ oder dergleichen hergestellt, und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm auf.
Das Lichterfassungssubstrat 30 ist ein Lichtempfangendes Halbleiter-Element mit einem Halbleiter-Substrat 31, das in eine rechteckige Platte geformt ist, deren Längs- und Dickenrichtungen entlang der X- beziehungsweise Z-Achsen liegen. Eine Licht-empfangende Einheit 32 ist in einem Teil mit einer Oberfläche 31a auf einer Seite des Halbleiter-Substrats 31 ausgebildet. Die Licht-empfangende Einheit 32 ist eine Photodioden-Anordnung, in welcher sich lineare Photodioden, die sich jeweils entlang der Y-Achse erstrecken, eindimensional entlang der X-Achse angeordnet sind. Die Licht-empfangende Einheit 32 weist eine Licht-empfangende Oberfläche 32a auf, auf welcher durch die Interferenz-Filtereinheit 20A übertragenes Licht einfällt, während das Lichterfassungssubstrat 30 konstruiert ist, um auf der Licht-empfangenden Oberfläche 32a einfallendes Licht zu erfassen. Zum Beispiel weist das Halbleiter-Substrat 31 eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn µm bis einigen hundert µm auf. Die Licht-empfangende Einheit 32 weist eine Länge entlang der X-Achse in der Größenordnung von einigen hundert µm bis einigen zehn mm auf, und eine Breite entlang der Y-Achse von einigen µm bis einigen zehn mm. Das Lichterfassungssubstrat 30 kann auch irgendeines von anderen Licht-empfangenden Halbleiter-Elementen sein (CMOS-Bildsensoren, CCD-Bildsensoren, Infrarot-Bildsensoren, und dergleichen).
Pad-Einheiten bzw. Unterbau-Einheiten 33a für Leitungen 33 zum Eingeben und Ausgeben elektrischer Signale bezüglich der Licht-empfangenden Einheit 32 sind auf der Oberfläche 31a des Halbleiter-Substrats 31 ausgebildet. Ein Schutzfilm 34 ist auf der Oberfläche 31a des Halbleiter-Substrats 31 ausgebildet, um die Licht-empfangende Einheit 32 und Leitungen 33 zu bedecken, während eine Planarisierungsschicht 35, deren Oberfläche auf der Seite der Interferenz-Filtereinheit 20A durch CMP (chemisch mechanisches Polieren) planarisiert bzw. eben gemacht wird, auf dem Schutzfilm 34 ausgebildet ist. Zum Beispiel ist der Schutzfilm 34 aus SiO₂ oder dergleichen hergestellt, und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm auf. Die Planarisierungsschicht 35 ist aus SiO₂ oder dergleichen hergestellt, und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm auf.
Die Interferenz-Filtereinheit 20A weist eine Hohlschicht 21 und erste und zweite Spiegelschichten 22, 23 auf, die einander durch die Hohlschicht 21 gegenüberliegen. Die Interferenz-Filtereinheit 20A ist ein LVF (linear variabler Filter, „Linear Variable Filter“), welcher selektiv einen vorbestimmten Wellenlängebereich von Licht dadurch überträgt, gemäß einer Einfallposition davon von der Seite der ersten Spiegelschicht 22 zu der Seite der zweiten Spiegelschicht 23. Zum Beispiel ist die Hohlschicht 21 ein Siliziumoxid-Film (SiO₂-Film), der durch thermisches Oxidieren von Silizium ausgebildet ist, und eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm aufweist. Jede der Spiegelschichten 22, 23 ist eine DBR-(„Distributed Bragg Reflector“)Schicht, die durch einen aus SiO₂, SiN, TiO₂, Ta₂O₅, Nb₂O₅, Al₂O₃, MgF₂, Si, Ge und dergleichen hergestellten dielektrischen Mehrschichtfilm gebildet ist, und eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm aufweist.
Wie in 1 und 2 dargestellt, weist die Interferenz-Filtereinheit 20A einen ersten Filterbereich 24, einen zweiten Filterbereich 25 und einen Verbindungsbereich 26 auf. Der erste Filterbereich 24 entspricht der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 im Blick in der Z-Achse (eine Richtung senkrecht zu der Licht-empfangenden Oberfläche 32a). Das heißt, der erste Filterbereich 24 und die Licht-empfangende Oberfläche 32a sind derart ausgebildet, dass eine/r von ihnen den/die andere/n enthält, im Blick in der Z-Achse (umfassend einen Fall, wo sie hinsichtlich zumindest einer der Länge entlang der X-Achse und Breite entlang der Y-Achse einander gleich sind). Der zweite Filterbereich 25 umgibt den ersten Filterbereich 24 wie ein Ring (hier ein rechteckiger Ring), wobei der Verbindungsbereich 26 dazwischen angeordnet ist, im Blick in der Z-Achse. Der zweite Filterbereich 25 enthält den ersten Filterbereich 24, im Blick in einer Richtung senkrecht zu der Z-Achse (d.h. eine Richtung parallel zu der Licht-empfangenden Oberfläche 32a). Zum Beispiel weist der Verbindungsbereich 26 eine Breite in der Größenordnung von einigen µm bis 1 mm auf.
Wie in 1 dargestellt, ist die vordere Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24 parallel zu der XY-Ebene. Andererseits neigt sich die hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24 von der XY-Ebene derart, dass ein Ende 21c in der X-Achsen-Richtung der hinteren Fläche 21b mehr von einer Ebene getrennt ist, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst (z.B. die Oberfläche 31a des Halbleiter-Substrats 31), als das andere Ende 21d in der X-Achsen-Richtung der hinteren Fläche 21b ist. Zum Beispiel nimmt die Dicke der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24 allmählich zu einer Seite in der X-Achsen-Richtung hin ab, innerhalb des Bereichs in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen µm.
Die vordere Fläche 21a und hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 sind parallel zu der XY-Ebene. Der Abstand entlang der Z-Achse (welcher nachstehend einfach als „Abstand“ bezeichnet wird) von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 gleicht dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Andererseits gleicht der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu dem anderen Ende 21d der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Zum Beispiel beträgt die Dicke der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 ungefähr 700nm.
Die vordere Fläche 21a und hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 sind parallel zu der XY-Ebene. Der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 gleicht dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Andererseits gleicht der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu einem Ende 21c der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Zum Beispiel beträgt die Dicke der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 ungefähr 500nm.
Wie bei dem Vorangehenden, ist die Hohlschicht 21 kontinuierlich über den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 ausgebildet. Die vordere Fläche 21a der Hohlschicht 21 ist bündig in dem ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26. Andererseits weist die hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 einen Höhenunterschied zwischen dem ersten Filterbereich 24 und dem Verbindungsbereich 26 auf, welcher am kleinsten (hier 0) an einem Ende 21c und am größten an dem anderen Ende 21d wird. Die hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 weist einen festen Höhenunterschied zwischen dem zweiten Filterbereich 25 und dem Verbindungsbereich 26 auf.
Die erste Spiegelschicht 22 ist kontinuierlich auf der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 über den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 ausgebildet. Andererseits ist die zweite Spiegelschicht 23 kontinuierlich auf der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 und den vertikalen Oberflächen des Höhenunterschieds (Steiger) über den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 ausgebildet. Somit variiert der Abstand zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 in dem ersten Filterbereich 24. Der Abstand zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 ist fest in dem zweiten Filterbereich 25.
Wie in 1 und 2 dargestellt, ist eine Vielzahl an Pad-Einheiten 33a für die Leitungen 33 in dem Lichterfassungssubstrat 30 auf der Oberfläche 31a des Halbleiter-Substrats 31 ausgebildet, um in dem zweiten Filterbereich 25 enthalten zu sein, im Blick in der Z-Achse. Genauer gesagt, ist eine Vielzahl an Pad-Einheiten 33a in einer Reihe entlang der Y-Achse in jedem von beiden Endbereichen in der X-Achsen-Richtung der Oberfläche 31a vorgesehen. Wie in 1 und 3 dargestellt, ist eine Vielzahl an Durchgangslöchern 6 zum Freilegen der Pad-Einheiten 33a zu der Außenseite in dem zweiten Filterbereich 25 für die jeweiligen Pad-Einheiten 33a ausgebildet. Jedes Durchgangsloch 6 dringt durch den Schutzfilm 34, die Planarisierungsschicht 35, Koppelschicht 3, den zweiten Filterbereich 25 (d.h. die Hohlschicht 21 und die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23), die optische Filterschicht 4 und den Schutzfilm 5 entlang der Z-Achse durch, um einen Teil (oder ein Ganzes) der Pad-Einheit 33a zu der Außenseite freizulegen. Da 1 die Dicke von jeder Schicht hervorhebt, unterscheiden sich 1 und 3 voneinander in ihren Ansichtsverhältnissen, so dass 3 näher an dem tatsächlichen Ansichtsverhältnis als 1 ist. Der Öffnungsrand bzw. die Öffnungskante des Schutzfilms 34, welche/r an der Außenseite von derjenigen der anderen Schichten (die Planarisierungsschicht 35, Koppelschicht 3, der zweite Filterbereich 25, die optische Filterschicht 4 und der Schutzfilm 5) in der Struktur von 1 bis 3 ist, kann sich an der gleichen Position wie bei der Letzteren befinden, im Blick in der Z-Achse.
Ein Draht 7 ist mit jeder Pad-Einheit 33a durch das Durchgangsloch 6 verbunden. Zum Beispiel ist der Draht 7 aus Au hergestellt, und weist ein Ende mit einem Kugelteil 7a auf, welcher mit der Oberfläche der Pad-Einheit 33a unter Thermokompression verbunden wird, während er mit UltraschallSchwingungen versehen wird. Ein Spalt ist zwischen der inneren Oberfläche des Durchgangslochs 6 und dem Kugelteil 7a ausgebildet, um zu verhindern, dass der zweite Filterbereich 25 und dergleichen in Kontakt mit dem Kugelteil 7a beschädigt werden. Das andere Ende des Drahts 7 ist durch die Bodenwand 2a der Verpackung 2 mit einer Montage-Pad-Einheit 8 verbunden, die an der äußeren Oberfläche der Bodenwand 2a angeordnet ist.
Wenn Licht in die Verpackung 2 durch die Öffnung davon in dem derart aufgebauten Spektralsensor 1A eintritt, wird lediglich ein vorbestimmter Wellenlängenbereich von auf den ersten Filterbereich 24 der Interferenz-Filtereinheit 20A einzufallendem Licht in dem Licht, das durch den Schutzfilm 5 durchgeht, durch die optische Filterschicht 4 übertragen. Hier unterscheiden sich der Wellenlängenbereich von Licht, das durch die optische Filterschicht 4 übertragen wird, und der Wellenlängenbereich von Licht, das durch den zweiten Filterbereich 25 der Interferenz-Filtereinheit 20A übertragen wird, voneinander. Zum Beispiel beträgt der Wellenlängenbereich von Licht, das durch die optische Filterschicht 4 übertragen wird, 800nm bis 1000nm, während der Wellenlängenbereich von Licht, das durch den zweiten Filterbereich 25 übertragen wird, 800nm oder kürzer und 1000nm oder länger ist.
Wenn das Licht, das durch die optische Filterschicht 4 durchgeht, auf den ersten Filterbereich 24 einfällt, wird ein vorbestimmter Wellenlängenbereich von Licht gemäß seiner Einfallposition selektiv dadurch übertragen. Das durch den ersten Filterbereich 24 übertragene Licht geht durch die Koppelschicht 3, Planarisierungsschicht 35 und den Schutzfilm 34, um dazu gebracht zu werden, auf der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 einzufallen. Hier wird die Wellenlänge von Licht, das auf jeden Kanal der Licht-empfangenden Einheit 32 des Lichterfassungssubstrats 30 einfällt, einzeln durch die Dicke der Hohlschicht 21 an der Einfallposition und die Materialien und Dicken der ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 bestimmt. Als eine Folge werden unterschiedliche Wellenlängen von Licht für die jeweiligen Kanäle der Licht-empfangenden Einheit 32 in dem Lichterfassungssubstrat 30 erfasst.
Bei dem Spektralsensor 1A, wie im Vorangehenden erläutert, ist der erste Filterbereich 24 zum Übertragen dadurch von auf der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 einzufallendem Licht durch den ringförmigen zweiten Filterbereich 25 umgeben, im Blick in der Z-Achse. Dies gestattet, dass der zweite Filterbereich 25 den ersten Filterbereich 24 schützt, wodurch verhindert wird, dass sich Filtercharakteristika des ersten Filterbereichs 24 verschlechtern. Dies kann auch einen Bereich schützen, der die Licht-empfangende Einheit 32 in dem Lichterfassungssubstrat 30 umgibt. Eine Vielzahl an Durchgangslöchern 6 zum Verbinden der Pad-Einheiten 33a mit ihren entsprechenden Drähten 7 sind auch in dem zweiten Filterbereich 25 für die jeweiligen Pad-Einheiten 33a ausgebildet. Deshalb existiert bzw. besteht ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 kontinuierlich in einem ringförmigen Bereich um den ersten Filterbereich 24 herum, der durch die Innenseite der Durchgangslöcher 6 durchgeht, im Blick in der Z-Achse (siehe 2). Ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 besteht auch in einem Bereich zwischen den aneinander angrenzenden Durchgangslöchern 6, 6 (siehe 2). Somit kann, sogar wenn die Durchgangslöcher 6 zum Verbinden der Pad-Einheiten 33a mit den Drähten 7 ausgebildet sind, ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 vorteilhaft als ein Filter wirken, wodurch Störlicht am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 gehindert werden kann.
In dem zweiten Filterbereich 25, weisen die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 einen festen Abstand dazwischen auf. Dies kann den Wellenlängenbereich von durch den zweiten Filterbereich 25 übertragbarem Licht weiter verengen, wodurch verschiedene Wellenlängen von Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 gehindert werden.
Während die optische Filterschicht 4, die dadurch nicht nur das auf den ersten Filterbereich 24 einfallende Licht sondern auch das auf den zweiten Filterbereich 25 einfallende Licht überträgt, vorgesehen ist, unterscheiden sich der Wellenlängenbereich von Licht, das durch die optische Filterschicht 4 übertragen wird, und der Wellenlängenbereich von Licht, das durch den zweiten Filterbereich 25 übertragen wird, voneinander. Dies lässt die optische Filterschicht 4 und den zweiten Filterbereich 25 miteinander zusammenwirken, so dass der Wellenlängenbereich von durch beide der optischen Filterschicht 4 und dem zweiten Filterbereich 25 übertragbarem Licht enger wird, wodurch ermöglicht wird, Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 zu hindern.
Die Hohlschicht 21 ist in den ersten und zweiten Filterbereichen 24, 25 kontinuierlich ausgebildet. Dies kann die Hohlschicht 21 hinsichtlich Stärke und Charakteristik stabilisieren.
Die erste Spiegelschicht 22 ist kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen 24, 25 ausgebildet, während die zweite Spiegelschicht 23 in den ersten und zweiten Filterbereichen 24, 25 kontinuierlich ausgebildet ist. Dies kann die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 hinsichtlich Festigkeit und Charakteristik stabilisieren.
Der zweite Filterbereich 25 enthält den ersten Filterbereich 24, im Blick in eine Richtung senkrecht zu der Z-Achse. Dies lässt den zweiten Filterbereich 25 äußere Kräfte aufnehmen die, wenn überhaupt, entlang der Z-Achse wirken, und kann somit verhindern, dass der erste Filterbereich 24 beschädigt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Spektralsensors 1A wird nun erläutert. Die folgenden Schritte können unter Verwendung eines Wafers durchgeführt werden, der mit einer Vielzahl an Elementen ausgebildet ist, die den jeweiligen Spektralsensoren 1A entsprechen, derart dass der Wafer letztendlich in die Spektralsensoren 1A gewürfelt ist, wobei jeder durch das Lichterfassungssubstrat 30 mit der Interferenz-Filtereinheit 20A damit verbunden aufgebaut ist.
Als erstes werden, wie in 4(a) dargestellt, Hauptoberflächen 50a, 50b des Silizium-Substrats 50 thermisch oxidiert, um Siliziumoxid-Filme 52 auf Hauptoberflächen 51a, 51b eines aus Silizium hergestellten Haltersubstrats 51 auszubilden, und der Siliziumoxid-Film 52, der auf einer der Hauptoberflächen 51a, 51b des Haltersubstrats 51 ausgebildet ist, wird als eine Oberflächenschicht 53 verwendet. Hier wird angenommen, dass der Siliziumoxid-Film 52, der auf einer Hauptoberfläche 51a des Haltersubstrats 51 ausgebildet ist, die Oberflächenschicht 53 ist.
Nachfolgend wird eine Resist-Schicht 54 auf die Oberflächenschicht 53 aufgebracht, wie in 4(b) dargestellt, und wird dann, wie in 5(a) dargestellt, gemustert, um die Hohlschicht 21 durch Ätzen auszubilden. Danach wird, wie in 5(b) dargestellt, die auf dem Haltersubstrat 51 angeordnete Oberflächenschicht 53 durch die Resist-Schicht 54, die als eine Maske dient, geätzt (rückgeätzt), um die Hohlschicht 21 auszubilden.
Als nächstes wird, wie in 6(a) dargestellt, die zweite Spiegelschicht 23 auf der Hohlschicht 21 ausgebildet. Wenn die zweite Spiegelschicht 23 ausgebildet wird, wird ein Film durch Ionenplattieren, Aufdampfen, Zerstäubung oder dergleichen ausgebildet und, falls notwendig, fotogeätzt und abgehoben, oder durch Ätzen gemustert. Nachfolgend wird, wie in 6(b) dargestellt, ein Siliziumoxid-Film ausgebildet, um die zweite Spiegelschicht 23 zu bedecken, und seine Oberfläche wird durch CMP planarisiert bzw. poliert, um die Koppelschicht 3 auszubilden.
Dann wird, wie in 7(a) dargestellt, die Oberfläche der Koppelschicht 3 direkt mit der Oberfläche der Planarisierungsschicht 35 des Lichterfassungssubstrats 30 verbunden (durch Oberflächen-aktiviertes-Verbinden oder dergleichen). Nachfolgend werden, wie in 7(b) dargestellt, ein Schleifen, Polieren, Ätzen und dergleichen durchgeführt, um den Siliziumoxid-Film 52 und das Haltersubstrat 51 zu entfernen.
Danach wird, wie in 8(a) dargestellt, die erste Spiegelschicht 22, wie bei der zweiten Spiegelschicht 23, auf der Hohlschicht 21 ausgebildet, die durch Entfernen des Haltersubstrats 51 freiliegt. Dies macht, dass die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 einander durch die Hohlschicht 21 gegenüberliegen, wodurch die Interferenz-Filtereinheit 20A ausgebildet wird.
Als nächstes wird die optische Filterschicht 4 auf der ersten Spiegelschicht 22 ausgebildet, wie in 8(b) dargestellt, und der Schutzfilm 5 wird auf der optischen Filterschicht 4 ausgebildet, wie in 9(a) dargestellt. Wenn die optische Filterschicht 4 aus einem dielektrischen Mehrschicht-Film ausgebildet wird, wird eine Filmbildung durch Ionenplattieren, Aufdampfen, Zerstäubung oder dergleichen ausgebildet und Fotoätzen und Abheben, oder Mustern durch Ätzen werden durchgeführt. Wenn sie aus einem organischen Farbfilter ausgebildet ist, wird die optische Filterschicht 4 durch Aussetzen an Licht bzw. Belichtung, Entwicklung und dergleichen gemustert, wie bei einem Fotoresist bzw. Fotolack.
Nachfolgend wird, wie in 9(b) dargestellt, ein Teil des Lichterfassungssubstrats 30, welcher jeder Pad-Einheit 33a entspricht, geätzt, um das Durchgangsloch 6 auszubilden. Dann wird, wie in 1 dargestellt, das Lichterfassungssubstrat 30 mit der damit verbundenen Interferenz-Filtereinheit 20A an der Bodenwand 2a der Verpackung 2 befestigt. Danach wird ein Ende des Drahts 7 mit der Pad-Einheit 33a durch das Durchgangsloch 6 verbunden, während das andere Ende des Drahts 7 mit der Pad-Einheit 8 durch die Bodenwand 2a der Verpackung 2 verbunden wird, um den Spektralsensor 1A zu ergeben.
Wie in 10 dargestellt, kann ein Lichtübertragungssubstrat 11 an der Öffnung der Verpackung 2 in dem Spektralsensor 1A gemäß der ersten Ausführungsform angebracht sein. Zum Beispiel ist das Lichtübertragungssubstrat 11 aus Glas oder dergleichen hergestellt, und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen hundert µm bis einigen mm auf. Die optische Filterschicht 4 kann auf zumindest einer der vorderen Fläche 11a und hinteren Fläche 11b des Lichtübertragungssubstrats 11 ausgebildet sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die optische Filterschicht 4 auf der ersten Spiegelschicht 22 ausgebildet ist. Farbiges Glas oder Filterglas, welche dadurch einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von Licht übertragen, können auch als ein Material für das Lichtübertragungssubstrat 11 verwendet werden.
Wie in 11 dargestellt, kann das Lichtübertragungssubstrat 11, das mit der optischen Filterschicht 4 ausgebildet ist, auf den Schutzfilm 5 durch ein optisches Harzmaterial oder dergleichen, oder durch Direktbindung, gefügt sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die optische Filterschicht 4 auf der ersten Spiegelschicht 22 ausgebildet ist. Lücken zwischen dem Lichterfassungssubstrat 30 und der Interferenz-Filtereinheit 20A und inneren Oberflächen von Seitenwänden der Verpackung 2 können mit einem Licht-absorbierenden Harzmaterial 12 gefüllt sein. Diese Struktur kann sicherer verhindern, dass Störlicht in den ersten Filterbereich 24 eintritt. Bei sämtlichen der Betriebsweisen des Spektralsensors 1A kann der Schutzfilm 5 weggelassen werden.
Zweite Ausführungsform
Wie in 12 dargestellt, unterscheidet sich ein Spektralsensor 1B der zweiten Ausführungsform von dem Spektralsensor 1A der ersten Ausführungsform hauptsächlich in der Struktur einer Interferenz-Filtereinheit 20B. Im Folgenden wird der Spektralsensor 1B der zweiten Ausführungsform mit einem Schwerpunkt auf die Struktur der Interferenz-Filtereinheit 20B erläutert.
Bei dem Spektralsensor 1B ist die Interferenz-Filtereinheit 20B auf der Planarisierungsschicht 35 des Lichterfassungssubstrats 30 ausgebildet. Die Interferenz-Filtereinheit 20B weist die Hohlschicht 21 und die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 auf, die einander durch die Hohlschicht 21 gegenüberliegen. Die Interferenz-Filtereinheit 20B ist ein LVF („Linear Variable Filter“), welcher dadurch einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von Licht überträgt, gemäß seiner Einfallposition von der Seite der ersten Spiegelschicht 22 zu der Seite der zweiten Spiegelschicht 23.
Die Interferenz-Filtereinheit 20B weist den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 auf. Der erste Filterbereich 24 entspricht der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 im Blick in der Z-Achse. Der zweite Filterbereich 25 umgibt den ersten Filterbereich 24 wie ein Ring mit dem Verbindungsbereich 26 dazwischen angeordnet, im Blick in der Z-Achse. Der zweite Filterbereich 25 enthält den ersten Filterbereich 24, im Blick in einer Richtung senkrecht zu der Z-Achse.
Die vordere Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24 neigt sich bezüglich der XY-Ebene derart, dass ein Ende 21e in der X-Achsen-Richtung der vorderen Fläche 21a mehr von der Ebene, welche die Licht-empfangenden Oberfläche 32a umfasst, getrennt ist, als das andere Ende 21f, in der X-Achsen-Richtung der vorderen Fläche 21a. Andererseits ist die hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24 parallel zu der XY-Ebene.
Die vordere Fläche 21a und hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 sind parallel zu der XY-Ebene. Der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 gleicht dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu einem Ende 21e der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Andererseits gleicht der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Zum Beispiel beträgt die Dicke der Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 ungefähr 700nm.
Die vordere Fläche 21a und hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 sind parallel zu der XY-Ebene. Der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 gleicht dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu dem anderen Ende 21f der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Andererseits gleicht der Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 dem Abstand von der Ebene, welche die Licht-empfangende Oberfläche 32a umfasst, zu der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 in dem ersten Filterbereich 24. Zum Beispiel beträgt die Dicke der Hohlschicht 21 in dem Verbindungsbereich 26 ungefähr 500nm.
Wie bei dem Vorangehenden ist die Hohlschicht 21 kontinuierlich über den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 ausgebildet. Die vordere Fläche 21a der Hohlschicht 21 weist einen Höhenunterschied zwischen dem ersten Filterbereich 24 und dem Verbindungsbereich 26 auf, welcher am größten an einem Ende 21e und am kleinsten (hier 0) an dem anderen Ende 21f wird. Die vordere Fläche 21a der Hohlschicht 21 weist einen festen Höhenunterschied zwischen dem zweiten Filterbereich 25 und dem Verbindungsbereich 26 auf. Andererseits ist die hintere Fläche 21b der Hohlschicht 21 bündig in dem ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26.
Die erste Spiegelschicht 22 ist kontinuierlich auf der vorderen Fläche 21a der Hohlschicht 21 und den vertikalen Oberflächen des Höhenunterschieds über den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 ausgebildet. Andererseits ist die zweite Spiegelschicht 23 kontinuierlich auf der hinteren Fläche 21b der Hohlschicht 21 über den ersten Filterbereich 24, zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26 ausgebildet. Hier variiert der Abstand zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 in dem ersten Filterbereich 24. Der Abstand zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 ist fest in dem zweiten Filterbereich 25.
Eine Vielzahl an Durchgangslöchern 6 zum Freilegen der Pad-Einheiten 33a zu der Außenseite sind in dem zweiten Filterbereich 25 für die jeweiligen Pad-Einheiten 33a ausgebildet. Jedes Durchgangsloch 6 dringt durch den Schutzfilm 34, die Planarisierungsschicht 35, Koppelschicht 3, den zweiten Filterbereich 25 (d.h. die Hohlschicht 21 und die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23), die optische Filterschicht 4 und den Schutzfilm 5 entlang der Z-Achse durch, um einen Teil (oder Ganzes) der Pad-Einheit 33a zu der Außenseite freizulegen. Der Öffnungsrand des Schutzfilms 34 kann sich an der gleichen Position befinden wie bei demjenigen der anderen Schichten (die Planarisierungsschicht 35, Koppelschicht 3, zweiter Filterbereich 25, optische Filterschicht 4 und Schutzfilm 5), im Blick in der Z-Achse.
Wenn Licht in die Verpackung 2 durch die Öffnung davon in dem derart aufgebauten Spektralsensor 1B eintritt, wird lediglich ein vorbestimmter Wellenlängenbereich von auf den ersten Filterbereich 24 der Interferenz-Filtereinheit 20B einzufallendem Licht, bei dem Licht, das durch den Schutzfilm 5 durchgeht, durch die optische Filterschicht 4 übertragen. Hier unterscheiden sich der Wellenlängenbereich von Licht, das durch die optische Filterschicht 4 übertragen wird, und der Wellenlängenbereich von Licht, das durch den zweiten Filterbereich 25 der Interferenz-Filtereinheit 20B übertragen wird, voneinander.
Wenn das durch die optische Filterschicht 4 durchgehende Licht auf den ersten Filterbereich 24 einfällt, wird ein vorbestimmter Wellenlängenbereich des Lichts selektiv dadurch übertragen, gemäß seiner Einfallposition. Das durch den ersten Filterbereich 24 übertragene Licht geht durch die Planarisierungsschicht 35 und den Schutzfilm 34 durch, um dazu gebracht zu werden, auf der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 einzufallen. Hier wird die Wellenlänge von Licht, das auf jeden Kanal der Licht-empfangenden Einheit 32 des Lichterfassungssubstrats 30 einfällt, einzeln durch die Dicke der Hohlschicht 21 an der Einfallposition und die Materialien und Dicken der ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 bestimmt. Als eine Folge, werden unterschiedliche Wellenlängen von Licht für die jeweiligen Kanäle der Licht-empfangenden Einheit 32 in dem Lichterfassungssubstrat 30 erfasst.
Bei dem Spektralsensor 1B, wie im Vorangehenden erläutert, ist der erste Filterbereich 24 zum Übertragen dadurch von auf der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 einzufallendem Licht, durch den ringförmigen zweiten Filterbereich 25 umgeben, im Blick in der Z-Achse. Dies gestattet, dass der zweite Filterbereich 25 den ersten Filterbereich 24 schützt, wodurch verhindert wird, dass sich Filtercharakteristika des ersten Filterbereichs 24 verschlechtern. Dies kann auch einen Bereich schützen, der die Licht-empfangende Einheit 32 in dem Lichterfassungssubstrat 30 umgibt. Eine Vielzahl an Durchgangslöchern 6 zum Verbinden der Pad-Einheiten 33a mit ihren entsprechenden Drähten 7 sind auch in dem zweiten Filterbereich 25 für die jeweiligen Pad-Einheiten 33a ausgebildet. Deshalb besteht ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 kontinuierlich in einem ringförmigen Bereich um den ersten Filterbereich 24 herum, der durch die Innenseite der Durchgangslöcher 6 durchgeht, im Blick in der Z-Achse. Ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 besteht auch in einem Bereich zwischen den aneinander angrenzenden Durchgangslöchern 6, 6. Somit kann, sogar wenn die Durchgangslöcher 6 zum Verbinden der Pad-Einheiten 33a mit den Drähten 7 ausgebildet sind, ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 vorteilhaft als ein Filter wirken, wodurch Störlicht am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 gehindert werden kann.
In dem zweiten Filterbereich 25 weisen die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 einen festen Abstand dazwischen auf. Dies kann den Wellenlängenbereich von durch den zweiten Filterbereich 25 übertragbarem Licht weiter verengen, wodurch Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 gehindert wird.
Während die optische Filterschicht 4 bereitgestellt wird, die dadurch nicht nur das auf den ersten Filterbereich 24 einfallende Licht überträgt, sondern auch auf den zweiten Filterbereich 25 einfallendes Licht, unterscheiden sich der Wellenlängenbereich von durch die optische Filterschicht 4 übertragenem Licht und der Wellenlängenbereich von durch den zweiten Filterbereich 25 übertragenem Licht voneinander. Dies lässt die optische Filterschicht 4 und den zweiten Filterbereich 25 miteinander zusammenwirken, so dass der Wellenlängenbereich von Licht, das durch beide der optischen Filterschicht 4 und dem zweiten Filterbereich 25 übertragbar ist, enger wird, wodurch ermöglicht wird, dass Störlicht stärker am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 gehindert wird.
Die Hohlschicht 21 ist kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen 24, 25 ausgebildet. Dies kann die Hohlschicht 21 hinsichtlich Festigkeit und Charakteristik stabilisieren.
Die erste Spiegelschicht 22 ist kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen 24, 25 ausgebildet, während die zweite Spiegelschicht kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen 24, 25 ausgebildet ist. Dies kann die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 hinsichtlich Festigkeit und Charakteristik stabilisieren.
Der zweite Filterbereich 25 enthält den ersten Filterbereich 24, im Blick in einer Richtung senkrecht zu der Z-Achse. Dies lässt den zweiten Filterbereich 25 äußere Kräfte aufnehmen, die, wenn überhaupt, entlang der Z-Achse wirken, und kann somit verhindern, dass der erste Filterbereich 24 beschädigt wird.
Ein Verfahren zur Herstellung des oben erwähnten Spektralsensors 1B wird nun erläutert. Die folgenden Schritte können unter Verwendung eines Wafers durchgeführt werden, der mit einer Vielzahl an Elementen ausgebildet ist, die den jeweiligen Spektralsensoren 1B entsprechen, derart dass der Wafer letztendlich in die Spektralsensoren 1B gewürfelt ist, wobei jeder durch das Lichterfassungssubstrat 30 mit der Interferenz-Filtereinheit 20B damit verbunden aufgebaut ist.
Als erstes werden, wie in 13(a) dargestellt, die zweite Spiegelschicht 23 auf der Oberfläche der Planarisierungsschicht 35 des Lichterfassungssubstrats 30 ausgebildet. Wenn die zweite Spiegelschicht 23 ausgebildet wird, wird ein Film durch Ionenplattieren, Aufdampfen, Zerstäubung oder dergleichen ausgebildet und, falls notwendig, fotogeätzt und abgehoben, oder durch Ätzen gemustert. Nachfolgend wird, wie in 13(b) dargestellt, ein Siliziumoxid-Film 52 auf der zweiten Spiegelschicht 23 ausgebildet, und seine Oberfläche wird, falls notwendig, durch CMP planarisiert.
Als nächstes wird, wie in 14(a) dargestellt, die Resist-Schicht 54 auf den Siliziumoxid-Film 52 aufgebracht und gemustert, um die Hohlschicht 21 durch Ätzen auszubilden. Dann wird, wie in 14(b) dargestellt, der Siliziumoxid-Film 52 durch die Resist-Schicht 54, die als eine Maske dient, geätzt (rückgeätzt), um die Hohlschicht 21 auszubilden.
Nachfolgend wird, wie in 15(a) dargestellt, die erste Spiegelschicht 22 auf der Hohlschicht 21 ausgebildet, wie bei der zweiten Spiegelschicht 23. Dies macht, dass die ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 einander durch die Hohlschicht 21 gegenüberliegen, wodurch die Interferenz-Filtereinheit 20B ausgebildet wird. Dann wird die optische Filterschicht 4 auf der ersten Spiegelschicht 22 ausgebildet, wie in 15(b) dargestellt, und der Schutzfilm 5 wird auf der optischen Filterschicht 4 ausgebildet, wie in 16(a) dargestellt.
Als nächstes wird, wie in 16(b) dargestellt, ein Teil des Lichterfassungssubstrats 30, welcher jeder Pad-Einheit 33a entspricht, geätzt, um das Durchgangsloch 6 auszubilden. Nachfolgend wird, wie in 12 dargestellt, das Lichterfassungssubstrat 30 mit der Interferenz-Filtereinheit 20B an der Bodenwand 2a der Verpackung 2 befestigt ausgebildet. Danach wird ein Ende des Drahts 7 mit der Pad-Einheit 33a durch das Durchgangsloch 6 verbunden, während das andere Ende des Drahts 7 mit der Pad-Einheit 8 durch die Bodenwand 2a der Verpackung 2 verbunden wird, um den Spektralsensor 1B zu ergeben.
Wie in 17 dargestellt, kann das Lichtübertragungssubstrat 11 an der Öffnung der Verpackung 2 in dem Spektralsensor 1B der zweiten Ausführungsform angebracht sein, wie bei dem Spektralsensor 1A der ersten Ausführungsform. Die optische Filterschicht 4 kann auf zumindest einer der vorderen Fläche 11a und hinteren Fläche 11b des Lichtübertragungssubstrats 11 ausgebildet sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die optische Filterschicht 4 auf der ersten Spiegelschicht 22 ausgebildet ist. Farbiges Glas oder Filterglas, welche dadurch einen vorbestimmten Wellenlängenbereich von Licht übertragen, können auch als ein Material für das Lichtübertragungssubstrat 11 verwendet werden.
Wie in 18 dargestellt, kann das Lichtübertragungssubstrat 11, das mit der optischen Filterschicht 4 ausgebildet ist, auf den Schutzfilm 5 durch ein optisches Harzmaterial 41 gefügt sein. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die optische Filterschicht 4 auf der ersten Spiegelschicht 22 ausgebildet ist. Lücken zwischen dem Lichterfassungssubstrat 30 und der Interferenz-Filtereinheit 20B und inneren Oberflächen von Seitenwänden der Verpackung 2 können mit dem Licht-absorbierenden Harzmaterial 12 gefüllt sein. Diese Struktur kann sicherer verhindern, dass Störlicht in den ersten Filterbereich 24 eintritt. Bei sämtlichen Betriebsweisen des Spektralsensors 1B kann der Schutzfilm 5 weggelassen werden. In dem Verbindungsbereich 26 ausgebildete Nuten können mit dem Schutzfilm 5 gefüllt sein, wie in 12 dargestellt, oder nicht, wie in 18 dargestellt.
Während die ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Vorangehenden erläutert werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können einen Teil des Spektralsensors bildende Elemente verschiedene Materialien und Formen verwenden, ohne auf jene beschränkt zu sein, die oben erwähnt sind. Beispielhaft kann die Hohlschicht aus Materialien wie beispielsweise TiO₂, Ta₂O₅, SiN, Si, Ge, Al₂O₃ und Lichtübertragenden Harzen hergestellt sein. Ein Material für die ersten und zweiten Spiegelschichten kann ein Metallfilm sein, der durch Al, Au, Ag oder dergleichen gebildet ist, mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen nm bis einigen µm. Die Größen der einen Teil des Spektralsensors bildenden Elemente werden lediglich beispielhaft dargestellt. Durch „fest“ bei der vorliegenden Erfindung und Ausführungsformen ist nicht lediglich vollständig fest gemeint, sondern auch im Wesentlichen fest innerhalb von Fehlerbereichen bei der Herstellung und dergleichen. Das gleiche gilt für „der/die/das Gleiche“, „parallel“, „senkrecht“, „gleich“, „bündig“ und dergleichen.
Bei dem ersten Filterbereich der Interferenz-Filtereinheit kann die Dicke der Hohlschicht zweidimensional (nicht lediglich entlang der X-Achse, sondern auch entlang der Y-Achse) oder schrittweise variieren. Das Lichterfassungssubstrat ist nicht auf den eindimensionalen Sensor beschränkt, sondern kann ein zweidimensionaler Sensor sein. Das Lichterfassungssubstrat kann auch ein rückseitig belichtetes Halbleiter-Lichtempfangselement sein.
Bei der Interferenz-Filtereinheit können der erste Filterbereich und der zweite Filterbereich, der den selbigen umgibt, direkt miteinander verbunden sein, ohne den Verbindungsbereich auszubilden. Ein Bereich, wo der Abstand zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten nicht fest ist, oder ein Bereich, der frei von den ersten und zweiten Spiegelschichten ist, kann um den zweiten Filterbereich herum ausgebildet werden.
Die Interferenz-Filtereinheit kann eine Vielzahl an ersten Filterbereichen aufweisen. In diesem Fall kann der zweite Filterbereich für jeden ersten Filterbereich oder eine Vielzahl an ersten Filterbereichen ausgebildet sein, um die selbigen zu umgeben.
Das Durchgangsloch 6 zum Miteinanderverbinden der Pad-Einheit 33a und des Drahts 7 kann für eine Vielzahl an Pad-Einheiten 33a in dem zweiten Filterbereich 25 ausgebildet sein. Das heißt, ein Durchgangsloch 6 kann eine Vielzahl an Pad-Einheiten 33a zu der Außenseite freilegen. Ein Teil des zweiten Filterbereichs 25 besteht kontinuierlich in dem ringförmigen Bereich um den ersten Filterbereich 24 herum, wobei er auch in diesem Fall durch die Innenseite des Durchgangslochs 6 durchgeht. Deshalb wirkt dieser Teil vorteilhaft als ein Filter, sogar wenn das Durchgangsloch 6 zum Verbinden der Pad-Einheit 33a und des Drahts 7 ausgebildet ist, wodurch Störlicht am Eintreten in den ersten Filterbereich 24 gehindert werden kann.
Zum Aneinanderfügen des Lichterfassungssubstrats und der Interferenz-Filtereinheit kann ein Verbinden mit einem optischen Harzmaterial oder an einem äußeren Randteil des Spektralsensors verwendet werden. Beispiele von optischen Harzmaterialien, die zum Verbinden nutzbar sind, umfassen organische Materialien von Epoxid-, Acryl- und Silicon-Arten und Hybrid-Materialien, die aus organischen und anorganischen Substanzen gebildet sind. Das Verbinden an dem äußeren Randteil des Spektralsensors kann mit niedrigschmelzendem Glas, Lötmittel oder dergleichen ausgeführt werden, während ein Spalt mit einem Abstandshalter gehalten wird. In diesem Fall kann der Bereich, der durch den Verbindungsteil umgeben ist, als ein Luftspalt gelassen oder mit einem optischen Harzmaterial gefüllt werden.
Die Interferenz-Filtereinheit kann einen ersten Filterbereich aufweisen, welcher der Licht-empfangenden Oberfläche entspricht, im Blick in eine vorbestimmte Richtung, welche die Licht-empfangende Oberfläche schneidet, und einen ringförmigen zweiten Filterbereich, der den ersten Filterbereich umgibt, im Blick in der vorbestimmten Richtung. Das Lichterfassungssubstrat kann eine Vielzahl an Pad-Einheiten zum Verdrahten aufweisen, die in dem zweiten Filterbereich enthalten sind, im Blick in der vorbestimmten Richtung. Hier kann die Struktur des Spektralsensors vereinfacht werden, wenn die vorbestimmte Richtung senkrecht zu der Licht-empfangenden Oberfläche des Lichterfassungssubstrats ist.
Bei dem Lichterfassungssubstrat 30 kann der Schutzfilm 34 in einem Bereich ähnlich demjenigen der Planarisierungsschicht 35 ausgebildet sein, um als eine Planarisierungsschicht zu wirken. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass die Planarisierungsschicht 35 separat vorgesehen wird. Was die optische Filterschicht 4 und den Schutzfilm 5 betrifft, die auf der Interferenz-Filtereinheit 20A, 20B ausgebildet sind, kann der Schutzfilm 5 an der Seite der Interferenz-Filtereinheit 20A, 20B ausgebildet sein, und die optische Filterschicht 4 kann auf dem Schutzfilm 5 ausgebildet sein. Der zweite Filterbereich 25 kann dünner als der erste Filterbereich 24 ausgebildet sein. Ein Antireflexionsfilm zum Verhindern, dass auf die Licht-empfangende Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30 einfallendes Licht reflektiert wird, kann zwischen der Licht-empfangenden Oberfläche 32a und der zweiten Spiegelschicht 23 vorgesehen sein. Zum Beispiel ist der Antireflexionsfilm ein aus Al₂O₃, TiO₂, Ta₂O₅, SiO₂, SiN, MgF₂ oder dergleichen hergestellter Einschichtfilm oder Mehrschichtfilm, und weist eine Dicke in der Größenordnung von einigen zehn nm bis einigen zehn µm auf. Der Schutzfilm 34 oder die Planarisierungsschicht 35 können ein Film sein, der als ein Antireflexionsfilm wirkt. Anstelle des Vorsehens eines derartigen Antireflexionsfilms, kann die Oberfläche auf der Seite der Interferenz-Filtereinheit 20A, 20B des Lichterfassungssubstrats 30 einer Antireflexions-Bearbeitung ausgesetzt werden. Beispiele der Antireflexions-Bearbeitung umfassen Oberflächenaufrauung wie Schwarzes-Silizium-Bearbeitung und Nanosäulen-Strukturen. Der Antireflexionsfilm und die Antireflexions-Bearbeitung können Streulicht hindern am Auftreten aufgrund von Multireflexion und Interferenz von Licht zwischen der zweiten Spiegelschicht 23 und der Licht-empfangenden Oberfläche 32a des Lichterfassungssubstrats 30, wodurch Filtercharakteristika weiter verbessert werden.
Wie in 19 und 20 dargestellt, kann die Hohlschicht 21 einen äußeren Randteil 21g aufweisen, der entlang ihres äußeren Rands ausgebildet ist. Der äußere Randteil 21g ist dünner ausgebildet als die Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25 und Verbindungsbereich 26. Zum Beispiel beträgt die Dicke der Hohlschicht 21 ungefähr 700nm in dem zweiten Filterbereich 25 und ungefähr 500nm in dem Verbindungsbereich 26, während die Dicke des äußeren Randteils 21g in der Größenordnung von 400nm bis 500nm ist. Die Breite des äußeren Randteils 21g beträgt 50µm oder weniger. Der auf diese Weise aufgebaute äußere Randteil 21g erzielt die folgenden Wirkungen. Die auch an beiden Seiten des äußeren Randteils 21g ausgebildeten ersten und zweiten Spiegelschichten 22, 23 können weiter durch die Außenseite des zweiten Filterbereichs übertragenes Licht begrenzen, und es hindern, Streulicht zu werden. Wenn ein Wafer gewürfelt wird, der mit einer Vielzahl an Elementen ausgebildet ist, wobei jedes dem Spektralsensor 1A, 1B entspricht, werden Würfel-Linien durch Fotoätzen und Ätzen ausgebildet. Reflektiertes Licht und übertragenes Licht ändern ihre Farben zwischen Teilen, wo die Hohlschicht 21 dünner (der äußere Randteil 21g) und dicker ist (die Hohlschicht 21 in dem zweiten Filterbereich 25). Licht kann auch an einem Rand zwischen den Teilen streuen, wo die Hohlschicht 21 dünner und dicker ist. Dies ermöglicht es, die Würfel-Linien deutlich zu unterscheiden (wahrzunehmen).
Der Spektralsensor kann als SMD („Surface Mount Device“), CSP („Chip Size Package“), BGA („Ball Grid Array“), COB („Chip On Board“), COF („Chip On Film“), COG („Chip On Glass“) und dergleichen aufgebaut sein.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann einen Spektralsensor bereitstellen, welcher verhindern kann, dass sich Filtercharakteristika eines Filterbereichs, der dadurch auf die Licht-empfangende Oberfläche des Lichterfassungssubstrats einzufallendes Licht überträgt, verschlechtern und Störlicht am Eintreten in den Filterbereich hindern kann.
Bezugszeichenliste

1A, 1B: Spektralsensor;
4: optische Filterschicht (optische Filtereinheit);
6: Durchgangsloch;
7: Draht;
20A,20B: Interferenz-Filtereinheit;
21: Hohlschicht;
22: ersteSpiegelschicht;
23: zweite Spiegelschicht;
24: ersterFilterbereich;
25: zweiter Filterbereich;
30: Lichterfassungssubstrat;
32a: Licht-empfangende Oberfläche;
33: Leitung;
33a: Pad-Einheit.

Claims

Spektralsensor (1A, 1B), mit: einer Interferenzfiltereinheit (20A, 20B), die eine Hohlschicht (21) und erste und zweite Spiegelschichten (22, 23) aufweist, die einander durch die Hohlschicht (21) gegenüberliegen, zum selektiven Übertragen dadurch eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs von Licht gemäß einer Einfallposition davon von der ersten Spiegelschichtseite zu der zweiten Spiegelschichtseite; und einem Lichterfassungssubstrat (30), das eine Licht-empfangende Oberfläche (32a) zum Empfangen des Lichts aufweist, das durch die Interferenzfiltereinheit (20A, 20B) übertragen wird, zum Erfassen des auf der Licht-empfangenden Oberfläche (32a) einfallenden Lichts; wobei die Interferenzfiltereinheit (20A, 20B) aufweist: einen ersten Filterbereich (24), welcher der Licht-empfangenden Oberfläche (32a) im Blick in eine vorbestimmte Richtung entspricht, welche die Licht-empfangende Oberfläche (32a) schneidet; und einen ringförmigen zweiten Filterbereich (25), der den ersten Filterbereich (24) im Blick in die vorbestimmte Richtung umgibt; wobei das Lichterfassungssubstrat (30) eine Vielzahl an Pad-Einheiten (33a) zum Verdrahten aufweist, die in dem zweiten Filterbereich (25) enthalten sind, im Blick in der vorbestimmten Richtung; wobei der zweite Filterbereich (25) mit einem Durchgangsloch (6) zum Freilegen der Pad-Einheiten (33a) zur Außenseite ausgebildet ist; und wobei ein Draht (7) mit jeder der Pad-Einheiten (33a) durch das Durchgangsloch (6) verbunden ist.
Spektralsensor (1A, 1B) nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl derartiger Durchgangslöcher (6) für die jeweiligen Pad-Einheiten (33a) ausgebildet ist.
Spektralsensor (1A, 1B) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand in der vorbestimmten Richtung zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten (22, 23) in dem ersten Filterbereich (24) variiert; und wobei der Abstand in der vorbestimmten Richtung zwischen den ersten und zweiten Spiegelschichten (22, 23) in dem zweiten Filterbereich (25) fest ist.
Spektralsensor (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer optischen Filtereinheit (4) zum Übertragen dadurch von zumindest dem auf den zweiten Filterbereich (25) einfallenden Licht; wobei sich ein Wellenlängenbereich des durch die optische Filtereinheit (4) übertragenen Lichts und ein Wellenlängenbereich des durch den zweiten Filterbereich (25) übertragenen Lichts voneinander unterscheiden.
Spektralsensor (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hohlschicht (21) kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen (24, 25) ausgebildet ist.
Spektralsensor (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Spiegelschicht (22) kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen (24, 25) ausgebildet ist; und wobei die zweite Spiegelschicht (23) kontinuierlich in den ersten und zweiten Filterbereichen (24, 25) ausgebildet ist.
Spektralsensor (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Filterbereich (25) den ersten Filterbereich (24) enthält, im Blick in einer Richtung parallel zu der Licht-empfangenden Oberfläche (32a).
Spektralsensor (1A, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die vorbestimmte Richtung eine Richtung senkrecht zu der Licht-empfangenden Oberfläche (32a) ist.