KR102645482B1 - 구조체, 광학식 계측 장치, 구조체의 제조 방법, 및 조성물 - Google Patents

구조체, 광학식 계측 장치, 구조체의 제조 방법, 및 조성물 Download PDF

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Abstract

기판의 일방의 면에 형성된, 계측광을 발하는 발광부와, 상기 일방의 면에 형성되어 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부와, 상기 일방의 면에서 제1 수광부보다 발광부에 가까운 위치에 있고, 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부와, 기판에 대하여, 발광부, 제1 수광부 및 제2 수광부를 사이에 두도록 배치된, 계측광을 투과시키는 투광 부재와, 기판과 투광 부재의 사이를 전반하여 제1 수광부에 도달하는 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 갖는, 구조체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 구조체를 갖는 광학식 계측 장치, 상기 구조체의 제조 방법, 및 상기 구조체의 제조 시에 사용되는 조성물에 관한 것이다.

Description

구조체, 광학식 계측 장치, 구조체의 제조 방법, 및 조성물
본 발명은, 광학 계측용의 구조체, 광학식 계측 장치, 구조체의 제조 방법, 및 이 구조체의 제조 시에 사용되는 조성물에 관한 것이다.
대상물까지의 거리를 광학적으로 계측하는 방법으로서, TOF(time-of-flight)법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 광이 대상물을 향하여 출사된 후, 그 광이 대상물에서 반사되어 수광될 때까지의 비행 시간을 측정하고, 이 비행 시간과 기존의 광속을 이용함으로써, 대상물까지의 거리가 산출된다. 비행 시간을 구할 때, 발광 소자나 수광 소자의 응답 속도의 편차, 나아가서는 온도 등의 환경 조건의 차이에 기인하여, 그 반사광에 근거하는 측정 정보에 오차가 발생하는 경우가 있다. 그래서, 이와 같은 오차를 보정하여, 측정 정밀도를 높이기 위하여, 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부와는 다른 제2 수광부를 이용하여, 기준이 되는 참조광으로서 계측광의 일부를 수광하고, 이 참조광의 측정 정보에 근거하여 비행 시간을 보정하는 것도 행해지고 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 상기와 같은 TOF법을 이용한 계측 장치에 있어서, 참조광을 수광하는 제2 수광부와 발광 소자를 직접 연결하는 영역에, 투명 수지로 광로를 형성하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌 1의 계측 장치에 의하면, 온도가 상승하면 광로의 길이는 증가하지만 굴절률이 저하되기 때문에, 온도에 관계 없이 광로 길이를 대략 일정하게 유지할 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2008-003075호
최근, TOF법을 이용한 계측 장치는, 퍼스널 컴퓨터나 스마트 폰 등의 전자 기기에 탑재되어, 3차원 센서나 이미지 센서로서도 응용되고 있다. 그리고, 이와 같은 광학 센서로서 계측 장치가 전자 기기에 탑재될 때, 커버 유리 등의 투광 부재가 계측 장치의 계측면 측에 설치됨으로써, 계측 장치가 패키징되는 경우가 있다.
그러나, 이와 같은 경우, 계측 장치 내의 기판과 상기 투광 부재의 사이에서 반사하면서 전반(傳搬)하는 광이, TOF법에 있어서의 비행 시간을 측정할 때의 노이즈가 되어 버린다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 투광 부재를 이용하여 패키징해도 노이즈를 저감시킬 수 있는 구조체의 제공을 목적으로 한다.
또, 본 발명은, 상기 구조체를 갖는 광학식 계측 장치 및 상기 구조체의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제는, 기판과 투광 부재의 사이를 전반하는 노이즈광을 저감시킴으로써, 해결할 수 있었다. 구체적으로는, 이하의 <1>의 수단에 의하여, 바람직하게는 <2> 이후의 수단에 의하여, 상기 과제는 해결되었다.
<1>
기판의 일방의 면에 형성된, 계측광을 발하는 발광부와,
상기 일방의 면에 형성되어, 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부와,
상기 일방의 면에서 제1 수광부보다 발광부에 가까운 위치에 있고, 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부와,
기판에 대하여, 발광부, 제1 수광부 및 제2 수광부를 사이에 두도록 배치된, 계측광을 투과시키는 투광 부재와,
기판과 투광 부재의 사이를 전반하여 제1 수광부에 도달하는 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 갖는, 구조체.
<2>
차광부가, 기판과 투광 부재의 사이 또한 발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에, 노이즈광을 흡수하는 재료를 포함하는 흡광 부재를 갖는,
<1>에 기재된 구조체.
<3>
흡광 부재가, 기판 및 노이즈광이 전반하는 투광층의 사이에 마련된 제1 흡광 부재, 및 투광층과 투광 부재의 사이에 마련된 제2 흡광 부재 중 적어도 하나를 갖는, <2>에 기재된 구조체.
<4>
흡광 부재의 표면 조도 Ra가 50~500nm인,
<2> 또는 <3>에 기재된 구조체.
<5>
흡광 부재가, 제2 수광부와 투광 부재의 사이에 있는,
<2> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<6>
차광부가, 기판과 투광 부재의 사이 또한 발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에, 노이즈광의 반사 방지 부재를 갖는,
<1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<7>
반사 방지 부재가, 기판 및 노이즈광이 전반하는 투광층의 사이에 마련된 제1 반사 방지 부재, 및 투광층과 투광 부재의 사이에 마련된 제2 반사 방지 부재 중 적어도 하나를 갖는,
<6>에 기재된 구조체.
<8>
반사 방지 부재의 표면 조도 Ra가 50~500nm인,
<6> 또는 <7>에 기재된 구조체.
<9>
반사 방지 부재의 전체의 평균 두께가, 계측광의 최대 피크 파장의 반파장의 정수배인,
<6> 내지 <8> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<10>
반사 방지 부재가, 제2 수광부와 투광 부재의 사이에 있는,
<6> 내지 <9> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<11>
차광부가, 투광 부재에 접하여 기판과 투광 부재의 사이의 공간을 충전하는 충전 부재를 갖고,
투광 부재의 굴절률과 충전 부재의 굴절률의 차의 절댓값이 0.3 이하인
<1> 내지 <10> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<12>
발광부와 제2 수광부가 인접하고 있는,
<1> 내지 <11> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<13>
발광부의 발광면과 제2 수광부의 수광면이, 투광 재료로 이루어지는 연결 부재로 연결되어 있는, <1> 내지 <12> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<14>
발광부가, 계측광으로서, 최대 피크 파장이 850~1100nm의 범위 내의 광을 발하는, <1> 내지 <13> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<15>
발광부, 제1 수광부 및 제2 수광부의 조합의 총수가, 기판의 면적에 대하여 1~10개/cm2인,
<1> 내지 <14> 중 어느 하나에 기재된 구조체.
<16>
<1> 내지 <15> 중 어느 하나에 기재된 구조체를 갖는 광학식 계측 장치.
<17>
기판의 일방의 면에, 계측광을 발하는 발광부, 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부, 및 제1 수광부보다 발광부에 가까운 위치에 있고, 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부를 형성하는 공정과,
기판에 대하여, 발광부, 제1 수광부 및 제2 수광부를 사이에 두도록, 계측광을 투과시키는 투광 부재를 배치하는 공정과,
기판과 투광 부재의 사이를 전반하여 제1 수광부에 도달하는 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 형성하는 공정을 갖는, 구조체의 제조 방법.
<18>
<1> 내지 <15> 중 어느 하나에 기재된 구조체에 있어서의 차광부를 형성하기 위한 조성물.
<19>
구조체에 있어서의 흡광 부재를 형성하기 위한 조성물인,
<18>에 기재된 조성물.
본 발명의 구조체에 의하여, 계측 장치를 전자 기기에 탑재할 때에, 투광 부재를 이용하여 패키징해도 노이즈를 저감시킬 수 있다. 그리고, 본 발명의 광학식 계측 장치에 의하여, 고정밀도의 계측이 가능해진다. 또, 본 발명의 구조체의 제조 방법에 의하여, 상기 구조체의 제조가 가능해진다.
도 1의 A는 본 발명의 구조체의 제1 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1의 B는 도 1의 A의 구조체에 있어서, 투광 부재를 제외하고 대상물 측에서 본 개략도이다.
도 2는 제1 실시형태에 관한 구조체의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 제1 실시형태에 관한 구조체의 다른 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 구조체의 제2 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 제2 실시형태에 관한 구조체의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 구조체의 제3 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 구조체의 제조 방법의 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
이하, 본 발명의 주요한 실시형태에 대하여 설명한다. 그러나, 본 발명은, 명시한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서 "~"이라는 기호를 이용하여 나타나는 수치 범위는, "~"의 전후에 기재되는 수치를 각각 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
본 명세서에 있어서 "공정"이라는 말은, 독립적인 공정뿐만 아니라, 그 공정의 소기의 작용을 달성할 수 있는 한에 있어서, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 공정도 포함하는 의미이다.
본 명세서에 있어서의 기(원자단)의 표기에 대하여, 치환 및 무치환을 기재하고 있지 않은 표기는, 치환기를 갖지 않는 것과 함께, 치환기를 갖는 것도 포함하는 의미이다. 예를 들면, 간단히 "알킬기"라고 기재한 경우에는, 이것은, 치환기를 갖지 않는 알킬기(무치환 알킬기), 및 치환기를 갖는 알킬기(치환 알킬기)의 양방을 포함하는 의미이다.
본 명세서에 있어서 "노광"이란, 특별히 설명하지 않는 한, 광을 이용한 묘화뿐만 아니라, 전자선, 이온빔 등의 입자선을 이용한 묘화도 포함하는 의미이다. 또, 노광에 이용되는 에너지선으로서는, 일반적으로, 수은등의 휘선 스펙트럼, 엑시머 레이저로 대표되는 원자외선, 극자외선(EUV광) 및 X선 등의 활성광선, 및 전자선 및 이온선 등의 입자선을 들 수 있다.
본 명세서에 있어서, "(메트)아크릴레이트"는, "아크릴레이트" 및 "메타크릴레이트"의 양방, 또는 어느 하나를 의미하고, "(메트)아크릴"은, "아크릴" 및 "메타크릴"의 양방, 또는 어느 하나를 의미하며, "(메트)아크릴로일"은, "아크릴로일" 및 "메타크릴로일"의 양방, 또는 어느 하나를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 조성물 중의 고형분은, 용제를 제외한 다른 성분을 의미하고, 조성물 중의 고형분의 농도는, 그 조성물의 총 질량에 대한, 용제를 제외한 다른 성분의 질량 백분율에 의하여 나타난다.
본 명세서에 있어서, 온도는, 특별히 설명하지 않는 한, 23℃로 한다.
본 명세서에 있어서, 중량 평균 분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)은, 특별히 설명하지 않는 한, 젤 침투 크로마토그래피(GPC 측정)에 따라, 폴리스타이렌 환산값으로서 나타난다. 이 중량 평균 분자량(Mw) 및 수평균 분자량(Mn)은, 예를 들면 HLC-8220(도소(주)제)을 이용하고, 칼럼으로서 가드 칼럼 HZ-L, TSKgel Super HZM-M, TSKgel Super HZ4000, TSKgel Super HZ3000 및 TSKgel Super HZ2000(도소(주)제)을 이용함으로써 구할 수 있다. 또, 특별히 설명하지 않는 한, 용리액으로서 THF(테트라하이드로퓨란)를 이용하여 측정한 것으로 한다. 또, 특별히 설명하지 않는 한, GPC 측정에 있어서의 검출에는, UV선(자외선)의 파장 254nm 검출기를 사용한 것으로 한다.
본 명세서에 있어서, 적층체를 구성하는 각층(各層)의 위치 관계에 대하여, "상" 또는 "하"라고 기재했을 때에는, 주목하고 있는 복수의 층 중 기준이 되는 층의 상측 또는 하측에 다른 층이 있으면 된다. 즉, 기준이 되는 층과 상기 다른 층의 사이에, 추가로 제3 층이나 요소가 개재하고 있어도 되고, 기준이 되는 층과 상기 다른 층은 접하고 있을 필요는 없다. 또, 특별히 설명하지 않는 한, 기재에 대하여 층이 적층되어 가는 방향을 "상"이라고 칭하고, 또는 감광층이 있는 경우에는, 기재로부터 감광층을 향하는 방향을 "상"이라고 칭하며, 그 반대 방향을 "하"라고 칭한다. 또한, 이와 같은 상하 방향의 설정은, 본 명세서 중에 있어서의 편의를 위함이며, 실제의 양태에 있어서는, 본 명세서에 있어서의 "상"방향은, 연직 상향과 다른 경우도 있을 수 있다.
<구조체의 제1 실시형태>
하기에서는, 도면을 참조하면서, 본 발명의 구조체의 실시형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 시인하기 쉽게 하기 위하여, 도면 중의 각 구성 요소의 축척 등은 실제의 것과는 적절히 다르게 하고 있다.
도 1의 A는, 제1 실시형태에 관한 구조체(11)를 나타내는 개략 단면도이며, 도 1의 B는, 투광 부재를 제외하고 대상물 측에서, 도 1의 A의 구조체(11)를 본 개략도이다. 본 실시형태에서는, 구조체(11)가, 예를 들면 대상물(9)과의 거리를 계측하기 위한 측거 센서, 및 대상물(9) 표면의 요철 형상을 인식하기 위한 이메징 센서 등의 광학식 계측 장치에 탑재된 예이다.
본 발명의 구조체는, 이 구조체에 있어서의 기판의 일방의 면에 형성된, 계측광을 발하는 발광부와, 이 일방의 면에 형성되어, 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부와, 이 일방의 면에서 제1 수광부보다 발광부에 가까운 위치에 있고, 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부와, 기판에 대하여, 발광부, 제1 수광부 및 제2 수광부를 사이에 두도록 배치된, 계측광을 투과시키는 투광 부재와, 기판과 투광 부재의 사이를 전반하여 제1 수광부에 도달하는 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 갖는다. 본 명세서에 있어서, "기판의 일방의 면에"는, 대상의 요소가, 기판에 직접 접하는 경우 외에, 제3 요소를 통하여 기판에 형성되어 있는 경우도 포함하는 의미이다. 또, 본 명세서에 있어서, "기판과 투광 부재의 사이"는, 기판면에 수직인 방향으로 기판 및 투광 부재를 각각 서로 투영한 경우에 있어서, 그 투영 범위가 겹치는 공간 영역을 말한다. 본 발명의 구조체는, 상기의 구성을 가짐으로써, 광검출기로서 기능한다.
본 실시형태에 있어서, 구체적으로는 도 1의 A 및 도 1의 B에 나타내는 바와 같이, 구조체(11)는, 기판(3), 발광부(20), 제1 수광부(31), 제2 수광부(32), 본 발명의 연결 부재에 상당하는 발광 측 투명 부재(41), 수광 측 투명 부재(42), 차광부에 상당하는 흡광 부재(50) 및 투광 부재(7)를 갖는다.
기판(3)은, 예를 들면 반도체 웨이퍼, 유리 기판, 수지 기판, 프리프레그(섬유 부재에 수지를 함침시켜 성형한 시트) 등이다. 통상은, 이들 기판에 필요한 배선이 실시된다. 기판은, 예를 들면 프린트 배선 기판 및 프린트 회로 기판 등을 갖는 것이 바람직하고, 단층 구조여도 되며 적층 구조여도 된다.
발광부(20)는, 계측광을 출사하는 발광 소자를 갖는다. 발광 소자는, 예를 들면 LED(Light Emitting Diode) 및 LD(Laser Diode) 등이며, 특히, LD의 일종인 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)인 것이 바람직하다. 발광 소자는, 하나여도 되고, 복수 존재해도 된다. 또, 발광 소자가 복수 존재하는 경우에는, 각 소자는 서로, 동종의 것이어도 되고, 다른 파장의 광을 발하는 이종의 것이어도 된다.
계측광(L1)은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 가시광이나 적외선을 포함하는 것이 바람직하고, 근적외선(파장 700~1300nm의 광)을 포함하는 것이 보다 바람직하며, 파장 850 및 940nm의 광을 포함하는 것이 더 바람직하다. 또, 계측광의 최대 피크 파장은, 700~1300nm의 범위 내인 것이 바람직하고, 850~1100nm의 범위 내인 것이 보다 바람직하다. 또, 계측광은, 강도 변조, 위상 변조 및 펄스 변조 등의 변조가 실시되어 있어도 된다.
제1 수광부(31) 및 제2 수광부(32)는 각각, 흡수한 광에너지를 전기 신호로 변환하는 수광 소자를 갖는다. 수광 소자는, 예를 들면 PD(Photodiode) 등이며, 그 종류는, 계측광의 파장에 따라 적절히 선택된다. PD는, 하나여도 되고, 복수 존재해도 된다. 또, CCD(Charge Coupled Device), CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) 및 PDA(Photodiode Array) 등의 이미지 센서를 수광 소자로서 사용할 수도 있다. 도 1의 A에 나타나는 바와 같이, 제1 수광부(31) 및 제2 수광부(32)는, 기판(3)의 일방의 면에 형성된 수광부 유닛(30)에 마련되어 있다. 즉, 도 1의 A 및 도 1의 B에 나타낸 구조체(11)에서는, 수광부 유닛(30) 중의 일부의 수광 소자가 제1 수광부(31)로서 기능하고, 다른 부분의 수광 소자가 제2 수광부로서 기능하고 있다.
제1 수광부(31)는, 주로, 대상물(9)로부터의 반사광(L2)을 수광하는 역할을 하고, 제2 수광부는, 주로 계측광의 일부를 참조광(L4)으로서 수광하는 역할을 한다. 제2 수광부는, 보다 정확하게 참조광을 수광하는 관점에서, 기판의 면내 방향에 대하여, 제1 수광부보다 발광부에 가까운 위치에 있다, 즉, 제2 수광부와 발광부의 사이의 최단 거리가, 제1 수광부와 발광부의 사이의 최단 거리보다 작다. 그리고, 제1 수광부에 있어서의 반사광(L2)의 수광 정보 및 제2 수광부에 있어서의 참조광(L4)의 수광 정보에 근거하여 TOF법에 있어서의 비행 시간이 산출되어, 공지의 수순에 의하여 계측 정보(예를 들면, 측거 센서에 있어서의 거리 정보 및 이미지 센서에 있어서의 이미지 정보)가 연산된다. 이때, 참조광(L4)의 수광 정보는, 계측광의 출사 시를 특정하기 위한 타이밍 신호로서 및/또는, 온도 등의 환경 조건에 기인하는 편차를 보정하기 위한 보조 신호 등으로서 사용할 수 있다. TOF법은, 직접법이어도 되고 간접법이어도 되며, 통상은, 근거리 측정의 경우에 간접 TOF법이 사용된다.
발광부(20)는, 도 1의 A 및 도 1의 B에서는, 수광부 유닛(30)으로부터 간격을 둔 위치이며, 제1 수광부(31)에 대하여 제2 수광부(32)를 사이에 두는 위치에 배치되어 있다. 즉, 발광부(20)는, 도 1의 A 및 도 1의 B에서는, 제1 수광부(31) 및 제2 수광부(32)를 연결하는 직선 상에 배치되어 있지만, 본 발명에 있어서, 발광부(20)는, 그와 같은 직선 상에 있을 필요는 없다.
또, 도 1의 A 및 도 1의 B에서는, 제1 수광부(31) 및 제2 수광부(32)가 수광부 유닛(30)으로서 일체인 것 같은 경우의 구조체(11)를 나타내고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1 수광부(31) 및 제2 수광부(32)는 별체로서 형성되어도 된다. 또한, 발광부(20)와 제2 수광부(32)가 일체로서 형성되어도 되고, 발광부(20)와 제2 수광부(32)는 인접하고 있어도 된다. 이 경우에는, 제2 수광부에서의 참조광(L4)의 수광이 보다 용이해진다.
발광부(20)의 발광면과 제2 수광부(32)의 수광면은, 투광 재료로 이루어지는 연결 부재로 연결되어 있어도 된다. 본 명세서에 있어서, "투광"은, 계측광의 투과율이 90% 이상인 것을 의미한다. 도 1의 A에서는, 발광 측 투명 부재(41)가, 발광부(20)의 발광면과 제2 수광부(32)의 수광면을 덮도록 형성되어 있고, 이들을 연결하는 본 발명에 있어서의 연결 부재로서 기능하고 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 참조광(L4)을 효율적으로 제2 수광부(32)에 도광(導光)할 수 있어, 보다 정확한 정보를 취득할 수 있다. 발광 측 투명 부재(41) 및 수광 측 투명 부재(42)는, 각각 광의 조사 시야 및 수광 시야의 확보 등의 역할도 한다. 발광 측 투명 부재(41) 및 수광 측 투명 부재(42)는, 반구 등의 곡면을 갖는 형상이어도 된다. 발광 측 투명 부재(41) 및 수광 측 투명 부재(42)에 사용할 수 있는 투광 재료는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 실리콘 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지 및 폴리카보네이트 수지이다.
또, 계측광(L1)의 지향성을 조정하는 관점에서, 발광 측 투명 부재(41)는 산란성을 갖고 있어도 된다. 이와 같이 지향성을 조정함으로써, 제2 수광부(32)에 있어서의 수광량을 조정하는 것도 가능하다. 예를 들면, 산란성의 입자를 구성 재료 중에 혼합함으로써, 발광 측 투명 부재(41)에 산란성을 부여할 수 있다.
발광부(20), 제1 수광부(31) 및 제2 수광부(32)의 조합, 혹은 발광부(20) 및 수광부 유닛(30)의 조합의 총수는, 하나의 구조체 상에서, 기판의 면적에 대하여 1~10개/cm2인 것이 바람직하다. 이와 같은 구조체를 광학식 계측 장치에 탑재함으로써, 거리 측정을 정확하게 행할 수 있다고 하는 효과가 있다.
투광 부재(7)는, 계측광(L1)의 투과율이 90% 이상인 부재이다. 투광 부재(7)는, 예를 들면 유리 및 수지 중 적어도 1종을 포함하고, 평판 형상 또는 렌즈 형상을 갖는다. 투광 부재(7)는, 예를 들면 커버 유리 또는 렌즈이며, 계측광(L1)이 투과하는 케이싱의 창부(窓部)(즉, 구조체에 있어서의 외기와 접하는 가장 외측의 부재)로서 기능하고 있어도 된다. 투광 부재(7)는, 주위의 지지 부재에 의하여, 기판(3), 발광부(20) 및 수광부 등과 소정의 간격을 유지하도록 지지되어 있고, 기판의 면에 대향하면서, 적어도 발광부(20), 수광부(31 및 32)를 일체로 사이에 두는 위치에 있다. 기판(3)과 투광 부재(7)의 간격(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 간격)은, 예를 들면 5μm 이상 1.5mm 이하인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 10μm 이상인 것이 보다 바람직하고, 50μm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 1mm 이하인 것이 보다 바람직하고, 900μm 이하인 것이 더 바람직하다. 기판(3)과 투광 부재(7)의 간격이 작을수록, 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이에서 노이즈광의 반사 횟수를 증가시켜, 후술하는 차광부와 노이즈광의 상호 작용 횟수를 증가시킬 수 있기 때문에, 노이즈광의 저감 효과가 보다 향상되기 쉽다. 또한, 본 명세서에 있어서, "발광부와 제1 수광부의 사이의 영역"이란, 기판면에 수직인 방향으로부터, 발광부 및 제1 수광부를 관찰하는 시점에 있어서, 발광부 및 제1 수광부를 연결하는 임의의 선분 중 적어도 일부의 선분과 겹치는 공간 영역을 말한다.
차광부는, 노이즈광(L3)을 흡수하거나, 노이즈광(L3)의 반사를 방지하거나, 계측광(L1)의 투광 부재에 대한 투과를 촉진하거나 하는 등의 작용을 이용하여, 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이에 있는 투광층(60)을 전반하여 제1 수광부(31)에 도달하는 노이즈광(L3)을 저감시키는 재료, 형상 및 구조 등을 갖는다. 이 차광부를 가짐으로써, 차광부를 마련하지 않는 경우에 비하여 노이즈광(L3)을 저감시킬 수 있어, 정밀도가 높은 계측이 가능해진다. 또한, 본 명세서에 있어서, "투광층"이란, 발광부로부터 제1 수광부에 통하는 광로 중, 투광 부재에 의하여 구획되는 광로를 말한다. 특히, 상술한 바와 같이, 발광 측 투명 부재(41)가 산란성을 갖는 경우에는, 이와 같은 노이즈광(L3)의 영향이 커진다. 따라서, 이와 같은 경우에, 노이즈광(L3)을 저감시킬 수 있는 본 발명은 특히 유용하다.
차광부는, 적어도 발광부(20)와 제1 수광부(31)의 사이의 영역에 존재하는 것이 바람직하다. 차광부가, 발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 존재함으로써, 노이즈광을 효율적으로 저감시킬 수 있다.
도 1의 A에 있어서, 차광부는, 예를 들면 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이 또한 발광부(20)와 제1 수광부(31)의 사이의 영역에 마련된, 노이즈광(L3)을 흡수하는 재료를 포함하는 흡광 부재(50)를 갖고 있다. 차광부가, 이와 같은 흡광 부재를 갖는 경우에는, 노이즈광(L3)이 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이를 전반하는 과정에서 흡수됨으로써, 제1 수광부(31)에 의한 노이즈광의 수광량이 저감한다.
흡광 부재(50)는, 두께 5μm일 때에, 계측광(L1)에 대한 흡수 계수가 0.4 이상인 부재이다. 흡수 계수는, 다음의 식으로부터 산출된다.
A=log10(I0/I)
A: 흡수 계수, I0: 입사광 강도, I: 투과광 강도
흡광 부재(50)는, 예를 들면 수지와 광흡수제를 함유하는 조성물로 구성할 수 있다.
수지는, 광흡수제를 조성물 중에서 분산시키는 용도나 바인더의 용도로 배합된다. 수지로서는, 특별히 한정되지 않지만, (메트)아크릴 수지, 에폭시 수지, 엔·싸이올 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에터 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에터설폰 수지, 폴리페닐렌 수지, 폴리아릴렌에터포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리벤즈옥사졸 수지, 폴리올레핀 수지, 환상 올레핀 수지, 폴리에스터 수지, 스타이렌 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지로부터 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
수지는, 폴리이미드 수지 및 폴리벤즈옥사졸 수지 중 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 폴리이미드 수지 및 폴리벤즈옥사졸 수지는 각각, 염기 발생제의 존재하에서 자외선 조사나 가열을 행함으로써, 폴리이미드 전구체 및 폴리벤즈옥사졸 전구체를 환화함으로써 형성된다.
폴리이미드 전구체로서는 하기 식 (1)로 나타나는 구성 단위를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 보다 막강도가 우수한 조성물이 얻어진다.
[화학식 1]
A1 및 A2는, 각각 독립적으로 산소 원자 또는 NH를 나타내고, R111은, 2가의 유기기를 나타내며, R115는, 4가의 유기기를 나타내고, R113 및 R114는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
A1 및 A2는, 각각 독립적으로, 산소 원자 또는 NH이며, 산소 원자가 바람직하다.
R111은, 2가의 유기기를 나타낸다. 2가의 유기기로서는, 직쇄 또는 분기의 지방족기, 환상의 지방족기, 및 방향족기, 복소 방향족기, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 기가 예시되고, 탄소수 2~20의 직쇄의 지방족기, 탄소수 3~20의 분기의 지방족기, 탄소수 3~20의 환상의 지방족기, 탄소수 6~20의 방향족기, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 기가 바람직하며, 탄소수 6~20의 방향족기가 보다 바람직하다.
식 (1)에 있어서의 R115는, 4가의 유기기를 나타낸다. 4가의 유기기로서는, 방향환을 포함하는 기인 것이 바람직하고, 하기 식 (5) 또는 식 (6)으로 나타나는 기가 보다 바람직하다.
[화학식 2]
R112는, A와 동일한 의미이며, 바람직한 범위도 동일하다.
식 (1)에 있어서의 R115가 나타내는 4가의 유기기는, 구체적으로는, 테트라카복실산 이무수물로부터 산이무수물기를 제거한 후에 잔존하는 테트라카복실산 잔기 등을 들 수 있다. 테트라카복실산 이무수물은, 1종만 이용해도 되고, 2종 이상 이용해도 된다.
식 (1)에 있어서의 R113 및 R114는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 1가의 유기기를 나타낸다. R113 및 R114 중 적어도 일방이 라디칼 중합성기를 포함하는 것이 바람직하고, 양방이 라디칼 중합성기를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 라디칼 중합성기로서는, 라디칼의 작용에 의하여, 가교 반응하는 것이 가능한 기이며, 바람직한 예로서 에틸렌성 불포화 결합을 갖는 기를 들 수 있다.
에틸렌성 불포화 결합을 갖는 기로서는, 바이닐기, 알릴기, (메트)아크릴로일기, 하기 식 (III)으로 나타나는 기 등을 들 수 있다.
[화학식 3]
식 (III)에 있어서, R200은, 수소 원자 또는 메틸기를 나타내고, 메틸기가 보다 바람직하다.
식 (III)에 있어서, R201은, 탄소수 2~12의 알킬렌기, -CH2CH(OH)CH2- 또는 탄소수 4~30의 (폴리)옥시알킬렌기(알킬렌기로서는 탄소수 1~12가 바람직하고, 1~6이 보다 바람직하며, 1~3이 특히 바람직하다; 반복수는 1~12가 바람직하고, 1~6이 보다 바람직하며, 1~3이 특히 바람직하다)를 나타낸다. 또한, (폴리)옥시알킬렌기란, 옥시알킬렌기 또는 폴리옥시알킬렌기를 의미한다.
폴리이미드 전구체의 중량 평균 분자량(Mw)은, 바람직하게는 2000~500000이며, 보다 바람직하게는 5000~100000이고, 더 바람직하게는 10000~50000이다. 또, 수평균 분자량(Mn)은, 바람직하게는 800~250000이며, 보다 바람직하게는, 2000~50000이고, 더 바람직하게는, 4000~25000이다.
폴리이미드 전구체의 분자량의 분산도는, 1.5~3.5가 바람직하고, 2~3이 보다 바람직하다.
폴리이미드 전구체는, 다이카복실산 또는 다이카복실산 유도체와 다이아민을 반응시켜 얻어진다. 바람직하게는, 다이카복실산 또는 다이카복실산 유도체를, 할로젠화제를 이용하여 할로젠화시킨 후, 다이아민과 반응시켜 얻어진다.
폴리이미드 전구체의 제조 방법에서는, 반응 시에, 유기 용제를 이용하는 것이 바람직하다. 유기 용제는 1종이어도 되고, 2종 이상이어도 된다. 유기 용제로서는, 원료에 따라 적절히 정할 수 있지만, 피리딘, 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터(다이글라임), N-메틸피롤리돈 및 N-에틸피롤리돈이 예시된다.
폴리벤즈옥사졸 전구체는, 하기 식 (2)로 나타나는 구성 단위를 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 4]
R121은, 2가의 유기기를 나타내고, R122는, 4가의 유기기를 나타내며, R123 및 R124는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 1가의 유기기를 나타낸다.
R121은, 2가의 유기기를 나타낸다. 2가의 유기기로서는, 지방족기(탄소수 1~24가 바람직하고, 1~12가 보다 바람직하며, 1~6이 특히 바람직하다) 및 방향족기(탄소수 6~22가 바람직하고, 6~14가 보다 바람직하며, 6~12가 특히 바람직하다) 중 적어도 일방을 포함하는 기가 바람직하다. R121을 구성하는 방향족기로서는, 상기 식 (1)의 R111의 예를 들 수 있다. 상기 지방족기로서는, 직쇄의 지방족기가 바람직하다. R121은, 4,4'-옥시다이벤조일 클로라이드에서 유래하는 것이 바람직하다.
식 (2)에 있어서, R122는, 4가의 유기기를 나타낸다. 4가의 유기기로서는, 상기 식 (1)에 있어서의 R115와 동일한 의미이며, 바람직한 범위도 동일하다. R122는, 2,2'-비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)헥사플루오로프로페인에서 유래하는 것이 바람직하다.
R123 및 R124는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 1가의 유기기를 나타내고, 상기 식 (1)에 있어서의 R113 및 R114와 동일한 의미이며, 바람직한 범위도 동일하다.
수지의 중량 평균 분자량(Mw)은, 2000~2000000인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 3000 이상인 것이 보다 바람직하고, 5000 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 1000000 이하인 것이 보다 바람직하고, 500000 이하인 것이 더 바람직하다. 수지의 함유량은, 흡광 부재(50)에 사용하는 조성물 중의 전고형분에 대하여 1~50질량%인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 3질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 5질량% 이상인 것이 더 바람직하며, 10질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 40질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 30질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 수지를 2종 이상 사용하는 경우에는, 그 합계의 함유량이, 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
광흡수제는, 계측광의 파장을 포함하는 파장 범위에 있어서 흡수 특성을 갖는 재료이면, 특별히 한정되지 않는다. 광흡수제는, 계측광의 최대 피크 파장에 대한 몰 흡광 계수가 높은 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 광흡수제는, 안료여도 되고 염료여도 되며, 또 유기 재료, 무기 재료 및 유기-무기 하이브리드 재료 중 어느 것이어도 된다.
광흡수제는, 특히, 근적외선 흡수 화합물을 함유하는 것이 바람직하고, 근적외선 흡수 화합물은, 파장 700~1300nm의 범위에 극대 흡수 파장을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. "파장 700~1300nm의 범위에 극대 흡수 파장을 갖는다"란, 근적외선 흡수 화합물의 용액에서의 흡수 스펙트럼에 있어서, 파장 700~1300nm의 범위에 최대의 흡광도를 나타내는 파장을 갖는 것을 의미한다. 이 흡수 스펙트럼의 측정에 있어서, 측정 용제는, 원칙, 클로로폼으로 하고, 클로로폼에 용해되지 않는 화합물의 경우에는, 메탄올을 사용하며, 클로로폼 및 메탄올 중 어느 것에도 용해되지 않는 화합물의 경우에는, 다이메틸설폭사이드를 사용한다. 그리고, 우선 순위가 높은 상기 용제를 사용할 수 없는 경우에는, 용제로서 아세트산 에틸을 채용하고, 이것도 사용할 수 없는 경우에는, 테트라하이드로퓨란을 채용한다.
근적외선 흡수 화합물은, 피롤로피롤 화합물, 사이아닌 화합물, 스쿠아릴륨 화합물, 프탈로사이아닌 화합물, 나프탈로사이아닌 화합물, 쿼터릴렌 화합물, 메로사이아닌 화합물, 크로코늄 화합물, 옥소놀 화합물, 다이이모늄 화합물, 다이싸이올 화합물, 트라이아릴메테인 화합물, 피로메텐 화합물, 아조메타인 화합물, 안트라퀴논 화합물 및 다이벤조퓨란온 화합물로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하고, 피롤로피롤 화합물, 사이아닌 화합물, 스쿠아릴륨 화합물, 프탈로사이아닌 화합물, 나프탈로사이아닌 화합물 및 다이이모늄 화합물로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 보다 바람직하며, 피롤로피롤 화합물, 사이아닌 화합물 및 스쿠아릴륨 화합물로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 더 바람직하고, 피롤로피롤 화합물인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 있어서, 근적외선 흡수 화합물로서는, 시판품을 이용할 수도 있다. 예를 들면, SDO-C33(아리모토 가가쿠 고교(주)제), EX 컬러 IR-14, EX 컬러 IR-10A, EX 컬러 TX-EX-801B, EX 컬러 TX-EX-805K((주)닛폰 쇼쿠바이제), ShigenoxNIA-8041, ShigenoxNIA-8042, ShigenoxNIA-814, ShigenoxNIA-820, ShigenoxNIA-839(핫코 케미컬사제), EpoliteV-63, Epolight3801, Epolight3036(EPOLIN사제), PRO-JET825LDI(후지필름(주)제), NK-3027, NK-5060((주)하야시바라제), YKR-3070(미쓰이 가가쿠(주)제) 등을 들 수 있다.
근적외선 흡수 화합물로서, 무기 입자를 이용할 수도 있다. 무기 입자의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 구상, 비구상을 불문하고, 시트상, 와이어상, 튜브상이어도 된다. 무기 입자는, 금속 산화물 입자 또는 금속 입자인 것이 바람직하다. 금속 산화물 입자로서는, 예를 들면 산화 인듐 주석(ITO) 입자, 산화 안티모니 주석(ATO) 입자, 산화 아연(ZnO) 입자, Al 도프 산화 아연(Al 도프 ZnO) 입자, 불소 도프 이산화 주석(F 도프 SnO2) 입자, 나이오븀 도프 이산화 타이타늄(Nb 도프 TiO2) 입자 등을 들 수 있다. 금속 입자로서는, 예를 들면 은(Ag) 입자, 금(Au) 입자, 구리(Cu) 입자, 니켈(Ni) 입자 등을 들 수 있다. 또, 무기 입자로서는 산화 텅스텐계 화합물을 이용할 수도 있다. 산화 텅스텐계 화합물은, 세슘 산화 텅스텐인 것이 바람직하다. 또한, 근적외선 흡수 화합물은, 카본 블랙이나 타이타늄 블랙을 사용할 수도 있다.
광흡수제의 함유량은, 흡광 부재(50)를 구성하는 조성물 중의 전고형분에 대하여 1~30질량%인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 3질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 5질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 20질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 10질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 근적외선 흡수 화합물을 2종 이상 사용하는 경우에는, 그 합계의 함유량이, 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
흡광 부재(50)를 구성하는 조성물은, 그 외에, 중합성 화합물, 중합 개시제, 중합 금지제, 밀착 촉진제, 산화 방지제 및 응집 방지제 등의 다른 화합물을 함유할 수도 있다.
중합성 화합물로서는, 에틸렌성 불포화기(에틸렌성 불포화 결합을 함유하는 기)를 갖는 화합물 등을 들 수 있다. 에틸렌성 불포화기로서는, 바이닐기, (메트)알릴기, (메트)아크릴로일기 등을 들 수 있다. 중합성 화합물은, 라디칼에 의하여 중합 가능한 화합물(라디칼 중합성 화합물)인 것이 바람직하다. 중합성 화합물은, 에틸렌성 불포화기를 3개 이상 포함하는 화합물인 것이 바람직하고, 에틸렌성 불포화기를 4개 이상 포함하는 화합물인 것이 보다 바람직하다. 이 양태에 의하면, 노광에 의한 경화성 조성물의 경화성이 양호하다. 에틸렌성 불포화기의 수의 상한은, 조성물의 경시 안정성의 관점에서 15개 이하인 것이 바람직하고, 10개 이하인 것이 보다 바람직하며, 6개 이하인 것이 더 바람직하다. 또, 중합성 화합물은, 3관능 이상의 (메트)아크릴레이트 화합물인 것이 바람직하고, 3~15관능의 (메트)아크릴레이트 화합물인 것이 보다 바람직하며, 3~10관능의 (메트)아크릴레이트 화합물인 것이 더 바람직하고, 3~6관능의 (메트)아크릴레이트 화합물인 것이 특히 바람직하다. 중합성 화합물의 분자량은, 100~2000인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 150 이상이 보다 바람직하고, 250 이상이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 1500 이하가 보다 바람직하고, 1000 이하가 더 바람직하다.
중합성 화합물의 함유량은, 흡광 부재(50)를 구성하는 조성물 중의 전고형분에 대하여 5.0~35질량%인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 7.5질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 10질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 30질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 25질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 중합성 화합물을 2종 이상 사용하는 경우에는, 그 합계의 함유량이, 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
중합 개시제는, 열중합 개시제 및 광중합 개시제 모두 함유할 수 있고, 광중합 개시제를 포함하는 것이 바람직하다. 광중합 개시제로서는, 할로젠화 탄화 수소 유도체(예를 들면, 트라이아진 골격을 갖는 화합물, 옥사다이아졸 골격을 갖는 화합물 등), 아실포스핀옥사이드 등의 아실포스핀 화합물, 헥사아릴바이이미다졸 화합물, 옥심 유도체 등의 옥심 화합물, 유기 과산화물, 싸이오 화합물, 케톤 화합물, 방향족 오늄염, 케톡심에터 화합물, 아미노알킬페논 화합물, 하이드록시알킬페논 화합물, 및 페닐글리옥실레이트 화합물 등을 들 수 있다.
광중합 개시제의 함유량은, 흡광 부재(50)를 구성하는 조성물 중의 전고형분에 대하여 5~15질량%인 것이 바람직하다. 조성물의 경시 안정성의 관점에서, 이 수치 범위의 하한은, 6질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 7질량% 이상인 것이 더 바람직하며, 8질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 또, 현상 후의 패턴의 미세화의 관점에서, 이 수치 범위의 상한은, 14.5질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 14.0질량% 이하인 것이 더 바람직하며, 13.0질량% 이하인 것이 특히 바람직하다. 광중합 개시제를 2종 이상 사용하는 경우에는, 그 합계의 함유량이, 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
흡광 부재(50)는, 상기와 같은 고형분을 용제에 혼합한 조성물을 도포하고, 건조하여, 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 또, 흡광 부재(50)는, 계측광(L1)의 출사를 방해하지 않는 범위에 형성하는 것이 바람직하고, 필요에 따라, 도포 후의 막 상의 조성물에 대하여, 포토리소그래피 등으로 패터닝을 실시해도 된다.
흡광 부재(50)의 두께(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 두께)는, 100~15000nm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 300nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 500nm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 12000nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 10000nm 이하인 것이 더 바람직하다. 또, 흡광 부재(50)와 투광 부재(7)의 간격(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 간격)은, 10μm~1mm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 50μm 이상인 것이 보다 바람직하고, 100μm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 900μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 800μm 이하인 것이 더 바람직하다.
도 1의 A에서는, 흡광 부재(50)는, 기판(3) 및 노이즈광(L3)이 전반하는 투광층(60)의 사이에 마련되어 있다. 투광층(60)은, 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이에 있어서, 노이즈광(L3)의 전반의 광로가 되는 부분이며, 특히 본 실시형태에서는, 기판(3) 및 투광 부재(7)의 사이의 공간이다. 그러나, 흡광 부재는, 기판(3) 및 노이즈광이 전반하는 투광층(60)의 사이에 마련된 제1 흡광 부재(상기 흡광 부재(50)에 상당한다.), 및 투광층(60)과 투광 부재(7)의 사이에 마련된 제2 흡광 부재 중 적어도 하나를 갖고 있으면 된다.
예를 들면, 도 2는, 도 1의 A 및 도 1의 B에 나타내는 제1 실시형태의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 구조체(12)는, 투광층(60)과 투광 부재(7)의 사이에 마련된, 즉, 투광 부재(7)의 기판(3) 측의 표면에 형성된 제2 흡광 부재(51)를, 단독으로 혹은 흡광 부재(50)와 아울러 가질 수 있다. 제2 흡광 부재(51)는, 계측광(L1)의 출사 및 반사광(L2)의 입사를 방해하지 않는 범위에 있는 것이 바람직하고, 또 발광부(20)와 제1 수광부(31)의 사이의 영역에 존재하는 것이 바람직하다. 제2 흡광 부재(51)의 구성 재료 및 형성 방법은, 흡광 부재(50)의 경우와 동일하다.
제2 흡광 부재(51)의 두께(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 두께)는, 100~15000nm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 300nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 500nm 이상인 것이 더 바람직하다. 또, 이 수치 범위의 상한은, 12000nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 10000nm 이하인 것이 더 바람직하다. 또, 제1 흡광 부재 및 제2 흡광 부재의 양방을 갖는 경우에는, 제1 흡광 부재와 제2 흡광 부재의 간격(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 간격)은, 500nm~1000μm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 800nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 1000nm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 800μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 500μm 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 흡광 부재(50) 등의 차광부는, 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이에서, 또한 제2 수광부(32)와 투광 부재(7)의 사이에 존재하는 것도 바람직하다. 본 명세서에 있어서, "제2 수광부와 투광 부재의 사이"란, 기판면에 수직인 방향으로 제2 수광부 및 투광 부재를 각각 서로 투영한 경우에 있어서, 그 투영 범위가 겹치는 공간 영역을 말한다. 차광부가, 제2 수광부와 투광 부재의 사이에 존재함으로써, 제2 수광부(32)에 의한 노이즈광(L3)이나 환경광의 수광을 억제할 수 있어보다 정확한 계측이 가능해진다. 예를 들면, 도 1의 A에 있어서, 흡광 부재(50)는, 제2 수광부(32)와 투광 부재(7)의 사이에 존재하는 덮개부(50a)를 갖는다. 덮개부(50a)는, 참조광(L4)의 수광을 방해하지 않는 범위에서 마련하는 것이 바람직하고, 예를 들면 덮개부(50a)와 제2 수광부(32)의 간격(제2 수광부와 투광 부재의 사이에 있어서의 평균의 간격)은, 1~100μm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 5μm 이상인 것이 보다 바람직하고, 10μm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 80μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 50μm 이하인 것이 더 바람직하다. 덮개부(50a)와 제2 수광부(32)의 간격이 상기 범위 내이면, 제2 수광부(32)에 있어서, 참조광(L4)의 충분한 수광량을 확보하면서, 노이즈광(L3)이나 환경광의 수광을 억제할 수 있다.
또, 흡광 부재(50) 등의 차광부에 있어서, 투광층(60)에 접하는 표면의 표면 조도(산술 평균 조도: Ra)는, 50~500nm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 100nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 200nm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 400nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 300nm 이하인 것이 더 바람직하다. 상기 표면의 표면 조도이 상기 범위 내이면, 노이즈광(L3)을 산란시키는 효과나, 차광부 내에 노이즈광(L3)을 도입하는 효과가 증대하여, 제1 수광부(31)에 있어서의 노이즈광(L3)의 수광량을 효율적으로 저감시킬 수 있다.
예를 들면, 도 3은, 도 1의 A 및 도 1의 B에 나타내는 제1 실시형태의 다른 변형예를 나타내는 개략 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 구조체(13)는, 기판(3)과 투광층(60)의 사이에 마련되고, 투광층(60)에 접하는 표면에 소정의 표면 조도를 갖는 제1 흡광 부재(52), 및 투광층(60)과 투광 부재(7)의 사이에 마련되며, 투광층(60)에 접하는 표면에 소정의 표면 조도를 갖는 제2 흡광 부재(53)를 가질 수 있다. 또, 이와 같은 표면 조도를 갖는 흡광 부재는, 제1 흡광 부재(52) 및 제2 흡광 부재(53) 중 어느 일방만이어도 된다. 또한, 표면 조도를 갖는 범위는, 흡광 부재의 표면 전체여도 되고, 일부만이어도 된다.
<구조체의 제2 실시형태>
다음으로, 본 발명의 구조체의 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 4는, 제2 실시형태에 관한 구조체(14)를 나타내는 개략 단면도이다. 본 실시형태는, 구조체에 있어서, 차광부가, 기판과 투광 부재의 사이 또한 발광부와, 제1 수광부의 사이의 영역에 마련된, 노이즈광의 반사 방지 부재를 갖는 경우이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 특히 차광부의 구성이 다른 점에서, 제1 실시형태와 다르기 때문에, 본 실시형태에 있어서, 제1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은, 특별히 필요가 없는 한 생략한다.
본 실시형태에 관한 구조체(14)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(3), 발광부(20), 제1 수광부(31), 제2 수광부(32), 본 발명에 있어서의 연결 부재에 상당하는 발광 측 투명 부재(41), 수광 측 투명 부재(42), 수지층(45), 차광부로서의 반사 방지 부재(54 및 55), 및 투광 부재(7)를 갖는다.
기판(3), 발광부(20), 제1 수광부(31), 제2 수광부(32), 발광 측 투명 부재(41), 수광 측 투명 부재(42) 및 투광 부재(7)는, 제1 실시형태에서 설명한 것과 동일하다.
수지층(45)은, 반사 방지 부재(54)의 하지(下地)가 되는 층이며, 기판(3)과 반사 방지 부재(54)의 간격을 확보하는 기능을 한다. 일반적으로, 반사 방지 부재에서는, 구조적인 사이즈 및 형상이 반사 방지 기능에 크게 영향을 주어, 충분한 반사 방지 기능이 발휘되는 사이즈 및 형상의 범위가 제한되기 때문에, 반사 방지 부재의 두께의 조정 범위는 좁다. 한편, 차광부와 노이즈광의 상호 작용 횟수를 증가시키는 관점에서, 반사 방지 부재(54) 및 투광 부재(7)의 간격은 작은 것이 바람직하다. 따라서, 수지층(45)을 개재함으로써, 반사 방지 부재(54)의 기판(3)으로부터의 높이를 확보하고 있다. 또한, 동일한 이유에서, 반사 방지 부재(55)와 투광 부재(7)의 간격을 확보하기 위하여, 반사 방지 부재(55)와 투광 부재(7)의 사이에 동일한 수지층을 마련하는, 즉, 수지층을 통하여 반사 방지 부재(55)를 투광 부재(7)의 기판 측 표면 상에 형성해도 된다.
또한, 반사 방지 부재(54)만으로, 충분한 두께를 확보할 수 있는 경우, 즉, 반사 방지 부재(54)와 투광 부재(7)의 간격을 충분히 작게 할 수 있는 경우에는, 수지층(45)은 불필요하다. 또, 기판(3)과 반사 방지 부재(54)의 사이에는, 밀착층이나 평탄화층 등으로서 수지층(45)에 더하여 혹은 단독으로, 무기 재료로 이루어지는 층이 있어도 된다.
수지층(45)은, 반도체 분야에서 일반적으로 사용할 수 있는 수지를 포함할 수 있다. 이와 같은 수지로서는, (메트)아크릴 수지, 에폭시 수지, 엔·싸이올 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에터 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리에터설폰 수지, 폴리페닐렌 수지, 폴리아릴렌에터포스핀옥사이드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리벤즈옥사졸 수지, 폴리올레핀 수지, 환상 올레핀 수지, 폴리에스터 수지, 스타이렌 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지로부터 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 된다.
수지의 중량 평균 분자량(Mw)은, 2000~2000000인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 3000 이상인 것이 보다 바람직하고, 5000 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 1000000 이하인 것이 보다 바람직하고, 500000 이하인 것이 더 바람직하다.
또, 수지층(45)은, 제1 실시형태에서 설명한 흡광 부재로 하는 것, 즉, 반사 방지 부재(54)를 흡광 부재(50) 상에 형성한다고 하는 양태이며, 반사 방지 부재와 흡광 부재를 병용할 수도 있다. 이로써, 반사 방지 부재(54)를 투과한 일부의 광을 하지의 흡광 부재로 흡수할 수 있어, 노이즈광(L3)을 효율적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 반사 방지 부재(55)에 대해서도 동일하게 계측광(L1)의 투과를 저해하지 않는 범위에 있어서, 흡광 부재를 통하여 반사 방지 부재(55)를 투광 부재(7)의 기판 측 표면 상에 형성해도 된다.
반사 방지 부재는, 기판(3)과 투광층(60)의 사이에 마련된 제1 반사 방지 부재, 및 투광층(60)과 투광 부재(7)의 사이에 마련된 제2 반사 방지 부재 중 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 4 중의 부호 54가 제1 반사 방지 부재에 상당하고, 부호 55가 제2 반사 방지 부재에 상당한다. 또, 반사 방지 부재는, 투광 부재(7)의 대상물(9) 측의 표면에 있어도 된다.
반사 방지 부재(54 및 55)는, 반사 방지막을 갖는 것이 바람직하다. 반사 방지막은, 단층막이어도 되고 적층막이어도 된다. 반사 방지막이 적층막인 경우에는, 고굴절률 재료층과 저굴절률 재료층을 교대로 적층한 유전체 다층막을 이용하는 것이 바람직하다. 고굴절률 재료층을 구성하는 재료로서는, 굴절률이 1.7 이상인 재료를 이용할 수 있고, 굴절률의 범위가 통상 1.7~2.5인 재료가 선택된다. 본 명세서에 있어서, "굴절률"은, 파장 850nm의 광에 대한 굴절률을 말한다. 고굴절률 재료층을 구성하는 재료는, 예를 들면 무기 원소(예를 들면, Si, Ti, Zn, Zr, La, Y, In, Sn, Nb, Ta, Sb 및 Al) 중 적어도 1종을 함유하는 산화물, 산화 질화물 및 질화물 등인 것이 바람직하다. 그리고, 고굴절률 재료층을 구성하는 재료는, 특히, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 지르코늄, 산화 란타넘, 산화 이트륨, 산화 인듐, 산화 나이오븀, 산화 안티모니 및 산화 주석 등의 산화물, 질화 규소 등의 질화물, 상기 산화물과 상기 질화물의 혼합물, 및 이들 화합물에 알루미늄이나 구리 등의 금속을 도프한 화합물(예를 들면, 주석 도프 산화 인듐(ITO), 안티모니 도프 산화 주석(ATO)) 등인 것이 보다 바람직하다. 저굴절률 재료층을 구성하는 재료로서는, 굴절률이 1.6 이하인 재료를 이용할 수 있고, 굴절률의 범위가 통상 1.2~1.6인 재료가 선택된다. 저굴절률 재료층을 구성하는 재료로서는, 예를 들면 이산화 규소(실리카), 알루미나, 불화 란타넘, 불화 마그네슘, 육불화 알루미늄나트륨 등을 들 수 있다. 또, 반사 방지막이 단층막인 경우에는, 굴절률 1.2~2.5의 상기한 재료가 적절히 선택되며, 층의 두께가 계측광에 따라 조정된다.
보다 구체적으로는, 반사 방지막은, 굴절률 1.4 이하의 불화 마그네슘의 단층막으로 할 수 있다. 또는, 반사 방지막은, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 지르코늄, 산화 인듐 및 질화 규소 등을 이용한 굴절률 1.6~2.4 정도의 고굴절률 재료층과, 산화 규소를 이용한 굴절률 1.46 정도의 저굴절률 재료층을 적층한 적층막으로 할 수도 있다.
반사 방지막을 구성하는 각층의 평균 두께는, 우수한 반사 방지 성능을 얻기 위하여, 계측광의 최대 피크 파장의 반파장의 정수배인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 이 반파장의 정수배의 값으로부터 ±100nm의 범위 내의 값은, "정수배"라고 한다. 또한, 반사 방지막을 구성하는 각층의 평균 두께는, 20~300nm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 30nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 50nm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 250nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 200nm 이하인 것이 더 바람직하다. 그리고, 반사 방지막의 전체의 평균 두께는, 예를 들면 0.1~20μm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 0.5μm 이상인 것이 보다 바람직하고, 1μm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 15μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 10μm 이하인 것이 더 바람직하다. 적층막의 경우, 적층수는, 3~100인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 5 이상인 것이 보다 바람직하고, 10 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 80 이하인 것이 보다 바람직하고, 50 이하인 것이 더 바람직하다.
또, 반사 방지 부재(54 및 55)는, 모스아이 구조를 갖는 것도 바람직하다. 모스아이 구조는, 뿔 형상 돌기의 미소(微小)한 배열을 갖는 구조이며, 두께 방향으로 실효적인 굴절률이 연속적으로 변화하기 때문에, 돌기 배열의 간격(돌기 정점끼리의 평균의 간격)보다 긴 파장의 광의 표면 반사율을 억제할 수 있다. 이와 같은 모스아이 구조는, 예를 들면 상술한 발광 측 투명 부재 등에 사용할 수 있는 투광 재료와 동일한 재료를 이용한 몰드 성형 등에 의하여 형성할 수 있다.
돌기 배열의 간격은, 20~500nm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 30nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 50nm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 400nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 300nm 이하인 것이 더 바람직하다. 또, 돌기 배열의 높이(각 돌기 높이의 평균의 높이)는, 100~3000nm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 150nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 200nm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 2000nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 1500nm 이하인 것이 더 바람직하다.
제1 반사 방지 부재(54) 및 제2 반사 방지 부재(55)의 간격(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 간격)은, 10μm~1mm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 50μm 이상인 것이 보다 바람직하고, 100μm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 900μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 800μm 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 반사 방지 부재가 모스아이 구조를 갖는 경우에는, 돌기의 선단을 간격의 기준으로 한다. 제1 반사 방지 부재 및 제2 반사 방지 부재 중 어느 한 쪽만의 보고를 갖는 경우에 있어서도, 반사 방지 부재와 대향하는 면(투광 부재(7), 수지층(45), 수광부 혹은 기판(3) 등의 표면)의 바람직한 간격은, 양방의 반사 방지 부재를 갖는 경우의 상기 범위와 동일하다.
또, 반사 방지 부재에 있어서, 상술한 바와 같이, 투광층(60)에 접하는 표면이 상기 소정의 표면 조도 Ra를 갖는 것도 바람직하다. 또한, 반사 방지 부재는, 상기 흡광 부재와 동일하게, 제2 수광부(32)와 투광 부재(7)의 사이에 있는 것도 바람직하다. 예를 들면, 도 4에 있어서, 반사 방지 부재(54)는, 제2 수광부(32)와 투광 부재(7)의 사이에 존재하는 덮개부(54a)를 갖는다.
또한,차광부는, 제1 실시형태에서 설명한 제1 흡광 부재(50) 및 제2 흡광 부재(51) 중 적어도 하나와, 상기 반사 방지 부재를 병용하는 것도 바람직하다.
예를 들면, 도 5는, 도 4에 나타내는 제2 실시형태의 변형예를 나타내는 개략 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 구조체(15)는, 기판(3)과 투광층(60)의 사이에 마련된 제1 흡광 부재(50), 및 투광층(60)과 투광 부재(7)의 사이에 마련된 제2 반사 방지 부재(55)를 가질 수 있다. 제1 흡광 부재(50)와 제2 반사 방지 부재(55)의 간격(발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 있어서의 평균의 간격)은, 10μm~1mm인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 50μm 이상인 것이 보다 바람직하고, 100μm 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 900μm 이하인 것이 보다 바람직하고, 800μm 이하인 것이 더 바람직하다.
구조체(15)는, 투광 부재(7)의 대상물 측 표면에 제2 반사 방지 부재(55)와 동일한 반사 방지막을 갖는다. 이로써, 투광 부재(7)의 대상물 측 표면에서의 계측광의 반사를 억제하고, 노이즈 신호의 발생을 억제할 수 있어, 보다 계측 정밀도가 향상된다. 또, 구조체(15)에 있어서나, 흡광 부재(50)는, 소정의 표면 조도를 갖고 있어도 된다.
<구조체의 제3 실시형태>
다음으로, 본 발명의 구조체의 제3 실시형태에 대하여 설명한다. 도 6은, 제3 실시형태에 관한 구조체(16)를 나타내는 개략 단면도이다. 본 실시형태는, 구조체(16)에 있어서, 차광부가, 투광 부재(7)의 기판(3) 측의 표면에 있어서의 굴절률을 정합하는 충전 부재(61)를 투광층(60) 내에 갖는 경우이다. 따라서, 본 실시형태에서는, 특히 차광부의 구성이 다른 점에서, 제1 및 제2 실시형태와 다르기 때문에, 본 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 실시형태와 동일한 구성 요소에 대한 상세한 설명은, 특별히 필요가 없는 한 생략한다.
본 실시형태에 관한 구조체(16)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 기판(3), 발광부(20), 제1 수광부(31), 제2 수광부(32), 발광 측 투명 부재(41), 수광 측 투명 부재(42), 수지층(45), 충전 부재(61), 및 투광 부재(7)를 갖는다.
기판(3), 발광부(20), 제1 수광부(31), 제2 수광부(32), 발광 측 투명 부재(41), 수광 측 투명 부재(42) 및 투광 부재(7)는, 제1 실시형태에서 설명한 것과 동일하다.
또, 수지층(45)은, 제2 실시형태에서 설명한 것과 동일하다. 단, 본 실시형태에 있어서, 수지층(45)의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 또, 수지층(45)은, 제1 실시형태에 있어서의 흡광 부재로 치환하는 것도 바람직하다.
충전 부재(61)는, 투광 부재와의 굴절률차의 절댓값이 0.3 이하이며, 기판(3)과 투광 부재(7)의 사이의 공간을 충전하는 부재이다. 충전 부재(61)는, 예를 들면 투광 부재(7)의 구성 재료의 굴절률의 ±0.3의 범위 내의 굴절률을 갖는 투광 재료를 포함한다. 이와 같은 구성에 의하여, 투광 부재(7)의 기판 측 표면 근방의 굴절률이 정합되고, 이 표면에 있어서의 계측광(L1)의 투과 특성이 촉진되어, 노이즈광(L3)의 발생이 억제된다. 이 결과, 계측 정밀도가 향상된다. 또, 구조체(16)는, 충전 부재(61)와 동일한 재료를 포함하고, 투광 부재(7)의 대상물 측 표면 근방의 굴절률을 정합하는 정합층(62)을 갖는 것도 바람직하다.
충전 부재(61) 및 정합층(62)에 사용되는 투광 재료의 굴절률은, 1.38~1.58인 것이 바람직하다. 이 수치 범위의 하한은, 1.40 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.42 이상인 것이 더 바람직하다. 이 수치 범위의 상한은, 1.54 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.52 이하인 것이 더 바람직하다. 투광 재료로서는, 예를 들면 유리를 들 수 있다.
<구조체의 추가적인 변형예>
이상과 같이, 차광부는
(1) 기판과 투광 부재의 사이 또한 발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 마련된, 노이즈광을 흡수하는 재료를 포함하는 흡광 부재,
(2) 기판과 투광 부재의 사이 또한 발광부와 제1 수광부의 사이의 영역에 마련된, 노이즈광의 반사 방지 부재, 및
(3) 투광 부재의 기판 측의 표면에 있어서의 굴절률을 정합하는 충전 부재
중 어느 1개를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 차광부는, 상기 흡광 부재, 상기 반사 방지 부재 및 상기 충전 부재 중, 어느 2개 이상을 갖는 것도 바람직하고, 이들 모두를 가질 수도 있다. 이들 모두를 갖는 경우란, 예를 들면 도 5에 나타나는 구조체(15)에 있어서, 공간인 투광층(60)을 충전 부재로 충전한 것 같은 경우이다.
<구조체의 제조 방법의 실시형태>
도 7은, 본 발명의 구조체의 제조 방법의 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 예로서 도 1에 나타나는 구조체(11)를 제조하는 경우를 기준으로 하여 설명한다.
본 발명의 구조체의 제조 방법은, 기판의 일방의 면에, 계측광을 발하는 발광부, 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부, 및 제1 수광부보다 발광부에 가까운 위치에 있고, 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부를 형성하는 공정과 기판에 대하여, 발광부, 제1 수광부 및 제2 수광부를 사이에 두도록, 계측광을 투과시키는 투광 부재를 배치하는 공정과 기판과 투광 부재의 사이를 전반하여 제1 수광부에 도달하는 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 형성하는 공정을 갖는다. 예로서는 다음과 같다.
도 7A에 나타내는 바와 같이, 먼저, 기판(3)의 표면에, 은페이스트 등의 도전성 접착제에 의하여, 발광부(20), 및 반도체 칩 구조의 수광부 유닛(30)이 다이본딩된다. 그리고, 발광부(20) 및 수광부 유닛(30) 각각의 패드부와 기판(3)의 패드부에 금선 등에 의한 와이어 본딩이 행해져, 전기 접속이 이루어진다.
다음으로, 도 7B에 나타내는 바와 같이, 디스펜서 등의 재료 공급부(도시하지 않음)에 의하여, 실리콘 수지 등의 투광 재료가 소정의 위치에 포팅되어 발광 측 투명 부재(41) 및 수광 측 투명 부재(42)가 형성된다. 그 때에, 재료 공급부를 이동시킴으로써, 발광부(20)의 발광면과 제2 수광부(32)의 수광면을 덮도록 발광 측 투명 부재(41)를 형성한다. 포팅된 투광 재료가 중력이나 진동에 의하여 소정의 위치로부터 확산되는 것을 방지하기 위해서는, 투광 재료로서 자외선 경화형 수지나 열경화형 수지를 이용하고, 포팅한 후에 자외선을 조사하거나 가열하거나 하여 반경화한 후에, 오븐 등으로 본경화하면 된다. 또, 투광 재료의 도포량은, 재료 공급부로부터의 공급량에 의하여 제어 가능하다.
다음으로, 광흡수제와 수지 등을 함유하는 조성물을 도포하고, 건조하여, 경화시킴으로써, 도 7C에 나타내는 바와 같은 흡광 부재(50)가 형성된다. 흡광 부재(50)를 형성할 때, 성형을 위하여 금형을 사용해도 되고, 포토리소그래피법에 따른 패터닝을 실시해도 된다. 또, 흡광 부재(50)의 두께는, 발광 측 투명 부재(41) 및 수광 측 투명 부재(42)의 광학창을 확보하는 범위로 조정된다. 또, 흡광 부재(50) 표면에, 소정의 표면 조도를 마련하거나 상기 제1 반사 방지 부재를 형성하거나 하는 경우에는, 이 단계에서, 광학창을 보호한 후, 에칭을 실시하거나 상기 반사 방지 부재의 형성 공정을 실시하거나 한다.
다음으로, 도 7D에 나타내는 바와 같이, 투광 부재(7) 등을 포함하는 케이스(도시하지 않음)를, 이 소자 부착 기판에 장착함으로써, 본 발명의 구조체(11)가 얻어진다. 차광부로서, 투광 부재(7) 표면의 제2 흡광 부재 및/또는 제2 반사 방지 부재를 사용하는 경우에는, 미리 제2 흡광 부재 및/또는 제2 반사 방지 부재를 형성한 투광 부재(7)를 준비하면 된다. 또, 차광부로서, 상기 충전 부재를 사용하는 경우에는, 케이스를 장착하기 전에, 투광 재료를 공급해 두면 된다.
여기에서, 도 7A~도 7D에 나타내는 공정에 있어서는, 하나의 기판에 하나의 구조체가 형성되어 있는 도면을 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 하나의 기판 상에 격자상으로 복수의 구조체를 형성하고, 도 7D의 단계에서 얻어진 바와 같은 각 구조체를 다이싱에 의하여 잘라도 된다.
<광학식 계측 장치>
본 발명의 광학식 계측 장치는, 상술한 본 발명의 구조체를 갖는다. 본 발명의 광학식 계측 장치는, 상기와 같이 예를 들면, 측거 센서 및 이메징 센서에 적용 가능하다. 이 외에, 본 발명의 광학식 계측 장치는, 모션 센서 등에도 적용 가능하다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예에 나타내는 재료, 사용량, 비율, 처리 내용, 처리 수순 등은, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한, 적절히 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하에 나타내는 구체예에 한정되는 것은 아니다. "부", "%"는 특별히 설명하지 않는 한, 질량 기준이다.
실시예에서 사용한 재료는 하기와 같다. 각 실시예에 있어서, 하기 표의 성분 및 질량비로 재료를 혼합하여, 감광성 수지 조성물을 얻었다. 실시예 1~2, 4~5에서는, 표중에 각각 나타난 질량비로 혼합된 혼합 용제를 사용했다.
(A) 폴리머 전구체
A-1: 하기 합성예 1에서 제조한 폴리머 전구체
A-2: 하기 합성예 2에서 제조한 폴리머 전구체
<합성예 1>
[파이로멜리트산 이무수물, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 및 4,4'-다이아미노-2,2'-비스(트라이플루오로메틸)바이페닐로부터의 폴리이미드 전구체 A-1의 합성]
13.9g의 파이로멜리트산 이무수물과, 17.0g의 2-하이드록시에틸메타크릴레이트와, 22.9g의 피리딘과, 2mg의 물과 250mL의 다이글라임을 혼합하고, 60℃의 온도에서 4시간 교반하여, 파이로멜리트산 이무수물과 2-하이드록시에틸메타크릴레이트의 다이에스터를 제조했다. 그 얻어진 반응액 중의 수분량은, 측정의 결과, 225질량ppm이었다. 이어서, 그 반응액을 -10℃로 냉각하고, 온도를 -10℃로 유지하면서 16.0g의 SOCl2를 60분 동안 첨가했다. 그리고, 50mL의 N-메틸피롤리돈으로 반응액을 희석하고, 그 후, 100mL의 N-메틸피롤리돈에 19.1g의 4,4'-다이아미노-2,2'-비스(트라이플루오로메틸)바이페닐을 용해시킨 용액을, -10℃ 하에서 60분 동안 반응액에 적하하면서, 반응액을 2시간 교반했다. 그 후, 20mL의 에틸알코올을 반응액에 첨가했다. 이어서, 6리터의 물에 폴리이미드 전구체를 침전시켜, 물-폴리이미드 전구체 혼합물을 15분간 교반했다. 그 후, 폴리이미드 전구체를 여과하여 테트라하이드로퓨란 380g에 용해시켰다. 또한, 얻어진 용액을 6리터의 물에 교반하고, 재차 폴리이미드 전구체를 침전 및 여과하며, 감압하 45℃에서 3일간 건조하여, 고체 분말의 폴리이미드 전구체를 얻었다. 이 폴리이미드 전구체는, 중량 평균 분자량 25900, 수평균 분자량 8900이었다.
<합성예 2>
[4,4'-옥시다이프탈산 이무수물, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 및 4,4'-다이아미노다이페닐에터로부터의 폴리이미드 전구체 A-2의 합성]
22.2g의 4,4'-옥시다이프탈산 이무수물과, 19.0g의 2-하이드록시에틸메타크릴레이트와, 24.9g의 피리딘과, 1mg의 물과, 250mL의 다이글라임을 혼합하고, 60℃의 온도에서 4시간 교반하여, 4,4'-옥시다이프탈산 이무수물과 2-하이드록시에틸메타크릴레이트의 다이에스터를 제조했다. 그 얻어진 반응액의 수분량은, 측정의 결과, 135질량ppm이었다. 이어서, 그 반응액을 -10℃로 냉각하고, 온도를 -10℃로 유지하면서 17.0g의 SOCl2를 60분 동안 첨가했다. 그리고, 50mL의 N-메틸피롤리돈으로 희석하고, 그 후, 100mL의 N-메틸피롤리돈에 25.1g의 4,4'-다이아미노다이페닐에터를 용해시킨 용액을, -10℃ 하에서 60분 동안 반응액에 적하하면서, 반응액을 2시간 교반했다. 그 후, 20mL의 에틸알코올을 반응액에 첨가했다. 이어서, 6리터의 물에 폴리이미드 전구체를 침전시켜, 물-폴리이미드 전구체 혼합물을 15분간 교반했다. 그 후, 폴리이미드 전구체를 여과하여 테트라하이드로퓨란 380g에 용해시켰다. 또한, 얻어진 용액을 6리터의 물에 교반하고, 재차 폴리이미드 전구체를 침전 및 여과하며, 감압하 45℃에서 3일간 건조하여, 고체 분말의 폴리이미드 전구체를 얻었다. 이 폴리이미드 전구체는, 중량 평균 분자량 24300, 수평균 분자량 9900이었다.
(B) 라디칼 중합성 화합물
B-1: NK 에스터 M-40G(신나카무라 가가쿠 고교사제)
B-2: SR-209(사토머사제)
B-3: NK 에스터 A-9300(신나카무라 가가쿠 고교사제)
(C) 광라디칼 중합 개시제
C-1: IRGACURE OXE 01(BASF사제)
C-2: IRGACURE OXE 02(BASF사제)
C-3: IRGACURE OXE 04(BASF사제)
C-4: IRGACURE-784(BASF사제)
(D) 근적외 흡수 화합물
D-1: 세슘 산화 텅스텐(스미토모 긴조쿠 고잔제)
D-2: 타이타늄 블랙(미쓰비시 머티리얼 덴시 가세이제)
D-3: 카본 블랙(미쓰비시 케미컬제)
(E) 용제
H-1: γ-뷰티로락톤
H-2: 다이메틸설폭사이드
H-3: N-메틸-2-피롤리돈
<실시예 1>
반도체 웨이퍼(기판), VCSEL 발광 소자, 제1 PD 및 제2 PD를 갖는 광학 계측용 디바이스를 준비했다. 이 광학 계측용 디바이스에 있어서, 기판 상에, VCSEL 발광 소자와 제1 PD가 배치되고, 이들 사이의 직선 상에 제2 PD가 배치되어 있다.
실시예 1에 관한 감광성 수지 조성물을 이용하여, 광학 계측용 디바이스 상에 스핀 코트법에 의하여 감광성 수지 조성물을 도포했다. 감광성 수지 조성물층이 도포된 광학 계측용 디바이스를 핫플레이트 상에서, 100℃에서 5분간 건조하여, 광학 계측용 디바이스 상에 10.2μm의 두께의 균일한 수지층을 형성했다. 이 층의 표면 조도 Ra는 3nm였다. 이 광학 계측용 디바이스상의 수지층을, 스테퍼(Nikon NSR 2005i9C)를 이용하여, 500mJ/cm2의 노광 에너지로 노광하고, 노광한 수지층(경화 수지층)을, 사이클로펜탄온(ClogP는 0.31이다)으로 60초간 현상하여, 넓이 0.5mm의 홀을 2개 형성했다. 이때, 일방의 홀 내에, 발광 소자와 제2 PD가 노출되고, 타방의 홀 내에 제1 PD가 노출되며, 발광 소자 및 제1 PD의 사이의 영역에 경화 수지층이 남도록, 노광 및 현상을 행했다. 이 남은 경화 수지층은, 본 발명에 있어서의 흡광 부재(제1 흡광 부재)에 상당한다.
이어서, 광학 계측용 디바이스의 상방에, 두께 200μm의 커버 유리를 부재로 고정하고, 광학 계측용 디바이스의 패키징을 행했다. 이 커버 유리는, 본 발명의 투광 부재에 상당한다. 다른 실시예에 있어서도, 동종의 커버 유리를 사용했다. 경화 수지층과 커버 유리의 간격은 200μm였다. 이로써, 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부로서 흡광 부재를 갖는 구조체를 얻었다.
이 광학 계측용 디바이스를 이용하여 거리의 계측을 행한 결과, 차광부가 없는 경우에 비하여, 노이즈가 저감되어, 보다 높은 정밀도로 계측을 행할 수 있었다.
<실시예 2>
실시예 2에 관한 감광성 수지 조성물을 이용하여, 실시예 1과 동일하게, 광학 계측용 디바이스 상에 경화 수지층을 형성하고, 경화 수지층에 2개의 홀을 형성했다. 그 후, 드라이 에칭으로 경화 수지층 표면을 에칭하여, 표면 조도 Ra를 150nm로 했다. 그리고, 실시예 1과 동일하게, 광학 계측용 디바이스의 패키징을 행했다. 이로써, 차광부로서 비교적 큰 표면 조도 Ra의 흡광 부재를 갖는 구조체를 얻었다.
이 광학 계측용 디바이스를 이용하여 거리의 계측을 행한 결과, 차광부가 없는 경우에 비하여, 노이즈가 저감되어, 보다 높은 정밀도로 계측을 행할 수 있었다. 또, 실시예 1의 광학 계측용 디바이스와 비교해도, 노이즈가 보다 저감되어 있었다. 이것은, 표면 조도 Ra가 큰 것에 의하여, 노이즈광의 흡수 효율이 향상되었기 때문이라고 생각된다.
<실시예 3>
실시예 3에 관한 감광성 수지 조성물을 이용하여, 실시예 1과 동일하게, 광학 계측용 디바이스 상에 경화 수지층을 형성하고, 경화 수지층에 2개의 홀을 형성했다.
한편, 패키징용의 커버 유리 상에 스핀 코트법에 의하여, 실시예 3에 관한 감광성 수지 조성물을 도포했다. 감광성 수지 조성물층이 도포된 커버 유리를 핫플레이트 상에서, 100℃에서 5분간 건조하고, 커버 유리 상에 10.2μm의 두께의 균일한 수지층을 형성했다. 이 층의 표면 조도 Ra는 3nm였다. 이 커버 유리상의 수지층을, 스테퍼(Nikon NSR 2005i9C)를 이용하여, 500mJ/cm2의 노광 에너지로 노광시킴으로써, 경화 수지층을 형성하고, 사이클로펜탄온(ClogP는 0.31이다)으로 60초간 현상하여, 광학 계측용 디바이스상의 홀에 각각 대향하는 위치에, 넓이 1mm의 홀을 2개 형성했다. 발광 소자 및 제1 PD의 사이의 영역에 남은 경화 수지층은, 본 발명에 있어서의 흡광 부재(제2 흡광 부재)에 상당한다.
그리고, 광학 계측용 디바이스의 상방에서 각 경화 수지층이 서로 대향하도록, 상기 수순에서 얻은 커버 유리를 부재로 고정하여, 광학 계측용 디바이스의 패키징을 행했다. 이로써, 차광부로서 기판 측의 제1 흡광 부재 및 커버 유리 측의 제2 흡광 부재를 갖는 구조체를 얻었다.
이 광학 계측용 디바이스를 이용하여 거리의 계측을 행한 결과, 차광부가 없는 경우에 비하여, 노이즈가 저감되어, 보다 높은 정밀도로 계측을 행할 수 있었다. 또, 실시예 1의 광학 계측용 디바이스와 비교해도, 노이즈가 보다 저감되어 있었다. 이것은, 커버 유리 측의 제2 흡광 부재가 있음으로써, 노이즈광의 흡수 효율이 향상되었기 때문이라고 생각된다.
<실시예 4>
실시예 4에 관한 감광성 수지 조성물을 이용하여, 실시예 3과 동일하게, 광학 계측용 디바이스 상 및 커버 유리 상에 경화 수지층을 형성하고, 각 경화 수지층에 홀을 형성했다. 그 후, 드라이 에칭으로 각 경화 수지층의 표면을 에칭하여, 표면 조도 Ra를 100nm로 했다. 그리고, 실시예 3과 동일하게, 광학 계측용 디바이스의 패키징을 행했다. 이로써, 차광부로서 기판 측의 제1 흡광 부재 및 커버 유리 측의 제2 흡광 부재를 갖고, 또한 각 흡광 부재가 비교적 큰 표면 조도 Ra를 갖는 구조체를 얻었다.
이 광학 계측용 디바이스를 이용하여 거리의 계측을 행한 결과, 차광부가 없는 경우에 비하여, 노이즈가 저감되어, 보다 높은 정밀도로 계측을 행할 수 있었다. 또, 실시예 3의 광학 계측용 디바이스와 비교해도, 노이즈가 보다 저감되어 있었다. 이것은, 표면 조도 Ra가 큰 것에 의하여, 노이즈광의 흡수 효율이 향상되었기 때문이라고 생각된다.
<실시예 5>
실시예 5에 관한 감광성 수지 조성물을 이용하여, 실시예 1과 동일하게, 광학 계측용 디바이스 상에 경화 수지층을 형성하고, 경화 수지층에 2개의 홀을 형성했다.
한편, 패키징용의 커버 유리 상에, 스퍼터링법에 의하여, 실리카막(두께 150nm)과 산화 탄탈럼막(두께 150nm)의 적층막(총 두께 900nm)을 형성했다. 이 적층막은, 본 발명에 있어서의 반사 방지 부재(제2 반사 방지 부재)에 상당한다.
그리고, 광학 계측용 디바이스의 상방으로 경화 수지층 및 적층막이 서로 대향하도록, 상기 수순에서 얻은 커버 유리를 부재로 고정하고, 광학 계측용 디바이스의 패키징을 행했다. 이로써, 차광부로서 기판 측의 제1 흡광 부재 및 커버 유리 측의 제2 반사 방지 부재를 갖는 구조체를 얻었다.
이 광학 계측용 디바이스를 이용하여 거리의 계측을 행한 결과, 차광부가 없는 경우에 비하여, 노이즈가 저감되어, 보다 높은 정밀도로 계측을 행할 수 있었다. 또, 실시예 1의 광학 계측용 디바이스와 비교해도, 노이즈가 보다 저감되어 있었다. 이것은, 흡광 부재에 더하여 반사 방지 부재를 가짐으로써, 노이즈광의 흡수 효율이 향상되었기 때문이라고 생각된다.
[표 1]
3 기판
7 투광 부재
9 대상물
11~16 구조체
20 발광부
30 수광부 유닛
31 제1 수광부
32 제2 수광부
41 발광 측 투명 부재(연결 부재)
42 수광 측 투명 부재
45 수지층
50~53 흡광 부재
50a 덮개부
54,55 반사 방지 부재
54a 덮개부
60 투광층
61 충전 부재
62 정합층
L1 계측광
L2 반사광
L3 노이즈광
L4 참조광

Claims (19)

  1. 기판의 일방의 면에 형성된, 계측광을 발하는 발광부와,
    상기 일방의 면에 형성되어, 상기 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부와,
    상기 일방의 면에서 상기 제1 수광부보다 상기 발광부에 가까운 위치에 있고, 상기 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부와,
    상기 기판에 대하여, 상기 발광부, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부를 사이에 두도록 배치된, 상기 계측광을 투과시키는 투광 부재와,
    상기 기판과 상기 투광 부재의 사이를 전반하여 상기 제1 수광부에 도달하는 상기 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 갖고,
    상기 발광부의 발광면과 상기 제2 수광부의 수광면이, 투광 재료로 이루어지는 연결 부재로 연결되어 있고, 상기 연결 부재는 산란성을 갖고,
    상기 투광 부재가 평판 형상이고, 구조체에 있어서의 외기와 접하는 가장 외측의 부재이고,
    상기 차광부가, 상기 투광 부재에 접하여 상기 기판과 상기 투광 부재의 사이의 공간을 충전하는 충전 부재를 갖고,
    상기 투광 부재의 굴절률과 상기 충전 부재의 굴절률의 차의 절댓값이 0.3 이하인, 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차광부가, 상기 기판과 상기 투광 부재의 사이 또한 상기 발광부와 상기 제1 수광부의 사이의 영역에, 상기 노이즈광을 흡수하는 재료를 포함하는 흡광 부재를 갖는, 구조체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 흡광 부재가, 상기 기판 및 상기 노이즈광이 전반하는 투광층의 사이에 마련된 제1 흡광 부재, 및 상기 투광층과 상기 투광 부재의 사이에 마련된 제2 흡광 부재 중 적어도 하나를 갖는, 구조체.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 흡광 부재의 표면 조도 Ra가 50~500nm인, 구조체.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 흡광 부재가, 상기 제2 수광부와 상기 투광 부재의 사이에 있는, 구조체.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차광부가, 상기 기판과 상기 투광 부재의 사이 또한 상기 발광부와 상기 제1 수광부의 사이의 영역에, 상기 노이즈광의 반사 방지 부재를 갖는, 구조체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사 방지 부재가, 상기 기판 및 상기 노이즈광이 전반하는 투광층의 사이에 마련된 제1 반사 방지 부재, 및 상기 투광층과 상기 투광 부재의 사이에 마련된 제2 반사 방지 부재 중 적어도 하나를 갖는, 구조체.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사 방지 부재의 표면 조도 Ra가 50~500nm인, 구조체.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사 방지 부재의 전체의 평균 두께가, 상기 계측광의 최대 피크 파장의 반파장의 정수배인, 구조체.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사 방지 부재가, 상기 제2 수광부와 상기 투광 부재의 사이에 있는, 구조체.
  11. 삭제
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광부와 상기 제2 수광부가 인접하고 있는, 구조체.
  13. 삭제
  14. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광부가, 상기 계측광으로서 최대 피크 파장이 850~1100nm의 범위 내의 광을 발하는, 구조체.
  15. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광부, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부의 조합의 총수가, 상기 기판의 면적에 대하여 1~10개/cm2인, 구조체.
  16. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 구조체를 갖는 광학식 계측 장치.
  17. 기판의 일방의 면에, 계측광을 발하는 발광부, 상기 계측광의 대상물로부터의 반사광을 수광하는 제1 수광부, 및 제1 수광부보다 상기 발광부에 가까운 위치에 있고, 상기 계측광의 일부를 참조광으로서 수광하는 제2 수광부를 형성하는 공정과,
    상기 기판에 대하여, 상기 발광부, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부를 사이에 두도록, 상기 계측광을 투과시키는 투광 부재를 배치하는 공정과,
    상기 기판과 상기 투광 부재의 사이를 전반하여 상기 제1 수광부에 도달하는 상기 계측광의 노이즈광을 저감시키는 차광부를 형성하는 공정과
    상기 발광부의 발광면과 상기 제2 수광부의 수광면을 연결하는 투광 재료로 이루어지는 연결 부재를 형성하는 공정을 갖고,
    상기 연결 부재는 산란성을 갖고,
    상기 투광 부재가 평판 형상이고, 구조체에 있어서의 외기와 접하는 가장 외측의 부재이고,
    상기 차광부가, 상기 투광 부재에 접하여 상기 기판과 상기 투광 부재의 사이의 공간을 충전하는 충전 부재를 갖고,
    상기 투광 부재의 굴절률과 상기 충전 부재의 굴절률의 차의 절댓값이 0.3 이하인, 구조체의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
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