KR20110005773A

KR20110005773A - 분광모듈의 제조방법 및 분광모듈

Info

Publication number: KR20110005773A
Application number: KR1020107015309A
Authority: KR
Inventors: 가츠미 시바야마; 다카후미 요키노; 다카시 가사하라; 마사시 이토; 안나 요시다
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2011-01-19
Also published as: CN102027340A; US20110157585A1; CN102027340B; EP2290340A1; JP2009300417A; EP2290340A4; WO2009139316A1

Abstract

분광(分光)모듈(1)의 제조방법에서는, 광검출소자(5)와 광투과판(56)이 접합되어 구성된 광검출유니트(10)를 광학수지제(63)에 의해서 기판(2)의 전면(前面)(2a)에 접착한다. 이 때, 광검출소자(5)의 광통과구멍(50)이 광투과판(56)에 의해서 덮여져 있기 때문에, 광통과구멍(50) 내로의 광학수지제(63)의 진입이 방지된다. 게다가, 광검출유니트(10)를 준비할 때에는 광검출부(5a)가 마련된 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 접합시킨 후에, 반도체기판(91)에 광통과구멍(50)을 형성하기 때문에, 굴절이나 산란 등의 발생의 원인이 될 수 있는 것이 광통과구멍(50) 내로 진입하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

Description

분광모듈의 제조방법 및 분광모듈{METHOD FOR MANUFACTURING SPECTRAL MODULE AND SPECTRAL MODULE}

본 발명은 광을 분광(分光)하여 검출하는 분광모듈의 제조방법 및 분광모듈에 관한 것이다.

종래의 분광모듈로서, 예를 들면 특허문헌 1 ~ 3에 기재된 것이 알려져 있다. 특허문헌 1에는 광을 투과시키는 본체부와, 본체부의 소정의 면 측으로부터 본체부에 입사한 광을 분광하여 소정의 면 측으로 반사하는 분광부와, 분광부에 의해서 분광되어 반사된 광을 검출하는 광검출소자를 구비하고, 광검출소자에 분광부로 진행하는 광이 통과하는 광통과구멍이 형성된 분광모듈이 기재되어 있다. 이와 같은 분광모듈에 의하면, 광통과구멍과 광검출소자의 광검출부와의 상대적 위치관계에 어긋남이 생기는 것을 방지할 수 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2004-354176호 공보 [특허문헌 2] 일본국 특개2000-65642호 공보 [특허문헌 3] 일본국 특개평4-294223호 공보

그런데, 상술한 바와 같은 분광모듈에서는 광검출소자를 본체부에 장착하기 위한 수지제가 광검출소자의 광통과구멍 내로 진입하면, 본체부에 입사하는 광에 굴절이나 산란 등이 생길 우려가 있기 때문에, 굴절이나 산란 등의 발생을 방지하여 본체부에 광을 적절히 입사시키는 것이 지극히 중요하다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본체부에 광을 적절히 입사시킬 수 있는 분광모듈의 제조방법 및 분광모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 분광모듈의 제조방법은, 광을 투과시키는 본체부와, 본체부의 소정의 면 측으로부터 본체부에 입사한 광을 분광하고, 아울러, 소정의 면 측으로 반사하는 분광부와, 분광부에 의해서 분광된 광을 검출하는 광검출소자를 구비하는 분광모듈의 제조방법으로서, 분광부로 진행하는 광이 통과하는 광통과구멍이 형성된 광검출소자와, 광통과구멍을 통하여 분광부로 진행하는 광 및 분광부로부터 광검출소자의 광검출부로 진행하는 광을 투과시키는 광투과부재가 접합되어 구성된 광검출유니트를 준비하는 공정과, 소정의 면과 광투과부재와의 사이에 제1 광학수지제를 개재시킴으로써, 광검출유니트를 본체부에 장착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 분광모듈의 제조방법에서는, 광검출소자와 광투과부재가 접합되어 구성된 광검출유니트를 본체부의 소정의 면과 광투과부재와의 사이에 제1 광학수지제를 개재시킴으로써 본체부에 장착한다. 따라서, 제1 광학수지제에 의한 본체부로의 광검출유니트의 장착시에 광검출소자의 광통과구멍이 광투과부재에 의해서 덮여지게 되기 때문에, 광통과구멍 내로의 제1 광학수지제의 진입이 방지된다. 따라서, 굴절이나 산란 등의 발생을 방지하여 본체부로 광을 적절히 입사시킬 수 있는 분광모듈을 제조할 수 있다.

본 발명에 관한 분광모듈의 제조방법에서는, 광검출유니트를 준비하는 공정에서는 광검출부가 마련된 광검출기판과 광투과부재를 접합시킨 후에 광검출기판에 광통과구멍을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 굴절이나 산란 등의 발생의 원인이 될 수 있는 것이 광통과구멍 내로 진입하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

이 때, 광검출기판과 광투과부재를 제2 광학수지제에 의해서 접합하여도 되고, 혹은, 광검출기판과 광투과부재를 다이렉트 본딩에 의해서 접합하여도 된다. 이들에 의하면, 광검출기판과 광투과부재를 간단하고 또한 확실하게 접합시킬 수 있다.

그리고, 광검출기판과 광투과부재를 제2 광학수지제에 의해서 접합시키는 경우에는 광검출기판에 광통과구멍을 형성하고, 또한, 광통과구멍에 면하는 제2 광학수지제를 제거하는 것이 바람직하다. 이 경우, 본체부에 입사하는 광에 굴절이나 산란 등이 생기는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 분광모듈은, 광을 투과시키는 본체부와, 본체부의 소정의 면 측으로부터 본체부에 입사한 광을 분광하고, 아울러, 소정의 면 측으로 반사하는 분광부와, 분광부에 의해서 분광된 광을 검출하는 광검출소자를 구비하고, 분광부로 진행하는 광이 통과하는 광통과구멍이 형성된 광검출소자와, 광통과구멍을 통하여 분광부로 진행하는 광 및 분광부로부터 광검출소자의 광검출부로 진행하는 광을 투과시키는 광투과부재가 접합되어, 광검출유니트가 구성되어 있고, 소정의 면과 광투과부재와의 사이에 제1 광학수지제를 개재시켜, 광검출유니트가 본체부에 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 분광모듈에 의하면, 상술한 바와 같이, 광투과부재에 의해서 광통과구멍 내로의 제1 광학수지제의 진입이 방지되므로, 본체부에 광을 적절히 입사시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 분광모듈에서 굴절이나 산란 등의 발생을 방지하여 본체부에 광을 적절히 입사시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 분광모듈의 일실시형태의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 분광모듈의 하면도이다.
도 4는 도 1의 분광모듈의 주요부 확대단면도이다.
도 5는 도 1의 분광모듈의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1의 분광모듈의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 1의 분광모듈의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 1의 분광모듈의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 광검출유니트의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 광검출유니트의 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명에 관한 분광모듈의 다른 실시형태의 광검출유니트의 제조공정을 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일한 부호를 부여하여 중복 하는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 관한 분광모듈의 일실시형태의 평면도이며, 도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다. 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 분광모듈(1)은 전면(前面)(소정의 면)(2a) 측으로부터 입사한 광(L1)을 투과시키는 기판(본체부)(2)과, 기판(2)에 입사한 광(L1)을 투과시키는 렌즈부(본체부)(3)와, 렌즈부(3)에 입사한 광(L1)을 분광하고, 아울러, 전면(2a) 측으로 반사하는 분광부(4)와, 분광부(4)에 의해서 분광된 광(L2)을 검출하는 광검출소자(5)를 구비하고 있다. 분광모듈(1)은 광(L1)을 분광부(4)에서 복수의 파장에 대응한 광(L2)으로 분광하여, 그 광(L2)을 광검출소자(5)로 검출함으로써, 광(L1)의 파장분포나 특정파장성분의 강도 등을 측정하는 마이크로 분광모듈이다.

도 3은 도 1의 분광모듈의 하면도이다. 도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 기판(2)은 장방형(長方形) 판상(板狀)(예를 들면, 전체 길이 15 ~ 20㎜, 전체 폭 11 ~ 12㎜, 두께 1 ~ 3㎜)의 형상을 가지고 있고, 렌즈부(3)는 반구모양의 렌즈가 그 바닥면(3a)과 대략 직교하며 또한 서로 대략 평행한 2개의 평면으로 잘라내어 측면(3b)이 형성된 형상(예를 들면 곡률반경 6 ~ 10㎜, 바닥면(3a)의 전체 길이 12 ~ 18㎜, 바닥면(3a)의 전체 폭(즉 측면(3b)간 거리) 6 ~ 10㎜, 높이 5 ~ 8㎜)을 가지고 있다. 기판(2)과 렌즈부(3)는 기판(2)의 후면(2b)과 렌즈부(3)의 바닥면(3a)가 일치한 상태에서, BK7, 파이렉스(Pyrex)(등록상표), 석영 등의 광투과성 유리, 플라스틱 등에 의해서 일체적으로 형성되어 있다. 또한, 렌즈형상은 구면렌즈에 한정하지 않고, 비구면렌즈라도 된다.

도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 기판(2)의 전면(2a)에는, 단면 장방형 모양의 개구부(51a)를 가지는 장방형 판상의 배선기판(51)이 수지제(53)에 의해서 접착되어 있다. 배선기판(51)에는 금속재료로 이루어진 배선(제2 배선)(52)이 설치되어 있다. 배선(52)은 개구부(51a)의 주위에 배치된 복수의 패드부(52a), 배선기판(51)의 길이방향에서의 양단부에 배치된 복수의 패드부(52b) 및 대응하는 패드부(52a)와 패드부(52b)를 접속하는 복수의 접속부(52c)를 가지고 있다.

도 2, 3에 나타내는 바와 같이, 분광부(4)는 렌즈부(3)의 외측 표면에 형성된 회절층(6), 회절층(6)의 외측 표면에 형성된 반사층(7), 그리고 회절층(6) 및 반사층(7)의 외측 표면을 덮는 패시베이션(passivation)층(54)을 가지는 반사형 그레이팅(grating)이다. 회절층(6)은 기판(2)의 길이방향을 따라서 복수의 그레이팅홈(6a)이 병설됨으로써 형성되고, 그레이팅홈(6a)의 연재(延在)방향은 기판(2)의 길이방향과 대략 직교하는 방향과 대략 일치한다. 회절층(6)은, 예를 들면, 톱니모양 단면의 블레이즈드 그레이팅(blazed grating), 직사각형 모양 단면의 바이너리 그레이팅(binary grating), 정현파(正弦波) 모양 단면의 홀로그래픽 그레이팅(holographic grating) 등이 적용되어 광경화성의 에폭시수지, 아크릴수지 또는 유기 무기 하이브리드 수지 등의 레플리카(replica)용 광학수지를 광경화시킴으로써 형성된다. 반사층(7)은 막모양으로서, 예를 들면, 회절층(6)의 외측 표면에 Al나 Au 등을 증착하는 것으로 형성된다. 또한, 반사층(7)을 형성하는 면적을 조정함으로써, 분광모듈(1)의 NA를 조정할 수 있다. 패시베이션층(54)은 막모양으로서, 예를 들면, 회절층(6) 및 반사층(7)의 외측 표면에 MgF₂나 SiOF₂ 등을 증착하는 것으로 형성된다.

도 4는 도 1의 분광모듈의 주요부 확대단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 배선기판(51)의 개구부(51a) 내에는 광검출소자(5)와 광투과판(광투과부재)(56)이 접합되어 구성된 광검출유니트(10)가 배치되어 있다. 광투과판(56)은 개구부(51a) 내에서 광(L1, L2)을 투과시키는 광학수지제(63)에 의해서 기판(2)의 전면(2a)에 접착되어 있다. 광투과판(56)은 BK7, 파이렉스(등록상표), 석영 등의 광투과성 유리, 플라스틱 등에 의해서 장방형 판상(예를 들면, 전체 길이 5 ~ 10㎜, 전체 폭 1.5 ~ 3㎜, 두께 0.3 ~ 1.8㎜)으로 형성되어 있고, 광(L1, L2)을 투과시킨다.

광투과판(56)의 전면(56a)에는 광(L1, L2)을 투과시키는 광학수지제(55)에 의해서 광검출소자(5)가 접착되어 있다. 광검출소자(5)는 장방형 판상(예를 들면, 전체 길이 5 ~ 10㎜, 전체 폭 1.5 ~ 3㎜, 두께 10 ~ 100㎛)의 반도체기판(광검출기판)(91)을 가지고 있고, 반도체기판(91)의 분광부(4) 측의 면에는 광검출부(5a)가 형성되어 있다. 광검출부(5a)는 CCD 이미지센서, PD 어레이 혹은 CMOS 이미지센서 등이며, 복수의 채널이 분광부(4)의 그레이팅홈(6a)의 연재방향과 대략 직교하는 방향(즉 그레이팅홈(6a)의 병설방향)으로 배열되어 이루어진다.

또, 반도체기판(91)에는 채널의 배열방향에서 광검출부(5a)와 병설되고, 분광부(4)로 진행하는 광(L1)이 통과하는 광통과구멍(50)이 형성되어 있다. 광통과구멍(50)은 기판(2)의 길이방향과 대략 직교하는 방향으로 연재하는 슬릿(예를 들면, 길이 0.5 ~ 1㎜, 폭 10 ~ 100㎛)이며, 광검출부(5a)에 대해서 고정밀도로 위치결정된 상태에서 에칭 등에 의해서 형성되어 있다.

반도체기판(91)의 분광부(4) 측의 면에는, Al 등의 금속재료로 이루어진 전극(58)이 복수 형성되어 있다. 한편, 반도체기판(91)의 분광부(4)와 반대 측의 면에는 각 전극(58)과 대응하도록 Al 등의 금속재료로 이루어진 단자전극(61)이 복수 형성되어 있고, 각 단자전극(61)은 Al 등의 금속재료로 이루어진 관통전극(59)을 통하여, 대응하는 전극(58)과 전기적으로 접속되어 있다.

관통전극(59)과 단자전극(61)은 반도체기판(91)에 대해 절연층(92)을 통하여 일체적으로 형성되고, 단자전극(61)의 전기적 접속부를 노출시키도록 패시베이션층(93)에 의해서 덮여져 있다. 절연층(92) 및 패시베이션층(93)의 재료로서는 수지나 SiO₂, SiN, SiON 등을 들 수 있다. 각 단자전극(61)은 패시베이션층(93)으로부터 노출한 전기적 접속부에서 대응하는 배선기판(51)의 패드부(52a)와 와이어(62)에 의해서 접속되어 있다. 이것에 의해, 광검출부(5a)에서 발생한 전기신호는 전극(58), 관통전극(59), 단자전극(61), 와이어(62) 및 배선기판(51)의 배선(52)을 통하여 외부로 취출된다.

또한, 반도체기판(91)의 분광부(4)와 반대 측의 면에는 Al 등의 금속재료로 이루어진 차광층(94)이 형성되어 있다. 차광층(94)은 반도체기판(91)에 대해 절연층(92)을 통하여 형성되어 패시베이션층(93)에 의해서 덮여져 있다. 차광층(94)은 반도체기판(91)의 두께방향에서 보아 광검출부(5a)를 덮고 있고, 광통과구멍(50)을 통하지 않고 분광부(4)로 진행하려고 하는 광이나, 광검출부(5a)에 직접 입사하려고 하는 광을 차광한다. 또한, 배선기판(51)도 차광층(94)과 마찬가지로, 광통과구멍(50)을 통하지 않고 분광부(4)로 진행하려고 하는 광을 차광하는 기능을 가지고 있다.

이상과 같이 구성된 분광모듈(1)에서는, 광(L1)은 광검출소자(5)의 광통과구멍(50), 광학수지제(55), 광투과판(56) 및 광학수지제(63)를 통하여 기판(2)의 전면(2a) 측으로부터 기판(2)에 입사하고, 기판(2) 및 렌즈부(3) 내를 진행하여 분광부(4)에 도달한다. 분광부(4)에 도달한 광(L1)은 분광부(4)에 의해서 복수의 파장에 대응한 광(L2)으로 분광된다. 분광된 광(L2)은 분광부(4)에 의해서 기판(2)의 전면(2a) 측으로 반사되어 렌즈부(3) 및 기판(2) 내를 진행하고, 광학수지제(63), 광투과판(56) 및 광학수지제(55)를 통하여 광검출소자(5)의 광검출부(5a)에 도달한다. 광검출부(5a)에 도달한 광(L2)은 광검출소자(5)에 의해서 검출된다.

상술한 분광모듈(1)의 제조방법에 대해 설명한다.

우선, 광통과구멍(50)이 형성된 광검출소자(5)와 광투과판(56)이 접합되어 구성된 광검출유니트(10)를 준비한다. 구체적으로는, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 측에 광검출부(5a)가 마련된 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 전극(58)을 형성한다. 그 후, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 광학수지제(55)에 의해서 광투과판(56)을 접착한다. 광학수지제(55)의 두께는, 예를 들면, 10 ~ 50㎛이다.

이어서, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 다른 쪽의 면을 연마 등을 행하여, 반도체기판(91)을 박형화한다. 반도체기판(91)은, 예를 들면, 두께 0.3 ~ 1㎜로부터 두께 10 ~ 100㎛로 박형화된다. 그 후, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 다른 쪽의 면에 레지스터를 패터닝하고, 그 레지스터를 마스크로서 드라이 에칭을 시행함으로써, 광통과구멍(50)을 형성하고, 또한, 전극(58)을 다른 쪽의 측으로 노출시킨다.

이어서, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 광통과구멍(50) 및 각 전극(58)의 일부를 제외하여 반도체기판(91)의 다른 쪽의 면에 절연층(92)을 형성한다. 절연층(92)의 두께는, 예를 들면, 0.5 ~ 5㎛이다. 그 후, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)에 대해 절연층(92)을 통하여 관통전극(59), 단자전극(61) 및 차광층(94)을 형성한다. 마지막으로, 도 8에 나타내는 바와 같이, 광통과구멍(50) 및 각 단자전극(61)의 일부를 제외하여 단자전극(61) 및 차광층(94)을 덮도록 패시베이션층(93)을 형성하여 광검출유니트(10)를 얻는다.

또한, 광검출유니트(10)는 복수의 반도체기판(91)을 포함하는 반도체 웨이퍼와 복수의 광투과판(56)을 포함하는 유리 웨이퍼가 접합되어 구성된 것을 다이싱함으로써 얻어도 된다.

광검출유니트(10)를 준비하는 한편으로, 기판(2) 및 렌즈부(3)를 몰드로 일체 성형하고, 그 후, 렌즈부(3)에 분광부(4)를 형성한다. 구체적으로는 렌즈부(3)의 정점 부근에 떨어진 레플리카용 광학수지에 대해, 회절층(6)에 대응하는 그레이팅이 새겨진 광투과성의 마스터 그레이팅을 눌러 닿게 한다. 그리고, 이 상태에서 광을 조사함으로써 레플리카용 광학수지를 경화시키고, 바람직하게는, 안정화시키기 위해서 가열큐어(cure)를 행함으로써, 복수의 그레이팅홈(6a)을 가지는 회절층(6)을 형성한다. 그 후, 마스터 그레이팅을 이형(離型)하여, 회절층(6)의 외측 표면에 Al나 Au 등을 마스크 증착이나 전면 증착함으로써 반사층(7)을 형성하고, 또한, 회절층(6) 및 반사층(7)의 외측 표면에 MgF₂나 SiO₂ 등을 마스크 증착이나 전면 증착하는 것으로 패시베이션층(54)을 형성한다.

그리고, 광학수지제(63)에 의해서 기판(2)의 전면(2a)에 광검출유니트(10)를 접착한다. 또한, 수지제(53)에 의해서 기판(2)의 전면(2a)에 배선기판(51)을 접착한다. 마지막으로, 대응하는 광검출소자(5)의 단자전극(61)과 배선기판(51)의 배선(52)을 와이어(62)에 의해서 전기적으로 접속하여 분광모듈(1)을 얻는다.

이상 설명한 바와 같이, 분광모듈(1)의 제조방법에서는, 광검출소자(5)와 광투과판(56)이 접합되어 구성된 광검출유니트(10)를 기판(2)의 전면(2a)과 광투과판(56)과의 사이에 광학수지제(63)를 개재시킴으로써 기판(2)의 전면(2a)에 접착한다. 따라서, 광학수지제(63)에 의한 기판(2)으로의 광검출유니트(10)의 접착시에는 광검출소자(5)의 광통과구멍(50)이 광투과판(56)에 의해서 덮여지게 되기 때문에, 광통과구멍(50) 내로의 광학수지제(63)의 진입이 방지된다. 따라서, 제조된 분광모듈(1)에서는 굴절이나 산란 등의 발생을 방지하여 기판(2)에 광(L1)을 적절히 입사시킬 수 있다.

또, 광검출유니트(10)를 준비하는 공정에서는, 광검출부(5a)가 마련된 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 접합시킨 후에, 반도체기판(91)에 광통과구멍(50)을 형성하기 때문에, 굴절이나 산란 등의 발생의 원인이 될 수 있는 것이 광통과구멍(50) 내에 진입하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

또, 광검출소자(5)가 실장(實裝)된 광투과판(56)을 광학수지제(63)에 의해서 기판(2)의 전면(2a)에 접착하므로, 접착시에 광검출소자(5)의 광검출부(5a)에 데미지가 주어지는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 접착시에 광투과판(56)을 기판(2)의 전면(2a)에 대해서 강하게 밀어붙일 수 있기 때문에, 광학수지제(63)의 두께를 균일화하거나 광학수지제(63) 내의 기포를 제거하거나 하는 것이 가능하게 된다.

또, 광검출소자(5)의 광통과구멍(50)이 광투과판(56)에 의해서 막혀 있기 때문에, 평콜렛(collet) 등에 의한 진공흡착을 안정된 상태에서 실시할 수 있다. 또한, 단자전극(61)에 대한 와이어 본딩에서는 광검출소자(5)가 광투과판(56)에 의해서 지지되기 때문에, 반도체기판(91)이 얇은 경우라도 그 파손을 방지하여 확실한 와이어 본딩을 실현할 수 있다.

또한, 분광모듈(1)에서는 광투과판(56)의 체적이 기판(2)의 체적보다도 작게 되어 있고, 광투과판(56)의 열용량이 기판(2)의 열용량보다도 작게 되어 있다(즉, 광투과판(56)은 기판(2)보다도 체적이나 열용량의 점에서 광검출소자(5)에 가깝다). 그 때문에, 광투과판(56)은 분광모듈(1)의 환경온도가 변화했을 때에, 기판(2)보다도 광검출소자(5)에 가까운 상태에서 팽창·수축하게 된다. 따라서, 분광모듈(1)의 환경온도의 변화에 기인하여 광검출소자(5)에 생기는 뒤틀림을 광검출소자(5)가 기판(2)에 실장되는 경우에 비해 저감할 수 있다.

또, 광투과판(56)에 필터기능을 가지게 하면, 2차광이나 미광(迷光, stray light)을 제거할 수 있다. 또한, 광투과판(56)의 두께를 변경함으로써, 광(L1, L2)의 광로길이를 간단하게 변경할 수 있기 때문에, 파장 범위나 분해능의 조정을 용이하게 실현할 수 있다.

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 다이렉트 본딩에 의해서 접합하여도 된다. 다이렉트 본딩에 의해서도, 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 광학수지제(55)에 의해서 접합시킨 경우와 마찬가지로, 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 간단하고 또한 확실하게 접합시킬 수 있다.

다이렉트 본딩의 구체적인 예에 대해 설명한다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 광검출부(5a) 및 전극(58)을 덮도록 평탄화층(95)을 형성하고, 그 후, 진공 중에서 반도체기판(91)의 평탄화층(95)과 광투과판(56)을 대향시켜 서로의 대향면을 Ar이온 등으로 스퍼터링(sputtering)하여 표면활성화시킨다. 그리고, 그 진공 중에서 서로 가압함으로써 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 접합한다. 또한, 평탄화층(95)은, 예를 들면, SiO₂, SiN, SiON 등에 의해, 두께 10 ~ 50㎛로 형성된다.

다이렉트 본딩의 다른 구체적인 예에 대해 설명한다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 한쪽의 면의 주연부에 직사각형 환상의 메탈패턴(96)을 형성하는 한편으로, 그 메탈패턴(96)과 대응하도록 광투과판(56)에 직사각형 환상의 메탈패턴(97)을 형성하고, 그 후, 진공 중에서, 반도체기판(91)의 메탈패턴(96)과 광투과판(56)의 메탈패턴(97)을 대향시켜 서로의 대향면을 Ar이온 등으로 스퍼터링하여 표면활성화시킨다. 그리고, 그 진공 중에서, 서로 가압함으로써 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 접합한다. 또한, 반도체기판(91)의 메탈패턴(96)과 광투과판(56)의 메탈패턴(97)을 납땜에 의해서 접합해도 된다.

또, 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 광학수지제(55)에 의해서 접합시키는 경우에는, 반도체기판(91)에 광통과구멍(50)을 형성하고, 또한, 예를 들면 절연층(92)의 형성 후에 드라이 에칭을 시행함으로써, 광통과구멍(50)으로 향하는 광학수지제(55)를 제거해도 된다. 이 경우에는, 기판(2)에 입사하는 광(L1)에 굴절이나 산란 등이 생기는 것을 보다 확실히 방지하는 것이 가능하게 된다.

또, 도 11에 나타내는 바와 같이, 기판(2)과 렌즈부(3)를 별체로서 형성하고, 광학수지제(73)에 의해서 접합해도 된다. 이 경우, 기판(2)과 렌즈부(3)와의 사이에 분광부(4)로 진행하는 광(L1)이 통과하는 광통과구멍 및 광검출소자(5)의 광검출부(5a)로 진행하는 광(L2)이 통과하는 광통과구멍을 가지는 광흡수층을 형성해도 된다. 이 구성에 의하면, 넓어지면서 진행하는 광을 소망의 영역에 도달하도록 제한할 수 있음과 아울러, 광검출소자(5)에 미광이 입사하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또, 광흡수층에서 각 광통과구멍의 사이즈를 다르게 함으로써, 광학 NA를 조정할 수 있다. 이와 같은 광흡수층은 광투과판(56)과 광검출소자(5)와의 사이에 형성해도 된다.

또, 도 11에 나타내는 바와 같이, 광검출소자(5)로서 이른바 이면(裏面) 입사형의 소자를 적용해도 된다. 이 경우에는, 전극(58)이 광검출부(5a)와 함께 외측에 위치하게 되므로, 전극(58)을 단자전극으로서 배선기판(51)의 패드부(52a)와 와이어(62)로 접속하면 된다. 또한, 광검출소자(5)가 이면 입사형인 경우에는, 광검출소자(5)의 광검출부(5a)를 덮도록 차광막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

광검출소자(5)가 이면 입사형인 경우에서 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 광학수지제(55)에 의해서 접합시킬 때의 광검출유니트(10)의 제조방법에 대해 설명한다. 우선, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 측에 광검출부(5a)가 마련된 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 박리가 용이한 테이프나 수지제 등에 의해서 핸들기판(100)을 접합한다. 그리고, 핸들기판(100)을 이용하여 반도체기판(91)을 핸들링하여, 필요에 따라서 반도체기판(91)의 다른 쪽의 면을 연마 등을 행하여 반도체기판(91)을 박형화한 후, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 다른 쪽의 면에 광학수지제(55)에 의해서 광투과판(56)을 접착한다. 여기에서, 반도체기판(91)의 한쪽의 면으로부터 핸들기판(100)을 박리한다. 이어서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 레지스터를 패터닝하고, 그 레지스터를 마스크로서 드라이 에칭을 시행함으로써, 광통과구멍(50)을 형성한다. 또한, 광통과구멍(50) 내로 노출한 광학수지층(55)을 O₂ 등을 이용한 플라스마 에칭에 의해 제거해도 된다.

다음으로, 광검출소자(5)가 이면 입사형인 경우에, 반도체기판(91)과 광투과판(56)을 다이렉트 본딩에 의해서 접합시킬 때의 광검출유니트(10)의 제조방법에 대해 설명한다. 우선, 도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 측에 광검출부(5a)가 마련된 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 박리가 용이한 테이프나 수지제 등에 의해서 핸들기판(100)을 접합한다. 그리고, 핸들기판(100)을 이용하여 반도체기판(91)을 핸들링하여, 필요에 따라서 반도체기판(91)의 다른쪽의 면을 연마 등을 행하여 반도체기판(91)을 박형화한 후, 도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 다른 쪽의 면에 다이렉트 본딩에 의해서 광투과판(56)을 접착한다. 여기에서, 반도체기판(91)의 한쪽의 면으로부터 핸들기판(100)을 박리한다. 이어서, 도 15에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(91)의 한쪽의 면에 레지스터를 패터닝하고, 그 레지스터를 마스크로서 드라이 에칭을 시행함으로써, 광통과구멍(50)을 형성한다.

또, 렌즈부(3)와 회절층(6)을 레플리카 성형용의 광투과성 저융점유리 등에 의해서 일체적으로 형성해도 된다. 또한, 기판(2)의 전면(2a)에 대한 광투과판(56)의 접착 및 기판(2)의 전면(2a)에 대한 배선기판(51)의 접착 등은 직접적으로 행해지는 경우나, 어떠한 층을 통하여 간접적으로 행해지는 경우가 있다.

[산업상의 이용 가능성]

1 … 분광모듈, 2 … 기판(본체부), 2a … 전면(소정의 면), 3 … 렌즈부(본체부), 4 … 분광부, 5 … 광검출소자, 5a … 광검출부, 10 … 광검출유니트, 50 … 광통과구멍, 55 … 광학수지제(제2 광학수지제), 56 … 광투과판(광투과부재), 63 … 광학수지제(제1 광학수지제), 91 … 반도체기판(광검출기판).

Claims

광을 투과시키는 본체부와, 상기 본체부의 소정의 면 측으로부터 상기 본체부에 입사한 광을 분광(分光)하고, 아울러, 상기 소정의 면 측으로 반사하는 분광부와, 상기 분광부에 의해서 분광된 광을 검출하는 광검출소자를 구비하는 분광모듈의 제조방법으로서,
상기 분광부로 진행하는 광이 통과하는 광통과구멍이 형성된 상기 광검출소자와, 상기 광통과구멍을 통하여 상기 분광부로 진행하는 광 및 상기 분광부로부터 상기 광검출소자의 광검출부로 진행하는 광을 투과시키는 광투과부재가 접합되어 구성된 광검출유니트를 준비하는 공정과,
상기 소정의 면과 상기 광투과부재와의 사이에 제1 광학수지제를 개재시킴으로써, 상기 광검출유니트를 상기 본체부에 장착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 분광모듈의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 광검출유니트를 준비하는 공정에서는 상기 광검출부가 마련된 광검출기판과, 상기 광투과부재를 접합시킨 후에, 상기 광검출기판에 상기 광통과구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 분광모듈의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 광검출기판과 상기 광투과부재를 제2 광학수지제에 의해 접합시키는 것을 특징으로 하는 분광모듈의 제조방법.
청구항 3에 있어서,
상기 광검출기판에 상기 광통과구멍을 형성하고, 또한, 상기 광통과구멍에 면하는 상기 제2 광학수지제를 제거하는 것을 특징으로 하는 분광모듈의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 광검출기판과 상기 광투과부재를 다이렉트 본딩에 의해서 접합시키는 것을 특징으로 하는 분광모듈의 제조방법.
광을 투과시키는 본체부와,
상기 본체부의 소정의 면 측으로부터 상기 본체부에 입사한 광을 분광하고, 아울러, 상기 소정의 면 측으로 반사하는 분광부와,
상기 분광부에 의해서 분광된 광을 검출하는 광검출소자를 구비하고,
상기 분광부로 진행하는 광이 통과하는 광통과구멍이 형성된 상기 광검출소자와, 상기 광통과구멍을 통하여 상기 분광부로 진행하는 광 및 상기 분광부로부터 상기 광검출소자의 광검출부로 진행하는 광을 투과시키는 광투과부재가 접합되어, 광검출유니트가 구성되어 있고,
상기 소정의 면과 상기 광투과부재와의 사이에 제1 광학수지제가 개재되어, 상기 광검출유니트가 상기 본체부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 분광모듈.