WO2012070301A1 - 分光センサの製造方法 - Google Patents

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柴山　勝己
正臣 高坂
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浜松ホトニクス株式会社
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    • Y10T156/1168—Gripping and pulling work apart during delaminating
    • Y10T156/1195—Delaminating from release surface

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a spectroscopic sensor.
  • each interference filter unit may be configured in a Fabry-Perot type by a pair of mirror layers facing each other through a cavity layer.
  • Patent Document 1 describes the following method. First, a plurality of one mirror layers are formed on a light detection substrate, and then a cavity layer is formed on these mirror layers by a nanoimprint method. Subsequently, a plurality of other mirror layers are formed on the cavity layer, and finally, a light transmission substrate is bonded onto these mirror layers.
  • the reliability of the manufactured spectroscopic sensor may be reduced.
  • the reason is as follows. That is, since the surface of the light detection substrate has irregularities due to the formation of the light receiving portion, the wiring layer, etc., a cavity layer is formed on the mirror layer formed on such a surface by the nanoimprint method. However, there is a high possibility that a cavity layer with high accuracy (for example, nm order in thickness) cannot be obtained. Further, since the mirror layer and the cavity layer are formed so as to be stacked on the light detection substrate, there is a high possibility that the light detection substrate is damaged in each process.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a spectroscopic sensor capable of obtaining a spectroscopic sensor with high reliability.
  • a method for manufacturing a spectroscopic sensor includes a cavity layer and first and second mirror layers facing each other through the cavity layer, and selectively transmits light in a predetermined wavelength range according to an incident position.
  • a method for manufacturing a spectroscopic sensor comprising: an interference filter unit that transmits light; a light transmission substrate that transmits light incident on the interference filter unit; and a light detection substrate that detects light transmitted through the interference filter unit.
  • Cavity layer Comprising a fifth step of forming a second mirror layer, after the fifth step, a sixth step of joining the light detection substrate to the second mirror layer, to.
  • a cavity layer is formed on the handle substrate by a nanoimprint method.
  • a highly accurate cavity layer can be stably obtained.
  • the light detection substrate is bonded. Thereby, it is possible to prevent the photodetection substrate from being damaged in each process for forming the cavity layer and the mirror layer. Therefore, according to this method for manufacturing a spectral sensor, a highly reliable spectral sensor can be obtained.
  • the handle substrate has a surface layer that can be selectively removed.
  • a cavity layer is formed on the surface layer, and in the fourth step, the surface layer is selectively selected.
  • the handle substrate may be removed from the cavity layer.
  • the handle substrate when the light transmitting substrate is bonded to the first mirror layer via the optical resin layer in the third step, the handle substrate is included so as to include a region where the optical resin layer is disposed. A cavity layer may be formed thereon. According to this, when removing the handle substrate, only the cavity layer comes into contact with the handle substrate, so that the handle substrate can be removed under simple conditions.
  • an optical filter layer that transmits light in a predetermined wavelength range is formed on the light transmission substrate, and in the third step, the first mirror layer and the optical filter layer are A light transmitting substrate may be bonded on the first mirror layer so as to face each other. According to this, light in a predetermined wavelength range can be efficiently incident on the interference filter unit.
  • a highly reliable spectroscopic sensor can be obtained.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG. It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the spectral sensor of FIG.
  • the spectroscopic sensor 1 includes a plurality of interference filter units 20A, 20B, and 20C that selectively transmit light in a predetermined wavelength range according to an incident position, and interference filter units 20A to 20A.
  • a light transmission substrate 3 that transmits light incident on 20C and a light detection substrate 4 that detects light transmitted through the interference filter sections 20A to 20C are provided.
  • the spectroscopic sensor 1 is configured as a rectangular parallelepiped CSP (Chip Size Package), and the interference filter units 20A to 20C are disposed between the light transmission substrate 3 and the light detection substrate 4 along the longitudinal direction of the spectroscopic sensor 1. It is arranged.
  • the light transmitting substrate 3 is made of glass or the like and is formed in a rectangular plate shape having a thickness of about 0.2 mm to 2 mm.
  • An optical filter layer 5 is formed on the back surface 3b of the light transmission substrate 3 so as to face the interference filter portions 20A, 20B, and 20C.
  • Each optical filter layer 5 is a dielectric multilayer film or an organic color filter (color resist), and is formed in a rectangular film shape with a thickness of about 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the optical filter layer 5 functions as a band-pass filter that transmits light in a predetermined wavelength range to be incident on the opposing interference filter units 20A to 20C.
  • the photodetection substrate 4 is a photodiode array, and is formed in a rectangular plate shape having a thickness of about 10 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • a light receiving portion 6 that receives light transmitted through the interference filter portions 20A to 20C is formed.
  • the light receiving unit 6 is configured by a one-dimensional array of elongated photodiodes extending along a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the light detection substrate 4 along the longitudinal direction of the light detection substrate 4.
  • wiring 7 front surface wiring, back surface wiring, through wiring, etc.
  • an electrical signal photoelectrically converted by the light receiving unit 6 is formed on the light detection substrate 4.
  • the light detection substrate 4 is not limited to the photodiode array, but may be other semiconductor light detection elements (C-MOS image sensor, CCD image sensor, etc.).
  • Each interference filter section 20A, 20B, 20C has a cavity layer 21 and DBR (Distributed Bragg Reflector) layers 22, 23.
  • the DBR layer (first mirror layer) 22 and the DBR layer (second mirror layer) 23 face each other with the cavity layer 21 therebetween. That is, the cavity layer 21 maintains the distance between the opposing DBR layers 22 and 23 (the thickness of the cavity layer 21 in each interference filter portion 20A, 20B, and 20C is different).
  • Each of the DBR layers 22 and 23 is a dielectric multilayer film, and is formed in a rectangular film shape having a thickness of about 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • each interference filter part 20A, 20B, 20C the thickness of the DBR layer 22 is different from each other.
  • the thickness of the DBR layer 23 is different from each other. .
  • the DBR layer 22 is located on the light transmitting substrate 3 side with respect to the cavity layer 21, and is separated for each of the interference filter portions 20A to 20C.
  • the DBR layer 23 is located on the light detection substrate 4 side with respect to the cavity layer 21, and is separated for each of the interference filter portions 20A to 20C.
  • the width of the region R1 between the adjacent DBR layers 22 and 22 and the width of the region R2 between the adjacent DBR layers 23 and 23 are about 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, respectively.
  • the cavity layer 21 is made of a light transmissive material (optical resin, glass, semiconductor, dielectric, etc.), and is integrally formed over each of the interference filter portions 20A to 20C.
  • the outer edge portion of the cavity layer 21 reaches the side surface of the spectroscopic sensor 1 (that is, the side surface of the light transmission substrate 3 and the side surface of the light detection substrate 4), and these side surfaces are substantially flush.
  • the thickness of the cavity layer 21 is gradually increased in a range of about 100 nm to several hundreds of nm toward one side along the longitudinal direction of the spectroscopic sensor 1.
  • the wavelength of light incident on each channel of the light receiving unit 6 of the light detection substrate 4 is uniquely determined by the type and thickness of the DBR layers 22 and 23 and the thickness of the cavity layer 21 in the portion facing each channel. It is determined.
  • the light transmitting substrate 3 is disposed on the DBR layer 22 side with respect to the cavity layer 21 and is bonded to the DBR layer 22 through the optical resin layer 11.
  • each optical filter layer 5 faces the DBR layer 22 of each of the interference filter portions 20A to 20C via the optical resin layer 11.
  • the light detection substrate 4 is disposed on the DBR layer 23 side with respect to the cavity layer 21, and is bonded to the DBR layer 23 through the optical resin layer 12.
  • Each of the optical resin layers 11 and 12 is made of an optical resin such as an epoxy-based, acrylic-based, or silicone-based organic material, or an organic-inorganic hybrid material, and has a thickness of about 5 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the spectroscopic sensor 1 configured as described above, when light incident on the light transmissive substrate 3 from the surface 3a of the light transmissive substrate 3 passes through the light transmissive substrate 3 and reaches the back surface 3b of the light transmissive substrate 3, Only light in a predetermined wavelength range to be incident on the interference filter sections 20A to 20C is transmitted by the optical filter layer 5.
  • the light transmitted through the optical filter layer 5 is incident on the interference filter units 20A to 20C, light in a predetermined wavelength range is selectively transmitted according to the incident position in each of the interference filter units 20A to 20C. Be made.
  • the wavelength of light incident on each channel of the light receiving unit 6 of the light detection substrate 4 is uniquely determined by the type and thickness of the DBR layers 22 and 23 at the incident position and the thickness of the cavity layer 21. Thereby, the light detection substrate 4 detects light having a different wavelength for each channel of the light receiving unit 6.
  • a handle substrate 50 is prepared.
  • the handle substrate 50 has a base layer 51 and a surface layer 52.
  • the surface layer 52 is a sacrificial layer that can be selectively removed by etching, and the surface 52a is a flat and smooth surface (a smooth surface having a surface roughness Ra of several nm or less).
  • the base layer 51 is made of silicon, quartz, glass or the like.
  • the surface layer 52 is made of SiO 2 , silicon, metal, resin, or the like, and is formed to a thickness of about several tens of nm to several tens of ⁇ m.
  • a plurality of cavity layers 21 arranged in a matrix are integrally formed on the surface 52a of the surface layer 52 of the handle substrate 50 (that is, on the surface layer 52) by the nanoimprint method.
  • the outer edge portion of the cavity layer 21 reaches the side surface of the handle substrate 50 (that is, the side surface of the base layer 51 and the side surface of the surface layer 52) so that the side surfaces are substantially flush.
  • the material of the cavity layer 21 is applied almost uniformly on the entire surface 52a, and then the material is formed into a desired cavity shape by a mold while performing heating, pressing, UV irradiation, and the like. Mold.
  • the molding by the nanoimprint method may be performed by a step-and-repeat method in units of chips (portions corresponding to one spectroscopic sensor 1) or a block unit including a plurality of chips, or may be performed in a lump.
  • a DBR layer 22 is formed on the cavity layer 21 for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1.
  • film formation by ion plating, vapor deposition, sputtering, or the like, and patterning by photoetching, liftoff, or etching are performed.
  • DBR layer 22 is a dielectric multilayer film, a multilayer film composed of SiO 2, TIO 2, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5, Al 2 O 3, MgF 2 or the like.
  • a light transmissive wafer 30 including a plurality of light transmissive substrates 3 arranged in a matrix is prepared, and portions corresponding to the light transmissive substrate 3 are provided on the light transmissive wafer 30.
  • the optical filter layer 5 is formed (that is, on the light transmission substrate 3).
  • the optical filter layer 5 is formed of a dielectric multilayer film, film formation by ion plating, vapor deposition, sputtering, or the like, and patterning by photoetching and liftoff, or etching are performed.
  • the optical filter layer 5 is formed of an organic color filter, it is patterned by exposure / development or the like like a photoresist.
  • the DBR layer 22 and the optical filter layer 5 are opposed to each other for each part corresponding to one spectroscopic sensor 1, and the handle substrate 50 and the light transmitting wafer 30 are connected to the optical resin layer 11.
  • the light transmission substrate 3 is bonded to the DBR layer 22 via the optical resin layer 11 so that the DBR layer 22 and the optical filter layer 5 face each other with the optical resin layer 11 interposed therebetween.
  • the optical resin layer 11 is applied to the entire surface of at least one of the handle substrate 50 and the light transmitting wafer 30, and then the handle substrate 50 and the light transmitting wafer 30 are aligned, and heating, pressurization, UV irradiation, etc. are performed.
  • the handle substrate 50 and the light transmitting wafer 30 are bonded. At this time, if it returns to air
  • the handle substrate 50 is removed from the cavity layer 21 by selectively removing the surface layer 52 by wet etching or dry etching.
  • the outer edge of the cavity layer 21 reaches the side surface of the handle substrate 50 (that is, the side surface of the base layer 51 and the side surface of the surface layer 52), and only the cavity layer 21 is in contact with the surface layer 52. Therefore, the surface layer 52 can be removed with a single etching agent that effectively acts on the interface between the surface layer 52 and the cavity layer 21.
  • a through-hole for advancing the etching agent may be formed in the base layer 51 of the handle substrate 50.
  • the DBR layer 23 is formed on the cavity layer 21 exposed by removing the handle substrate 50.
  • the DBR layer 22 and the DBR layer 23 face each other via the cavity layer 21 for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1, and the interference filter portions 20A, 20B, and 20C are formed.
  • a portion corresponding to one spectral sensor 1 becomes a spectral filter substrate 9, and a spectral filter wafer 90 including a plurality of spectral filter substrates 9 arranged in a matrix is manufactured.
  • film formation by ion plating, vapor deposition, sputtering, or the like, and patterning by photoetching and lift-off, or etching are performed.
  • the DBR layer 23 is a dielectric multilayer film, and is a laminated film made of SiO 2 , TIO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 , Al 2 O 3 , MgF 2 or the like.
  • a light detection wafer 40 including a plurality of light detection substrates 4 arranged in a matrix is prepared, and a DBR layer 23 and a light receiving portion are provided for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1. 6 and the spectral filter wafer 90 and the light detection wafer 40 are bonded together by the optical resin layer 12. That is, the light detection substrate 4 is bonded to the DBR layer 23 via the optical resin layer 12 so that the DBR layer 23 and the light receiving unit 6 face each other with the optical resin layer 12 interposed therebetween.
  • the optical resin layer 12 is applied to the entire surface of at least one of the spectral filter wafer 90 and the light detection wafer 40, and then the spectral filter wafer 90 and the light detection wafer 40 are aligned, and heating, pressurization, and UV irradiation are performed.
  • the spectral filter wafer 90 and the light detection wafer 40 are bonded together by performing the above process. At this time, if it returns to air
  • the photodetection wafer 40 is thinned to a thickness of about 10 ⁇ m to 150 ⁇ m by grinding, polishing, etching or the like on the back surface of the photodetection wafer 40. Then, a through hole is formed by etching in a portion corresponding to the front surface wiring, and a through wiring, a back surface wiring, and the like are formed, thereby forming the wiring 7 for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1. Further, bumps 8 are formed on the back surface of the light detection wafer 40 for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1. Subsequently, as shown in FIG. 12, the spectral filter wafer 90 and the light detection wafer 40 bonded to each other are diced into portions corresponding to one spectral sensor 1 to obtain a plurality of spectral sensors 1.
  • the cavity layer 21 is formed on the handle substrate 50 by the nanoimprint method. In this way, by performing the nanoimprint method on the handle substrate 50, the highly accurate cavity layer 21 can be stably obtained. Further, after the cavity layer 21 and the DBR layers 22 and 23 are formed on the light transmitting substrate 3 side, the light detection substrate 4 is bonded. Thereby, it is possible to prevent the photodetection substrate 4 from being damaged in each process for forming the cavity layer 21 and the DBR layers 22 and 23. Therefore, according to the manufacturing method of the spectroscopic sensor 1, the spectroscopic sensor 1 with high reliability can be obtained.
  • the spectral filter wafer 90 and the light detection wafer 40 are bonded after the performance of each spectral filter substrate 9 of the spectral filter wafer 90 is inspected, the light detection wafer 40 is caused by a defect on the spectral filter wafer 90 side. It can be prevented from being wasted.
  • the handle substrate 50 has a surface layer 52 that can be selectively removed, and the handle substrate 50 is removed from the cavity layer 21 by selectively removing the surface layer 52. In this way, by selectively removing the surface layer 52 of the handle substrate 50, the time required to remove the handle substrate 50 from the cavity layer 21 is reduced while preventing the cavity layer 21 from being damaged. Can be
  • the optical filter layer 5 is formed on the light transmitting substrate 3, and the optical resin layer 11 is formed on the DBR layer 22 so that the DBR layer 22 and the optical filter layer 5 are opposed to each other with the optical resin layer 11 interposed therebetween.
  • the light transmission substrate 3 is bonded to the substrate. Accordingly, light in a predetermined wavelength range can be efficiently incident on the interference filter units 20A to 20C.
  • the optical resin layer is formed on the handle substrate 50 so as to include the region in which 11 is disposed.
  • the handle substrate 50 can be removed from the cavity layer 21 under simple conditions.
  • the surface layer 52 of the handle substrate 50 may have a function like a mold release treatment layer so that the handle substrate 50 can be easily peeled off.
  • FIG. 13A when the cavity layer 21 and the optical resin layer 11 are in contact with the surface layer 52 (that is, when viewed from the thickness direction of the handle substrate 50).
  • the cavity layer 21 is not formed on the handle substrate 50 so as to include the region where the optical resin layer 11 is disposed), the interface between the surface layer 52 and the cavity layer 21, the surface layer 52 and the optical resin layer 11. Therefore, it is difficult to peel the handle substrate 50 from the cavity layer 21 uniformly.
  • FIG. 13A when the cavity layer 21 and the optical resin layer 11 are in contact with the surface layer 52 (that is, when viewed from the thickness direction of the handle substrate 50).
  • the cavity layer 21 is not formed on the handle substrate 50 so as to include the region where the optical resin layer 11 is disposed), the interface between the surface layer 52 and the cavity layer 21, the surface layer 52 and the optical resin layer 11. Therefore, it is difficult to peel the handle substrate 50 from
  • the cavity layer 21 when viewed from the thickness direction of the handle substrate 50, the cavity layer 21 is formed on the handle substrate 50 so as to include a region where the optical resin layer 11 is disposed. For example, since only the cavity layer 21 comes into contact with the surface layer 52, the handle substrate 50 can be uniformly peeled from the cavity layer 21.
  • the interface between the cavity layer 21 and the optical resin layer 11 is exposed on the back side.
  • the interface may be peeled off or a gap may be formed at the interface.
  • the cavity layer 21 is formed on the handle substrate 50 so as to include a region where the optical resin layer 11 is disposed. For example, after the handle substrate 50 is peeled from the cavity layer 21, only the cavity layer 21 is exposed on the back surface side, so that it is possible to prevent the occurrence of such a problem related to the interface.
  • the handle substrate 50 may not have the surface layer 52 and the handle substrate 50 itself may be removable.
  • the handle substrate 50 is preferably thinned in advance by grinding, polishing, or the like.
  • the light detection substrate 4 is not limited to a one-dimensional sensor, and may be a two-dimensional sensor.
  • the thickness of the cavity layer 21 may change two-dimensionally or may change stepwise.
  • a single-layer metal reflective film such as AL, Au, or Ag may be applied as a mirror layer.
  • joining at the outer edge of the spectroscopic sensor 1 may be applied. In that case, it is possible to join with a low-melting glass or solder while holding the gap with the spacer.
  • the region surrounded by the joint may be an air gap, or the region may be filled with an optical resin.
  • the optical filter layer 5 may be formed on the surface 3a side of the light transmission substrate 3 so as to face the interference filter portions 20A, 20B, and 20C.
  • substrate 3 may be comprised with filter glass (colored glass).
  • a highly reliable spectroscopic sensor can be obtained.

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Abstract

　分光センサ１の製造方法は、ハンドル基板上にナノインプリント法によってキャビティ層２１を形成する第１の工程と、第１の工程の後、キャビティ層２１上に第１のミラー層２２を形成する第２の工程と、第２の工程の後、第１のミラー層２２上に光透過基板３を接合する第３の工程と、第３の工程の後、キャビティ層２１からハンドル基板を除去する第４の工程と、第４の工程の後、ハンドル基板が除去されたキャビティ層２１上に第２のミラー層２３を形成する第５の工程と、第５の工程の後、第２のミラー層２３上に光検出基板４を接合する第６の工程と、を備える。

Description

分光センサの製造方法
　本発明は、分光センサの製造方法に関する。
　従来の分光センサとして、光の入射位置に応じて所定の波長の光を透過させる複数の干渉フィルタ部と、干渉フィルタ部に入射する光を透過させる光透過基板と、干渉フィルタ部を透過した光を検出する光検出基板と、を備えるものが知られている。ここで、各干渉フィルタ部は、キャビティ層を介して一対のミラー層が対向させられることによりファブリペロー型に構成されている場合がある。
　このような分光センサの製造方法として、特許文献１には、次のような方法が記載されている。まず、光検出基板上に一方のミラー層を複数形成し、その後、それらのミラー層上にナノインプリント法によってキャビティ層を形成する。続いて、キャビティ層上に他方のミラー層を複数形成し、最後に、それらのミラー層上に光透過基板を接合する。
国際公開第２００８／０１７４９０号
　しかしながら、特許文献１記載の分光センサの製造方法あっては、製造された分光センサの信頼性が低下するおそれがある。その理由は次のとおりである。すなわち、光検出基板の表面には、受光部や配線層等の形成に起因した凹凸が存在しているので、そのような表面に形成されたミラー層上に、ナノインプリント法によってキャビティ層を形成しても、高精度（例えば、厚さにおいてｎｍオーダー）のキャビティ層を得ることができないおそれが高い。また、光検出基板にミラー層やキャビティ層を積み上げるように形成していくので、各プロセスにおいて光検出基板にダメージを与えるおそれが高い。
　そこで、本発明は、信頼性の高い分光センサを得ることができる分光センサの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一観点の分光センサの製造方法は、キャビティ層並びにキャビティ層を介して対向する第１及び第２のミラー層を有し、所定の波長範囲の光を入射位置に応じて選択的に透過させる干渉フィルタ部と、干渉フィルタ部に入射する光を透過させる光透過基板と、干渉フィルタ部を透過した光を検出する光検出基板と、を備える分光センサの製造方法であって、ハンドル基板上にナノインプリント法によってキャビティ層を形成する第１の工程と、第１の工程の後、キャビティ層上に第１のミラー層を形成する第２の工程と、第２の工程の後、第１のミラー層上に光透過基板を接合する第３の工程と、第３の工程の後、キャビティ層からハンドル基板を除去する第４の工程と、第４の工程の後、ハンドル基板が除去されたキャビティ層上に第２のミラー層を形成する第５の工程と、第５の工程の後、第２のミラー層上に光検出基板を接合する第６の工程と、を備える。
　この分光センサの製造方法では、ハンドル基板上にナノインプリント法によってキャビティ層を形成する。このように、ハンドル基板に対してナノインプリント法を実施することで、高精度のキャビティ層を安定して得ることができる。さらに、光透過基板側にキャビティ層並びに第１及び第２のミラー層を形成した後に、光検出基板を接合する。これにより、キャビティ層やミラー層を形成するための各プロセスにおいて光検出基板にダメージが与えられるのを防止することができる。よって、この分光センサの製造方法によれば、信頼性の高い分光センサを得ることが可能となる。
　ここで、ハンドル基板は、選択的に除去することができる表面層を有しており、第１の工程では、表面層上にキャビティ層を形成し、第４の工程では、表面層を選択的に除去することによりキャビティ層からハンドル基板を除去してもよい。このように、ハンドル基板の表面層を選択的に除去することで、キャビティ層にダメージが与えられるのを防止しつつ、キャビティ層からハンドル基板を除去するのに要する時間を短縮化することができる。
　また、第１の工程では、第３の工程において第１のミラー層上に光学樹脂層を介して光透過基板を接合する場合に、光学樹脂層が配置される領域を含むように、ハンドル基板上にキャビティ層を形成してもよい。これによれば、ハンドル基板を除去するときには、ハンドル基板にはキャビティ層のみが接触することになるので、単純な条件でハンドル基板を除去することができる。
　また、第３の工程の前に、所定の波長範囲の光を透過させる光学フィルタ層を光透過基板上に形成しておき、第３の工程では、第１のミラー層と光学フィルタ層とが対向するように、第１のミラー層上に光透過基板を接合してもよい。これによれば、所定の波長範囲の光を効率良く干渉フィルタ部に入射させることができる。
　本発明によれば、信頼性の高い分光センサを得ることができる。
本発明の一実施形態の分光センサの製造方法によって製造された分光センサの斜視図である。 図１のII－II線に沿っての断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。 図１の分光センサの製造方法を説明するための斜視図である。 比較形態の分光センサの製造方法を説明するための断面図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１及び図２に示されるように、分光センサ１は、所定の波長範囲の光を入射位置に応じて選択的に透過させる複数の干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃに入射する光を透過させる光透過基板３と、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃを透過した光を検出する光検出基板４と、を備えている。分光センサ１は、直方体状のＣＳＰ（Chip　Size　Package）として構成されており、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃは、光透過基板３と光検出基板４との間において分光センサ１の長手方向に沿って配列されている。
　光透過基板３は、ガラス等からなり、厚さ０．２ｍｍ～２ｍｍ程度の矩形板状に形成されている。光透過基板３の裏面３ｂには、各干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと対向するように光学フィルタ層５が形成されている。各光学フィルタ層５は、誘電体多層膜や有機カラーフィルタ（カラーレジスト）であり、厚さ０．１μｍ～１０μｍ程度の矩形膜状に形成されている。光学フィルタ層５は、対向する干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃに入射させるべき所定の波長範囲の光を透過させるバンドパスフィルタとして機能する。
　光検出基板４は、フォトダイオードアレイであり、厚さ１０μｍ～１５０μｍ程度の矩形板状に形成されている。光検出基板４の表面４ａには、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃを透過した光を受光する受光部６が形成されている。受光部６は、光検出基板４の長手方向に略垂直な方向に沿って延在する長尺状のフォトダイオードが光検出基板４の長手方向に沿って一次元に配列されて構成されている。さらに、光検出基板４には、受光部６で光電変換された電気信号を外部に取り出すための配線７（表面配線、裏面配線、貫通配線等）が形成されている。光検出基板４の裏面４ｂには、配線７と電気的に接続された表面実装用のバンプ８が設けられている。なお、光検出基板４は、フォトダイオードアレイに限定されず、他の半導体光検出素子（Ｃ－ＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等）であってもよい。
　各干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、キャビティ層２１及びＤＢＲ（Distributed　Bragg　Reflector）層２２，２３を有している。各干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃにおいて、ＤＢＲ層（第１のミラー層）２２とＤＢＲ層（第２のミラー層）２３とは、キャビティ層２１を介して対向している。つまり、キャビティ層２１は、対向するＤＢＲ層２２，２３間の距離を保持している（各干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおけるキャビティ層２１の膜厚はそれぞれ異なっている）。各ＤＢＲ層２２，２３は、誘電体多層膜であり、厚さ０．１μｍ～１０μｍ程度の矩形膜状に形成されている。なお、各干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、ＤＢＲ層２２の厚さは互いに異なっており、同様に、各干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、ＤＢＲ層２３の厚さは互いに異なっている。
　ＤＢＲ層２２は、キャビティ層２１に対して光透過基板３側に位置しており、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃごとに分離されている。ＤＢＲ層２３は、キャビティ層２１に対して光検出基板４側に位置しており、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃごとに分離されている。隣り合うＤＢＲ層２２，２２間の領域Ｒ１の幅、及び隣り合うＤＢＲ層２３，２３間の領域Ｒ２の幅は、それぞれ０．５μｍ～１０μｍ程度である。
　キャビティ層２１は、光透過性材料（光学樹脂、ガラス、半導体、誘電体等）からなり、干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃのそれぞれに渡って一体的に形成されている。キャビティ層２１の外縁部は、分光センサ１の側面（すなわち、光透過基板３の側面及び光検出基板４の側面）に到達しており、それらの側面は、略面一となっている。各干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃにおいて、キャビティ層２１の厚さは、分光センサ１の長手方向に沿った一方の側に向かって１００ｎｍ～数百ｎｍ程度の範囲で漸増している。これにより、光検出基板４の受光部６の各チャネルに入射する光の波長は、各チャネルに対向する部分でのＤＢＲ層２２，２３の種類と厚さ及びキャビティ層２１の厚さによって一意に決定される。
　光透過基板３は、キャビティ層２１に対してＤＢＲ層２２側に配置されており、光学樹脂層１１を介してＤＢＲ層２２に接合されている。これにより、各光学フィルタ層５は、光学樹脂層１１を介して各干渉フィルタ部２０Ａ～２０ＣのＤＢＲ層２２と対向することになる。光検出基板４は、キャビティ層２１に対してＤＢＲ層２３側に配置されており、光学樹脂層１２を介してＤＢＲ層２３に接合されている。なお、各光学樹脂層１１，１２は、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系の有機材料、或いは有機無機からなるハイブリッド材料等の光学樹脂からなり、厚さ５μｍ～１００μｍ程度に形成されている。
　以上のように構成された分光センサ１では、光透過基板３の表面３ａから光透過基板３に入射した光が、光透過基板３を透過して光透過基板３の裏面３ｂに到達すると、各干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃに入射させるべき所定の波長範囲の光のみが、光学フィルタ層５によって透過させられる。そして、光学フィルタ層５を透過した光が、各干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃに入射すると、各干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃにおいては、所定の波長範囲の光が、入射位置に応じて選択的に透過させられる。つまり、入射位置でのＤＢＲ層２２，２３の種類と厚さ及びキャビティ層２１の厚さによって、光検出基板４の受光部６の各チャネルに入射する光の波長が一意に決定される。これにより、光検出基板４では、受光部６のチャネルごとに異なる波長の光が検出される。
　次に、上述した分光センサ１の製造方法について説明する。まず、図３に示されるように、ハンドル基板５０を準備する。ハンドル基板５０は、基層５１及び表面層５２を有している。表面層５２は、エッチングにより選択的に除去することができる犠牲層であり、その表面５２ａは、平坦かつ平滑な面（表面粗さＲａが数ｎｍ以下の平滑な面）となっている。基層５１は、シリコン、石英、ガラス等からなる。表面層５２は、ＳｉＯ２、シリコン、金属、樹脂等からなり、厚さ数十ｎｍ～数十μｍ程度に形成されている。
　続いて、図４に示されるように、ハンドル基板５０の表面層５２の表面５２ａに（すなわち、表面層５２上に）、マトリックス状に配列された複数のキャビティ層２１をナノインプリント法によって一体的に形成する。このとき、キャビティ層２１の外縁部がハンドル基板５０の側面（すなわち、基層５１の側面及び表面層５２の側面）に到達し、それらの側面が略面一となるようにする。ナノインプリント法を実施するに際しては、キャビティ層２１の素材を表面５２ａの全面に略均一に塗布した後、加熱、加圧、ＵＶ照射等を行いつつモールド金型にて当該素材を所望のキャビティ形状に成型する。ナノインプリント法による成型は、チップ（１つの分光センサ１に対応する部分）単位、或いは複数のチップを含むブロック単位でステップアンドリピート方式により実施してもよいし、全面一括で実施してもよい。
　続いて、図５に示されるように、１つの分光センサ１に対応する部分ごとに、キャビティ層２１上にＤＢＲ層２２を形成する。ＤＢＲ層２２を形成するに際しては、イオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法等による成膜、並びに、ホトエッチ及びリフトオフ、或いはエッチングによるパターニングを行う。ＤＢＲ層２２は、誘電体多層膜であって、ＳｉＯ２、ＴＩＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２等からなる積層膜である。
　その一方で、図６に示されるように、マトリックス状に配列された複数の光透過基板３を含む光透過ウェハ３０を準備し、光透過基板３に対応する部分ごとに光透過ウェハ３０上に（すなわち、光透過基板３上に）、光学フィルタ層５を形成する。光学フィルタ層５を誘電体多層膜で形成する場合には、イオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法等による成膜、並びに、ホトエッチ及びリフトオフ、或いはエッチングによるパターニングを行う。また、光学フィルタ層５を有機カラーフィルタで形成する場合には、ホトレジストのように露光・現像等でパターニングする。
　続いて、図７に示されるように、１つの分光センサ１に対応する部分ごとにＤＢＲ層２２と光学フィルタ層５とを対向させて、ハンドル基板５０と光透過ウェハ３０とを光学樹脂層１１によって接合する。つまり、光学樹脂層１１を介してＤＢＲ層２２と光学フィルタ層５とが対向するように、ＤＢＲ層２２上に光学樹脂層１１を介して光透過基板３を接合する。この接合に際しては、ハンドル基板５０及び光透過ウェハ３０の少なくとも一方の全面に光学樹脂層１１を塗布した後、ハンドル基板５０と光透過ウェハ３０とをアライメントし、加熱、加圧、ＵＶ照射等を行ってハンドル基板５０と光透過ウェハ３０とを接合する。このとき、真空中で接合した後に大気中に戻せば、光学樹脂層１１にボイドが発生するのを抑制することができる。
　続いて、図８に示されるように、ウェットエッチング或いはドライエッチングで表面層５２を選択的に除去することにより、キャビティ層２１からハンドル基板５０を除去する。この除去に際しては、キャビティ層２１の外縁部がハンドル基板５０の側面（すなわち、基層５１の側面及び表面層５２の側面）に到達しており、表面層５２にはキャビティ層２１のみが接触しているので、表面層５２とキャビティ層２１との界面に有効に作用する単一のエッチング剤で表面層５２を除去することができる。なお、表面層５２を効率良く除去するために、ハンドル基板５０の基層５１に、エッチング剤進行用の貫通孔を形成しておいてもよい。
　続いて、図９に示されるように、ハンドル基板５０が除去されることにより露出したキャビティ層２１上にＤＢＲ層２３を形成する。これにより、１つの分光センサ１に対応する部分ごとに、ＤＢＲ層２２とＤＢＲ層２３とがキャビティ層２１を介して対向し、干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが形成される。そして、１つの分光センサ１に対応する部分が分光フィルタ基板９となって、マトリックス状に配列された複数の分光フィルタ基板９を含む分光フィルタウェハ９０が製造される。ＤＢＲ層２３を形成するに際しては、イオンプレーティング法、蒸着法、スパッタ法等による成膜、並びに、ホトエッチ及びリフトオフ、或いはエッチングによるパターニングを行う。ＤＢＲ層２３は、誘電体多層膜であって、ＳｉＯ２、ＴＩＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２等からなる積層膜である。
　続いて、図１０に示されるように、マトリックス状に配列された複数の光検出基板４を含む光検出ウェハ４０を準備し、１つの分光センサ１に対応する部分ごとにＤＢＲ層２３と受光部６とを対向させて、分光フィルタウェハ９０と光検出ウェハ４０とを光学樹脂層１２によって接合する。つまり、光学樹脂層１２を介してＤＢＲ層２３と受光部６とが対向するように、ＤＢＲ層２３上に光学樹脂層１２を介して光検出基板４を接合する。この接合に際しては、分光フィルタウェハ９０及び光検出ウェハ４０の少なくとも一方の全面に光学樹脂層１２を塗布した後、分光フィルタウェハ９０と光検出ウェハ４０とをアライメントし、加熱、加圧、ＵＶ照射等を行って分光フィルタウェハ９０と光検出ウェハ４０とを接合する。このとき、真空中で接合した後に大気中に戻せば、光学樹脂層１２にボイドが発生するのを抑制することができる。
　続いて、図１１に示されるように、光検出ウェハ４０の裏面に対して研削、研磨、エッチング等を施すことにより、光検出ウェハ４０を厚さ１０μｍ～１５０μｍ程度に薄型化する。そして、表面配線に対応する部分にエッチングで貫通孔を形成して、貫通配線、裏面配線等を形成することにより、１つの分光センサ１に対応する部分ごとに配線７を形成する。さらに、光検出ウェハ４０の裏面に、１つの分光センサ１に対応する部分ごとにバンプ８を形成する。続いて、図１２に示されるように、互いに接合された分光フィルタウェハ９０及び光検出ウェハ４０を、１つの分光センサ１に対応する部分ごとにダイシングし、複数の分光センサ１を得る。
　以上説明したように、分光センサ１の製造方法では、ハンドル基板５０上にナノインプリント法によってキャビティ層２１を形成する。このように、ハンドル基板５０に対してナノインプリント法を実施することで、高精度のキャビティ層２１を安定して得ることができる。さらに、光透過基板３側にキャビティ層２１及びＤＢＲ層２２，２３を形成した後に、光検出基板４を接合する。これにより、キャビティ層２１やＤＢＲ層２２，２３を形成するための各プロセスにおいて光検出基板４にダメージが与えられるのを防止することができる。よって、分光センサ１の製造方法によれば、信頼性の高い分光センサ１を得ることが可能となる。
　また、分光フィルタウェハ９０の各分光フィルタ基板９の性能を検査した後に、分光フィルタウェハ９０と光検出ウェハ４０とを接合するので、分光フィルタウェハ９０側の不具合に起因して光検出ウェハ４０が無駄になるのを防止することができる。
　また、ハンドル基板５０は、選択的に除去することができる表面層５２を有しており、その表面層５２を選択的に除去することによりキャビティ層２１からハンドル基板５０を除去する。このように、ハンドル基板５０の表面層５２を選択的に除去することで、キャビティ層２１にダメージが与えられるのを防止しつつ、キャビティ層２１からハンドル基板５０を除去するのに要する時間を短縮化することができる。
　また、光学フィルタ層５を光透過基板３上に形成しておき、光学樹脂層１１を介してＤＢＲ層２２と光学フィルタ層５とが対向するように、ＤＢＲ層２２上に光学樹脂層１１を介して光透過基板３を接合する。これにより、所定の波長範囲の光を効率良く干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃに入射させることができる。
　また、キャビティ層２１の外縁部をハンドル基板５０の側面（すなわち、基層５１の側面及び表面層５２の側面）に到達させることで、ハンドル基板５０の厚さ方向から見た場合に、光学樹脂層１１が配置される領域を含むように、ハンドル基板５０上にキャビティ層２１を形成する。これにより、ハンドル基板５０を除去するときには、ハンドル基板５０にはキャビティ層２１のみが接触することになるので、表面層５２とキャビティ層２１との界面に有効に作用する単一のエッチング剤を用いれば済むという単純な条件で、キャビティ層２１からハンドル基板５０を除去することができる。
　なお、ハンドル基板５０の表面層５２は、表面層５２自体が離型処理層のような機能を有し、ハンドル基板５０を引き剥がし易くするものであってもよい。そのような場合に、図１３の（ａ）に示されるように、表面層５２にキャビティ層２１及び光学樹脂層１１が接触していると（つまり、ハンドル基板５０の厚さ方向から見た場合に、光学樹脂層１１が配置される領域を含むように、ハンドル基板５０上にキャビティ層２１を形成しないと）、表面層５２とキャビティ層２１との界面と、表面層５２と光学樹脂層１１との界面とで、引き剥がし力が異なるために、キャビティ層２１からハンドル基板５０を均一に引き剥がすことが困難となる。これに対し、図７に示されるように、ハンドル基板５０の厚さ方向から見た場合に、光学樹脂層１１が配置される領域を含むように、ハンドル基板５０上にキャビティ層２１を形成すれば、表面層５２にはキャビティ層２１のみが接触することになるので、キャビティ層２１からハンドル基板５０を均一に引き剥がすことが可能となる。
　また、図１３の（ｂ）に示されるように、キャビティ層２１からハンドル基板５０を引き剥がした後には、キャビティ層２１と光学樹脂層１１との界面が裏面側に露出することになるので、ＤＢＲ層２３のパターニングする際のフォトエッチングや成膜等の熱工程において、当該界面が剥離したり、当該界面に隙間が生じたりするおそれがある。これに対し、図８に示されるように、ハンドル基板５０の厚さ方向から見た場合に、光学樹脂層１１が配置される領域を含むように、ハンドル基板５０上にキャビティ層２１を形成すれば、キャビティ層２１からハンドル基板５０を引き剥がした後には、キャビティ層２１のみが裏面側に露出するので、そのような界面に関する問題の発生を防止することが可能となる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ハンドル基板５０は、表面層５２を有せず、ハンドル基板５０自体が除去可能なものであってもよい。このような場合において、ハンドル基板５０をエッチングにより選択的に除去するときには、研削、研磨等によりハンドル基板５０を予め薄型化しておくことが好ましい。
　また、光検出基板４は、一次元センサに限定されず、二次元センサであってもよい。そして、キャビティ層２１の厚さは、二次元的に変化していてもよいし、また、ステップ状に変化していてもよい。また、ＤＢＲ層２２，２３に代えて、ミラー層として、ＡＬ、Ａｕ、Ａｇ等の単層の金属反射膜を適用してもよい。また、光学樹脂層１１，１２による接合に代えて、分光センサ１の外縁部における接合を適用してもよい。その場合には、スペーサによってギャップを保持しつつ、低融点ガラスや半田等によって接合することが可能である。なお、接合部に包囲された領域はエアギャップとしてもよいし、或いは当該領域に光学樹脂を充填してもよい。また、光学フィルタ層５は、各干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと対向するように光透過基板３の表面３ａ側に形成されてもよい。また、光透過基板３は、フィルタガラス（色ガラス）により構成されてもよい。
　本発明によれば、信頼性の高い分光センサを得ることができる。
　１…分光センサ、３…光透過基板、４…光検出基板、５…光学フィルタ層、１１…光学樹脂層、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…干渉フィルタ部、２１…キャビティ層、２２…ＤＢＲ層（第１のミラー層）、２３…ＤＢＲ層（第２のミラー層）、５０…ハンドル基板、５２…表面層。

Claims (4)

  1. 　キャビティ層並びに前記キャビティ層を介して対向する第１及び第２のミラー層を有し、所定の波長範囲の光を入射位置に応じて選択的に透過させる干渉フィルタ部と、前記干渉フィルタ部に入射する光を透過させる光透過基板と、前記干渉フィルタ部を透過した光を検出する光検出基板と、を備える分光センサの製造方法であって、
    　ハンドル基板上にナノインプリント法によって前記キャビティ層を形成する第１の工程と、
    　前記第１の工程の後、前記キャビティ層上に前記第１のミラー層を形成する第２の工程と、
    　前記第２の工程の後、前記第１のミラー層上に前記光透過基板を接合する第３の工程と、
    　前記第３の工程の後、前記キャビティ層から前記ハンドル基板を除去する第４の工程と、
    　前記第４の工程の後、前記ハンドル基板が除去された前記キャビティ層上に前記第２のミラー層を形成する第５の工程と、
    　前記第５の工程の後、前記第２のミラー層上に前記光検出基板を接合する第６の工程と、を備える、分光センサの製造方法。
  2. 　前記ハンドル基板は、選択的に除去することができる表面層を有しており、
    　前記第１の工程では、前記表面層上に前記キャビティ層を形成し、
    　前記第４の工程では、前記表面層を選択的に除去することにより前記キャビティ層から前記ハンドル基板を除去する、請求項１記載の分光センサの製造方法。
  3. 　前記第１の工程では、前記第３の工程において前記第１のミラー層上に光学樹脂層を介して前記光透過基板を接合する場合に、前記光学樹脂層が配置される領域を含むように、前記ハンドル基板上に前記キャビティ層を形成する、請求項１又は２記載の分光センサの製造方法。
  4. 　前記第３の工程の前に、前記所定の波長範囲の光を透過させる光学フィルタ層を前記光透過基板上に形成しておき、
    　前記第３の工程では、前記第１のミラー層と前記光学フィルタ層とが対向するように、前記第１のミラー層上に前記光透過基板を接合する、請求項１～３のいずれか一項記載の分光センサの製造方法。
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