WO2012070302A1 - 分光センサ - Google Patents

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WO2012070302A1
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light
interference filter
mirror
cavity
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French (fr)
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柴山　勝己
正臣 高坂
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
    • G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
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    • G—PHYSICS
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    • G01J3/513—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors using colour filters having fixed filter-detector pairs

Definitions

  • the present invention relates to a spectroscopic sensor.
  • each interference filter unit may be configured as a Fabry-Perot type by allowing a pair of mirror layers to face each other via a cavity layer (see, for example, Patent Document 1).
  • the interference filter unit may be deteriorated or damaged due to a temperature cycle during use.
  • the cavity layer is a layer of several hundred nm or less made of, for example, a resin, and is a very delicate layer, and thus is easily peeled off from the mirror layer due to expansion / contraction of each member constituting the interference filter portion.
  • an object of the present invention is to provide a highly reliable spectroscopic sensor.
  • a spectroscopic sensor includes a cavity layer and a first mirror layer and a second mirror layer facing each other through the cavity layer, and selectively transmits light in a predetermined wavelength range according to an incident position.
  • the second mirror layer is separated for each interference filter unit, and the cavity layer is formed integrally over each of the interference filter units, and adjacent second mirrors. A part of the cavity layer enters the region between the layers.
  • the cavity layer is integrally formed over each of the interference filter portions, and a part of the cavity layer enters the region between the adjacent first mirror layers. This prevents the cavity layer from being peeled from the first mirror layer even if each member constituting the interference filter unit expands and contracts due to the temperature cycle when the spectroscopic sensor is used. Therefore, a highly reliable spectroscopic sensor can be provided.
  • the first mirror layer is separated for each interference filter unit, and an optical resin layer for bonding a light transmission substrate on the first mirror layer in a region between the adjacent first mirror layers. May enter. According to this, the bonding strength of the light transmitting substrate can be improved, and the mechanical strength of the spectroscopic sensor as a whole can be improved.
  • an optical filter layer that is formed on the light transmission substrate so as to face the first mirror layer and transmits light in a predetermined wavelength range may be further provided. 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 provided.
  • 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 a perspective view 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. for taking out an electrical signal photoelectrically converted by the light receiving unit 6 to the outside 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 surface 23 a on the cavity layer 21 side of the DBR layer 23 is positioned on substantially the same plane by the spacer 13.
  • 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.
  • a part of the cavity layer 21 enters the region R ⁇ b> 2 between the adjacent DBR layers 23 and 23.
  • 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 optical resin layer 11 enters the region R1 between the adjacent DBR layers 22 and 22 and the region between the adjacent optical filter layers 5 and 5.
  • the photodetection substrate 4 is disposed on the DBR layer 23 side with respect to the cavity layer 21 and is bonded to the cavity layer 21 and the DBR layer 23.
  • Each optical resin layer 11 is made of an optical resin such as an epoxy-based, acrylic-based, silicone-based organic material, or a hybrid material made of organic-inorganic, 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.
  • the light detection substrate 4 detects light having a different wavelength for each channel of the light receiving unit 6.
  • the cavity layer 21 is integrally formed over each of the interference filter portions 20A to 20C, and a part of the cavity layer 21 is between the adjacent DBR layers 23, 23. It has entered the region R2. This prevents the cavity layer 21 from being peeled off from the DBR layer 23 even if each member constituting each of the interference filter sections 20A to 20C expands and contracts due to a temperature cycle when the spectroscopic sensor 1 is used. The Therefore, the highly reliable spectral sensor 1 can be provided.
  • the optical resin layer 11 for bonding the light transmission substrate 3 on the DBR layer 22 enters the region R1 between the adjacent DBR layers 22 and 22 and the region between the adjacent optical filter layers 5 and 5. .
  • the joint strength of the light transmissive substrate 3 can be improved, and the mechanical strength of the spectroscopic sensor 1 as a whole can be improved.
  • the optical filter layer 5 is formed on the light transmission substrate 3 so as to face the DBR layer 22 for each of the interference filter portions 20A to 20C. Accordingly, light in a predetermined wavelength range can be efficiently incident on the interference filter units 20A to 20C.
  • a light detection wafer 40 including a plurality of light detection substrates 4 arranged in a matrix is prepared, and a DBR layer 23 is formed for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1.
  • 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.
  • the spacer 13 between the surface 4a of the light detection substrate 4 and the DBR layer 23, the surface 23a of the DBR layer 23 is positioned on substantially the same plane.
  • the spacer 13 can be formed of the same material as the layer constituting a part of the DBR layer 23 and in the same process as the DBR layer 23. Therefore, the alignment between the spacer 13 and the DBR layer 23 and the height alignment of the surface 23a of the DBR layer 23 can be easily performed.
  • the cavity layer 21 is integrally formed on the surface 23 a of the DBR layer 23 by the nanoimprint method for each portion corresponding to one spectroscopic sensor 1.
  • a part of the cavity layer 21 is inserted into a region between the adjacent DBR layers 23 and 23.
  • the outer edge portion of the cavity layer 21 reaches the side surface of the light detection wafer 40 so that the side surfaces are substantially flush with each other.
  • the material of the cavity layer 21 is applied almost uniformly on the entire surface of the light detection wafer 40 so as to cover the DBR layer 23, and then the mold is formed while heating, pressurizing, UV irradiation, and the like.
  • the material is molded into a desired cavity shape using a 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.
  • the surface 23a of the DBR layer 23 is positioned on substantially the same plane by the spacer 13, the highly accurate cavity layer 21 can be stably obtained.
  • 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 corresponding to one spectroscopic sensor 1, and the light detection wafer 40 and the light transmission wafer 30 are optical resin layers. 11 to join. That is, 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 light detection wafer 40 and the light transmission wafer 30, the light detection wafer 40 and the light transmission wafer 30 are aligned, and heating, pressurization, and UV irradiation are performed.
  • the light detection wafer 40 and the light transmission wafer 30 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. 9, the light detection wafer 40 and the light transmission wafer 30 bonded to each other are diced into portions corresponding to one spectroscopic sensor 1 to obtain a plurality of spectroscopic sensors 1.
  • the cavity layer 21 is formed on the surface 23 a of the DBR layer 23, the cavity layer 21 is integrally formed and the region between the adjacent DBR layers 23 and 23 is formed. A part of the cavity layer 21 is allowed to enter. As a result, even if a photoetching process, a lift-off process, or the like is performed to form the DBR layer 22 on the cavity layer 21, it is possible to avoid a situation where the cavity layer 21 is peeled off from the DBR layer 23.
  • the photoetching step includes (a) a step of spin-coating a liquid photoresist on the substrate (photodetection wafer 40), (b) a pre-baking step, (c) a step of aligning and exposing the photomask and the substrate, (d ) Post-exposure baking step (this step may be omitted), (e) development step, and (f) post-bake step.
  • step (a) when the resist is spin-coated, the resist is made uniform on the surface of the substrate and a centrifugal force is applied. At this time, since a step is generated in the cavity layer 21, an external force is applied to peel off the cavity layer 21 during the spin coating. Further, many baking steps (heat treatment) are performed as in the above-described process, and the substrate is heated to about 80 ° C. to 120 ° C. As described above, by performing the heat treatment a plurality of times, stress is generated due to the difference in thermal expansion between the resist and the substrate including the cavity layer 21 and the DBR layer 23, and the separation of the cavity layer 21 is promoted.
  • a resist having a thickness of about 2 ⁇ m to several tens of ⁇ m is applied.
  • the resist is developed while an external force is applied, such as a dip method, spin development, or shower development. Therefore, a force that causes the cavity layer 21 to peel from the DBR layer 23 acts.
  • the reason why the cavity layer 21 is easily peeled from the DBR layer 23 in the lift-off process for forming the DBR layer 22 will be described.
  • a photoresist is patterned in advance, and the resist is opened at a predetermined portion. Thereafter, a film is formed on the entire surface by vapor deposition or the like. Then, while immersing the substrate in a solution for dissolving the resist (for example, acetone or a resist stripping solution), a force such as ultrasonic waves or motion is applied to dissolve the resist, and a film on the resist to be dissolved is formed. Peel off. As a result, a film is selectively formed only on the opening portion of the resist.
  • a solution for dissolving the resist for example, acetone or a resist stripping solution
  • the cavity layer 21 when the cavity layer 21 is in an island shape, when the DBR layer 22 is to be formed, due to the force due to dissolution or peeling of the resist at the time of lift-off, or an external force such as ultrasonic wave or vibration, The cavity layer 21 is peeled off from the DBR layer 23.
  • forming the cavity layer 21 integrally and allowing a part of the cavity layer 21 to enter the region between the adjacent DBR layers 23, 23 forms the DBR layer 22 on the cavity layer 21. This is extremely effective in avoiding a situation where the cavity layer 21 is peeled off from the DBR layer 23.
  • 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 provided.

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Abstract

　分光センサ１は、キャビティ層２１並びにキャビティ層２１を介して対向する第１及び第２のミラー層２２，２３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複数の干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、第１のミラー層２２側に配置され、干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに入射する光を透過させる光透過基板３と、第２のミラー層２３側に配置され、干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを透過した光を検出する光検出基板４と、を備える。第２のミラー層２３は、干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃごとに分離されている。キャビティ層２１は、干渉フィルタ部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれに渡って一体的に形成され、隣り合う第２のミラー層２３，２３間の領域には、キャビティ層２１の一部が入り込んでいる。

Description

分光センサ
　本発明は、分光センサに関する。
　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（例えば特許文献１参照）。
特開２００６－５８３０１号公報
　しかしながら、上述したような分光センサにあっては、使用時における温度サイクルに起因して、干渉フィルタ部が劣化したり、破損したりするおそれがある。特に、キャビティ層は、例えば樹脂からなる数百ｎｍ以下の層であって、極めてデリケートな層であるため、干渉フィルタ部を構成する各部材の膨張・収縮によってミラー層から剥がれ易い。
　そこで、本発明は、信頼性の高い分光センサ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複数の干渉フィルタ部と、第１のミラー層側に配置され、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、第２のミラー層側に配置され、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、第２のミラー層は、干渉フィルタ部ごとに分離されており、キャビティ層は、干渉フィルタ部のそれぞれに渡って一体的に形成され、隣り合う第２のミラー層間の領域には、キャビティ層の一部が入り込んでいる。
　この分光センサでは、キャビティ層が干渉フィルタ部のそれぞれに渡って一体的に形成されており、キャビティ層の一部が隣り合う第１のミラー層間の領域に入り込んでいる。これにより、分光センサの使用時における温度サイクルに起因して、干渉フィルタ部を構成する各部材が膨張・収縮しても、第１のミラー層からキャビティ層が剥がれることが防止される。よって、信頼性の高い分光センサを提供することができる。
　ここで、第１のミラー層は、干渉フィルタ部ごとに分離されており、隣り合う第１のミラー層間の領域には、第１のミラー層上に光透過基板を接合するための光学樹脂層が入り込んでいてもよい。これによれば、光透過基板の接合強度を向上させることができ、また、分光センサ全体としての機械的強度を向上させることができる。
　また、第１のミラー層と対向するように光透過基板上に形成され、所定の波長範囲の光を透過させる光学フィルタ層をさらに備えていてもよい。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提供することができる。
本発明の一実施形態の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斜視図である。
　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。ただし、ＤＢＲ層２３のキャビティ層２１側の表面２３ａは、スペーサ１３によって略同一平面上に位置させられている。
　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の一部は、隣り合うＤＢＲ層２３，２３間の領域Ｒ２に入り込んでいる。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。光学樹脂層１１は、隣り合うＤＢＲ層２２，２２間の領域Ｒ１や、隣り合う光学フィルタ層５，５間の領域に入り込んでいる。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、キャビティ層２１及びＤＢＲ層２３に接合されている。なお、各光学樹脂層１１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。
　以上説明したように、分光センサ１では、キャビティ層２１が干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃのそれぞれに渡って一体的に形成されており、キャビティ層２１の一部が隣り合うＤＢＲ層２３，２３間の領域Ｒ２に入り込んでいる。これにより、分光センサ１の使用時における温度サイクルに起因して、各干渉フィルタ部２０Ａ～２０Ｃを構成する各部材が膨張・収縮しても、ＤＢＲ層２３からキャビティ層２１が剥がれることが防止される。よって、信頼性の高い分光センサ１を提供することができる。
　また、ＤＢＲ層２２上に光透過基板３を接合するための光学樹脂層１１が、隣り合うＤＢＲ層２２，２２間の領域Ｒ１や、隣り合う光学フィルタ層５，５間の領域に入り込んでいる。これにより、光透過基板３の接合強度を向上させることができ、また、分光センサ１全体としての機械的強度を向上させることができる。
　また、干渉フィルタ部２０Ａ～２０ＣごとにＤＢＲ層２２と対向するように光学フィルタ層５が光透過基板３上に形成されている。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。
　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、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を形成する。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。
　このとき、光検出基板４の表面４ａとＤＢＲ層２３との間にスペーサ１３を形成することによって、ＤＢＲ層２３の表面２３ａを略同一平面上に位置させる。スペーサ１３は、ＤＢＲ層２３の一部を構成する層と同じ材料で、かつＤＢＲ層２３と同じプロセスで形成することができる。従って、スペーサ１３とＤＢＲ層２３との位置合わせや、ＤＢＲ層２３の表面２３ａの高さ合わせを容易に行うことができる。
　続いて、図４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２３の表面２３ａにキャビティ層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、隣り合うＤＢＲ層２３，２３間の領域にキャビティ層２１の一部を入り込ませる。また、キャビティ層２１の外縁部が光検出ウェハ４０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、ＤＢＲ層２３を覆うように、キャビティ層２１の素材を光検出ウェハ４０の表面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。ここでは、ＤＢＲ層２３の表面２３ａがスペーサ１３によって略同一平面上に位置させられているので、高精度のキャビティ層２１を安定して得ることができる。
　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、光検出ウェハ４０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、光検出ウェハ４０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、光検出ウェハ４０と光透過ウェハ３０とをアライメントし、加熱、加圧、ＵＶ照射等を行って光検出ウェハ４０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、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９に示されるように、互いに接合された光検出ウェハ４０及び光透過ウェハ３０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、ＤＢＲ層２３の表面２３ａにキャビティ層２１を形成するに際し、キャビティ層２１を一体的に形成して、隣り合うＤＢＲ層２３，２３間の領域にキャビティ層２１の一部を入り込ませる。これにより、キャビティ層２１上にＤＢＲ層２２を形成するためにホトエッチ工程やリフトオフ工程等が実施されても、キャビティ層２１がＤＢＲ層２３から剥離するような事態を回避することができる。
　ここで、ＤＢＲ層２２を形成するためのホトエッチ工程において、キャビティ層２１がＤＢＲ層２３から剥離し易い理由について説明する。まず、ホトエッチ工程は、（ａ）液状のホトレジストを基板（光検出ウェハ４０）上に回転塗布する工程、（ｂ）プリベーク工程、（ｃ）ホトマスクと基板とをアライメントし、露光する工程、（ｄ）露光後ベーク工程（当該工程は省略される場合もある）、（ｅ）現像工程、（ｆ）ポストベーク工程、からなる。
　（ａ）の工程では、レジストを回転塗布する際に、レジストが基板の表面で均一化されると共に遠心力が働く。このとき、キャビティ層２１には段差が生じているために、その回転塗布の際にキャビティ層２１を剥離しようとする外力が働くことになる。また、上述の工程のように多くのベークステップ（熱処理）が実施され、基板は８０℃～１２０℃程度に加熱される。このように、複数回の熱処理が実施されることで、レジストと、キャビティ層２１及びＤＢＲ層２３を含む基板との熱膨張差により応力が生じ、キャビティ層２１の剥離が促される。特に、リフトオフ工程におけるホトレジストは、厚さ２μｍ～数十μｍ程度のレジストを適用するために、この剥離の促進は顕著となる。さらに、現像工程は、ディップ方式、スピン現像或いはシャワー現像というように、やはり外力が加えられながらレジストが現像されるので、キャビティ層２１がＤＢＲ層２３から剥がそうとする力が働く。
　次に、ＤＢＲ層２２を形成するためのリフトオフ工程において、キャビティ層２１がＤＢＲ層２３から剥離し易い理由について説明する。リフトオフ工程は、予めホトレジストをパターニングし、所定の部分においてレジストを開口させる。その後、蒸着等により全面に膜を成膜する。そして、レジストを溶解させる溶液（例えばアセトンやレジスト剥離液等）に、その基板を浸漬しながら、超音波或いはよう動等の力を印加し、レジストを溶解させ、溶解するレジスト上にある膜を剥離する。これにより、レジストの開口部の部分のみに選択的に膜が形成される。このような工程において、キャビティ層２１が島状であると、ＤＢＲ層２２を形成しようとしたときに、リフトオフの際のレジストの溶解や剥離による力、或いは超音波やよう動等の外力により、キャビティ層２１がＤＢＲ層２３から剥離してしまう。
　以上により、キャビティ層２１を一体的に形成して、隣り合うＤＢＲ層２３，２３間の領域にキャビティ層２１の一部を入り込ませておくことは、キャビティ層２１上にＤＢＲ層２２を形成する際にキャビティ層２１がＤＢＲ層２３から剥離するような事態を回避する上で、極めて有効である。
　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、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提供することができる。
　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）。

Claims (3)

  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複数の干渉フィルタ部と、
    　前記第１のミラー層側に配置され、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、
    　前記第２のミラー層側に配置され、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、
    　前記第２のミラー層は、前記干渉フィルタ部ごとに分離されており、
    　前記キャビティ層は、前記干渉フィルタ部のそれぞれに渡って一体的に形成され、隣り合う前記第２のミラー層間の領域には、前記キャビティ層の一部が入り込んでいる、分光センサ。
  2. 　前記第１のミラー層は、前記干渉フィルタ部ごとに分離されており、
    　隣り合う前記第１のミラー層間の領域には、前記第１のミラー層上に前記光透過基板を接合するための光学樹脂層が入り込んでいる、請求項１記載の分光センサ。
  3. 　前記第１のミラー層と対向するように前記光透過基板上に形成され、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さらに備える、請求項１又は２記載の分光センサ。
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