分光傳感器的製造方法

2023-06-10 12:13:11 4

分光傳感器的製造方法
【專利摘要】分光傳感器(1A)包括幹涉濾光部(20A)、光檢測基板(30A)和隔板(15)。幹涉濾光部(20A)具有腔層(21)以及隔著腔層(21)相對的第1和第2鏡層(22、23)，根據入射位置選擇性地使規定的波長範圍的光從第1鏡層(22)側透過至第2鏡層(23)側。光檢測基板(30A)具有透過了幹涉濾光部(20A)的光進行入射的受光面(32a)，對入射到受光面(32a)的光進行檢測。隔板(15)從腔層(21)到達第1和第2鏡層(22、23)的至少一方，在從與受光面(32a)交叉的規定的方向觀察的情況下將幹涉濾光部(20A)光學性地分離。
【專利說明】分光傳感器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種分光傳感器。

【背景技術】
[0002]作為現有的分光傳感器，已知有具有根據入射位置使規定的波長範圍的光選擇性地透過的光學濾光部和對透過了光學濾光部的光進行檢測的光檢測基板的分光傳感器。例如，在專利文獻I所記載的分光傳感器中，在光學濾光部和光檢測基板之間、或者相對於光學濾光部的光的入射側配置FOP (Fiber Optic Plate (光纖板))。另外,在專利文獻2所記載的分光傳感器中，在光學濾光部和光檢測基板之間設置有限制光的入射角的角度限制濾光器。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開平6-129908號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2011-203247號公報


【發明內容】

[0007]發明所要解決的技術問題
[0008]在專利文獻I所記載的分光傳感器中，在光學濾光部和光檢測基板之間配置有FOP的分光傳感器或專利文獻2所記載的分光傳感器中，能夠謀求光學濾光部和光檢測基板之間的區域中的光的串擾的抑制。另外，在專利文獻I所記載的分光傳感器中，在相對於光學濾光部的光的入射側配置有FOP的分光傳感器中，通過限制入射到光學濾光部的光的入射角，從而能夠謀求光學濾光部中的光的串擾的抑制。但是，對於這些分光傳感器而言，光學濾光部中的光的串擾的抑制不充分，其結果，存在在光檢測基板的受光面的規定的位置上所檢測的光的波長範圍變寬或雜散光成分變多等、濾光特性劣化的問題。
[0009]因此，本發明的目的在於提供一種能夠謀求濾光特性的提高的分光傳感器。
[0010]解決問題的技術手段
[0011]本發明的分光傳感器包括:幹涉濾光部，其具有腔層以及隔著腔層相對的第I和第2鏡層，根據入射位置選擇性地使規定的波長範圍的光從第I鏡層側透過至第2鏡層側；光檢測基板，其具有透過了幹涉濾光部的光進行入射的受光面，對入射到受光面的光進行檢測；以及隔板，其從腔層到達第I和第2鏡層的至少一方，在從與受光面交叉的規定的方向觀察的情況下，將幹涉濾光部光學性地分離。
[0012]在該分光傳感器中，在從與受光面交叉的規定的方向觀察的情況下，幹涉濾光部被隔板光學性地分離，該隔板從腔層到達第I和第2鏡層的至少一方。由此，例如，即使不與隔板分開地採用用於限制入射到幹涉濾光部的光的入射角的結構，在腔層中，也抑制了光向與受光面平行的方向的傳播，所以能夠充分地謀求幹涉濾光部中的光的串擾的抑制。而且，通過隔板限制了入射到光檢測基板的受光面的光的入射角，所以，能夠使光精度良好地入射到與幹涉濾光部的入射位置對應的受光面的規定的位置。因此，根據該分光傳感器，能夠謀求濾光特性的提高。
[0013]在此，隔板也可以從腔層至少到達第2鏡層。根據該結構，能夠抑制第2鏡層和光檢測基板的受光面之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，能夠謀求濾光特性的進一步的提聞。
[0014]再有，隔板也可以從腔層到達第I和第2鏡層的雙方。根據該結構，能夠抑制第2鏡層和光檢測基板的受光面之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，除此之外，由於腔層通過隔板而被可靠地分離，所以，能夠更加充分地謀求幹渉濾光部中的光的串擾的抑制。
[0015]另外，分光傳感器也可以還具備:第I耦合層，其配置在幹涉濾光部和光檢測基板之間，使從幹涉濾光部行進至光檢測基板的光透過，隔板經由第2鏡層而到達第I耦合層。根據該結構，能夠抑制第2鏡層和光檢測基板的受光面之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，除此之外，入射到光檢測基板的受光面的光的入射角通過隔板而被更進一步限制，所以，能夠使光更加精度良好地入射到與幹涉濾光部的入射位置對應的受光面的規定的位置。
[0016]另外，分光傳感器也可以還包括使入射到幹涉濾光部的光透過的光透過基板、以及配置在光透過基板和幹涉濾光部之間並使從光透過基板行進至幹涉濾光部的光透過的第2耦合層，隔板經由第I鏡層而到達第2耦合層。根據該結構，通過隔板限制入射到幹涉濾光部的光的入射角，所以能夠更加充分地謀求幹涉濾光部中的光的串擾的抑制。
[0017]此時，腔層和第2耦合層也可以由相同材料構成。根據該結構，能夠容易地實現腔層和第2耦合層的層疊工序。另外，在例如通過乾式蝕刻設置隔板的情況下，能夠使蝕刻氣體等的條件相同，因此，能夠實現形狀精度高的隔板。另外，折射率相同，所以也能夠獲得穩定的濾光特性。再有，能夠謀求用於限制光的入射角的隔板的準直特性的均勻化。此外，所謂相同，是指不僅包括完全相同的情況而且包括在製造誤差等的範圍內大致相同的情況。
[0018]另外，第I鏡層和第2鏡層之間的規定的方向上的距離也可以進行變化，隔板的受光面側的端部和受光面之間的規定的方向上的距離固定，隔板的與受光面相反側的端部和受光面之間的規定的方向上的距離固定。根據該結構，能夠謀求用於限制光的入射角的隔板的準直特性的均勻化。此外，所謂固定，是指不僅包括完全固定的情況而且包括在製造誤差等的範圍內大致固定的情況。
[0019]另外，在從規定的方向觀察的情況下，隔板也可以以橫穿過受光面的方式延伸。根據該結構，能夠在受光面的整個區域中檢測被適當地分光了的光(即，波長範圍狹窄且雜散光成分少的光)。
[0020]另外，分光傳感器也可以還具備:反射防止膜，其配置在幹涉濾光部和光檢測基板之間，防止入射到受光面的光的反射。或者，在光檢測基板的幹涉濾光部側的表面上也可以實施防止入射到受光面的光的反射的反射防止處理。根據這些結構，能夠抑制第2鏡層和光檢測基板的受光面之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，能夠謀求濾光特性的進一步的提聞。
[0021]另外，規定的方向也可以為與受光面垂直的方向。根據該結構，能夠使分光傳感器的構造簡化。
[0022]發明的效果
[0023]根據本發明，能夠提供一種能夠謀求濾光特性的提高的分光傳感器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的第I實施方式的分光傳感器的縱截面圖。
[0025]圖2是沿圖1的II 一 II線的部分截面圖。
[0026]圖3是圖1的分光傳感器的墊片部的周邊部分的放大縱截面圖。
[0027]圖4是圖1的分光傳感器的幹涉濾光部的中央部分的放大縱截面圖。
[0028]圖5是表示圖1的分光傳感器中的受光部的像素和隔板的關係的圖。
[0029]圖6是用於說明圖1的分光傳感器的製造方法的縱截面圖。
[0030]圖7是用於說明圖1的分光傳感器的製造方法的縱截面圖。
[0031]圖8是用於說明圖1的分光傳感器的製造方法的縱截面圖。
[0032]圖9是用於說明圖1的分光傳感器的製造方法的縱截面圖。
[0033]圖10是用於說明圖1的分光傳感器的製造方法的縱截面圖。
[0034]圖11是用於說明圖1的分光傳感器的製造方法的縱截面圖。
[0035]圖12是圖1的分光傳感器的變形例的縱截面圖。
[0036]圖13是圖1的分光傳感器的變形例的縱截面圖。
[0037]圖14是本發明的第2實施方式的分光傳感器的縱截面圖。
[0038]圖15是圖14的分光傳感器的變形例的縱截面圖。
[0039]圖16是表示對分光傳感器照射820nm、860nm、900nm、940nm、980nm的亮線時的光的波長和從分光傳感器輸出的信號強度的關係的圖表。

【具體實施方式】
[0040]以下，參照附圖，對本發明的優選的實施方式進行詳細的說明。還有，在各圖中，對相同或相當部分標註相同符號，省略重複的說明。
[0041][第I實施方式]
[0042]如圖1所示，第I實施方式的分光傳感器IA包括幹涉濾光部20A、光檢測基板30A和收納幹涉濾光部20A以及光檢測基板30A的封裝體(package) 2。封裝體2由樹脂等形成為長方體箱狀，在高度方向上的一側(相對於幹涉濾光部20A以及光檢測基板30A的光的入射側)開口。此外，在以下的說明中，將封裝體2的長度方向設為X軸方向，將封裝體2的寬度方向設為Y軸方向，將封裝體2的高度方向設為Z軸方向。
[0043]光檢測基板30A在封裝體2內被固定在底壁2a上。幹涉濾光部20A經由第I耦合層3而被接合於光檢測基板30A上。第I耦合層3在幹涉濾光部20A和光檢測基板30A之間，使從幹涉濾光部20A向光檢測基板30A行進的光透過。在幹涉濾光部20A上形成有保護膜5。作為一個例子，第I耦合層3為通過作為原料氣體使用了 TEOS(TetraethylOrthosilicate (原娃酸四乙酯)，Tetraethoxysilane (正娃酸乙脂))的成膜處理形成的矽氧化膜，其厚度為數十nm?數十μπι左右。另外，保護膜5由S12等構成，其厚度為數十nm?數十μ m左右。
[0044]光檢測基板30A為具有以X軸方向為長邊方向且以Z軸方向為厚度方向的矩形板狀的半導體基板31的半導體受光元件。在半導體基板31中在包含一側的表面31a的部分形成有受光部32。受光部32為在Y軸方向上延伸的線狀的光電二極體沿X軸方向一維排列而成的光電二極體陣列。受光部32具有透過了幹涉濾光部20A的光進行入射的受光面32a，光檢測基板30A被構成為對入射到受光面32a的光進行檢測。作為一個例子，半導體基板31的厚度為數十μ m?數百μπι左右。另外，受光部32的X軸方向的長度為百μπι?數十mm左右,受光部32的Y軸方向的寬度為數μπι?數十mm左右。此外,光檢測基板30A也可以為其它的半導體受光元件(C-MOS圖像傳感器、CCD圖像傳感器、紅外線圖像傳感器坐^
寸/ ο
[0045]在半導體基板31的表面3Ia形成有用於對受光部32輸入輸出電信號的配線33的墊片(pad)部33a。再有，在半導體基板31的表面31a以覆蓋受光部32和配線33的方式形成有反射防止膜34，在反射防止膜34上形成有幹涉濾光部20A側的表面通過CMP (ChemicalMechanical Polishing(化學機械拋光))而被平坦化了的平坦化層35。反射防止膜34在幹渉濾光部20A和光檢測基板30A之間防止入射到受光面32a的光的反射。作為一個例子，反射防止膜34為由Al203、Ti02、Ta205、Si02、SiN、MgF2等構成的單層膜或者層疊膜，其厚度為數十nm?數十μπι左右。另外，平坦化層35由S12等構成，其厚度為數十nm?數十U m左右ο
[0046]幹涉濾光部20A具有腔(cavity)層21以及隔著腔層21相對的第I以及第2鏡層22、23。幹涉濾光部20A是根據入射位置選擇性地使規定的波長範圍的光從第I鏡層22側透過至第2鏡層23側的LVF(Linear Variable Filter (線性可變濾光器))。作為一個例子，腔層21為通過矽的熱氧化處理而形成的矽氧化膜(S12膜)，其厚度為數十nm?數十 μπι 左右。另外，各鏡層 22,23 為由 S1、Ge、SiN、Si02、Ti02、Ta205、Nb2O5'Al2O3'MgF2 等的電介質多層膜構成的DBR(Distributed Bragg Reflector (分布布拉格反射))層,其厚度為數十nm?數十μ m左右。
[0047]如圖1和圖2所示，幹涉濾光部20A包括第I濾光區域24以及第2濾光區域25。第I濾光區域24在從Z軸方向(與受光面32a垂直的方向)觀察的情況下，與光檢測基板30的受光面32a對應。S卩，第I濾光區域24和受光面32a形成為在從Z軸方向觀察的情況下它們的一方包含另一方(包括X軸方向的長度和Y軸方向的寬度的至少一方相互相等的情況)。在從Z軸方向觀察的情況下，第2濾光區域25以環狀(在此，矩形環狀)包圍第I濾光區域24。
[0048]如圖1所示，第I濾光區域24中的腔層21的表面21a與XY平面平行。另一方面，第I濾光區域24中的腔層21的背面21b以X軸方向上的背面21b的一端21c與X軸方向上的背面21b的另一端21d相比更接近包含受光面32a的平面(例如，半導體基板31的表面31a)的方式相對於XY平面傾斜。作為一個例子，第I濾光區域24中的腔層21的厚度朝向X軸方向上的一側在數十nm?數μπι左右的範圍內逐漸增加。
[0049]第2濾光區域25中的腔層21的表面21a和背面21b與XY平面平行。從包含受光面32a的平面至第2濾光區域25中的腔層21的表面21a為止的Z軸方向上的距離(以下，在單單稱為「距離」的情況下是指「Z軸方向上的距離」)，與從包含受光面32a的平面至第I濾光區域24中的腔層21的表面21a為止的距離相等。另一方面，從包含受光面32a的平面至第2濾光區域25中的腔層21的背面21b為止的距離，與從包含受光面32a的平面至第I濾光區域24中的腔層21的背面21b的另一端21d為止的距離相等。
[0050]如以上所述，腔層21遍及第I濾光區域24和第2濾光區域25，連續地形成。再有，第I濾光區域24和第2濾光區域25中的腔層21的表面21a成為同一面。另一方面，在第I濾光區域24中的腔層21的背面21b與第2濾光區域25中的腔層21的背面21b之間形成有具有在一端21c成為最大且在另一端21d成為最小(在此為O)的高度的臺階差。此外，在另一端21d的腔層21的厚度為500nm左右。
[0051]另外，第I鏡層22遍及第I濾光區域24和第2濾光區域25連續地形成在腔層21的表面21a。另一方面，第2鏡層23遍及第I濾光區域24和第2濾光區域25連續地形成在腔層21的背面21b和臺階差的縱面(立起面)。再有，在第I濾光區域24中，第I鏡層22和第2鏡層23之間的距離進行變化。另外，在第2濾光區域25中，第I鏡層22和第2鏡層23之間的距離固定。
[0052]如圖1和圖2所示，光檢測基板30A所具有的配線33的墊片部33a以從Z軸方向觀察時包含於第2濾光區域25的方式在半導體基板31的表面31a上被形成多個。更具體來說，墊片部33a在X軸方向上的表面31a的兩端區域的各個沿Y軸方向被並列設置有多個。如圖1和圖3所示,在第2濾光區域25，針對各墊片部33a形成有多個用於使墊片部33a露出至外部的貫通孔6。各貫通孔6沿Z軸方向貫通反射防止膜34、平坦化層35、第I耦合層3、第2濾光區域25 (即，腔層21以及第I和第2鏡層22、23)、以及保護膜5，使墊片部33a的一部分(也可以為全部)露出至外部。此外，在圖1和圖3中，縱橫比不同，但這是為了在圖1中強調各層的厚度，與圖1相比圖3更接近實際的縱橫比。此外，在圖1?圖3的結構中，反射防止膜34的開口邊緣與其它的層(平坦化層35、第I耦合層3、第2濾光區域25以及保護膜5)的開口邊緣相比更位於外側，但在從Z軸方向觀察的情況下，反射防止膜34的開口邊緣也可以處於與其它的層的開口邊緣相同的位置。
[0053]在各墊片部33a，經由貫通孔6而連接有電線(wire) 7。作為一個例子，電線7由Au構成,其一端的珠(ball)部7a —邊被賦予超聲波振動一邊被熱壓接到墊片部33a的表面。為了防止由於珠部7a的接觸而對第2濾光區域25等造成損傷，在貫通孔6的內面和珠部7a之間設置有間隙。電線7的另一端經由封裝體2的底壁2a而與設置在底壁2a的外面的安裝用的墊片部8連接。
[0054]如圖1和圖4所示，在幹涉濾光部20A，在Y軸方向上延伸的隔板15沿著X軸方向一維地排列。隔板15具有光吸收性、光反射性或者遮光性，在從Z軸方向觀察的情況下，將幹涉濾光部20A的第I濾光區域24光學性地分離。作為一個例子，隔板15由W、Al、Cu、S1、光吸收性樹脂等構成。另外，各隔板15的X軸方向上的寬度為數μπι?數十μπι左右，各隔板15的Z軸方向上的高度為Iym?數百μ m左右，各隔板15的截面(與ZX平面平行的截面)的縱橫(aspect)比為I?數百左右。
[0055]在從Z軸方向觀察的情況下，各隔板15以橫穿過光檢測基板30A的受光面32a的方式延伸。如果如上所述以橫穿過受光面32a的方式延伸，則各隔板15可以到達分光傳感器IA的側面，也可以不到達分光傳感器IA的側面。各隔板15從腔層21經由第I鏡層22而到達保護膜5的表面5a。另一方面，各隔板15從腔層21經由第2鏡層23和第I耦合層3而到達平坦化層35的中途。再有，各隔板15的與受光面32a相反側的端部15a和受光面32a之間的距離固定。同樣，各隔板15的受光面32a側的端部15b和受光面32a之間的距離固定。此外，各隔板15的端部15b也可以位於反射防止膜34的背面34b和受光面32a的界面。
[0056]在如以上所述構成的分光傳感器IA中，如果光經由封裝體2的開口而入射到封裝體2內，則該光透過保護膜5併入射到幹涉濾光部20A的第I濾光區域24，根據入射位置使規定的波長範圍的光選擇性地透過。然後，透過了第I濾光區域24的光透過第I耦合層3、平坦化層35和反射防止膜34，入射到光檢測基板30A的受光面32a。此時，入射到光檢測基板30A的受光部32的各通道的光的波長，根據入射位置上的腔層21的厚度以及第I和第2鏡層22、23的材料和厚度，被唯一決定。由此，光檢測基板30A中，在受光部32的每個通道檢測不同的波長的光。
[0057]如以上說明的那樣，在分光傳感器IA中，在從Z軸方向觀察的情況下，幹涉濾光部20A的第I濾光區域24由隔板15而被光學性地分離，隔板15從腔層21到達第I和第2鏡層22、23的雙方。由此，例如，即使不與隔板15分開地採用用於限制入射到幹涉濾光部20A的光的入射角的結構，也能夠抑制在腔層21中光向X軸方向的傳播，所以，能夠充分地謀求幹渉濾光部20A中的光的串擾的抑制。再有，隔板15到達第2鏡層23，所以，能夠抑制第2鏡層23和光檢測基板30A的受光面32a之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生。而且，通過隔板15限制入射到光檢測基板30A的受光面32a的光的入射角，所以，能夠使光精度良好地入射到與幹涉濾光部20A的入射位置對應的受光面32a的規定的位置。因此，根據分光傳感器1A，能夠謀求濾光特性的提高。另外，通過限制入射角，入射到幹涉濾光部20A的光接近準直光，因此,能夠使幹涉濾光部20A的透過特性進一步敏銳(sharp)。
[0058]另外，在分光傳感器IA中，例如，在與隔板15分開地採用用於限制入射到幹涉濾光部20A的光的入射角的結構的情況下，能夠抑制在腔層21中光向X軸方向的傳播。所以，不需要與隔板15分開地採用用於限制入射到幹涉濾光部20A的光的入射角的結構，能夠謀求分光傳感器IA的薄型化和低成本化。
[0059]另外，隔板15經由第2鏡層23而到達第I耦合層3 (在分光傳感器IA中，到達光檢測基板30A的受光面32a上)。由此，能夠抑制第2鏡層23和受光面32a之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，除此之外，通過隔板15更進一步限制入射到受光面32a的光的入射角，所以，能夠使光更加精度良好地入射到與幹涉濾光部20A的入射位置對應的受光面32a的規定的位置。
[0060]另外，第I鏡層22和第2鏡層23之間的距離進行變化，相對於此，隔板15的端部15a和光檢測基板30A的受光面32a之間的距離、以及隔板15的端部15b和光檢測基板30A的受光面32a之間的距離分別固定。由此，能夠謀求用於限制光的入射角的隔板15的準直特性的均勻化。
[0061]另外，在從Z軸方向觀察的情況下，隔板15以橫穿過光檢測基板30A的受光面32a的方式延伸。由此，能夠在受光面32a的整個區域中檢測被適當地分光了的光(即，波長範圍狹窄且雜散光成分少的光)。
[0062]另外，在幹涉濾光部20A和光檢測基板30A之間，配置有防止入射到光檢測基板30A的受光面32a的光的反射的反射防止膜34。該結構也有助於第2鏡層23和受光面32a之間的光的多重反射和幹渉所弓I起的雜散光的產生的抑制、以及濾光特性的提高。
[0063]在此，對由隔板15得到的光的入射角的限制進行說明。如圖4所示，將相鄰的隔板15、15間的距離設為d，將隔板15的高度設為h時，能夠通過相鄰的隔板15、15間的光的入射角Θ (在ZX平面內的入射角)的最大值由下述式(I)表示。由此，能夠根據能夠容許的入射角Θ的最大值，設定隔板15的縱橫比等。
[0064]Θ = 90。-tan-1 (h/d) = tarf1 (d/h) *..(1)
[0065]此外，隔板15，可以如圖5的(a)所示形成為在光檢測基板30A的受光部32中與相鄰的像素37、37間的區域對應，也可以如圖5的(b)所示形成為在除了該區域之外，至少一個與各像素37對應。在圖5的(a)的情況下，能夠抑制受光部32中的受光靈敏度降低。另一方面，在圖5的(b)的情況下，相鄰的隔板15、15間的距離變小，所以即使減小隔板15的高度，也能夠抑制能夠通過相鄰的隔板15、15間的光的入射角的最大值變大(參照上述式⑴)。
[0066]接著，對上述的分光傳感器IA的製造方法進行說明。此外，以下的各工序，可以使用形成有多個與分光傳感器IA對應的部件的晶片進行實施，在該情況下，最後，按分光傳感器IA對晶片進行切割，並單片化成接合有幹涉濾光部20A的光檢測基板30A。
[0067]首先，如圖6的(a)所不,對娃基板50的一個主面50a和另一個主面50b實施熱氧化處理，在由矽構成的處理基板51的一個主面51a和另一個主面51b形成矽氧化膜52，將在處理基板51的一個主面51a或另一個主面51b形成的矽氧化膜52作為表面層53。在此，將在處理基板51的一個主面51a形成的矽氧化膜52作為表面層53。
[0068]接著，如圖6的(b)所示，在表面層53上塗布抗蝕劑層54，如圖7的(a)所示，為了通過蝕刻形成腔層21而對抗蝕劑層54進行圖案化。接著，如圖7的(b)所示，以抗蝕劑層54為掩膜，通過對設置在處理基板51上的表面層53進行蝕刻(回蝕)，從而形成腔層21。
[0069]接著，如圖8的(a)所示，在腔層21上形成第2鏡層23。在形成第2鏡層23時，通過離子鍍法、蒸鍍法、濺射法等進行成膜。另外，根據需要，利用光刻和剝離、或者蝕刻進行圖案化。接著，如圖8的(b)所示，以覆蓋第2鏡層23的方式形成矽氧化膜，通過CMP使其表面平坦化而形成第I耦合層3。
[0070]接著，如圖9的(a)所示，在光檢測基板30A的平坦化層35的表面上直接鍵合(表面活性化接合等)第I耦合層3的表面。接著，如圖9的(b)所示，通過實施研削、研磨、蝕刻等，將矽氧化膜52和處理基板51除去。
[0071]接著，如圖10的(a)所示，在通過將處理基板51除去而露出的腔層21上，通過與第2鏡層23同樣的方法形成第I鏡層22。由此，第I鏡層22和第2鏡層23隔著腔層21而相對，形成幹涉濾光部20A。接著，如圖10的(b)所示，在第I鏡層22上形成保護膜5。
[0072]接著，如圖11的(a)所示，對光檢測基板30A的與墊片部33a對應的部分和應形成隔板15的部分實施蝕刻，從而形成貫通孔6和狹縫16。此時，保護膜5的表面也被蝕刻，但通過假設這些來設定保護膜5的厚度，從而能夠防止第I鏡層22等由於蝕刻而受到損傷。
[0073]接著，如圖11的(b)所示，將光吸收性、光反射性或者遮光性的材料填充到狹縫16內來形成隔板15，根據需要通過CMP對保護膜5的表面和隔板15的端部進行平坦化。此夕卜，也可以通過將光吸收性、光反射性或者遮光性的材料塗敷在狹縫16的內面來形成隔板15。
[0074]接著，如圖1所示，將接合有幹涉濾光部20A的光檢測基板30A固定在封裝體2的底壁2a。接著，經由貫通孔6將電線7的一端連接於墊片部33a，並且經由封裝體2的底壁2a將電線7的另一端連接於墊片部8，獲得分光傳感器1A。
[0075]此外，在第I實施方式的分光傳感器IA中，如圖12所示，在封裝體2的開口也可以安裝光透過基板11。作為一個例子，光透過基板11由玻璃等構成，其厚度為數百μπι?數mm左右。另外，在光透過基板11的表面Ila或背面Ilb的至少一方也可以形成光學濾光層4。作為一個例子，光學濾光層4是電介質多層膜或有機彩色濾光器(彩色抗蝕劑)，其厚度為數十nm?數十μπι左右。再有,作為光透過基板11的材料,也可以使用使規定的波長範圍的光透過的有色玻璃或濾波器玻璃。
[0076]另外，如圖13所示，形成有光學濾光層4的光透過基板11也可以通過光學樹脂材料17而被接合於保護膜5上。再有，在光檢測基板30Α和幹涉濾光部20Α與封裝體2的側壁的內面之間也可以填充有光吸收性的樹脂材料12。根據該結構，能夠更加可靠地防止噪聲光進入到第I濾光區域24內。另外，在分光傳感器IA的所有的方式中，也可以不形成保護膜5。
[0077]此外，封裝體2也可以不具備側壁，例如也可以為在PC基板等之上安裝光檢測基板30Α,使用光透過樹脂等並通過壓鑄模密封的SMD (Surface Mount Device (表面安裝裝置))封裝體的方式。
[0078][第2實施方式]
[0079]如圖14所示，第2實施方式的分光傳感器1B，主要在構成為CSP(Chip SizePackage (晶片尺寸封裝))的方面，與構成為SMD的第I實施方式的分光傳感器IA不同。下面，以與第I實施方式的分光傳感器IA的不同點為中心，對第2實施方式的分光傳感器IB進行說明。
[0080]在分光傳感器IB中，光檢測基板30B的受光部32在半導體基板31上被形成在包含表面31A的部分。在半導體基板31,作為用於對受光部32輸入輸出電信號的配線33,形成有表面配線33b、貫通配線33c和背面配線33d，在背面配線33d，設置有表面安裝用的凸塊電極36。
[0081]在分光傳感器IB中，幹涉濾光部20B經由第I耦合層3而被形成在光檢測基板30B的反射防止膜34上。幹涉濾光部20B具有腔層21以及隔著腔層21相對的第I和第2鏡層22、23。幹涉濾光部20B是根據入射位置選擇性地使規定的波長範圍的光從第I鏡層22側透過至第2鏡層23側的LVF。
[0082]幹涉濾光部20B具有第I濾光區域24和第2濾光區域25。在從Z軸方向觀察的情況下，第I濾光區域24與光檢測基板30B的受光面32a對應。在從Z軸方向觀察的情況下，第2濾光區域25以環狀包圍第I濾光區域24。
[0083]第I濾光區域24中的腔層21的表面21a以X軸方向上的表面21a的一端21e與X軸方向上的表面21a的另一端21f相比更加從包含受光面32a的平面離開的方式相對於XY平面傾斜。另一方面，第I濾光區域24中的腔層21的背面21b與XY平面平行。
[0084]第2濾光區域25中的腔層21的表面21a和背面21b與XY平面平行。從包含受光面32a的平面至第2濾光區域25中的腔層21的表面21a為止的距離，與從包含受光面32a的平面至第I濾光區域24中的腔層21的表面21a的另一端21f為止的距離相等。另一方面，從包含受光面32a的平面至第2濾光區域25中的腔層21的背面21b為止的距離，與從包含受光面32a的平面至第I濾光區域24中的腔層21的背面21b為止的距離相等。
[0085]如以上所述，腔層21遍及第I濾光區域24和第2濾光區域25連續地形成。再有，在第I濾光區域24中的腔層21的表面21a與第2濾光區域25中的腔層21的表面21a之間，形成有具有在一端21e成為最大且在另一端21f成為最小(在此為O)的高度的臺階差。另一方面，第I濾光區域24和第2濾光區域256中的腔層21的背面21b成為同一面。
[0086]另外，第I鏡層22遍及第I濾光區域24和第2濾光區域25連續地形成在腔層21的表面21a和臺階差的縱面。另一方面，第2鏡層23遍及第I濾光區域24和第2濾光區域25連續地形成在腔層21的背面21b。再有，在第I濾光區域24中，第I鏡層22和第2鏡層23之間的距離進行變化。另外，在第2濾光區域25中，第I鏡層22和第2鏡層23之間的距離固定。
[0087]在分光傳感器IB中，在背面Ilb形成有光學濾光層4的光透過基板11經由第2耦合層9而被接合於幹涉濾光部20B上。光透過基板11使入射到幹涉濾光部20B的光透過。第2耦合層9在光透過基板11和幹涉濾光部20B之間，使從光透過基板11向幹涉濾光部20B行進的光透過。第2耦合層9由與腔層21相同的材料構成。作為一個例子，第2耦合層9為通過作為原料氣體使用了 TEOS的成膜處理形成的矽氧化膜，其厚度為數十nm?數十μ m左右。
[0088]在分光傳感器IB中，各隔板15從腔層21經由第I鏡層22而到達第2耦合層9內。另一方面，各隔板15從腔層21經由第2鏡層23而到達第I耦合層3的背面(受光面32a側的表面)(即，反射防止膜34上)。再有，各隔板15的端部15a和受光面32a之間的距離固定。同樣，各隔板15的端部15b和受光面32a之間的距離固定。
[0089]在如以上所述構成的分光傳感器IB中，如果光入射到光透過基板11，則在透過了光透過基板11的光中僅應入射到幹涉濾光部20B的第I濾光區域24的規定的波長範圍的光被光學濾光層4透過。透過了光學濾光層4的光透過第2耦合層9而入射到第I濾光區域24，根據入射位置選擇性地透過規定的波長範圍的光。然後，透過了第I濾光區域24的光，透過第I耦合層3和反射防止膜34，入射到光檢測基板30B的受光面32a。此時，入射到光檢測基板30B的受光部32的各通道的光的波長，根據入射位置上的腔層21的厚度以及第I和第2鏡層22、23的材料和厚度，被唯一決定。由此，光檢測基板30B中，在受光部32的每個通道檢測不同的波長的光。
[0090]如以上說明的那樣，在分光傳感器IB中，在從Z軸方向觀察的情況下，幹涉濾光部20B的第I濾光區域24由隔板15而被光學性地分離，隔板15從腔層21到達第I和第2鏡層22、23的雙方。因此，根據分光傳感器1B，與上述的分光傳感器IA同樣能夠謀求濾光特性的提聞。
[0091]另外，在分光傳感器IB中，隔板15經由第I鏡層22而到達配置在光透過基板11和幹涉濾光部20B之間的第2耦合層9。由此，通過隔板15限制入射到幹涉濾光部20B的光的入射角，所以，能夠更加充分地謀求幹涉濾光部20B中的光的串擾的抑制。另外，如果入射到幹涉濾光部20B的光的入射角被限制，則通過幹涉濾光部20B的光接近準直光，因此，能夠使幹涉濾光部20B的透過特性進一步敏銳。
[0092]另外，在分光傳感器IB中，腔層21和第2耦合層9由相同材料構成。由此，能夠容易地實現腔層21和第2耦合層9的層疊工序。另外，在例如通過乾式蝕刻設置隔板15的情況下，能夠使蝕刻氣體等的條件相同，因此，能夠實現形狀精度高的隔板15。另外，折射率相同，所以也能夠獲得穩定的濾光特性。再有，能夠謀求用於限制光的入射角的隔板15的準直特性的均勻化。
[0093]此外，在第2實施方式的分光傳感器IB中，也可以如圖15所示使用背面入射型的光檢測基板30C。在背面入射型的光檢測基板30C中，受光部32在半導體基板31中被形成於包含背面31b的部分，受光部32中的與受光面32a相反側的表面被遮光。作為用於對受光部32輸入輸出電信號的配線33，形成有背面配線33e，在背面配線33e設置有表面安裝用的凸塊電極36。這樣，如果使用背面入射型的光檢測基板30C，則不需要貫通電極等，所以，能夠謀求分光傳感器IB的低成本化。
[0094]最後，參照圖16，對第I和第2實施方式的分光傳感器1A、1B的效果進行說明。圖16是表示對分光傳感器照射820nm、860nm、900nm、940nm、980nm的亮線時的光的波長和從分光傳感器輸出的信號強度的關係的圖表，(a)為第I和第2的實施方式的分光傳感器1A、IB, (b)為從第I和第2實施方式的分光傳感器1A、1B除去了隔板15後的分光傳感器(下面，稱為「無隔板的分光傳感器」)。如圖16的(a)和(b)所示，在第I和第2實施方式的分光傳感器1A、1B中，與無隔板的分光傳感器相比，被分光的光的波長範圍變狹窄。這是因為，通過隔板15抑制了幹涉濾光部20A、20B中的光的串擾，實現了狹窄頻段的濾光透過特性。另外，在第I和第2實施方式的分光傳感器1A、1B中，與無隔板的分光傳感器相比,雜散光成分變少。這是因為，除了通過隔板15抑制了幹涉濾光部20A、20B中的光的串擾之外，還抑制了第2鏡層23和光檢測基板30A、30B的受光面32a之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生。
[0095]以上，對本發明的第I和第2實施方式進行了說明，但本發明並不限定於上述的第I和第2實施方式。例如，分光傳感器的各構成部件的材料和形狀不限定於上述的材料和形狀，能夠應用各種材料和形狀。作為其一個例子，腔層的材料也可以為由Ti02、Ta2O5, SiN、S1、Ge、Al203、光透過性樹脂構成的材料等。第I和第2鏡層的材料也可以為由Al、Au、Ag等構成的厚度為數nm?數μ m的金屬膜。第I和第2耦合層的材料也可以為光透過性樹脂等。另外，分光傳感器的各構成部件的尺寸也是一個例子。另外，本發明和本實施方式中，所謂「固定」，是指不僅包括完全固定的情況而且也包含在製造誤差等的範圍內大致固定的情況。對於「相同」、「平行」、「垂直」、「相等」、「同一面」等也相同。
[0096]另外，在幹涉濾光部的第I濾光區域中，腔層的厚度可以二維地變化(不僅在X軸方向上也在Y軸方向上變化)，或者也可以階段狀地變化。另外，光檢測基板不限定於一維傳感器，也可以為二維傳感器。另外，利用隔板的幹渉濾光部的光學性的分離，在從Z軸方向觀察的情況下，也可以為二維的光學性的分離。例如，隔板不僅在Y軸方向上而且在X軸方向上延伸，隔板作為整體也可以成為格子狀。
[0097]另外，在從與光檢測基板的受光面交叉的規定的方向觀察的情況下，隔板可以將幹涉濾光部光學性地分離。但是，在從與受光面垂直的方向觀察的情況下，如果採用將幹涉濾光部光學性地分離的隔板，則能夠使分光傳感器的構造簡化。另外，隔板不限定於從腔層到達第I和第2鏡層的雙方的隔板。即，隔板可以從腔層到達第I和第2鏡層的至少一方。在該情況下，也能夠充分地謀求幹涉濾光部中的光的串擾的抑制，並且能夠使光精度良好地入射到與幹涉濾光部的入射位置對應的光檢測基板的受光面的規定的位置，能夠謀求濾光特性的提高。但是，如果隔板從腔層至少到達第2鏡層，則能夠抑制第2鏡層和光檢測基板的受光面之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，能夠謀求濾光特性的進一步的提聞。
[0098]此外，隔板可以在與受光面垂直的方向上將腔層的至少一部分分離。另外，到達第I鏡層的隔板，可以在與受光面垂直的方向上將第I鏡層的至少一部分分離。同樣，到達第2鏡層的隔板，可以在與受光面垂直的方向上將第2鏡層的至少一部分分離。
[0099]另外，替代反射防止膜，也可以在光檢測基板的幹涉濾光部側的表面實施防止入射到受光面的光的反射的反射防止處理。作為反射防止處理的一個例子，存在黑矽加工等的粗面化處理或納米柱構造。在該情況下，也能夠抑制第2鏡層和光檢測基板的受光面之間的光的多重反射和幹渉所引起的雜散光的產生，能夠實現濾光特性的進一步的提高。
[0100]另外，幹涉濾光部也可以具有多個第I濾光區域。在該情況下，第2濾光區域可以以針對一個第I濾光區域包圍該一個第I濾光區域的方式形成，或者，也可以以針對多個第I濾光區域包圍該多個第I濾光區域的方式形成。
[0101]另外，對於光檢測基板和幹涉濾光部的接合而言，也可以應用利用光學樹脂材料進行的接合或分光傳感器的外緣部中的接合。利用光學樹脂材料進行的接合中，作為光學樹脂材的材料，能夠使用環氧類、丙烯酸類、矽酮類的有機材料、或者由有機無機構成的混合材料等的光學樹脂。另外，分光傳感器的外緣部中的接合中，能夠通過間隔器(spacer)保持縫隙並通過低融點玻璃或焊料等進行接合。在該情況下，被接合部包圍的區域可以為空氣縫隙，或者，也可以在該區域填充光學樹脂材料。
[0102]產業上的可利用性
[0103]根據本發明，能夠提供一種能夠謀求濾光特性的提高的分光傳感器。
[0104]符號的說明
[0105]1A、IB…分光傳感器，3...第I耦合層，9…第2耦合層，11…光透過基板，15…隔板，15a、1513...端部,2(^、201^..幹涉濾光部,2]^..腔層,22...第I鏡層，23…第2鏡層,30A、30B,
30C...光檢測基板,32a...受光面,34...反射防止膜。
【權利要求】
1.一種分光傳感器，其特徵在於， 包括: 幹涉濾光部，其具有腔層以及隔著所述腔層相對的第1和第2鏡層，根據入射位置選擇性地使規定的波長範圍的光從所述第1鏡層側透過至所述第2鏡層側； 光檢測基板，其具有透過了所述幹涉濾光部的光進行入射的受光面，對入射到所述受光面的光進行檢測；以及 隔板，其從所述腔層到達所述第1和所述第2鏡層的至少一方，在從與所述受光面交叉的規定的方向觀察的情況下將所述幹涉濾光部光學性地分離。
2.如權利要求1所述的分光傳感器，其特徵在於， 所述隔板從所述腔層至少到達所述第2鏡層。
3.如權利要求2所述的分光傳感器，其特徵在於， 所述隔板從所述腔層到達所述第1和所述第2鏡層的雙方。
4.如權利要求1?3中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於， 還具備: 第1耦合層，其配置在所述幹涉濾光部和所述光檢測基板之間，使從所述幹涉濾光部行進至所述光檢測基板的光透過， 所述隔板經由所述第2鏡層而到達所述第1耦合層。
5.如權利要求1?4中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於， 還具備: 光透過基板，使入射到所述幹涉濾光部的光透過；以及 第2耦合層，配置在所述光透過基板和所述幹涉濾光部之間，使從所述光透過基板行進至所述幹涉濾光部的光透過， 所述隔板經由所述第1鏡層而到達所述第2耦合層。
6.如權利要求5所述的分光傳感器，其特徵在於， 所述腔層和所述第2耦合層由相同材料構成。
7.如權利要求1?6中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於， 所述第1鏡層和所述第2鏡層之間的所述規定的方向上的距離變化， 所述隔板的所述受光面側的端部和所述受光面之間的所述規定的方向上的距離固定，所述隔板的與所述受光面相反側的端部和所述受光面之間的所述規定的方向上的距尚固定。
8.如權利要求1?7中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於， 在從所述規定的方向觀察的情況下，所述隔板以橫穿過所述受光面的方式延伸。
9.如權利要求1?8中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於， 還具備: 反射防止膜，其配置在所述幹涉濾光部和所述光檢測基板之間，防止入射到所述受光面的光的反射。
10.如權利要求1?8中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於， 在所述光檢測基板的所述幹涉濾光部側的表面上實施防止入射到所述受光面的光的反射的反射防止處理。
11.如權利要求1?10中任一項所述的分光傳感器,其特徵在於，所述規定的方向為與所述受光面垂直的方向。
【文檔編號】G01J3/26GK104303032SQ201380023122
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年5月8日 優先權日:2012年5月18日
【發明者】柴山勝己, 笠原隆 申請人:浜松光子學株式會社