螢光傳感器和感應系統的製作方法

2023-12-06 13:25:51

螢光傳感器和感應系統的製作方法
【專利摘要】螢光傳感器(30)包括：檢測基板部(11)，其在貫通第1主面(11SA)和第2主面(11SB)的貫通孔(21)的壁面(22)上形成有將螢光轉換為電信號的PD元件(12)；指示劑(17)，其配設於貫通孔(21)的內部，當接收到上述激發光時，產生強度與被分析物的濃度相應的螢光；濾光層(14)，其覆蓋PD元件(12)，允許螢光透過並阻截激發光；遮光層(18)，其覆蓋貫通孔(21)的第1主面(11SA)的開口，能供被分析物通過；LED晶片(15)，其覆蓋貫通孔(21)的第2主面(11SB)的開口的正下方區域，產生激發光。
【專利說明】螢光傳感器和感應系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及測量液體中的被分析物的濃度的螢光傳感器和具有上述螢光傳感器 的感應系統，特別是涉及使用半導體製造技術和MEMS技術製作而成的作為微型螢光光度 計的螢光傳感器和具有上述螢光傳感器的感應系統。

【背景技術】
[0002] 人們開發出了用於測定液體中的被分析物即被測物質的濃度的各種分析裝置。例 如，公知有通過向透明容器中注入螢光色素和含有被分析物的被測溶液，然後照射激發光 並測量來自螢光色素的螢光強度而測量被分析物濃度的螢光光度計。螢光色素因被分析物 的存在而性質會發生變化，當受到激發光照射時，會產生強度與被分析物濃度對應的螢光。
[0003] 小型的螢光光度計具有光源、光檢測器和含有螢光色素的指示劑。並且，向被測溶 液中的被分析物能夠自由進出的指示劑照射來自光源的激發光，用光檢測器接收指示劑所 產生的突光。光檢測器為光電轉換兀件，根據光接收強度輸出電信號。基於來自光檢測器 的電信號計算溶液中的被分析物濃度。
[0004] 近年來，為了測量微量試樣中的被分析物，提出了使用半導體製造技術和MEMS技 術製作而成的微小螢光光度計。以下，將微小螢光光度計稱為"螢光傳感器"。
[0005] 例如，圖1及圖2所不的突光傳感器130公開於國際公開第2010/119916號小冊 子。作為螢光傳感器130的主功能部的感應部110具有矽基板111、濾光層114、發光元件 晶片115、透明保護層116、指示劑117和遮光層118,其中矽基板111上形成有光電轉換元 件112。被分析物2通過遮光層118進入指示劑117。螢光傳感器130的濾光層114阻截 激發光，並允許螢光透過。此外，發光元件晶片115允許螢光透過。
[0006] 在螢光傳感器130中，當發光元件晶片115所產生的激發光射入指示劑117時，指 示劑117產生與被分析物濃度相應的螢光。
[0007] 指不劑117所產生的突光的一部分通過發光兀件晶片115和濾光層114後射入光 電轉換元件112而被進行光電轉換。需要說明的是，發光元件晶片115朝光電轉換元件112 的方向（下方）射出的激發光經由濾光層114被減弱到與螢光強度相比在測量上不會出現 問題的程度。螢光傳感器130結構簡單，容易小型化。
[0008] 但是，螢光傳感器130隻能檢測指示劑117所射出的螢光中的朝向光電轉換元件 112的方向即下方射出的螢光。因此，螢光傳感器130雖然小型，但不容易獲得較高的檢測 靈敏度。
[0009] 本發明的實施方式其目的在於，提供一種小型且檢測感靈敏度高的螢光傳感器和 檢測靈敏度高的感應系統。


【發明內容】

[0010] 本發明的一技術方案的螢光傳感器包括：檢測基板部，其在貫通第1主面和第2 主面的貫通孔的壁面上形成有將螢光轉換為電信號的光電轉換元件；指示劑，其配設於上 述貫通孔的內部，當接收到激發光時，產生與被分析物的濃度相應的強度的上述螢光；濾光 層，其覆蓋上述光電轉換元件，允許上述螢光透過並阻截上述激發光；遮光層，其覆蓋上述 貫通孔的上述第1主面的開口，能供上述被分析物通過；發光元件晶片，其覆蓋上述貫通孔 的上述第2主面的開口的正下方區域，產生上述激發光。
[0011] 此外，本發明的另一技術方案的感應系統包括針型傳感器和運算部，該針型傳感 器在針尖端部具有感應部，該感應部包括：檢測基板部，其在貫通第1主面和第2主面的貫 通孔的壁面上形成有將螢光轉換為電信號的第1光電轉換元件，且在上述第2主面上形成 有第2光電轉換元件；指示劑，其配設於上述貫通孔的內部，其與被分析物發生反應，當接 收到激發光時，產生與上述被分析物的濃度相應的強度的上述螢光；遮光層，其覆蓋上述貫 通孔的上述第1主面的開口，能供上述被分析物通；發光元件晶片，其覆蓋上述第2主面的 上述開口的上述正下方區域和上述第2光電轉換元件的正下方區域，產生上述激發光；上 述運算部使用來自上述第2光電轉換元件的電信號修正來自上述光電轉換元件的電信號。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是表示現有的螢光傳感器的感應部的截面構造的說明圖。
[0013] 圖2是用於說明現有的螢光傳感器的感應部的構造的分解圖。
[0014] 圖3是用於說明具有第1實施方式的螢光傳感器的感應系統的說明圖。
[0015] 圖4是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的構造的感應部的分解圖。
[0016] 圖5是表示第1實施方式的螢光傳感器的感應部的截面構造的示意圖。
[0017] 圖6A是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0018] 圖6B是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0019] 圖6C是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0020] 圖6D是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0021] 圖6E是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0022] 圖6F是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0023] 圖6G是用於說明第1實施方式的螢光傳感器的製造方法的表示感應部的截面構 造的不意圖。
[0024] 圖7是表示第1實施方式的變形例的螢光傳感器的感應部的截面構造的示意圖。
[0025] 圖8是表示第2實施方式的螢光傳感器的感應部的截面構造的示意圖。

【具體實施方式】
[0026] 〈第1實施方式〉
[0027] 首先，說明本發明的第1實施方式的螢光傳感器30和感應系統1。如圖3所示，感 應系統1具有螢光傳感器30、主體部40和接收並存儲來自主體部40的信號的接收器45。 主體部40和接收器45之間的信號的發送接收通過無線或有線方式進行。
[0028] 螢光傳感器30由用於對被測體進行穿刺的針部34以及與針部34的後端部接合 的連接器部35構成。針部34具有細長的針主體部33和包含作為主要功能部的感應部10 的針尖端部32。針尖端部32、針主體部33、連接器部35可以由相同材料一體形成，也可以 分別製作再接合在一起。
[0029] 連接器部35以能夠自由裝卸的方式與主體部40的嵌合部41相嵌合。通過將連 接器部35與主體部40的嵌合部41機械嵌合，而使自螢光傳感器30的感應部10延伸設置 的多條布線51?54與主體部40電連接。
[0030] 螢光傳感器30是在將感應部10插入到體內之後，能夠持續規定期間例如一星期 地對被分析物濃度進行測定的針型傳感器。但是，也可以不將感應部10插入到體內，而是 使採取的體液或藉助體外流路與體內進行循環的體液在體外與感應部10接觸。
[0031] 主體部40具有對感應部10進行驅動和控制等的控制部42以及對自感應部10輸 出的信號進行處理的運算部43。控制部42和運算部43分別由CPU等運算電路構成，但也 可以是同一 CPU。需要說明的是，控制部42和運算部43中的至少一方也可以配設於螢光傳 感器30的連接器部35等上，還可以配設於接收器45上。
[0032] 雖然圖中未示出，但主體部40還具有用於在其與接收器45之間發送接收無線信 號的無線天線和電池等。在通過有線方式接收發送主體部40與接收器45之間的信號時， 主體部40替代無線天線而具有信號線。需要說明的是，在主體部40具有容量足夠的存儲 器部時，也可以不要接收器45。
[0033]
[0034] 接著，用圖4和圖5說明作為螢光傳感器30的主要功能部的感應部10的構造。需 要說明的是，附圖均是用於說明的示意圖，縱橫尺寸比等與實際情況不同，有時也省略了一 部分結構要素的圖示。此外，將圖4和圖5所示的Z軸方向稱為上方。
[0035] 螢光傳感器30具備檢測基板部11、濾光層14、指示劑17、遮光層18及作為發光元 件晶片的發光二極體（Light Emitting Diode :LED)晶片15作為主功能要素。
[0036] 在由矽等半導體構成的檢測基板部11上形成有貫通第1主面11SA和第2主面 11SB的貫通孔21。
[0037] 並且，在貫通孔21的壁面22上形成有作為將螢光轉換為電信號的光電轉換元件 的光電二極體（Photo Diode :PD)元件12。S卩，元件12以包圍配設於貫通孔21的內部 的指示劑17的方式設置，且以使光接收面朝向指示劑17的方式配設。元件12可以形成 於矩形的貫通孔21的全部四個壁面22上，也可以僅形成於一部分壁面22上。
[0038] 另一方面，在檢測基板部11的第2主面11SB上配設有用於輸出來自元件12 的檢測信號的檢測信號布線51、52。檢測信號布線51藉助與元件12的光接收部相同的 半導體雜質類型的低電阻區域12S和ro元件12的光接收部相連接，檢測信號布線52和與 檢測基板部11相同的半導體雜質類型的低電阻區域12H相連接。
[0039] 此外，在檢測基板部11的第2主面11SB上還配設有向LED晶片15的驅動信號電 極15A、15B供給驅動信號的驅動信號布線53、54。
[0040] 以覆蓋形成於壁面22上的ro元件12的方式配設透明的保護層16和濾光層14。 艮P，保護層16和濾光層14以覆蓋ro元件12的方式配設於ro元件12的光接收面側。濾 光層14阻截例如波長375nm的激發光，允許例如波長460nm的螢光透過。
[0041] 並且，在螢光傳感器30中，LED晶片15藉助透明的接合層13與檢測基板部11相 接合。並且，LED晶片15的俯視尺寸大於貫通孔21的第2主面11SB的開口尺寸。由此， LED晶片15將貫通孔21的第2主面11SB的開口的正下方區域完全覆蓋。換言之，貫通孔 21的底面由LED晶片15上的接合層13構成。
[0042] 接合層13也是覆蓋LED晶片15的表面和檢測基板部11的第2主面11SB的保護 層。作為接合層13,可以使用環氧樹脂、有機矽樹脂、透明的非晶氟樹脂等有機樹脂，或者矽 氧化膜、矽氮化膜等透明無機材料。接合層13從具備具有電絕緣性、具有防水性、對激發光 具有良好的透過率等特性的材料中進行選擇。
[0043] 需要說明的是，接合層13可以在貫通孔21的第2主面11SB的開口的正下方區域 具有開口。在該情況下，貫通孔21的底面成為LED晶片15的表面。並且，接合層13的材 料優選使用具有阻截激發光的材料。
[0044] 配設於貫通孔21的內部的指示劑17通過與逐漸進入的被分析物2間的相互作用 以及激發光，而產生強度與被分析物2的濃度相應的螢光。指示劑17的厚度為數10 μ m? 數ΙΟΟμπι左右。指示劑17由含有產生強度與進入到內部的被分析物2的量即被測溶液中 的被分析物濃度相應的螢光的螢光色素的基質材料構成。
[0045] 覆蓋貫通孔21的第1主面11SA的開口的遮光層18其厚度為數10 μ m左右。遮 光層18防止激發光和螢光向外部漏光，同時防止外部光進入到內部。此外，遮光層18也具 有不妨礙被分析物2通過的被分析物透過性。
[0046] 以覆蓋LED晶片15的底面（下表面）及側面的方式配設的漏光防止層19防止自 底面和側面射出的激發光以及經由檢測基板部11的第2主面11SB反射的激發光向外部漏 光。即，漏光防止層19具有與遮光層18類似的功能，但不需要被分析物透過性。
[0047]
[0048] 接著，用圖6A?圖6G說明螢光傳感器30的製造方法。需要說明的是，圖6A?圖 6G是一個螢光傳感器30的感應部10的區域的局部剖視圖，但在實際工序中，作為晶圓工藝 一次製作多個螢光傳感器30的感應部10。
[0049] 首先，如圖6A所示，利用通常的半導體工藝，通過雜質注入處理，在矽晶圓（檢測 基板）liw的第2主面11SB上形成輸出來自ro元件12的檢測信號的低電阻區域12S、12H。
[0050] 即，低電阻區域12S通過導入與ro元件12的光接收部相同的半導體雜質類型的 雜質而形成，低電阻區域12H通過導入與矽晶圓11相同的半導體雜質類型的雜質而形成。 例如，在ro元件的光接收部為p型半導體時，低電阻區域12S通過導入硼而形成，低電阻區 域12H通過導入磷或砷等而形成。
[0051] 為了在表面形成ro元件12,檢測基板部11的材料優選單晶矽，但也可以是玻璃或 陶瓷等。在由玻璃等構成檢測基板部的情況下，通過在貫通孔21的壁面22成膜有機矽聚 合物（poly silicone)等的半導體層而形成光電轉換元件。
[0052] 作為光電轉換元件，也可以是光敏電阻（光電導體）元件或光電電晶體（Photo Transistor)兀件等。
[0053] 接著，如圖6B所示，隔著在貫通孔形成部具有開口的掩模層71，自第2主面11SB 側對矽晶圓11W進行蝕刻，從而形成貫通孔21。蝕刻可以使用公知的各種方法。低電阻區 域12S除了與檢測信號布線51連接的區域以外都通過蝕刻除去。
[0054] 貫通孔21的截面的形狀及大小根據螢光傳感器30的規格來設計。為了將感應部 10的配設部位設在針尖端部32,貫通孔21的截面的大小例如為縱150 μ m、橫500 μ m那樣 細長的形狀。另一方面，貫通孔21的截面的形狀（俯視形狀）可以為多邊形、圓形或橢圓 形等，但從開口效率大、容易加工的層面考慮，優選為矩形。
[0055] 接著，如圖6C所示，在貫通孔21的壁面22形成作為光接收部的元件12。艮P， 使配設有貫通孔21形成區域成為開口的掩模層71的矽晶圓11W成為傾斜5?30度的狀 態，從至少四個方向進行離子注入處理。例如在矽晶圓11W為N型的情況下，以10?200keV 的加速電壓、1X1015?lXl〇16cnT2左右的注入量注入硼（B)。此時，在貫通孔21的壁面 22的表面也可以有10?100nm的薄的氧化物層。通過離子注入後的熱處理在壁面22形成 與低電阻區域12S相連接的元件12。在熱處理之後，除去掩模層71。
[0056] 然後，如圖6D所示，以覆蓋矽晶圓11W的貫通孔21的壁面22的元件12的方 式，通過CVD法等依次配設保護層16和濾光層14。
[0057] 保護層16是矽氧化層或矽氮化層等無機絕緣層的單層膜，或者是層疊上述單層 膜而成的多層層。作為保護層16,可以使用螢光透過率高的矽氧化層、矽氮化層、由矽氧化 層和氮化層構成的複合層疊層、矽酮樹脂層或透明無定形氟樹脂層。
[0058] 濾光層14可以是多重幹涉型的濾光層，優選吸收型的濾光層，例如是矽、碳化矽、 氧化矽、氮化矽或由有機材料等構成的單層的層，或者是層疊上述單層的層而成的多層的 層。例如，娃層和碳化娃層在波長375nm時透過率為10^ 5%以下，而在波長460nm時透過 率為10%以上，具有（激發光波長的透過率/螢光波長的透過率）之比為6位數以上的透 過率選擇性。需要說明的是，濾光層14也可以是僅允許指示劑17所產生的螢光通過的帶 通濾波器。
[0059] 濾光層14優選不僅配設於壁面22,還配設於第2主面11SB。配設於第2主面11SB 的濾光層14具有減小元件12的噪聲級的效果，以防止激發光進入檢測基板部11。
[0060] S卩，在第2主面11SB也配設有濾光層14的突光傳感器30由於兀件12所輸出 的檢測信號的S/N比高，因此靈敏度高。
[0061] 接著，如圖6E所示，通過濺射法或蒸鍍法等配設用於輸出來自ro元件12的檢測 信號的檢測信號布線51、52以及用於向LED晶片15供給驅動信號的驅動信號布線53、54。
[0062] 檢測信號布線51、52和驅動信號布線53、54的材料使用作為金屬材料的Al、Cu、 Au、Pt、W、Mo等，或者使用含有高濃度的雜質的低電阻有機矽聚合物等。層間絕緣層59的 材料使用矽氧化膜或矽氮化膜等無機絕緣材料，或者使用聚醯亞胺等有機絕緣材料。
[0063] 需要說明的是，為了避免LED晶片15所產生的激發光射入檢測基板部11，可以將 檢測信號布線51、52和驅動信號布線53、54中的至少任一方的寬度配設得較寬。
[0064] 如圖6E所不，在突光傳感器30中，檢測信號布線51、52和驅動信號布線53、54為 隔著層間絕緣層59配置於不同的層的多層布線構造。但是，也可以在一個布線層構成檢測 信號布線51、52和驅動信號布線53、54。
[0065] 在多層布線構造的情況下，通過CVD法等在檢測信號布線51、52和驅動信號布線 53、54之間形成層間絕緣層59。此時，當在貫通孔21的壁面的濾光層14的表面也形成有 層間絕緣層59時，層間絕緣層59優選由與保護層16同樣的矽氧化物等透明材料構成。形 成於濾光層14的表面的層間絕緣層59具有作為濾光層14的保護層的功能。
[0066] 接著，如圖6F所示，藉助接合層13,以覆蓋檢測基板部11的貫通孔21的第2主面 11SB側的開口的方式接合LED晶片15。
[0067] 發光元件晶片不限定於LED晶片15,可自形成有有機EL元件、無機EL元件或者激 光二極體元件等發光元件的晶片中進行選擇。並且，從螢光透過率、光產生效率、激發光的 波長選擇性的寬泛度以及僅產生很少的成為激發光的紫外線以外的波長的光等觀點考慮， 優選LED晶片15。
[0068] 接合層13例如通過塗布樹脂再進行固化處理而製作。此外，也可以通過CVD法 等在要塗布樹脂的表面預先配設透明的Si02層或矽氮化層等。LED晶片15的驅動信號電 極15A、15B和驅動信號布線53、54的電連接使用導電性粘接劑或者倒裝接合（Flip Chip bonding)等。
[0069] SP，在向檢測基板部11的第2主面11SB接合LED晶片15時，同時將LED晶片15 的驅動信號電極15A、15B與驅動信號布線53、54電連接。即，LED晶片15和檢測基板部在 物理接合的同時，也進行了電接合，因此螢光傳感器30容易製作。並且，接合層13也具有 密封電連接部的密封構件的功能。
[0070] 然後，向LED晶片15的下表面和側面配設漏光防止層19。漏光防止層19可以是 與遮光層18相同的材料，也可以是混合有炭黑的有機樹脂、金屬或由這些材料構成的多層 膜或複合膜。需要說明的是，也可以向檢測基板部11接合預先配設有漏光防止層19的LED 晶片15。
[0071] 需要說明的是，當使用鋁或銀等反射率高的金屬膜作為漏光防止層19時，還可以 附帶作為朝向上方即指示劑17的方向反射自LED晶片15的底面及側面放射出的激發光的 反射膜的功能。
[0072] 此外，也可以將漏光防止層19配設於檢測基板部11的整個下表面、側面以及上表 面的未被遮光層18覆蓋的部分。此外，還可以配設覆蓋LED晶片15的第1遮光層和覆蓋 檢測基板部11連帶第1遮光層的第2遮光層（參照圖7)。
[0073] 接著，如圖6G所示，將矽晶圓11W上下翻轉，自貫通孔21的第1主面11SA的開口 向內部配設指示劑17。
[0074] 螢光色素根據被分析物2的種類進行選擇，如果是根據被分析物2的量而產生的 螢光的強度會發生可逆變化的螢光色素，則也可用於任何被分析物。為了測定葡萄糖那樣 的糖類，螢光傳感器30的螢光色素使用釕有機絡合物、螢光苯硼酸衍生物或結合了蛋白的 螢光素等與葡萄糖可逆結合的物質等。
[0075] 指示劑17例如以易含水的水凝膠為基質材料，在水凝膠內含有或結合有上述熒 光色素。作為水凝膠的成分，可以使用甲基纖維素或葡聚糖等多糖類；使（甲基）丙烯醯胺、 甲基丙烯醯胺或丙烯酸羥乙酯等單體聚合而製作的丙烯酸鹽類水凝膠；或者由聚乙二醇和 二異氰酸鹽製作的聚氨酯類水凝膠等。
[0076] 指示劑17也可以藉助由矽烷偶聯劑等構成的粘接層與貫通孔21的壁面22、上表 面的遮光層18或下表面的接合層13等接合。此外，當在接合層13的貫通孔21的正下方 區域具有開口時，也可以將指示劑17接合於構成貫通孔21的底面的LED晶片15的表面。
[0077] 需要說明的是，也可以向貫通孔21中填充聚合前的含有凝膠骨架形成材料的指 示劑，在用遮光層18覆蓋開口之後，再使之聚合而製作指示劑17。例如，向貫通孔21的 內部注入含有螢光色素、凝膠骨架形成材料和聚合引發劑的磷酸緩衝溶液，在氮環境下放 置1小時，製作出指示劑17。作為螢光色素，使用9, 10-雙[N-[2-(5, 5-二甲基硼雜環己 燒-2-基）節基]-N_[6' -[(丙烯醜聚乙二醇-3400)撰基氨基]-正己基]甲基]_2_乙醜 基蒽（F - PEG - AAm);作為凝膠骨架形成材料使用丙烯醯胺；作為聚合引發劑，使用過硫 酸鈉和Ν，Ν，Ν'，Ν' -四甲基乙二胺。
[0078] 最後，以覆蓋貫通孔21的第1主面11SA的開口的方式配設遮光層18。遮光層18 可以使用由亞微米級的多孔構造構成的、金屬、陶瓷等的無機薄膜；或者在聚醯亞胺或聚氨 酯等有機聚合物的基材中混入有炭黑的與水凝膠類的複合構造；或者在纖維素類或聚丙烯 醯胺等被分析物透過性聚合物中混入有炭黑的樹脂；或者將它們層疊而形成的樹脂等。
[0079] 然後，通過將晶圓11W分成一個一個的，從而一次製作出多個感應部10。然後，通 過將感應部10與另行製作的自連接器部35延伸設置的針主體部33的尖端部接合，從而完 成螢光傳感器30。
[0080] 作為螢光傳感器的製造方法，不限定於此，例如也可以將圖6Ε所示的狀態的矽晶 圓11W分成一個一個的，再向各檢測基板部11接合LED晶片15等。
[0081] 此外，還可以以由檢測基板部11的延伸設置部構成針部34的針主體部33的方式 加工矽晶圓11W，再與連接器部35接合。
[0082] 如上所述，螢光傳感器30可以通過晶圓工藝一次大量生產。因此，螢光傳感器30 能夠廉價地提供穩定的品質。
[0083]
[0084] 接著，說明螢光傳感器30的動作。
[0085] LED晶片15以例如30秒1次的間隔脈衝發射中心波長為375nm左右的激發光。 例如，通向LED晶片15的脈衝電流為1mA?100mA，發光的脈衝寬度為lms?100ms。
[0086] LED晶片15所產生的激發光透過接合層13射入指示劑17。指示劑17發出強度與 被分析物2的濃度對應的螢光。需要說明的是，被分析物2通過遮光層18進入指示劑17。 指示劑17的螢光色素產生比例如波長375nm的激發光波長更長的例如波長460nm的螢光。
[0087] 指示劑17所產生的螢光的一部分透過濾光層14和保護層16射入到元件12。 並且，螢光在ro元件12中被進行光電轉換而產生光致電荷，由此作為檢測信號被輸出。
[0088] 在螢光傳感器30中，主體部40的運算部43基於檢測信號，即基於由來自元件 12的光致電荷形成的電流或由蓄積的光致電荷形成的電壓進行運算處理，從而計算被分析 物量。
[0089] 螢光傳感器30利用形成於環繞指示劑17的壁面22上的元件12檢測螢光。也 就是說，檢測自指示劑17向上下兩個方向及側面四個方向共計六個方向射出的螢光中的 向四個方向射出的螢光。因此，螢光傳感器30小型，且檢測靈敏度高。同樣，具備螢光傳感 器30的感應系統1檢測靈敏度高。
[0090] 即，螢光傳感器30具有與指示劑17相鄰的LED晶片15,自指示劑17產生的螢光 也被形成於相鄰的壁面22上的ro元件12所檢測。因此，螢光傳感器30儘管超小型，但檢 測靈敏度高。此外，通過加工一張檢測基板，能夠一次製造出多個螢光傳感器，因此，螢光傳 感器30加工工序容易，成本低廉。
[0091]
[0092] 在第1實施方式的螢光傳感器30中，貫通孔21的壁面22相對於第1主面11SA (第 2主面11SB)是大致垂直的。與此相對，如圖7所示，在第1實施方式的變形例的感應系統 1A的螢光傳感器30A中，感應部10A的檢測基板部11A的貫通孔21A的壁面22A呈具有錐 形的形狀，即，壁面相對於主面以規定的角度Θ傾斜，第1主面11SA的開口大於第2主面 11SB的開口。壁面22A呈錐形形狀的貫通孔21A可以通過使用四甲基氫氧化銨（TMAH)水 溶液、氫氧化鉀（Κ0Η)水溶液等的溼蝕刻等來形成。
[0093] 例如，當作為矽晶圓11W使用矽（100)面時，會成為（111)面的蝕刻速度小於 (100)面的蝕刻速度的各向異性蝕刻，因此，貫通孔21A的壁面22A成為（111)面，角度Θ 成為54. 7度。
[0094] 與壁面22垂直的貫通孔21相比，壁面22A傾斜的貫通孔21A能夠用於形成元 件12A的面積大，因此，不僅靈敏度更高，而且由於容易向壁面22A上形成元件12A因而 生產率高。需要說明的是，當壁面22A的傾斜角度Θ為30?70度時，上述效果顯著。 [0095] 需要說明的是，如圖7所示，在螢光傳感器30A中，接合層13A由具有與貫通孔21A 的第2主面11SB的開口大致相同的開口的遮光材料構成。此外，第1漏光防止層19由反 射率高的鋁構成。此外，由含碳的遮光性高的樹脂構成的第2漏光防止層19A覆蓋針尖端 部32的、遮光層18的上部以外的部分。
[0096] 〈第2實施方式〉
[0097] 接著，說明第2實施方式的感應系統1B和螢光傳感器30B。螢光傳感器30B等與 螢光傳感器30等類似，因此，對於相同的結構要素標註相同的附圖標記而省略說明。
[0098] 如圖8所示，在螢光傳感器30B的感應部10B的檢測基板部11B上，除了形成有檢 測指示劑17所產生的螢光的作為第1光電轉換元件的ro元件12之外，還形成有檢測LED 晶片15L所產生的激發光的作為第2光電轉換元件的Η)元件12B。即，在檢測基板部11B 的貫通孔21的壁面22上形成有第1H)元件12的光接收部，在第2主面11SB上形成有第 2ro元件12B的光接收部。第1光電轉換元件和第2光電轉換元件為構造相同的ro元件。
[0099] 並且，LED晶片15L不僅覆蓋貫通孔21的第2主面11SB的開口的正下方區域，也 覆蓋第2H)元件12B的正下方區域。S卩，LED晶片15L的俯視尺寸為覆蓋貫通孔21的開口 的正下方區域而且也覆蓋元件12B的正下方區域的大小。
[0100] 需要說明的是，在ro元件12B的表面未配設濾光層14。因此，ro元件12B輸出與 LED晶片15L所產生的激發光的強度相應的電信號（檢測信號）。
[0101] 螢光傳感器30B的製造方法與螢光傳感器30的製造方法類似。在圖6A所示的工 序中，在通過雜質注入處理形成低電阻的低電阻區域12S、12H的同時，形成ro元件12B的 光接收部。貫通孔21的壁面的ro元件12與螢光傳感器30同樣通過圖6C所示的工序形 成。
[0102] 在檢測基板部11B的第2主面11SB還配設有傳遞自PD元件12B輸出的檢測信號 的檢測信號布線55。需要說明的是，與低電阻區域12H相連接的檢測信號布線52成為 元件12和Η)元件12B的共用布線。
[0103] 指示劑17所產生的螢光的強度不僅受被分析物濃度的影響而增減，還受照射的 激發光強度的影響而增減。但是，在感應系統1B中，處理自螢光傳感器30B輸出的電信號 (檢測信號）的運算部43基於來自第2H)元件12B的電信號修正來自第1PD元件12的電 信號（檢測信號）。
[0104] 螢光傳感器30B和感應系統1B具有螢光傳感器30和感應系統1等所具有的效果， 此外，即使激發光的強度因 LED晶片15L的發光效率波動或動作時的激發光量偏差等而發 生變化，也能高精度地進行測量。
[0105] 需要說明的是，在螢光傳感器30B中，通過將貫通孔的壁面形成為錐形形狀，也能 夠獲得與突光傳感器30A同樣的效果。
[0106] 在上述說明中，以檢測葡萄糖等糖類的螢光傳感器30等為例進行了說明，但根據 螢光色素的選擇，可以應對酵素傳感器、pH傳感器、免疫傳感器或微生物傳感器等各種用 途。例如，在測量生物體內的氫離子濃度或二氧化碳時，螢光色素使用羥基芘三磺酸衍生物 等，在測量糖類時，螢光色素使用具有螢光殘基的苯硼酸衍生物等，在測量鉀離子時，螢光 色素使用具有螢光殘基的冠醚衍生物等。
[0107] 即，本發明不限定於上述的實施方式和變形例，可以在不改變本發明主旨的範圍 內進行各種變更、改變等。
[0108] 本申請基於2012年2月16日在日本申請的日本特願2012 - 031964號主張優先 權而提出，在本申請說明書、權利要求書、附圖中援引上述日本申請的公開內容。
【權利要求】
1. 一種突光傳感器，其特徵在於，其包括： 檢測基板部，其在貫通第1主面和第2主面的貫通孔的壁面上形成有將螢光轉換為電 信號的光電轉換兀件； 指示劑，其配設於上述貫通孔的內部，當接收到激發光時，產生與被分析物的濃度相應 的強度的上述螢光； 濾光層，其覆蓋上述光電轉換元件，允許上述螢光透過並阻截上述激發光； 遮光層，其覆蓋上述貫通孔的上述第1主面的開口，能供上述被分析物通過；以及 發光元件晶片，其覆蓋上述貫通孔的上述第2主面的開口的正下方區域，產生上述激 發光。
2. 根據權利要求1所述的螢光傳感器，其特徵在於， 該螢光傳感器是在針尖端部具有包括上述檢測基板部、上述濾光層、上述指示劑、上述 遮光層和上述發光元件晶片在內的感應部的針型傳感器。
3. 根據權利要求2所述的螢光傳感器，其特徵在於， 在上述第2主面上配設有與上述光電轉換元件相連接的檢測信號布線以及與上述發 光元件晶片相連接的驅動信號布線。
4. 根據權利要求3所述的螢光傳感器，其特徵在於， 上述濾光層也配設於上述第2主面。
5. 根據權利要求4所述的螢光傳感器，其特徵在於， 上述貫通孔的上述壁面呈錐形形狀。
6. 根據權利要求1所述的螢光傳感器，其特徵在於， 在上述第2主面上形成有第2光電轉換元件， 上述發光元件晶片覆蓋上述第2主面的上述開口的上述正下方區域和上述第2光電轉 換元件的正下方區域。
7. 根據權利要求6所述的螢光傳感器，其特徵在於， 使用來自上述第2光電轉換元件的電信號修正來自上述光電轉換元件的上述電信號。
8. -種感應系統，其特徵在於， 其包括針型傳感器和運算部， 該針型傳感器在針尖端部具有感應部，該感應部包括： 檢測基板部，其在貫通第1主面和第2主面的貫通孔的壁面上形成有將螢光轉換為電 信號的第1光電轉換元件，且在上述第2主面上形成有第2光電轉換元件； 指示劑，其配設於上述貫通孔的內部，其與被分析物發生反應，當接收到激發光時，產 生與上述被分析物的濃度相應的強度的上述螢光； 遮光層，其覆蓋上述貫通孔的上述第1主面的開口，能供上述被分析物通過；以及 發光元件晶片，其覆蓋上述第2主面的上述開口的上述正下方區域和上述第2光電轉 換元件的正下方區域，產生上述激發光， 上述運算部使用來自上述第2光電轉換元件的電信號修正來自上述光電轉換元件的 電信號。
【文檔編號】G01N21/64GK104126113SQ201380009728
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年1月24日 優先權日:2012年2月16日
【發明者】太田亮, 松本淳 申請人:泰爾茂株式會社