分光傳感器的制造方法
【專利摘要】分光傳感器（1）具備：具有空腔層（21）以及經(jīng)由空腔層（21）而相對(duì)的第1以及第2鏡層（22,23）并且對(duì)應(yīng)于入射位置選擇性地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的干涉濾光部（20）、被配置于第1鏡層（22）側(cè)并且使入射到干涉濾光部（20）的光透過的光透過基板（3）、被配置于第2鏡層（23）側(cè)并且檢測(cè)透過了干涉濾光部（20）的光的光檢測(cè)基板（4）、被配置于干涉濾光部（20）與光透過基板（3）之間的第1耦合層（11）?？涨粚樱?1）以及第1耦合層（11）是硅氧化膜。
【專利說明】分光傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及分光傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]作為現(xiàn)有的分光傳感器，已知有具備對(duì)應(yīng)于光的入射位置而使規(guī)定的波長(zhǎng)的光透過的干涉濾光(filter)部、使入射到干涉濾光部的光透過的光透過基板、檢測(cè)透過了干涉濾光部的光的光檢測(cè)基板的分光傳感器。在此，干涉濾光部有時(shí)通過經(jīng)由空腔層(cavitylayer)而使一對(duì)鏡層相對(duì)而被構(gòu)成為法布里-珀羅型(例如參照專利文獻(xiàn)1、2)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開2006-58301號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特表平2-502490號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的問題
[0008]然而，在以上所述那樣的分光傳感器中，如果作為空腔層或被配置于干涉濾光部與光透過基板之間的耦合層等的材料而使用樹脂材料的話，則會(huì)有空腔層或耦合層等起因于使用環(huán)境的溫度變化或濕度的高低等而發(fā)生劣化的擔(dān)憂。
[0009]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種高可靠性的分光傳感器。
[0010]解決問題的技術(shù)手段
[0011]本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)的分光傳感器具備:具有空腔層以及經(jīng)由空腔層而相對(duì)的第I以及第2鏡層并且對(duì)應(yīng)于入射位置選擇性地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的干涉濾光部、被配置于第I鏡層側(cè)并且使入射到干涉濾光部的光透過的光透過基板、被配置于第2鏡層側(cè)并且檢測(cè)透過了干涉濾光部的光的光檢測(cè)基板、被配置于干涉濾光部與光透過基板之間的第I耦合層；空腔層以及第I耦合層是硅氧化膜。
[0012]在該分光傳感器中，因?yàn)榭涨粚邮枪柩趸?，所以與空腔層由樹脂材料構(gòu)成的情況相比較，能夠使空腔層的形狀、光透過率、光折射率等穩(wěn)定化。另外，因?yàn)榈贗耦合層是硅氧化膜，所以與第I耦合層由樹脂材料構(gòu)成的情況相比較，能夠使從光透過基板行進(jìn)到干涉濾光部的光的透過特性穩(wěn)定化。再有，因?yàn)榭涨粚右约暗贗耦合層這雙方是硅氧化膜，所以能夠防止起因于使用環(huán)境的溫度變化或濕度的高低等的質(zhì)量的劣化。因此，該分光傳感器成為高可靠性的分光傳感器。
[0013]在此，空腔層也可以是由硅的熱氧化處理形成的硅氧化膜。由此，能夠以低成本來穩(wěn)定地獲得高質(zhì)量的空腔層。
[0014]另外，第I耦合層也可以是由使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理形成的硅氧化膜。由此，因?yàn)槟軌蛞缘蜏?、高速、低?yīng)力的條件來形成第I耦合層，所以防止了對(duì)空腔層和第I以及第2鏡層造成損壞，因而能夠獲得高質(zhì)量的空腔層和第I以及第2鏡層。[0015]另外，分光傳感器進(jìn)一步具備被配置于干涉濾光部與光檢測(cè)基板之間的第2耦合層，并且第2耦合層也可以是硅氧化膜。由此，與第2耦合層由樹脂材料構(gòu)成的情況相比較，能夠使從干涉濾光部行進(jìn)到光檢測(cè)基板的光的透過特性穩(wěn)定化。再有，除了空腔層以及第I耦合層這雙方之外，因?yàn)榈?耦合層是硅氧化膜，所以能夠更加可靠地防止起因于使用環(huán)境的溫度變化或濕度的高低等的質(zhì)量的劣化。
[0016]另外，第2耦合層也可以是由使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理形成的硅氧化膜。由此，因?yàn)槟軌蛞缘蜏?、高速、低?yīng)力的條件來形成第2耦合層，所以防止了對(duì)空腔層和第I以及第2鏡層造成損壞，因而能夠獲得高質(zhì)量的空腔層和第I以及第2鏡層。
[0017]另外，分光傳感器也可以進(jìn)一步具備以與第I鏡層相對(duì)的方式被形成于光透過基板上并且使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的光學(xué)濾光層。由此，能夠有效地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光入射到干涉濾光部。
[0018]發(fā)明的效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供高可靠性的分光傳感器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的分光傳感器的縱截面圖。
[0021]圖2是圖1的分光傳感器的空腔層的平面圖。
[0022]圖3是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0023]圖4是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0024]圖5是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0025]圖6是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0026]圖7是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0027]圖8是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0028]圖9是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0029]圖10是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0030]圖11是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0031]圖12是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0032]圖13是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0033]圖14是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0034]圖15是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0035]圖16是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0036]圖17是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0037]圖18是用于說明圖1的分光傳感器的制造方法的縱截面圖。
[0038]圖19是表示抗蝕層與空腔層的關(guān)系的輪廓圖。
[0039]圖20是形成有抗蝕層的處理基板的平面圖。
[0040]圖21是圖1的分光傳感器的變形例的縱截面圖。
[0041]圖22是圖20的分光傳感器的空腔層的平面圖。
【具體實(shí)施方式】[0042]以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。還有，在各圖中將相同符號(hào)標(biāo)注于相同或者相當(dāng)部分并省略重復(fù)的說明。
[0043]如圖1所示，分光傳感器I具備對(duì)應(yīng)于入射位置選擇性地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的干涉濾光部20、使入射到干涉濾光部20的光透過的光透過基板3、檢測(cè)透過了干涉濾光部20的光的光檢測(cè)基板4。分光傳感器I構(gòu)成為一邊的長(zhǎng)度為數(shù)百μ m?數(shù)十_左右的長(zhǎng)方體狀的CSP (Chip Size Package,芯片尺寸封裝)。
[0044]光透過基板3由玻璃等所構(gòu)成，被形成為厚度0.2mm?2mm左右的矩形板狀。在光透過基板3的背面3b上，以與干涉濾光部20相對(duì)的方式形成有光學(xué)濾光層5。光學(xué)濾光層5是電介質(zhì)多層膜或有機(jī)彩色濾光片(彩色光阻劑)，被形成為厚度0.1 μ m?10 μ m左右的矩形膜狀。光學(xué)濾光層5作為使應(yīng)該入射到相對(duì)的干涉濾光部20的規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的帶通濾光片(band-pass filter)來發(fā)揮功能。
[0045]光檢測(cè)基板4是光電二極管陣列，被形成為厚度ΙΟμπι?150 μ m左右的矩形板狀。在光檢測(cè)基板4的表面4a上，形成有對(duì)透過了干涉濾光部20的光進(jìn)行受光的受光部
6。受光部6通過沿著大致垂直于光檢測(cè)基板4的長(zhǎng)邊方向的方向進(jìn)行延伸的長(zhǎng)條狀的光電二極管沿著光檢測(cè)基板4的長(zhǎng)邊方向一維排列而構(gòu)成。再有，在光檢測(cè)基板4上,形成有用于將由受光部6進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)取出至外部的配線7 (表面配線、背面配線、貫通配線等)。在光檢測(cè)基板4的背面4b，設(shè)置有與配線7相電連接的表面安裝用的凸點(diǎn)8。還有，光檢測(cè)基板4并不限定于光電二極管陣列，也可以是其他的半導(dǎo)體光檢測(cè)元件(C-M0S圖像傳感器、CCD圖像傳感器等)。
[0046]干涉濾光部20具有空腔層21以及DBR(Distributed Bragg Ref lector,分布布喇格反射器)層22，23。在干涉濾光部20，DBR層(第I鏡層)22與DBR層(第2鏡層)23經(jīng)由空腔層21而相對(duì)。即，空腔層21保持相對(duì)的DBR層22，23之間的距離。各個(gè)DBR層22，23是由Si02、TlO2, Ta2O5, Nb2O5, A1203、MgF2等構(gòu)成的電介質(zhì)多層膜，被形成為厚度0.1 μ m?10 μ m左右的矩形膜狀。
[0047]空腔層21是由硅的熱氧化處理形成的硅氧化膜(SiO2膜)，被形成為厚度IOOnm?數(shù)ym左右。如圖1以及第2所示，空腔層21具有被一體形成的濾光區(qū)域24、包圍區(qū)域25以及連接區(qū)域26。
[0048]濾光區(qū)域24，被形成為一邊的長(zhǎng)度為數(shù)mm左右的矩形膜狀，并被DBR層22，23夾持。更為具體而言，在濾光區(qū)域24的表面24a上，形成有DBR層22，在濾光區(qū)域24的背面24b上，形成有DBR層23。相對(duì)于濾光區(qū)域24的背面24b大致平行于垂直于光的入射方向(光透過基板3與光檢測(cè)基板4相對(duì)的方向)的面，濾光區(qū)域24的表面24a相對(duì)于該面傾斜。由此，濾光區(qū)域24的厚度朝著分光傳感器I的長(zhǎng)邊方向上的一方側(cè)在IOOnm?數(shù)μ m左右的范圍內(nèi)逐漸增加。
[0049]包圍區(qū)域25被形成為外側(cè)的一邊的長(zhǎng)度為數(shù)mm左右的矩形環(huán)狀，在從光的入射方向看的情況下，從濾光區(qū)域24取得規(guī)定的距離d (例如數(shù)μ m?Imm左右)來包圍濾光區(qū)域24。連接區(qū)域26以被配置于濾光區(qū)域24與包圍區(qū)域25之間的方式被形成為矩形環(huán)狀，并連接濾光區(qū)域24的光檢測(cè)基板4側(cè)的端部24e和包圍區(qū)域25的光檢測(cè)基板4側(cè)的端部25e。在空腔層21上，由濾光區(qū)域24、包圍區(qū)域25以及連接區(qū)域26，以包圍濾光區(qū)域24的方式形成有以矩形環(huán)狀進(jìn)行延伸的寬度d的溝槽G。[0050]如圖1所示，包圍區(qū)域25的表面(光透過基板側(cè)的端面)25a與濾光區(qū)域24的表面(第I鏡層的形成面)24a中最接近于光透過基板3的部分24h為大致相同高度，或者比該部分24h更位于光透過基板3側(cè)。另外，連接區(qū)域26的表面(光透過基板側(cè)的端面)26a與濾光區(qū)域24的表面24a中最接近于光檢測(cè)基板4的部分241為大致相同高度，或者比該部分241更位于光檢測(cè)基板4側(cè)。另一方面，濾光區(qū)域24的背面24b、包圍區(qū)域25的背面25b以及連接區(qū)域26的背面26b成為大致同一面。還有，包圍區(qū)域25的側(cè)面25c與光透過基板3的側(cè)面3c以及光檢測(cè)基板4的側(cè)面4c成為大致同一面。但是，在光透過基板3的側(cè)面3c與光檢測(cè)基板4的側(cè)面4c之間有時(shí)會(huì)在例如O?100 μ m左右的范圍內(nèi)產(chǎn)生階差。
[0051]光透過基板3相對(duì)于空腔層21被配置于DBR層22偵彳，并經(jīng)由耦合層(第I耦合層)11而被接合于空腔層21以及DBR層22。光檢測(cè)基板4相對(duì)于空腔層21而被配置于DBR層23側(cè)，并經(jīng)由耦合層(第2耦合層)12而被接合于空腔層21以及DBR層23。被配置于干涉濾光部20與光透過基板3之間的耦合層11以及被配置于干涉濾光部20與光檢測(cè)基板4之間的稱合層12是由使用了作為原料氣體的TEOS (Tetraethyl Orthosilicate (原娃酸四乙酯)，Tetraethoxysilane (四乙氧基娃燒))的成膜處理形成的娃氧化膜,被形成為厚度數(shù)百nm?10 μ m左右。
[0052]在如以上所述構(gòu)成的分光傳感器I中，從光透過基板3的表面3a入射到光透過基板3的光，如果透過光透過基板3并到達(dá)光透過基板3的背面3b的話，則只有應(yīng)該入射到干涉濾光部20的規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光由光學(xué)濾光層5而被透過。再有,透過了光學(xué)濾光層5的光如果入射到干涉濾光部20的話，則在干涉濾光部20上，規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光對(duì)應(yīng)于入射位置而被選擇性地透過。即，根據(jù)在入射位置上的DBR層22，23的種類和厚度以及空腔層21的厚度，唯一地決定入射到光檢測(cè)基板4的受光部6的各個(gè)通道的光的波長(zhǎng)。由此，在光檢測(cè)基板4上，檢測(cè)在受光部6的每個(gè)通道不同的波長(zhǎng)的光。
[0053]如以上所說明的那樣，在分光傳感器I中，因?yàn)榭涨粚?1是硅氧化膜，所以與空腔層21由樹脂材料構(gòu)成的情況相比較，能夠使空腔層21的形狀、光透過率、光折射率等穩(wěn)定化。另外，因?yàn)轳詈蠈?1，12是硅氧化膜，所以與耦合層11，12由樹脂材料所構(gòu)成的情況相比較，能夠使從光透過基板3行進(jìn)到干涉濾光部20的光的透過特性以及從干涉濾光部20行進(jìn)到光檢測(cè)基板4的光的透過特性穩(wěn)定化。再有，因?yàn)榭涨粚?1以及耦合層11，12是硅氧化膜，所以能夠防止起因于使用環(huán)境的溫度變化或濕度的高低等的質(zhì)量的劣化。具體來說，能夠防止在空腔層21以及耦合層11，12由樹脂材料構(gòu)成的情況下可能發(fā)生的水分的吸收，另外，與這些層由樹脂材料構(gòu)成的情況相比較，能夠抑制熱膨脹以及熱收縮而使其熱穩(wěn)定化。因此，分光傳感器I成為可靠性極高的分光傳感器。
[0054]另外，空腔層21成為由硅的熱氧化處理形成的硅氧化膜。由此，能夠以低成本來穩(wěn)定地取得高質(zhì)量的空腔層21。
[0055]另外，耦合層11，12成為由使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理形成的硅氧化膜。由此，因?yàn)橐缘蜏亍⒏咚?、低?yīng)力來形成耦合層11，12是可能的，所以能夠防止對(duì)空腔層21以及DBR層22，23造成損壞，從而能夠獲得高質(zhì)量的空腔層21以及DBR層22，23。
[0056]另外，以與DBR層22相對(duì)的方式在光透過基板3上形成光學(xué)濾光層5。由此,能夠有效地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光入射到干涉濾光部20。
[0057]此外，在分光傳感器I中，在空腔層21上，濾光區(qū)域24取得規(guī)定的距離d而被包圍區(qū)域25包圍，濾光區(qū)域24的端部24e和包圍區(qū)域25的端部25e被連接區(qū)域26連接。由此，在垂直于光透過基板3與光檢測(cè)基板4相對(duì)的方向的方向上即使作用一些外力，該外力也由包圍區(qū)域25以及連接區(qū)域26而被緩沖，因而能夠防止對(duì)濾光區(qū)域24造成損壞。
[0058]另外，包圍區(qū)域25的表面25a與濾光區(qū)域24的表面24a中最接近于光透過基板3的部分24h為大致相同高度，或者比該部分24h更位于光透過基板3側(cè)。由此，在平行于光透過基板3與光檢測(cè)基板4相對(duì)的方向的方向上即使作用一些外力(例如后面所述的在率禹合層lla, Ilb之間或稱合層12a, 12b之間進(jìn)行直接結(jié)合(direct bonding)的時(shí)候被施加的外力)，該外力也由包圍區(qū)域25而被擋住，能夠防止對(duì)濾光區(qū)域24造成損壞。
[0059]另外，連接區(qū)域26的表面26a與濾光區(qū)域24的表面24a中最接近于光檢測(cè)基板4的部分241為大致相同高度，或者比該部分241更位于光檢測(cè)基板4側(cè)。由此，在垂直于光透過基板3與光檢測(cè)基板4相對(duì)的方向的方向上即使作用一些外力，也能夠防止該外力直接作用于DBR層22的形成面即濾光區(qū)域24的表面24a。
[0060]接著，對(duì)上述的分光傳感器I的制造方法進(jìn)行說明。首先，如圖3所示，通過對(duì)硅基板50的一個(gè)主面50a以及另一個(gè)主面50b實(shí)施熱氧化處理,從而在由娃構(gòu)成的處理基板51的一個(gè)主面51a以及另一個(gè)主面51b上形成硅氧化膜52，將被形成于處理基板51的一個(gè)主面51a或者另一個(gè)主面51b的硅氧化膜52作為表面層53。在此，將被形成于處理基板51的一個(gè)主面51a的硅氧化膜52作為表面層53。表面層53的厚度為IOOOnm左右。
[0061]接著，如圖4以及圖5所示，將用于由蝕刻來形成被排列成矩陣狀的多個(gè)空腔層21的抗蝕層54形成于表面層53上。然后，通過將抗蝕層54作為掩膜并對(duì)被設(shè)置于處理基板51上的表面層53實(shí)施蝕刻(etch back,內(nèi)蝕刻),從而形成被排列成矩陣狀的多個(gè)空腔層21 (第I工序)。
[0062]接著，如圖6所示，在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分，將DBR層22形成于空腔層21上(第2工序)。在形成DBR層22的時(shí)候，進(jìn)行由離子電鍍法、蒸鍍法、濺射法等進(jìn)行的成膜、由光刻以及剝離、或者蝕刻進(jìn)行的圖案化。還有，在此，因?yàn)镮個(gè)分光傳感器I具備I個(gè)空腔層21，所以可以在形成DBR層22的時(shí)候在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分不進(jìn)行圖案化而以覆蓋所有的空腔層21的方式進(jìn)行全面成膜。接著，如圖7所示，通過實(shí)施使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理，從而以覆蓋DBR層22的方式將硅氧化膜形成于空腔層21上，由CMP (Chemical Mechanical Polishing,化學(xué)機(jī)械拋光)來對(duì)其表面實(shí)施平坦化并形成耦合層lla。
[0063]還有，使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理由等離子CVD法、LP-CVD法、AP-CVD法等，能夠在低溫(例如成膜溫度200°C以下)、高速、低應(yīng)力的條件下進(jìn)行成膜。在等離子CVD法的情況下，通過由He氣得到的冒泡法或者由加熱器進(jìn)行的加熱等來提供TE0S，在腔室內(nèi)發(fā)生由等離子輔助得到的分解反應(yīng)并與O2氣體進(jìn)行反應(yīng)，從而形成硅氧化膜。
[0064]另一方面，如圖8所示，準(zhǔn)備包含被排列成矩陣狀的多個(gè)光透過基板3的光透過晶片30，在每個(gè)對(duì)應(yīng)于光透過基板3的部分將光學(xué)濾光層5形成于光透過晶片30上(即光透過基板3上)。在由電介質(zhì)多層膜來形成光學(xué)濾光層5的情況下，進(jìn)行由離子電鍍法、蒸鍍法以及濺射法等進(jìn)行的成膜、由光刻以及剝離、或者蝕刻進(jìn)行的圖案化。另外，在由有機(jī)彩色濾光片來形成光學(xué)濾光層5的情況下，如光刻抗蝕那樣用曝光.顯影等來實(shí)施圖案化。還有，在此，因?yàn)镮個(gè)分光傳感器I具備I個(gè)光學(xué)濾光層5,所以可以在形成光學(xué)濾光層5的時(shí)候在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分不進(jìn)行圖案化而以覆蓋光透過晶片30的整個(gè)面的方式進(jìn)行全面成膜。接著，如圖9所示，通過實(shí)施使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理，從而以覆蓋光學(xué)濾光層5的方式將娃氧化膜形成于光透過晶片30上，由CMP來對(duì)其表面實(shí)施平坦化并形成耦合層lib。
[0065]接著，如圖10以及圖11所示，在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分使DBR層22與光學(xué)濾光層5相對(duì)并直接結(jié)合(表面活性化接合等)稱合層Ila的表面和稱合層Ilb的表面，接合處理基板51和光透過晶片30 (第3工序)。S卩，以DBR層22與光學(xué)濾光層5經(jīng)由率禹合層11而相對(duì)的方式將光透過基板3接合于DBR層22上。還有,在不將光學(xué)濾光層5形成于光透過晶片30的情況下，不需要作為平坦化層的耦合層lib。
[0066]接著，如圖12所示，磨削被形成于處理基板51的另一個(gè)主面51b的硅氧化膜52以及處理基板51的另一個(gè)主面51b側(cè)的部分從而對(duì)處理基板51實(shí)施薄型化。然后，如圖13所示，通過對(duì)于處理基板51實(shí)施濕式蝕刻或者干式蝕刻從而從空腔層21除去處理基板51 (第4工序)。還有，也可以不用磨削而由濕式蝕刻或者干式蝕刻來除去被形成于處理基板51的另一個(gè)主面51b的娃氧化膜52以及處理基板51。
[0067]接著，如圖14所示，在通過除去處理基板51而露出的空腔層21上，以與DBR層22相同的方法形成DBR層23 (第5工序)。由此,在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分，DBR層22與DBR層23經(jīng)由空腔層21相對(duì)并形成干涉濾光部20。于是，對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分成為分光濾光基板9，從而制造包含被排列成矩陣狀的多個(gè)分光濾光基板9的分光濾光晶片90。還有，在此，因?yàn)镮個(gè)分光傳感器I具備I個(gè)空腔層21，所以可以在形成DBR層23的時(shí)候在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分不進(jìn)行圖案化而以覆蓋整個(gè)空腔層21的方式進(jìn)行全面成膜。
[0068]接著，如圖15所示，通過實(shí)施使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理，從而以覆蓋DBR層23的方式將硅氧化膜形成于空腔層21上，由CMP來對(duì)其表面實(shí)施平坦化從而形成耦合層12a。另一方面，如圖16所示，準(zhǔn)備包含被排列成矩陣狀的多個(gè)光檢測(cè)基板4的光檢測(cè)晶片40。然后，通過實(shí)施使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理，從而以覆蓋受光部6的方式將硅氧化膜形成于光檢測(cè)晶片40上，對(duì)其表面實(shí)施平坦化并由CMP來形成耦合層12b。
[0069]接著，如圖16以及圖17所示，在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分使DBR層23與受光部6相對(duì),直接結(jié)合(direct bonding)稱合層12a的表面和稱合層12b的表面并接合分光濾光晶片90和光檢測(cè)晶片40 (第6工序)。S卩，以DBR層23與受光部6經(jīng)由耦合層12相對(duì)的方式將光檢測(cè)基板4接合于DBR層23上。
[0070]接著，如圖18所示，通過對(duì)于光檢測(cè)晶片40的背面實(shí)施磨削、研磨、蝕刻等從而將光檢測(cè)晶片40薄型化到厚度ΙΟμπι?150 μ m左右。于是，在對(duì)應(yīng)于表面配線的部分上用蝕刻來形成貫通孔，通過形成貫通配線、背面配線等從而在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分形成配線7。再有，在光檢測(cè)晶片40的背面上，在每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分形成凸點(diǎn)8。最后，將被互相接合的分光濾光晶片90以及光檢測(cè)晶片40切割成每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分，并獲得多個(gè)分光傳感器I。還有，構(gòu)成配線7的表面配線或背面配線等的焊盤部不僅存在被埋設(shè)于光檢測(cè)晶片40 (即，光檢測(cè)基板4)的表面或背面的情況，也存在例如以僅突出其厚度那部分的方式被設(shè)置于光檢測(cè)晶片40 (S卩，光檢測(cè)基板4)的表面上或背面上的情況。
[0071]如以上所說明的那樣，在分光傳感器I的制造方法中，通過對(duì)被設(shè)置于處理基板51上的表面層53實(shí)施蝕刻從而形成空腔層21。這樣，通過使用處理基板51并由蝕刻來形成空腔層21，從而能夠穩(wěn)定地取得高精度的空腔層21。再有，在將空腔層21以及DBR層22，23形成于光透過基板3側(cè)之后接合光檢測(cè)基板4。由此，在用于形成空腔層21或DBR層22，23的各個(gè)工藝中能夠防止對(duì)光檢測(cè)基板4造成損傷。因此，根據(jù)分光傳感器I的制造方法，可以獲得高可靠性的分光傳感器I。
[0072]另外，因?yàn)樵跈z查了分光濾光晶片90的各個(gè)分光濾光基板9的性能之后接合分光濾光晶片90和光檢測(cè)晶片40，所以能夠防止起因于分光濾光晶片90側(cè)的不良狀況而使光檢測(cè)晶片40變成無用。
[0073]另外，因?yàn)閷⒈恍纬捎谟晒铇?gòu)成的處理基板51的一個(gè)主面51a的硅氧化膜52作為表面層53，所以能夠以低成本穩(wěn)定地取得高質(zhì)量的空腔層21。而且，因?yàn)橥ㄟ^對(duì)硅基板50的一個(gè)主面50a以及另一個(gè)主面50b實(shí)施熱氧化處理從而將硅氧化膜52形成于由硅構(gòu)成的處理基板51的一個(gè)主面51a以及另一個(gè)主面51b，所以抑制了處理基板51的翹曲。因此，能夠穩(wěn)定地取得高精度的空腔層21。
[0074]另外，將光學(xué)濾光層5預(yù)先形成于光透過基板3上，以DBR層22與光學(xué)濾光層5相對(duì)的方式將光透過基板3接合于DBR層22上。由此，能夠有效地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光入射到干涉濾光部20。
[0075]此外，在將抗蝕層54作為掩膜并對(duì)被設(shè)置于處理基板51上的表面層53實(shí)施蝕刻的時(shí)候，先行除去在抗蝕層54上對(duì)應(yīng)于溝槽G的部分，表面層53上對(duì)應(yīng)于溝槽G的部分最初露出。如果在表面層53上對(duì)應(yīng)于溝槽G的部分露出的話，貝1J氧從由SiO2構(gòu)成的表面層53脫離并起到作為抗蝕層54的蝕刻劑的作用。在此，在表面層53上對(duì)應(yīng)于溝槽G的部分包圍在表面層53上對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的部分。因此，在處理基板51上，氧被穩(wěn)定地提供給在表面層53上對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的所有部分，其結(jié)果，在表面層53上對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的所有部分被穩(wěn)定地蝕刻。
[0076]如果沒有這樣的氧的供給的話，則起因于負(fù)載效應(yīng)等而在蝕刻劑的密度分布上產(chǎn)生偏差(例如在處理基板51的周緣部變成供給過多，而在處理基板51的中央部變成供給不足)，由蝕刻形成的濾光區(qū)域24的形狀根據(jù)處理基板51的地方而發(fā)生變化。特別是在抗蝕層54由有機(jī)材料構(gòu)成的情況下，因?yàn)槲g刻速率由于作為蝕刻劑的氧的供給狀態(tài)而發(fā)生較大的變化，所以如上所述氧的供給極為重要。
[0077]另外，在將被互相接合的分光濾光晶片90以及光檢測(cè)晶片40切割成每個(gè)對(duì)應(yīng)于I個(gè)分光傳感器I的部分的時(shí)候，因?yàn)榉止鉃V光晶片90以及光檢測(cè)晶片40的整體由耦合層lla, Ilb之間或稱合層12a, 12b之間的直接結(jié)合(direct bonding)而被堅(jiān)硬地一體化,所以能夠防止產(chǎn)生碎屑等。
[0078]接著，對(duì)抗蝕層54與空腔層21的關(guān)系進(jìn)行說明。如圖19所示，在蝕刻前的空腔層21 (即，表面層53)的平坦的表面(參照?qǐng)D19的實(shí)線)上形成抗蝕層54?？刮g層54具有對(duì)應(yīng)于應(yīng)該形成的空腔層21 (即，蝕刻后的空腔層21)的形狀的三維形狀。這樣的抗蝕層54的形成由對(duì)應(yīng)于場(chǎng)所來調(diào)整透過率的光致掩膜的使用、對(duì)應(yīng)于場(chǎng)所來調(diào)整劑量的光學(xué)制版(optical lithography)或電子束光刻(EB lithography)的使用、納米壓印(nanoimprinting)的使用等而能夠?qū)崿F(xiàn)。
[0079]然后，在進(jìn)行基于抗蝕層54的形狀的內(nèi)蝕刻(全面蝕刻)的時(shí)候，能夠根據(jù)蝕刻條件來調(diào)整抗蝕層54以及空腔層21的蝕刻速率。由此，從一種形狀的抗蝕層54來形成各種各樣形狀的空腔層21成為可能。在圖19所表示的情況下，因?yàn)榭刮g層54的蝕刻速率比空腔層21的蝕刻速率快2倍左右，所以蝕刻后的空腔層21的表面(參照?qǐng)D19的點(diǎn)劃線)的傾斜比抗蝕層54的表面(參照?qǐng)D19的虛線)的傾斜緩和。
[0080]接著,對(duì)被設(shè)置于處理基板51的監(jiān)控圖案(monitor pattern)進(jìn)行說明。如圖4所示，在處理基板51上，以大致一定的厚度形成表面層53，但是，在該表面層53上，如圖20所示，除了用于由蝕刻來形成多個(gè)空腔層21的抗蝕層54之外還形成有作為監(jiān)控圖案的抗蝕層55。這些抗蝕層54，55由上述那樣的光致掩膜的使用、光學(xué)制版或電子束光刻的使用、納米壓印的使用等而被一體地形成。
[0081]作為監(jiān)控圖案的抗蝕層55被多個(gè)(在此為9個(gè)圖案)集中在一塊并被配置于處理基板51上的多個(gè)地方(在此為周緣部4個(gè)地方以及中央部I個(gè)地方)。被集中在一塊的抗蝕層55的各個(gè)以分別對(duì)應(yīng)于I個(gè)抗蝕層54的多個(gè)部分的大致一定的厚度被形成。例如，被集中在一塊的抗蝕層55分別具有對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的規(guī)定的部分的抗蝕層54的規(guī)定的部分的厚度、對(duì)應(yīng)于包圍區(qū)域25的規(guī)定的部分的抗蝕層54的規(guī)定的部分的厚度、以及對(duì)應(yīng)于連接區(qū)域26的規(guī)定的部分(即，溝槽G的底面)的抗蝕層54的規(guī)定的部分的厚度。
[0082]由此，通過在表面層53的蝕刻的中途或結(jié)束后這樣的規(guī)定的時(shí)機(jī)，用光學(xué)式膜厚計(jì)來測(cè)定作為監(jiān)控圖案的抗蝕層55被除去的部分的表面層53的厚度，從而能夠得知所對(duì)應(yīng)的空腔層21的規(guī)定的部分的厚度。還有，測(cè)定的時(shí)機(jī)是表面層53的蝕刻的中途，在抗蝕層54殘存于空腔層21的規(guī)定的部分的情況下，由同樣的方法，能夠得知?dú)埓嬗谠摬糠值目刮g層54的厚度。
[0083]因?yàn)楦鱾€(gè)空腔層21小而且濾光區(qū)域24的表面24a發(fā)生傾斜從而用光學(xué)式膜厚計(jì)來直接測(cè)定空腔層21的厚度是困難的，所以作為這樣的監(jiān)控圖案的抗蝕層55的使用是極為有效的。再有，作為監(jiān)控圖案的抗蝕層55因?yàn)楸慌渲糜谔幚砘?1上的多個(gè)地方，所以能夠評(píng)價(jià)處理基板51上的表面層53整體上的蝕刻的行進(jìn)程度(行進(jìn)分布)。
[0084]另外，如以下所述，還能夠得知對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的規(guī)定的部分的空腔層21的厚度。即，在表面層53的蝕刻的中途或結(jié)束后這樣的規(guī)定的時(shí)機(jī)，用AFM (Atomic ForceMicroscope，原子力顯微鏡)和觸針式的階差計(jì)等來測(cè)定對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的規(guī)定的部分的空腔層21的表面與溝槽G的底面的階差。另一方面，在作為對(duì)應(yīng)于溝槽G的底面的監(jiān)控圖案的抗蝕層55被除去了的部分，用光學(xué)式膜厚計(jì)來測(cè)定表面層53的厚度。然后，通過將測(cè)定的“空腔層21的表面與溝槽G的底面的階差”和“表面層53的厚度”加起來從而計(jì)算出對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的規(guī)定的部分的空腔層21的厚度。還有，測(cè)定的時(shí)機(jī)是表面層53的蝕刻的中途，在抗蝕層54殘存于對(duì)應(yīng)于濾光區(qū)域24的規(guī)定的部分的部分的情況下，由同樣的方法，能夠得知?dú)埓嬗谠摬糠值目刮g層54的厚度。
[0085]以上，對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式。例如，對(duì)于分光傳感器的各個(gè)構(gòu)成構(gòu)件的材料以及形狀來說，并不限于上述材料以及形狀，可以應(yīng)用各種各樣的材料以及形狀。
[0086]另外，分光傳感器也可以具備多個(gè)對(duì)應(yīng)于入射位置選擇性地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的干涉濾光部。在此，對(duì)具備多個(gè)干涉濾光部的分光傳感器進(jìn)行說明。如圖21所示，分光傳感器I具備多個(gè)干涉濾光部20A，20B。干涉濾光部20A，20B在光透過基板3與光檢測(cè)基板4之間沿著分光傳感器I的長(zhǎng)邊方向排列。
[0087]如圖21以及圖22所示，在空腔層21，并設(shè)有被形成于每個(gè)干涉濾光部20A，20B的濾光區(qū)域24，各個(gè)濾光區(qū)域24被DBR層22，23夾持。包圍區(qū)域25在從光的入射方向看的情況下，從并設(shè)的濾光區(qū)域24，24取得規(guī)定的距離d而包圍并設(shè)的濾光區(qū)域24，24。連接區(qū)域26連接并設(shè)的濾光區(qū)域24，24的光檢測(cè)基板4側(cè)的端部和包圍區(qū)域25的光檢測(cè)基板4側(cè)的端部。
[0088]還有，干涉濾光部20A的DBR層22和干涉濾光部20B的DBR層22成為互相不同的種類，其邊界會(huì)有一部分互相重疊的情況、間隔為O而進(jìn)行接觸的情況、間隔為例如5μ m左右而分離的情況。另外，干涉濾光部20A的DBR層23和干涉濾光部20B的DBR層23成為互相不同的種類，其邊界會(huì)有一部分互相重疊的情況、間隔為O而接觸的情況、間隔為例如5 μ m左右而分離的情況。在此，在2個(gè)DBR層成為互相不同的種類的情況下，會(huì)有膜的構(gòu)成材料不同的情況、即使是由相同材料構(gòu)成的膜(單層或者多層)膜厚也不同的情況等。另外，干涉濾光部20A的光學(xué)濾光層5和干涉濾光部20B的光學(xué)濾光層5成為互相不同的種類，其邊界會(huì)有一部分互相重疊的情況、間隔為O而進(jìn)行接觸的情況、間隔為例如5 μ m左右而進(jìn)行分離的情況。
[0089]在如以上所述構(gòu)成的分光傳感器I中，從光透過基板3的表面3a入射到光透過基板3的光，如果透過光透過基板3并到達(dá)光透過基板3的背面3b的話，則只有應(yīng)該入射到各個(gè)干涉濾光部20A, 20B的規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光由光學(xué)濾光層5而被透過。于是,透過了光學(xué)濾光層5的光如果入射到各個(gè)干涉濾光部20A，20B的話，則在各個(gè)干涉濾光部20A，20B上，規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光對(duì)應(yīng)于入射位置被選擇性地透過。即，由在入射位置上的DBR層22，23的種類和厚度以及空腔層21的厚度，唯一決定了入射到光檢測(cè)基板4的受光部6的各個(gè)通道的光的波長(zhǎng)。由此，在光檢測(cè)基板4上，檢測(cè)出在受光部6的每個(gè)通道不同的波長(zhǎng)的光。
[0090]另外，作為光透過基板3的材料，也可以使用使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的有色玻璃或?yàn)V光玻璃。另外，也可以與光學(xué)濾光層5 —起或者取代光學(xué)濾光層5來將其他的光學(xué)濾光層形成于光透過基板3的表面3a。另外，光檢測(cè)基板4并不限定于一維傳感器，例如也可以是二維傳感器。另外，空腔層21的厚度可以二維變化，或者也可以以階梯狀進(jìn)行變化。另外，替代DBR層22，23而可以適用作為鏡層的Al、Au、Ag等的單層的金屬反射膜。另夕卜，分光傳感器并不限定于作為CSP構(gòu)成的傳感器,例如也可以是作為SMD(Surface MountDevice)進(jìn)行構(gòu)成的傳感器。
[0091]另外，耦合層11，12可以是由使用了硅烷氣體的等離子CVD法、涂布式的S0G(SpinOn Glass)法、蒸鍍法、濺射法等來進(jìn)行形成的硅氧化膜。另外，取代由光檢測(cè)基板4的耦合層12進(jìn)行的接合(即，直接結(jié)合direct bonding)而可以適用由光學(xué)樹脂層進(jìn)行的接合或在分光傳感器I的外緣部上的接合。在由光學(xué)樹脂層進(jìn)行的接合中，作為光學(xué)樹脂層的材料，可以使用環(huán)氧類、丙烯類、硅酮類的有機(jī)材料、或者由有機(jī)-無機(jī)構(gòu)成的復(fù)合材料(hybrid material)等的光學(xué)樹脂。另外,在分光傳感器I的外緣部上的接合中，能夠一邊由間隔物來保持間隙一邊由低熔點(diǎn)玻璃或焊料等來進(jìn)行接合。在此情況下，被接合部包圍的區(qū)域可以作為空氣間隙或者也可以將光學(xué)樹脂填充于該區(qū)域。
[0092]另外，使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理可以由使用了硅烷氣體的等離子CVD法、涂布式的SOG法、蒸鍍法、濺射法、LP-CVD法等來將硅氧化膜形成于由硅構(gòu)成的處理基板的一個(gè)主面并將該硅氧化膜作為表面層。另外，也可以取代熱氧化處理而由LP-CVD法來將硅氧化膜形成于由硅構(gòu)成的處理基板的一個(gè)主面以及另一個(gè)主面并將被形成于處理基板的一個(gè)主面或者另一個(gè)主面的硅氧化膜作為表面層。即，硅氧化膜的空腔層并不限定于由硅的熱氧化處理形成的層。但是，如果由熱氧化處理來形成硅氧化膜的話，則與上述的其他的方法相比較，對(duì)于空腔層，具有成為比較致密的膜、膜厚的均勻性提高、雜質(zhì)變少、光透過性或光折射率等的光學(xué)特性比較穩(wěn)定這樣的優(yōu)點(diǎn)。
[0093]產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0094]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供高可靠性的分光傳感器。
[0095]符號(hào)的說明
[0096]L...分光傳感器、3…光透過基板、4…光檢測(cè)基板、5…光學(xué)濾光層、11...耦合層(第I耦合層)、仏..耦合層(第2耦合層)、20、2(^、2(^..干涉濾光部、21...空腔層、22...081?層(第I鏡層)、23…DBR層(第2鏡層)。
【權(quán)利要求】
1.一種分光傳感器，其特征在于: 具備: 干涉濾光部，具有空腔層以及經(jīng)由所述空腔層而相對(duì)的第I以及第2鏡層，對(duì)應(yīng)于入射位置選擇性地使規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過； 光透過基板，被配置于所述第I鏡層側(cè)，使入射到所述干涉濾光部的光透過； 光檢測(cè)基板，被配置于所述第2鏡層側(cè)，檢測(cè)透過了所述干涉濾光部的光； 第I耦合層，被配置于所述干涉濾光部與所述光透過基板之間， 所述空腔層以及所述第I耦合層是硅氧化膜。
2.如權(quán)利要求1所述的分光傳感器，其特征在于: 所述空腔層是由硅的熱氧化處理形成的硅氧化膜。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的分光傳感器，其特征在于: 所述第I耦合層是由使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理形成的硅氧化膜。
4.如權(quán)利要求1?3中的任意一項(xiàng)所述的分光傳感器,其特征在于: 進(jìn)一步具備被配置于所述干涉濾光部與所述光檢測(cè)基板之間的第2耦合層， 所述第2耦合層是硅氧化膜。
5.如權(quán)利要求4所述的分光傳感器,其特征在于: 所述第2耦合層是由使用了作為原料氣體的TEOS的成膜處理形成的硅氧化膜。
6.如權(quán)利要求1?5中的任意一項(xiàng)所述的分光傳感器,其特征在于: 進(jìn)一步具備以與所述第I鏡層相對(duì)的方式形成于所述光透過基板上并且使所述規(guī)定的波長(zhǎng)范圍的光透過的光學(xué)濾光層。
【文檔編號(hào)】G01J3/26GK103842783SQ201280049208
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月4日
【發(fā)明者】柴山勝己, 笠原隆 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社