CN104303032A - 分光传感器 - Google Patents
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Abstract
分光传感器(1A)包括干涉滤光部(20A)、光检测基板(30A)和隔板(15)。干涉滤光部(20A)具有腔层(21)以及隔着腔层(21)相对的第1和第2镜层(22、23)，根据入射位置选择性地使规定的波长范围的光从第1镜层(22)侧透过至第2镜层(23)侧。光检测基板(30A)具有透过了干涉滤光部(20A)的光进行入射的受光面(32a)，对入射到受光面(32a)的光进行检测。隔板(15)从腔层(21)到达第1和第2镜层(22、23)的至少一方，在从与受光面(32a)交叉的规定的方向观察的情况下将干涉滤光部(20A)光学性地分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种分光传感器。
背景技术
作为现有的分光传感器，已知有具有根据入射位置使规定的波长范围的光选择性地透过的光学滤光部和对透过了光学滤光部的光进行检测的光检测基板的分光传感器。例如，在专利文献1所记载的分光传感器中，在光学滤光部和光检测基板之间、或者相对于光学滤光部的光的入射侧配置FOP(Fiber Optic Plate(光纤板))。另外，在专利文献2所记载的分光传感器中，在光学滤光部和光检测基板之间设置有限制光的入射角的角度限制滤光器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-129908号公报
专利文献2：日本特开2011-203247号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1所记载的分光传感器中，在光学滤光部和光检测基板之间配置有FOP的分光传感器或专利文献2所记载的分光传感器中，能够谋求光学滤光部和光检测基板之间的区域中的光的串扰的抑制。另外，在专利文献1所记载的分光传感器中，在相对于光学滤光部的光的入射侧配置有FOP的分光传感器中，通过限制入射到光学滤光部的光的入射角，从而能够谋求光学滤光部中的光的串扰的抑制。但是，对于这些分光传感器而言，光学滤光部中的光的串扰的抑制不充分，其结果，存在在光检测基板的受光面的规定的位置上所检测的光的波长范围变宽或杂散光成分变多等、滤光特性劣化的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种能够谋求滤光特性的提高的分光传感器。
解决问题的技术手段
本发明的分光传感器包括：干涉滤光部，其具有腔层以及隔着腔层相对的第1和第2镜层，根据入射位置选择性地使规定的波长范围的光从第1镜层侧透过至第2镜层侧；光检测基板，其具有透过了干涉滤光部的光进行入射的受光面，对入射到受光面的光进行检测；以及隔板，其从腔层到达第1和第2镜层的至少一方，在从与受光面交叉的规定的方向观察的情况下，将干涉滤光部光学性地分离。
在该分光传感器中，在从与受光面交叉的规定的方向观察的情况下，干涉滤光部被隔板光学性地分离，该隔板从腔层到达第1和第2镜层的至少一方。由此，例如，即使不与隔板分开地采用用于限制入射到干涉滤光部的光的入射角的结构，在腔层中，也抑制了光向与受光面平行的方向的传播，所以能够充分地谋求干涉滤光部中的光的串扰的抑制。而且，通过隔板限制了入射到光检测基板的受光面的光的入射角，所以，能够使光精度良好地入射到与干涉滤光部的入射位置对应的受光面的规定的位置。因此，根据该分光传感器，能够谋求滤光特性的提高。
在此，隔板也可以从腔层至少到达第2镜层。根据该结构，能够抑制第2镜层和光检测基板的受光面之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，能够谋求滤光特性的进一步的提高。
再有，隔板也可以从腔层到达第1和第2镜层的双方。根据该结构，能够抑制第2镜层和光检测基板的受光面之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，除此之外，由于腔层通过隔板而被可靠地分离，所以，能够更加充分地谋求干渉滤光部中的光的串扰的抑制。
另外，分光传感器也可以还具备：第1耦合层，其配置在干涉滤光部和光检测基板之间，使从干涉滤光部行进至光检测基板的光透过，隔板经由第2镜层而到达第1耦合层。根据该结构，能够抑制第2镜层和光检测基板的受光面之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，除此之外，入射到光检测基板的受光面的光的入射角通过隔板而被更进一步限制，所以，能够使光更加精度良好地入射到与干涉滤光部的入射位置对应的受光面的规定的位置。
另外，分光传感器也可以还包括使入射到干涉滤光部的光透过的光透过基板、以及配置在光透过基板和干涉滤光部之间并使从光透过基板行进至干涉滤光部的光透过的第2耦合层，隔板经由第1镜层而到达第2耦合层。根据该结构，通过隔板限制入射到干涉滤光部的光的入射角，所以能够更加充分地谋求干涉滤光部中的光的串扰的抑制。
此时，腔层和第2耦合层也可以由相同材料构成。根据该结构，能够容易地实现腔层和第2耦合层的层叠工序。另外，在例如通过干式蚀刻设置隔板的情况下，能够使蚀刻气体等的条件相同，因此，能够实现形状精度高的隔板。另外，折射率相同，所以也能够获得稳定的滤光特性。再有，能够谋求用于限制光的入射角的隔板的准直特性的均匀化。此外，所谓相同，是指不仅包括完全相同的情况而且包括在制造误差等的范围内大致相同的情况。
另外，第1镜层和第2镜层之间的规定的方向上的距离也可以进行变化，隔板的受光面侧的端部和受光面之间的规定的方向上的距离固定，隔板的与受光面相反侧的端部和受光面之间的规定的方向上的距离固定。根据该结构，能够谋求用于限制光的入射角的隔板的准直特性的均匀化。此外，所谓固定，是指不仅包括完全固定的情况而且包括在制造误差等的范围内大致固定的情况。
另外，在从规定的方向观察的情况下，隔板也可以以横穿过受光面的方式延伸。根据该结构，能够在受光面的整个区域中检测被适当地分光了的光(即，波长范围狭窄且杂散光成分少的光)。
另外，分光传感器也可以还具备：反射防止膜，其配置在干涉滤光部和光检测基板之间，防止入射到受光面的光的反射。或者，在光检测基板的干涉滤光部侧的表面上也可以实施防止入射到受光面的光的反射的反射防止处理。根据这些结构，能够抑制第2镜层和光检测基板的受光面之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，能够谋求滤光特性的进一步的提高。
另外，规定的方向也可以为与受光面垂直的方向。根据该结构，能够使分光传感器的构造简化。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够谋求滤光特性的提高的分光传感器。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式的分光传感器的纵截面图。
图2是沿图1的II－II线的部分截面图。
图3是图1的分光传感器的垫片部的周边部分的放大纵截面图。
图4是图1的分光传感器的干涉滤光部的中央部分的放大纵截面图。
图5是表示图1的分光传感器中的受光部的像素和隔板的关系的图。
图6是用于说明图1的分光传感器的制造方法的纵截面图。
图7是用于说明图1的分光传感器的制造方法的纵截面图。
图8是用于说明图1的分光传感器的制造方法的纵截面图。
图9是用于说明图1的分光传感器的制造方法的纵截面图。
图10是用于说明图1的分光传感器的制造方法的纵截面图。
图11是用于说明图1的分光传感器的制造方法的纵截面图。
图12是图1的分光传感器的变形例的纵截面图。
图13是图1的分光传感器的变形例的纵截面图。
图14是本发明的第2实施方式的分光传感器的纵截面图。
图15是图14的分光传感器的变形例的纵截面图。
图16是表示对分光传感器照射820nm、860nm、900nm、940nm、980nm的亮线时的光的波长和从分光传感器输出的信号强度的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的优选的实施方式进行详细的说明。还有，在各图中，对相同或相当部分标注相同符号，省略重复的说明。
[第1实施方式]
如图1所示，第1实施方式的分光传感器1A包括干涉滤光部20A、光检测基板30A和收纳干涉滤光部20A以及光检测基板30A的封装体(package)2。封装体2由树脂等形成为长方体箱状，在高度方向上的一侧(相对于干涉滤光部20A以及光检测基板30A的光的入射侧)开口。此外，在以下的说明中，将封装体2的长度方向设为X轴方向，将封装体2的宽度方向设为Y轴方向，将封装体2的高度方向设为Z轴方向。
光检测基板30A在封装体2内被固定在底壁2a上。干涉滤光部20A经由第1耦合层3而被接合于光检测基板30A上。第1耦合层3在干涉滤光部20A和光检测基板30A之间，使从干涉滤光部20A向光检测基板30A行进的光透过。在干涉滤光部20A上形成有保护膜5。作为一个例子，第1耦合层3为通过作为原料气体使用了TEOS(Tetraethyl Orthosilicate(原硅酸四乙酯)，Tetraethoxysilane(正硅酸乙脂))的成膜处理形成的硅氧化膜，其厚度为数十nm～数十μm左右。另外，保护膜5由SiO2等构成，其厚度为数十nm～数十μm左右。
光检测基板30A为具有以X轴方向为长边方向且以Z轴方向为厚度方向的矩形板状的半导体基板31的半导体受光元件。在半导体基板31中在包含一侧的表面31a的部分形成有受光部32。受光部32为在Y轴方向上延伸的线状的光电二极管沿X轴方向一维排列而成的光电二极管阵列。受光部32具有透过了干涉滤光部20A的光进行入射的受光面32a，光检测基板30A被构成为对入射到受光面32a的光进行检测。作为一个例子，半导体基板31的厚度为数十μm～数百μm左右。另外，受光部32的X轴方向的长度为百μm～数十mm左右，受光部32的Y轴方向的宽度为数μm～数十mm左右。此外，光检测基板30A也可以为其它的半导体受光元件(C-MOS图像传感器、CCD图像传感器、红外线图像传感器等)。
在半导体基板31的表面31a形成有用于对受光部32输入输出电信号的配线33的垫片(pad)部33a。再有，在半导体基板31的表面31a以覆盖受光部32和配线33的方式形成有反射防止膜34，在反射防止膜34上形成有干涉滤光部20A侧的表面通过CMP(ChemicalMechanical Polishing(化学机械抛光))而被平坦化了的平坦化层35。反射防止膜34在干渉滤光部20A和光检测基板30A之间防止入射到受光面32a的光的反射。作为一个例子，反射防止膜34为由Al2O3、TiO2、Ta2O5、SiO2、SiN、MgF2等构成的单层膜或者层叠膜，其厚度为数十nm～数十μm左右。另外，平坦化层35由SiO2等构成，其厚度为数十nm～数十μm左右。
干涉滤光部20A具有腔(cavity)层21以及隔着腔层21相对的第1以及第2镜层22、23。干涉滤光部20A是根据入射位置选择性地使规定的波长范围的光从第1镜层22侧透过至第2镜层23侧的LVF(Linear Variable Filter(线性可变滤光器))。作为一个例子，腔层21为通过硅的热氧化处理而形成的硅氧化膜(SiO2膜)，其厚度为数十nm～数十μm左右。另外，各镜层22、23为由Si、Ge、SiN、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、Al2O3、MgF2等的电介质多层膜构成的DBR(Distributed Bragg Reflector(分布布拉格反射))层，其厚度为数十nm～数十μm左右。
如图1和图2所示，干涉滤光部20A包括第1滤光区域24以及第2滤光区域25。第1滤光区域24在从Z轴方向(与受光面32a垂直的方向)观察的情况下，与光检测基板30的受光面32a对应。即，第1滤光区域24和受光面32a形成为在从Z轴方向观察的情况下它们的一方包含另一方(包括X轴方向的长度和Y轴方向的宽度的至少一方相互相等的情况)。在从Z轴方向观察的情况下，第2滤光区域25以环状(在此，矩形环状)包围第1滤光区域24。
如图1所示，第1滤光区域24中的腔层21的表面21a与XY平面平行。另一方面，第1滤光区域24中的腔层21的背面21b以X轴方向上的背面21b的一端21c与X轴方向上的背面21b的另一端21d相比更接近包含受光面32a的平面(例如，半导体基板31的表面31a)的方式相对于XY平面倾斜。作为一个例子，第1滤光区域24中的腔层21的厚度朝向X轴方向上的一侧在数十nm～数μm左右的范围内逐渐增加。
第2滤光区域25中的腔层21的表面21a和背面21b与XY平面平行。从包含受光面32a的平面至第2滤光区域25中的腔层21的表面21a为止的Z轴方向上的距离(以下，在单单称为“距离”的情况下是指“Z轴方向上的距离”)，与从包含受光面32a的平面至第1滤光区域24中的腔层21的表面21a为止的距离相等。另一方面，从包含受光面32a的平面至第2滤光区域25中的腔层21的背面21b为止的距离，与从包含受光面32a的平面至第1滤光区域24中的腔层21的背面21b的另一端21d为止的距离相等。
如以上所述，腔层21遍及第1滤光区域24和第2滤光区域25，连续地形成。再有，第1滤光区域24和第2滤光区域25中的腔层21的表面21a成为同一面。另一方面，在第1滤光区域24中的腔层21的背面21b与第2滤光区域25中的腔层21的背面21b之间形成有具有在一端21c成为最大且在另一端21d成为最小(在此为0)的高度的台阶差。此外，在另一端21d的腔层21的厚度为500nm左右。
另外，第1镜层22遍及第1滤光区域24和第2滤光区域25连续地形成在腔层21的表面21a。另一方面，第2镜层23遍及第1滤光区域24和第2滤光区域25连续地形成在腔层21的背面21b和台阶差的纵面(立起面)。再有，在第1滤光区域24中，第1镜层22和第2镜层23之间的距离进行变化。另外，在第2滤光区域25中，第1镜层22和第2镜层23之间的距离固定。
如图1和图2所示，光检测基板30A所具有的配线33的垫片部33a以从Z轴方向观察时包含于第2滤光区域25的方式在半导体基板31的表面31a上被形成多个。更具体来说，垫片部33a在X轴方向上的表面31a的两端区域的各个沿Y轴方向被并列设置有多个。如图1和图3所示，在第2滤光区域25，针对各垫片部33a形成有多个用于使垫片部33a露出至外部的贯通孔6。各贯通孔6沿Z轴方向贯通反射防止膜34、平坦化层35、第1耦合层3、第2滤光区域25(即，腔层21以及第1和第2镜层22、23)、以及保护膜5，使垫片部33a的一部分(也可以为全部)露出至外部。此外，在图1和图3中，纵横比不同，但这是为了在图1中强调各层的厚度，与图1相比图3更接近实际的纵横比。此外，在图1～图3的结构中，反射防止膜34的开口边缘与其它的层(平坦化层35、第1耦合层3、第2滤光区域25以及保护膜5)的开口边缘相比更位于外侧，但在从Z轴方向观察的情况下，反射防止膜34的开口边缘也可以处于与其它的层的开口边缘相同的位置。
在各垫片部33a，经由贯通孔6而连接有电线(wire)7。作为一个例子，电线7由Au构成，其一端的珠(ball)部7a一边被赋予超声波振动一边被热压接到垫片部33a的表面。为了防止由于珠部7a的接触而对第2滤光区域25等造成损伤，在贯通孔6的内面和珠部7a之间设置有间隙。电线7的另一端经由封装体2的底壁2a而与设置在底壁2a的外面的安装用的垫片部8连接。
如图1和图4所示，在干涉滤光部20A，在Y轴方向上延伸的隔板15沿着X轴方向一维地排列。隔板15具有光吸收性、光反射性或者遮光性，在从Z轴方向观察的情况下，将干涉滤光部20A的第1滤光区域24光学性地分离。作为一个例子，隔板15由W、Al、Cu、Si、光吸收性树脂等构成。另外，各隔板15的X轴方向上的宽度为数μm～数十μm左右，各隔板15的Z轴方向上的高度为1μm～数百μm左右，各隔板15的截面(与ZX平面平行的截面)的纵横(aspect)比为1～数百左右。
在从Z轴方向观察的情况下，各隔板15以横穿过光检测基板30A的受光面32a的方式延伸。如果如上所述以横穿过受光面32a的方式延伸，则各隔板15可以到达分光传感器1A的侧面，也可以不到达分光传感器1A的侧面。各隔板15从腔层21经由第1镜层22而到达保护膜5的表面5a。另一方面，各隔板15从腔层21经由第2镜层23和第1耦合层3而到达平坦化层35的中途。再有，各隔板15的与受光面32a相反侧的端部15a和受光面32a之间的距离固定。同样，各隔板15的受光面32a侧的端部15b和受光面32a之间的距离固定。此外，各隔板15的端部15b也可以位于反射防止膜34的背面34b和受光面32a的界面。
在如以上所述构成的分光传感器1A中，如果光经由封装体2的开口而入射到封装体2内，则该光透过保护膜5并入射到干涉滤光部20A的第1滤光区域24，根据入射位置使规定的波长范围的光选择性地透过。然后，透过了第1滤光区域24的光透过第1耦合层3、平坦化层35和反射防止膜34，入射到光检测基板30A的受光面32a。此时，入射到光检测基板30A的受光部32的各通道的光的波长，根据入射位置上的腔层21的厚度以及第1和第2镜层22、23的材料和厚度，被唯一决定。由此，光检测基板30A中，在受光部32的每个通道检测不同的波长的光。
如以上说明的那样，在分光传感器1A中，在从Z轴方向观察的情况下，干涉滤光部20A的第1滤光区域24由隔板15而被光学性地分离，隔板15从腔层21到达第1和第2镜层22、23的双方。由此，例如，即使不与隔板15分开地采用用于限制入射到干涉滤光部20A的光的入射角的结构，也能够抑制在腔层21中光向X轴方向的传播，所以，能够充分地谋求干渉滤光部20A中的光的串扰的抑制。再有，隔板15到达第2镜层23，所以，能够抑制第2镜层23和光检测基板30A的受光面32a之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生。而且，通过隔板15限制入射到光检测基板30A的受光面32a的光的入射角，所以，能够使光精度良好地入射到与干涉滤光部20A的入射位置对应的受光面32a的规定的位置。因此，根据分光传感器1A，能够谋求滤光特性的提高。另外，通过限制入射角，入射到干涉滤光部20A的光接近准直光，因此，能够使干涉滤光部20A的透过特性进一步敏锐(sharp)。
另外，在分光传感器1A中，例如，在与隔板15分开地采用用于限制入射到干涉滤光部20A的光的入射角的结构的情况下，能够抑制在腔层21中光向X轴方向的传播。所以，不需要与隔板15分开地采用用于限制入射到干涉滤光部20A的光的入射角的结构，能够谋求分光传感器1A的薄型化和低成本化。
另外，隔板15经由第2镜层23而到达第1耦合层3(在分光传感器1A中，到达光检测基板30A的受光面32a上)。由此，能够抑制第2镜层23和受光面32a之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，除此之外，通过隔板15更进一步限制入射到受光面32a的光的入射角，所以，能够使光更加精度良好地入射到与干涉滤光部20A的入射位置对应的受光面32a的规定的位置。
另外，第1镜层22和第2镜层23之间的距离进行变化，相对于此，隔板15的端部15a和光检测基板30A的受光面32a之间的距离、以及隔板15的端部15b和光检测基板30A的受光面32a之间的距离分别固定。由此，能够谋求用于限制光的入射角的隔板15的准直特性的均匀化。
另外，在从Z轴方向观察的情况下，隔板15以横穿过光检测基板30A的受光面32a的方式延伸。由此，能够在受光面32a的整个区域中检测被适当地分光了的光(即，波长范围狭窄且杂散光成分少的光)。
另外，在干涉滤光部20A和光检测基板30A之间，配置有防止入射到光检测基板30A的受光面32a的光的反射的反射防止膜34。该结构也有助于第2镜层23和受光面32a之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生的抑制、以及滤光特性的提高。
在此，对由隔板15得到的光的入射角的限制进行说明。如图4所示，将相邻的隔板15、15间的距离设为d，将隔板15的高度设为h时，能够通过相邻的隔板15、15间的光的入射角θ(在ZX平面内的入射角)的最大值由下述式(1)表示。由此，能够根据能够容许的入射角θ的最大值，设定隔板15的纵横比等。
θ＝90°-tan-1(h/d)＝tan-1(d/h)···(1)
此外，隔板15，可以如图5的(a)所示形成为在光检测基板30A的受光部32中与相邻的像素37、37间的区域对应，也可以如图5的(b)所示形成为在除了该区域之外，至少一个与各像素37对应。在图5的(a)的情况下，能够抑制受光部32中的受光灵敏度降低。另一方面，在图5的(b)的情况下，相邻的隔板15、15间的距离变小，所以即使减小隔板15的高度，也能够抑制能够通过相邻的隔板15、15间的光的入射角的最大值变大(参照上述式(1))。
接着，对上述的分光传感器1A的制造方法进行说明。此外，以下的各工序，可以使用形成有多个与分光传感器1A对应的部件的晶片进行实施，在该情况下，最后，按分光传感器1A对晶片进行切割，并单片化成接合有干涉滤光部20A的光检测基板30A。
首先，如图6的(a)所示，对硅基板50的一个主面50a和另一个主面50b实施热氧化处理，在由硅构成的处理基板51的一个主面51a和另一个主面51b形成硅氧化膜52，将在处理基板51的一个主面51a或另一个主面51b形成的硅氧化膜52作为表面层53。在此，将在处理基板51的一个主面51a形成的硅氧化膜52作为表面层53。
接着，如图6的(b)所示，在表面层53上涂布抗蚀剂层54，如图7的(a)所示，为了通过蚀刻形成腔层21而对抗蚀剂层54进行图案化。接着，如图7的(b)所示，以抗蚀剂层54为掩膜，通过对设置在处理基板51上的表面层53进行蚀刻(回蚀)，从而形成腔层21。
接着，如图8的(a)所示，在腔层21上形成第2镜层23。在形成第2镜层23时，通过离子镀法、蒸镀法、溅射法等进行成膜。另外，根据需要，利用光刻和剥离、或者蚀刻进行图案化。接着，如图8的(b)所示，以覆盖第2镜层23的方式形成硅氧化膜，通过CMP使其表面平坦化而形成第1耦合层3。
接着，如图9的(a)所示，在光检测基板30A的平坦化层35的表面上直接键合(表面活性化接合等)第1耦合层3的表面。接着，如图9的(b)所示，通过实施研削、研磨、蚀刻等，将硅氧化膜52和处理基板51除去。
接着，如图10的(a)所示，在通过将处理基板51除去而露出的腔层21上，通过与第2镜层23同样的方法形成第1镜层22。由此，第1镜层22和第2镜层23隔着腔层21而相对，形成干涉滤光部20A。接着，如图10的(b)所示，在第1镜层22上形成保护膜5。
接着，如图11的(a)所示，对光检测基板30A的与垫片部33a对应的部分和应形成隔板15的部分实施蚀刻，从而形成贯通孔6和狭缝16。此时，保护膜5的表面也被蚀刻，但通过假设这些来设定保护膜5的厚度，从而能够防止第1镜层22等由于蚀刻而受到损伤。
接着，如图11的(b)所示，将光吸收性、光反射性或者遮光性的材料填充到狭缝16内来形成隔板15，根据需要通过CMP对保护膜5的表面和隔板15的端部进行平坦化。此外，也可以通过将光吸收性、光反射性或者遮光性的材料涂敷在狭缝16的内面来形成隔板15。
接着，如图1所示，将接合有干涉滤光部20A的光检测基板30A固定在封装体2的底壁2a。接着，经由贯通孔6将电线7的一端连接于垫片部33a，并且经由封装体2的底壁2a将电线7的另一端连接于垫片部8，获得分光传感器1A。
此外，在第1实施方式的分光传感器1A中，如图12所示，在封装体2的开口也可以安装光透过基板11。作为一个例子，光透过基板11由玻璃等构成，其厚度为数百μm～数mm左右。另外，在光透过基板11的表面11a或背面11b的至少一方也可以形成光学滤光层4。作为一个例子，光学滤光层4是电介质多层膜或有机彩色滤光器(彩色抗蚀剂)，其厚度为数十nm～数十μm左右。再有，作为光透过基板11的材料，也可以使用使规定的波长范围的光透过的有色玻璃或滤波器玻璃。
另外，如图13所示，形成有光学滤光层4的光透过基板11也可以通过光学树脂材料17而被接合于保护膜5上。再有，在光检测基板30A和干涉滤光部20A与封装体2的侧壁的内面之间也可以填充有光吸收性的树脂材料12。根据该结构，能够更加可靠地防止噪声光进入到第1滤光区域24内。另外，在分光传感器1A的所有的方式中，也可以不形成保护膜5。
此外，封装体2也可以不具备侧壁，例如也可以为在PC基板等之上安装光检测基板30A，使用光透过树脂等并通过压铸模密封的SMD(Surface Mount Device(表面安装装置))封装体的方式。
[第2实施方式]
如图14所示，第2实施方式的分光传感器1B，主要在构成为CSP(Chip Size Package(芯片尺寸封装))的方面，与构成为SMD的第1实施方式的分光传感器1A不同。下面，以与第1实施方式的分光传感器1A的不同点为中心，对第2实施方式的分光传感器1B进行说明。
在分光传感器1B中，光检测基板30B的受光部32在半导体基板31上被形成在包含表面31A的部分。在半导体基板31，作为用于对受光部32输入输出电信号的配线33，形成有表面配线33b、贯通配线33c和背面配线33d，在背面配线33d，设置有表面安装用的凸块电极36。
在分光传感器1B中，干涉滤光部20B经由第1耦合层3而被形成在光检测基板30B的反射防止膜34上。干涉滤光部20B具有腔层21以及隔着腔层21相对的第1和第2镜层22、23。干涉滤光部20B是根据入射位置选择性地使规定的波长范围的光从第1镜层22侧透过至第2镜层23侧的LVF。
干涉滤光部20B具有第1滤光区域24和第2滤光区域25。在从Z轴方向观察的情况下，第1滤光区域24与光检测基板30B的受光面32a对应。在从Z轴方向观察的情况下，第2滤光区域25以环状包围第1滤光区域24。
第1滤光区域24中的腔层21的表面21a以X轴方向上的表面21a的一端21e与X轴方向上的表面21a的另一端21f相比更加从包含受光面32a的平面离开的方式相对于XY平面倾斜。另一方面，第1滤光区域24中的腔层21的背面21b与XY平面平行。
第2滤光区域25中的腔层21的表面21a和背面21b与XY平面平行。从包含受光面32a的平面至第2滤光区域25中的腔层21的表面21a为止的距离，与从包含受光面32a的平面至第1滤光区域24中的腔层21的表面21a的另一端21f为止的距离相等。另一方面，从包含受光面32a的平面至第2滤光区域25中的腔层21的背面21b为止的距离，与从包含受光面32a的平面至第1滤光区域24中的腔层21的背面21b为止的距离相等。
如以上所述，腔层21遍及第1滤光区域24和第2滤光区域25连续地形成。再有，在第1滤光区域24中的腔层21的表面21a与第2滤光区域25中的腔层21的表面21a之间，形成有具有在一端21e成为最大且在另一端21f成为最小(在此为0)的高度的台阶差。另一方面，第1滤光区域24和第2滤光区域256中的腔层21的背面21b成为同一面。
另外，第1镜层22遍及第1滤光区域24和第2滤光区域25连续地形成在腔层21的表面21a和台阶差的纵面。另一方面，第2镜层23遍及第1滤光区域24和第2滤光区域25连续地形成在腔层21的背面21b。再有，在第1滤光区域24中，第1镜层22和第2镜层23之间的距离进行变化。另外，在第2滤光区域25中，第1镜层22和第2镜层23之间的距离固定。
在分光传感器1B中，在背面11b形成有光学滤光层4的光透过基板11经由第2耦合层9而被接合于干涉滤光部20B上。光透过基板11使入射到干涉滤光部20B的光透过。第2耦合层9在光透过基板11和干涉滤光部20B之间，使从光透过基板11向干涉滤光部20B行进的光透过。第2耦合层9由与腔层21相同的材料构成。作为一个例子，第2耦合层9为通过作为原料气体使用了TEOS的成膜处理形成的硅氧化膜，其厚度为数十nm～数十μm左右。
在分光传感器1B中，各隔板15从腔层21经由第1镜层22而到达第2耦合层9内。另一方面，各隔板15从腔层21经由第2镜层23而到达第1耦合层3的背面(受光面32a侧的表面)(即，反射防止膜34上)。再有，各隔板15的端部15a和受光面32a之间的距离固定。同样，各隔板15的端部15b和受光面32a之间的距离固定。
在如以上所述构成的分光传感器1B中，如果光入射到光透过基板11，则在透过了光透过基板11的光中仅应入射到干涉滤光部20B的第1滤光区域24的规定的波长范围的光被光学滤光层4透过。透过了光学滤光层4的光透过第2耦合层9而入射到第1滤光区域24，根据入射位置选择性地透过规定的波长范围的光。然后，透过了第1滤光区域24的光，透过第1耦合层3和反射防止膜34，入射到光检测基板30B的受光面32a。此时，入射到光检测基板30B的受光部32的各通道的光的波长，根据入射位置上的腔层21的厚度以及第1和第2镜层22、23的材料和厚度，被唯一决定。由此，光检测基板30B中，在受光部32的每个通道检测不同的波长的光。
如以上说明的那样，在分光传感器1B中，在从Z轴方向观察的情况下，干涉滤光部20B的第1滤光区域24由隔板15而被光学性地分离，隔板15从腔层21到达第1和第2镜层22、23的双方。因此，根据分光传感器1B，与上述的分光传感器1A同样能够谋求滤光特性的提高。
另外，在分光传感器1B中，隔板15经由第1镜层22而到达配置在光透过基板11和干涉滤光部20B之间的第2耦合层9。由此，通过隔板15限制入射到干涉滤光部20B的光的入射角，所以，能够更加充分地谋求干涉滤光部20B中的光的串扰的抑制。另外，如果入射到干涉滤光部20B的光的入射角被限制，则通过干涉滤光部20B的光接近准直光，因此，能够使干涉滤光部20B的透过特性进一步敏锐。
另外，在分光传感器1B中，腔层21和第2耦合层9由相同材料构成。由此，能够容易地实现腔层21和第2耦合层9的层叠工序。另外，在例如通过干式蚀刻设置隔板15的情况下，能够使蚀刻气体等的条件相同，因此，能够实现形状精度高的隔板15。另外，折射率相同，所以也能够获得稳定的滤光特性。再有，能够谋求用于限制光的入射角的隔板15的准直特性的均匀化。
此外，在第2实施方式的分光传感器1B中，也可以如图15所示使用背面入射型的光检测基板30C。在背面入射型的光检测基板30C中，受光部32在半导体基板31中被形成于包含背面31b的部分，受光部32中的与受光面32a相反侧的表面被遮光。作为用于对受光部32输入输出电信号的配线33，形成有背面配线33e，在背面配线33e设置有表面安装用的凸块电极36。这样，如果使用背面入射型的光检测基板30C，则不需要贯通电极等，所以，能够谋求分光传感器1B的低成本化。
最后，参照图16，对第1和第2实施方式的分光传感器1A、1B的效果进行说明。图16是表示对分光传感器照射820nm、860nm、900nm、940nm、980nm的亮线时的光的波长和从分光传感器输出的信号强度的关系的图表，(a)为第1和第2的实施方式的分光传感器1A、1B，(b)为从第1和第2实施方式的分光传感器1A、1B除去了隔板15后的分光传感器(下面，称为“无隔板的分光传感器”)。如图16的(a)和(b)所示，在第1和第2实施方式的分光传感器1A、1B中，与无隔板的分光传感器相比，被分光的光的波长范围变狭窄。这是因为，通过隔板15抑制了干涉滤光部20A、20B中的光的串扰，实现了狭窄频段的滤光透过特性。另外，在第1和第2实施方式的分光传感器1A、1B中，与无隔板的分光传感器相比，杂散光成分变少。这是因为，除了通过隔板15抑制了干涉滤光部20A、20B中的光的串扰之外，还抑制了第2镜层23和光检测基板30A、30B的受光面32a之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生。
以上，对本发明的第1和第2实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的第1和第2实施方式。例如，分光传感器的各构成部件的材料和形状不限定于上述的材料和形状，能够应用各种材料和形状。作为其一个例子，腔层的材料也可以为由TiO2、Ta2O5、SiN、Si、Ge、Al2O3、光透过性树脂构成的材料等。第1和第2镜层的材料也可以为由Al、Au、Ag等构成的厚度为数nm～数μm的金属膜。第1和第2耦合层的材料也可以为光透过性树脂等。另外，分光传感器的各构成部件的尺寸也是一个例子。另外，本发明和本实施方式中，所谓“固定”，是指不仅包括完全固定的情况而且也包含在制造误差等的范围内大致固定的情况。对于“相同”、“平行”、“垂直”、“相等”、“同一面”等也相同。
另外，在干涉滤光部的第1滤光区域中，腔层的厚度可以二维地变化(不仅在X轴方向上也在Y轴方向上变化)，或者也可以阶段状地变化。另外，光检测基板不限定于一维传感器，也可以为二维传感器。另外，利用隔板的干渉滤光部的光学性的分离，在从Z轴方向观察的情况下，也可以为二维的光学性的分离。例如，隔板不仅在Y轴方向上而且在X轴方向上延伸，隔板作为整体也可以成为格子状。
另外，在从与光检测基板的受光面交叉的规定的方向观察的情况下，隔板可以将干涉滤光部光学性地分离。但是，在从与受光面垂直的方向观察的情况下，如果采用将干涉滤光部光学性地分离的隔板，则能够使分光传感器的构造简化。另外，隔板不限定于从腔层到达第1和第2镜层的双方的隔板。即，隔板可以从腔层到达第1和第2镜层的至少一方。在该情况下，也能够充分地谋求干涉滤光部中的光的串扰的抑制，并且能够使光精度良好地入射到与干涉滤光部的入射位置对应的光检测基板的受光面的规定的位置，能够谋求滤光特性的提高。但是，如果隔板从腔层至少到达第2镜层，则能够抑制第2镜层和光检测基板的受光面之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，能够谋求滤光特性的进一步的提高。
此外，隔板可以在与受光面垂直的方向上将腔层的至少一部分分离。另外，到达第1镜层的隔板，可以在与受光面垂直的方向上将第1镜层的至少一部分分离。同样，到达第2镜层的隔板，可以在与受光面垂直的方向上将第2镜层的至少一部分分离。
另外，替代反射防止膜，也可以在光检测基板的干涉滤光部侧的表面实施防止入射到受光面的光的反射的反射防止处理。作为反射防止处理的一个例子，存在黑硅加工等的粗面化处理或纳米柱构造。在该情况下，也能够抑制第2镜层和光检测基板的受光面之间的光的多重反射和干渉所引起的杂散光的产生，能够实现滤光特性的进一步的提高。
另外，干涉滤光部也可以具有多个第1滤光区域。在该情况下，第2滤光区域可以以针对一个第1滤光区域包围该一个第1滤光区域的方式形成，或者，也可以以针对多个第1滤光区域包围该多个第1滤光区域的方式形成。
另外，对于光检测基板和干涉滤光部的接合而言，也可以应用利用光学树脂材料进行的接合或分光传感器的外缘部中的接合。利用光学树脂材料进行的接合中，作为光学树脂材的材料，能够使用环氧类、丙烯酸类、硅酮类的有机材料、或者由有机无机构成的混合材料等的光学树脂。另外，分光传感器的外缘部中的接合中，能够通过间隔器(spacer)保持缝隙并通过低融点玻璃或焊料等进行接合。在该情况下，被接合部包围的区域可以为空气缝隙，或者，也可以在该区域填充光学树脂材料。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供一种能够谋求滤光特性的提高的分光传感器。
符号的说明
1A、1B…分光传感器，3…第1耦合层，9…第2耦合层，11…光透过基板，15…隔板，15a、15b…端部，20A、20B…干涉滤光部，21…腔层，22…第1镜层，23…第2镜层，30A、30B，30C…光检测基板，32a…受光面，34…反射防止膜。
Claims (11)
1.一种分光传感器，其特征在于，
包括：
干涉滤光部，其具有腔层以及隔着所述腔层相对的第1和第2镜层，根据入射位置选择性地使规定的波长范围的光从所述第1镜层侧透过至所述第2镜层侧；
光检测基板，其具有透过了所述干涉滤光部的光进行入射的受光面，对入射到所述受光面的光进行检测；以及
隔板，其从所述腔层到达所述第1和所述第2镜层的至少一方，在从与所述受光面交叉的规定的方向观察的情况下将所述干涉滤光部光学性地分离。
2.如权利要求1所述的分光传感器，其特征在于，
所述隔板从所述腔层至少到达所述第2镜层。
3.如权利要求2所述的分光传感器，其特征在于，
所述隔板从所述腔层到达所述第1和所述第2镜层的双方。
4.如权利要求1～3中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
还具备：
第1耦合层，其配置在所述干涉滤光部和所述光检测基板之间，使从所述干涉滤光部行进至所述光检测基板的光透过，
所述隔板经由所述第2镜层而到达所述第1耦合层。
5.如权利要求1～4中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
还具备：
光透过基板，使入射到所述干涉滤光部的光透过；以及
第2耦合层，配置在所述光透过基板和所述干涉滤光部之间，使从所述光透过基板行进至所述干涉滤光部的光透过，
所述隔板经由所述第1镜层而到达所述第2耦合层。
6.如权利要求5所述的分光传感器，其特征在于，
所述腔层和所述第2耦合层由相同材料构成。
7.如权利要求1～6中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
所述第1镜层和所述第2镜层之间的所述规定的方向上的距离变化，
所述隔板的所述受光面侧的端部和所述受光面之间的所述规定的方向上的距离固定，
所述隔板的与所述受光面相反侧的端部和所述受光面之间的所述规定的方向上的距离固定。
8.如权利要求1～7中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
在从所述规定的方向观察的情况下，所述隔板以横穿过所述受光面的方式延伸。
9.如权利要求1～8中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
还具备：
反射防止膜，其配置在所述干涉滤光部和所述光检测基板之间，防止入射到所述受光面的光的反射。
10.如权利要求1～8中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
在所述光检测基板的所述干涉滤光部侧的表面上实施防止入射到所述受光面的光的反射的反射防止处理。
11.如权利要求1～10中任一项所述的分光传感器，其特征在于，
所述规定的方向为与所述受光面垂直的方向。
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