专利名称：分光模块的制造方法以及分光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及对光进行分光并加以检测的分光模块的制造方法以及分光模块。
背景技术
作为以往的分光模块，例如众所周知专利文献1 3中所记载的分光模块。在 专利文献1中记载了具备使光透过的主体部、对从主体部的规定面侧入射到主体部的光 进行分光并反射到规定面侧的分光部以及检测由分光部进行分光并反射的光的光检测元 件，并将向分光部行进的光所通过的光通过孔形成于光检测元件的分光模块。根据如 此的分光模块，能够防止在光通过孔与光检测元件的光检测部的相对位置关系上发生偏 差。
专利文献1 日本特开2004-3M176号公报
专利文献2 日本特开2000-65642号公报
专利文献3:日本特开平4494223号公报发明内容
发明所要解决的课题
然而，在如以上所述那样的分光模块中，因为如果用于将光检测元件安装于主 体部的树脂剂进入到光检测元件的光通过孔内，那么在入射到主体部的光上可能会发生 折射和散射等，所以防止折射和散射等的发生并将光恰当地入射到主体部是极为重要 的。
本发明是有鉴于这样的情况而悉心研究的成果，以提供一种能够将光恰当地入 射到主体部的分光模块的制造方法以及分光模块为目的。
解决课题的技术手段
为了达到上述目的，本发明所涉及的分光模块的制造方法的特征在于，是一种 具备使光透过的主体部、对从主体部的规定面侧入射到主体部的光进行分光并且反射到 规定面侧的分光部以及检测由分光部进行分光的光的光检测元件的分光模块的制造方 法，包含下述工序准备光检测单元的工序，该光检测单元通过贴合形成有向分光部行 进的光所通过的光通过孔的光检测元件和使通过光通过孔并向分光部行进的光以及从分 光部向光检测元件的光检测部行进的光透过的光透过构件而构成；通过使第1光学树脂 剂介于规定面与光透过构件之间从而将光检测单元安装于主体部的工序。
在该分光模块的制造方法中，通过使第1光学树脂剂介于主体部的规定面与光 透过构件之间从而将由贴合光检测元件和光透过构件而构成的光检测单元安装于主体 部。因此，在由第1光学树脂剂而将光检测单元安装于主体部的时候，因为光检测元件 的光通过孔被光透过构件所覆盖，所以能够防止第1光学树脂剂进入到光通过孔内。因 此，能够制造可防止折射和散射等的发生并将光恰当地入射到主体部的分光模块。
在本发明所涉及的分光模块的制造方法中，在准备光检测单元的工序中，优选，在贴合设置有光检测部的光检测基板和光透过构件之后，将光通过孔形成于光检测 基板。在此情况下，能够可靠地防止可能成为发生折射和散射等的原因的物体进入到光 通过孑L内。
此时，可以由第2光学树脂剂来贴合光检测基板和光透过构件，或者，也可以 由直接结合来贴合光检测基板和光透过构件。根据这些方法，能够简便且可靠地贴合光 检测基板和光透过构件。
而且，在由第2光学树脂来贴合光检测基板和光透过构件的情况下，优选，将 光透过孔形成于光检测基板并且除去临近光通过孔的第2光学树脂剂。在此情况下，能 够更加可靠地防止在入射到主体部的光上发生折射和散射等。
另外，本发明所涉及的分光模块的特征在于，具备使光透过的主体部、对从主 体部的规定面侧入射到主体部的光进行分光并且反射到规定面侧的分光部以及检测由分 光部进行分光的光的光检测元件，通过贴合形成有向分光部行进的光所通过的光通过孔 的光检测元件和使通过光通过孔并向分光部行进的光以及从分光部向光检测元件的光检 测部行进的光透过的光透过构件而构成光检测单元，通过使第1光学树脂剂介于规定面 与光透过构件之间从而光检测单元被安装于主体部。
如以上所述，根据该分光模块，因为由光透过构件而防止了第1光学树脂剂进 入到光通过孔内，所以能够使光恰当地入射到主体部。
发明的效果
根据本发明，在分光模块中，能够防止折射和散射等的发生并能够使光恰当地 入射到主体部。


图1是本发明所涉及的分光模块的一个实施方式的平面图。
图2是沿着图1的II-II线的截面图。
图3是图1的分光模块的下面图。
图4是图1的分光模块的主要部分放大截面图。
图5是表示图1的分光模块的光检测单元的制造工序的截面图。
图6是表示图1的分光模块的光检测单元的制造工序的截面图。
图7是表示图1的分光模块的光检测单元的制造工序的截面图。
图8是表示图1的分光模块的光检测单元的制造工序的截面图。
图9是本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的光检测单元的截面图。
图10是本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的光检测单元的截面图。
图11是本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的截面图。
图12是表示本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的光检测单元的制造工序 的截面图。
图13是表示本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的光检测单元的制造工序 的截面图。
图14是表示本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的光检测单元的制造工序 的截面图。
图15是表示本发明所涉及的分光模块的其它实施方式的光检测单元的制造工序 的截面图。
符号的说明
1…分光模块、2…基板(主体部)、&…前表面(规定面)、3…透镜部(主体 部)、4…分光部、5…光检测元件、5a…光检测部、10…光检测单元、50…光通过孔、 55…光学树脂剂(第2光学树脂剂)、56…光透过板(光透过构件)、63…光学树脂剂(第 1光学树脂剂)、91…半导体基板(光检测基板)。
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，在各个 附图中，将相同的符号标注于相同或者相当的部分，省略重复的说明。
图1是本发明所涉及的分光模块的一个实施方式的平面图，图2是沿着图1的 II-II线的截面图。如图1、2所示，分光模块1具备使从前表面(规定面) 侧入射的光 Ll透过的基板(主体部)2、使入射到基板2的光Ll透过的透镜部(主体部)3、对入射 到透镜部3的光Ll进行分光并且反射到前表面&侧的分光部4、以及检测由分光部4进 行分光的光L2的光检测元件5。分光模块1是一种由分光部4将光Ll分光成对应于多 个波长的光L2，并由光检测元件5检测该光L2，从而测定光Ll的波长分布和特定波长 成分的强度等的微型分光模块。
图3是图1的分光模块的下面图。如图2、3所示，基板2具有长方形板状(例 如全长为15 20mm、全宽为11 12mm、厚度为1 3mm)的形状，透镜部3具有由 与其底面3a大致垂直并且彼此大致平行的2个平面切割半球状的透镜而形成侧面3b的形 状(例如半径为6 10mm，底面3a的全长为12 18mm，底面3a的全宽(即侧面3b间 距离)为6 10mm，高度为5 8mm)。基板2和透镜部3在基板2的后表面2b与透 镜部3的底面3a —致的状态下，由BK7、Pyrex (注册商标)、石英等的光透过性玻璃、 塑料等而被形成为一体。还有，透镜形状并不限定于球面透镜，也可以是非球面透镜。
如图1、2所示，在基板2的前表面&上由树脂剂53而粘结有具有截面长方形 状的开口部51a的长方形板状的配线基板51。在配线基板51上设置有由金属材料构成的 配线(第2配线)52。配线52具有被配置于开口部51a的周围的多个垫片部52a、被配 置于配线基板51的长边方向上的两端部的多个垫片部52b以及连接对应的垫片部5 和 垫片部52b的多个连接部52c。
如图2、3所示，分光部4是具有被形成于透镜部3的外侧表面的衍射层6、被 形成于衍射层6的外侧表面的反射层7、以及覆盖衍射层6和反射层7的外侧表面的钝化 层M的反射型光栅(gratings)。衍射层6通过沿着基板2的长边方向并列设置多个光栅 沟槽虹而被形成，光栅沟槽虹的延伸方向与大致垂直于基板2的长边方向的方向大致一 致。衍射层6例如适用锯齿状截面的闪耀光栅(blazed grating)、矩形状截面的二元光栅 (binary grating) >正弦波状截面的全息光栅(holographic grating)等，并通过使光固化性的 环氧树脂、丙烯酸树脂或者有机无机混合树脂等的复写(replica)用光学树脂光固化而被 形成。反射层7为膜状，例如通过将Al或Au等蒸镀于衍射层6的外侧表面而被形成。 还有，通过调整形成反射层7的面积，从而能够调整分光模块1的光学NA。钝化层M为膜状，例如通过将MgF2或幻02等蒸镀于衍射层6和反射层7的外侧表面而被形成。
图4是图1的分光模块的主要部分放大截面图。如图4所示，在配线基板51的 开口部51a内配置有通过贴合光检测元件5和光透过板(光透过构件)56而构成的光测单 元10。光透过板56在开口部51a内，由使光Li、L2透过的光学树脂剂63而被粘结于基 板2的前表面&。光透过板56由BK7、Pyrex (注册商标)、石英等的光透过性玻璃、塑 料等而被形成为长方形板状(例如全长为5 10mm，全宽为1.5 3mm，厚度为0.3 1.8mm)，并使光Li、L2透过。
在光透过板56的前表面5 上，由使光Li、L2透过的光学树脂剂55而粘结有 光检测元件5。光检测元件5具有长方形板状(例如全长为5 10mm，全宽为1.5 3mm,厚度为10 ΙΟΟμιη)的半导体基板(光检测基板)91，在半导体基板91的分光部 4侧的面上形成有光检测部5a。光检测部5a是CCD影像传感器、PD阵列或者CMOS 影像传感器等，多个通道(channel)通过在与分光部4的光栅沟槽虹的延伸方向大致垂直 的方向(即光栅沟槽虹的并列设置方向)上排列而形成。
另外，在半导体基板91上形成有在通道的排列方向上与光检测部5a并列设置且 通过向分光部4行进的光Ll的光通过孔50。光通过孔50是在与基板2的长边方向大致 垂直的方向上延伸的狭缝(例如长度为0.5 1mm，宽度为10 100 μ m)，并在相对于 光检测部5a被高精度地定位的状态下通过蚀刻等而被形成。
在半导体基板91的分光部4侧的面上形成有多个由Al等的金属材料构成的电极 58。另一方面，在半导体基板91的与分光部4相反的一侧的面上，以与各个电极58相 对应的方式，形成有多个由Al等的金属材料构成的端子电极61，各个端子电极61通过由 Al等的金属材料构成的贯通电极59而与对应的电极58相电连接。
贯通电极59和端子电极61相对于半导体基板91，经由绝缘层92而被形成为一 体，并以使端子电极61的电连接部露出的方式被钝化层93所覆盖。作为绝缘层92以及 钝化层93的材料，可以列举树脂和&02、SiN、SON等。各个端子电极61在从钝化层 93露出的电连接部上，由电线62而与对应的配线基板51的垫片部5 连接。由此，光 检测部5a中所产生的电信号经由电极58、贯通电极59、端子电极61、电线62以及配线 基板51的配线52而被取出至外部。
再有，在半导体基板91的与分光部4相反的一侧的面上形成有由Al等的金属材 料构成的遮光层94。遮光层94相对于半导体基板91，经由绝缘层92而被形成，并被钝 化层93覆盖。从半导体基板91的厚度方向进行观察，遮光层94覆盖光检测部5a，并 对不是通过光通过孔50而要向分光部4行进的光和要直接入射到光检测部5a的光进行遮 光。还有，配线基板51也与遮光层94相同，具有对不是通过光通过孔50而要向分光部 4行进的光进行遮光的功能。
在如以上所述构成的分光模块1中，光Ll经由光检测元件5的光通过孔50、光 学树脂剂阳、光透过板56以及光学树脂剂63而从基板2的前表面&侧入射到基板2，并 在基板2以及透镜部3内行进从而到达分光部4。到达分光部4的光Ll由分光部4被分 光成对应于多个波长的光L2。被分光的光L2被分光部4反射到基板2的前表面&侧， 在透镜部3以及基板2内行进并经由光学树脂剂63、光透过板56以及光学树脂剂55而到 达光检测元件5的光检测部5a。到达光检测部5a的光L2被光检测元件5检测。
对上述的分光模块1的制造方法进行说明。
首先，准备通过贴合形成有光通过孔50的光检测元件5和光透过板56而构成的 光检测单元10。具体来说，如图5(a)所示，在将光检测部5a设置于一侧的半导体基板 91的一个面上形成电极58。之后，如图5(b)所示，由光学树脂剂55将光透过板56粘 结于半导体基板91的一个面上。光学树脂剂55的厚度例如为10 50 μ m。
接着，如图6(a)所示，通过研磨半导体基板91的另一个面等从而使半导体基板 91薄型化。半导体基板91例如从厚度0.3 Imm薄型化成厚度10 100 μ m。之后， 如图6(b)所示，在半导体基板91的另一个面上使抗蚀剂图形化，将该抗蚀剂作为掩模并 实施干式蚀刻，从而形成光通过孔50，并且使电极58在另一侧露出。
接着，如图7(a)所示，除去光通过孔50以及各个电极58的一部分而将绝缘层 92形成于半导体基板91的另一个面上。绝缘层92的厚度例如为0.5 5 μ m。之后， 如图7(b)所示，相对于半导体基板91，经由绝缘层92而形成贯通电极59、端子电极61 以及遮光层94。最后，如图8所示，以除去光通过孔50以及各个端子电极61的一部分 并覆盖端子电极61以及遮光层94的方式形成钝化层93，从而获得光检测单元10。
还有，光检测单元10也可以通过对由贴合包含多个半导体基板91的半导体晶圆 和包含多个光透过板56的玻璃晶圆而构成的层叠物实施切割而获得。
准备光检测单元10，并用模具一体成形基板2以及透镜部3，之后，将分光部4 形成于透镜部3。具体来说，相对于在透镜部3的顶点附近滴下的复写用光学树脂，遮掩 刻出了对应于衍射层6的光栅的光透过性的母光栅(master grating)。然后，在该状态下 通过照射光而使复写用光学树脂固化，优选，为了稳定化，通过实施加热固化而形成具 有多个光栅沟槽虹的衍射层6。之后，对母光栅进行脱模，通过将Al或Au等掩模蒸镀 或者全面蒸镀于衍射层6的外侧表面从而形成反射层7，进一步通过将MgF2或幻02等掩 模蒸镀或者全面蒸镀于衍射层6以及反射层7的外侧表面从而形成钝化层M。
然后，由光学树脂剂63将光检测单元10粘结于基板2的前表面&。再有，由 树脂剂53将配线基板51粘结于基板2的前表面&。最后，由电线62电连接对应的光检 测元件5的端子电极61和配线基板51的配线52，从而获得分光模块1。
如以上所说明的那样，在分光模块1的制造方法中，通过使光学树脂剂63介于 基板2的前表面&与光透过板56之间从而将由贴合光检测元件5和光透过板56而构成 的光检测单元10粘结于基板2的前表面&。因此，在由光学树脂剂63而将光检测单元 10粘结于基板2的时候，因为光检测元件5的光通过孔50被光透过板56覆盖，所以能够 防止光学树脂剂63进入到光通过孔50内。因此，在所制造的分光模块1中，能够防止 折射和散射等的发生并能够使光Ll恰当地入射到基板2。
另外，在准备光检测单元10的工序中，在贴合设置有光检测部5a的半导体基板 91和光透过板56之后，因为在半导体基板91中形成光透过孔50，所以能够可靠地防止 可能成为发生折射和散射等的原因的物体进入到光通过孔50内。
另外，因为由光学树脂剂63将安装有光检测元件5的光透过板56粘结于基板2 的前表面&，所以能够防止在粘结时对光检测元件5的光检测部5a产生破坏。而且，因 为在粘结时相对于基板2的前表面&能够用力按压光透过板56，所以能够使光学树脂剂 63的厚度均勻化并能够除去光学树脂剂63内的气泡。
另外，因为光检测元件5的光通过孔50被光透过板56堵塞，所以能够在稳定的 状态下实施由平面吸具等进行的真空吸附。再有，在相对于端子电极61的引线结合(wire banding)中，因为光检测元件5被光透过板56支撑，所以即使在半导体基板91较薄的情 况下，也能够防止其破损并能够实现可靠的引线结合。
还有，在分光模块1中，光透过板56的体积比基板2的体积小，光透过板56的 热容量比基板2的热容量小(即光透过板56在体积和热容量方面，比基板2更加接近于 光检测元件幻。因此，光透过板56在分光模块1的环境温度发生变化的时候，在比基板 2更加接近于光检测元件5的状态下发生膨胀·收缩。因此，与光检测元件5被安装于 基板2的情况相比较，能够减少起因于分光模块1的环境温度的变化而发生于光检测元件 5的变形。
另外，如果光透过板56具有过滤器的功能，那么能够除去二次光和杂散光。再 有，通过变更光透过板56的厚度，从而能够简单地变更光Li、L2的光路长度，所以能 够容易地实现波长范围和分解能的调整。
本发明并不限定于上述的实施方式。
例如，也可以由直接结合而贴合半导体基板91和光透过板56。即使由直接结 合，也与由光学树脂剂阳贴合半导体基板91和光透过板56的情况相同，能够简单且可 靠地贴合半导体基板91和光透过板56。
对直接结合的具体例进行说明。如图9所示，在半导体基板91的一个面上，以 覆盖光检测部5a以及电极58的方式，形成平坦化层95，之后，在真空中，使半导体基板 91的平坦化层95与光透过板56相对，并由Ar离子等溅射彼此相对的相对面从而使表面 活性化。然后，在该真空中，通过互相加压从而接合半导体基板91和光透过板56。还 有，平坦化层95例如由Si02、SiN、SiON等而被形成为厚度10 50 μ m。
对直接结合的其它的具体例进行说明。如图10所示，将矩形环状的金属图形96 形成于半导体基板91的一个面的周缘部，并以与该金属图形96相对应的方式将矩形环状 的金属图形97形成于光透过板56，之后，在真空中，使半导体基板91的金属图形96与 光透过板56的金属图形97相对，并由Ar离子等溅射彼此相对的相对面从而使表面活性 化。然后，在该真空中，通过互相加压从而接合半导体基板91和光透过板56。还有， 也可以由焊锡接合半导体基板91的金属图形96和光透过板56的金属图形97。
另外，在由光学树脂剂55贴合半导体基板91和光透过板56的情况下，也可以 将光透过孔50形成于半导体基板91，并且例如在绝缘层92的形成后通过实施干式蚀刻从 而除去临近光通过孔50的光学树脂剂55。在此情况下，可以更加可靠地防止在入射到基 板2的光Ll上发生折射和散射等。
另外，如图11所示，也可以将基板2和透镜部3作为不同的个体而形成基板2 和透镜部3，并由光学树脂剂73进行接合。在此情况下，也可以在基板2与透镜部3之 间形成具有向分光部4行进的光Ll所通过的光通过孔以及向光检测元件5的光检测部5a 行进的光L2所通过的光通过孔的光吸收层。根据该结构，能够以到达所希望的区域的方 式限制一边扩展一边行进的光，并且能够有效地抑制杂散光入射到光检测元件5。另外， 在光吸收层上通过使各个光通过孔的尺寸不同从而能够调整光学NA。如此的光吸收层也 可以形成于光透过板56与光检测元件5之间。
另外，如图11所示，作为光检测元件5，也可以适用所谓背面入射型的元件。 在此情况下，因为电极58与光检测部5a —起位于外侧，所以可以将电极58作为端子电 极并由电线62与配线基板51的垫片部5 相连接。还有，在光检测元件5为背面入射 型的情况下，优选，以覆盖光检测元件5的光检测部5a的方式形成遮光膜。
在光检测元件5为背面入射型的情况下，对由光学树脂剂55使半导体基板91与 光透过板56贴合的时候的光检测单元10的制造方法进行说明。首先，如图12(a)所示， 在将光检测部5a设置于一侧的半导体基板91的一个面上，由容易剥离的胶带或树脂剂等 贴上操作基板100。然后，使用操作基板100对半导体基板91进行操作，必要时对半导 体基板91的另一个面实施研磨等而使半导体基板91薄型化，之后，如图12(b)所示，由 光学树脂剂阳将光透过板56粘结于半导体基板91的另一个面上。在此，从半导体基板 91的一个面剥离操作基板100。接着，如图13所示，在半导体基板91的一个面上使抗 蚀剂图形化，将该抗蚀剂作为掩模并实施干式蚀刻从而形成光通过孔50。再有，也可以 由使用O2等的等离子蚀刻，除去露出于光通过孔50内的光学树脂层55。
接着，在光检测元件5为背面入射型的情况下，对由直接结合贴合半导体基板 91与光透过板56的时候的光检测单元10的制造方法进行说明。首先，如图14(a)所示， 在将光检测部5a设置于一侧的半导体基板91的一个面上，由容易剥离的胶带或树脂剂等 贴上操作基板100。然后，使用操作基板100对半导体基板91进行操作，必要时对半导 体基板91的另一个面实施研磨等而使半导体基板91薄型化，之后，如图14(b)所示，由 直接结合将光透过板56粘结于半导体基板91的另一个面上。在此，从半导体基板91的 一个面剥离操作基板100。接着，如图15所示，在半导体基板91的一个面上使抗蚀剂图 形化，将该抗蚀剂作为掩模并实施干式蚀刻，从而形成光通过孔50。
另外，也可以由复写成型用的光透过性低熔点玻璃等将透镜部3和衍射层6形成 为一体。还有，相对于基板2的前表面&的光透过板56的粘结以及相对于基板2的前 表面&的配线基板51的粘结等，存在直接实施的情况和经由任意的层而间接地实施的情 况。
产业上的利用可能性
根据本发明，在分光模块中，能够防止折射和散射等的发生并能够将光恰当地 入射到主体部。
权利要求
1.一种分光模块的制造方法，其特征在于，所述分光模块具备使光透过的主体部，对从所述主体部的规定面侧入射到所述主 体部的光进行分光并且反射到所述规定面侧的分光部，以及检测由所述分光部进行分光 的光的光检测元件，所述分光模块的制造方法包括以下工序准备光检测单元的工序，所述光检测单元通过贴合所述光检测元件和光透过构件而 构成，所述光检测元件形成有向所述分光部行进的光所通过的光通过孔，所述光透过构 件使通过所述光通过孔并向所述分光部行进的光以及从所述分光部向所述光检测元件的 光检测部行进的光透过；以及通过使第1光学树脂剂介于所述规定面与所述光透过构件之间，从而将所述光检测 单元安装于所述主体部的工序。
2.如权利要求1所述的分光模块的制造方法，其特征在于，在准备所述光检测单元的工序中，在贴合设置有所述光检测部的光检测基板和所述 光透过构件之后，将所述光通过孔形成于所述光检测基板。
3.如权利要求2所述的分光模块的制造方法，其特征在于， 由第2光学树脂剂贴合所述光检测基板和所述光透过构件。
4.如权利要求3所述的分光模块的制造方法，其特征在于，将所述光透过孔形成于所述光检测基板，并且除去临近所述光通过孔的所述第2光 学树脂剂。
5.如权利要求2所述的分光模块的制造方法，其特征在于， 通过直接结合方式贴合所述光检测基板和所述光透过构件。
6.—种分光模块，其特征在于， 具备主体部，使光透过；分光部，对从所述主体部的规定面侧入射到所述主体部的光进行分光并且反射到所 述规定面侧；以及光检测元件，检测由所述分光部进行了分光的光，所述光检测元件和光透过构件被贴合而构成光检测单元，所述光检测元件形成有向 所述分光部行进的光所通过的光通过孔，所述光透过构件使通过所述光通过孔并向所述 分光部行进的光以及从所述分光部向所述光检测元件的光检测部行进的光透过，使第1光学树脂剂介于所述规定面与所述光透过构件之间，从而所述光检测单元被 安装于所述主体部。
全文摘要
本发明涉及分光模块的制造方法以及分光模块。在分光模块(1)的制造方法中，由光学树脂剂(63)将通过贴合光检测元件(5)和光透过板(56)而构成的光检测单元(10)粘结于基板(2)的前表面(2a)。此时，因为光检测元件(5)的光通过孔(50)被光透过板(56)覆盖，所以能够防止光学树脂剂(63)进入到光通过孔(50)内。而且，在准备光检测单元(10)的时候，因为在贴合设置有光检测部(5a)的半导体基板(91)和光透过板(56)之后，将光通过孔(50)形成于半导体基板(91)，所以能够可靠地防止可能成为发生折射和散射等的原因的物体进入到光通过孔(50)内。
文档编号G01J3/18GK102027340SQ20098011727
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月7日 优先权日2008年5月15日
发明者伊藤将师, 吉田杏奈, 柴山胜己, 笠原隆, 能野隆文 申请人:浜松光子学株式会社