分光モジュール
【課題】本発明は、信頼性の高い分光モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明に係る分光モジュール１では、分光部４に進行する光Ｌ１が光通過孔５０を通過するに際し、分光部４側に向かって先細りとなる光入射側部５１を抜け、光入射側部５１の底面５１ｂと対向するように形成された光出射側部５２に入射した光のみが光出射開口５２ａから出射される。このため、光入射側部５１の側面５１ｃや底面５１ｂに入射した迷光Ｍは、光出射側部５２と反対側に反射されるので、光出射側部５２に迷光が入射することを抑制することができる。従って、分光モジュール１の信頼性を向上させることが可能となる。
【解決手段】 本発明に係る分光モジュール１では、分光部４に進行する光Ｌ１が光通過孔５０を通過するに際し、分光部４側に向かって先細りとなる光入射側部５１を抜け、光入射側部５１の底面５１ｂと対向するように形成された光出射側部５２に入射した光のみが光出射開口５２ａから出射される。このため、光入射側部５１の側面５１ｃや底面５１ｂに入射した迷光Ｍは、光出射側部５２と反対側に反射されるので、光出射側部５２に迷光が入射することを抑制することができる。従って、分光モジュール１の信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を分光して検出する分光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光モジュールとして、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。特許文献１には、光を透過させる支持体と、支持体に光を入射させる入射スリット部と、支持体に入射した光を分光して反射する凹面回折格子と、凹面回折格子によって分光されて反射された光を検出するダイオードと、を備える分光モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２９４２２３号公報
【特許文献２】特開２０００−６５６４２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の分光モジュールにあっては、入射スリット部から入射した光が支持体内で散乱する迷光となり、分光モジュールの信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い分光モジュール及びその分光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備える分光モジュールであって、光検出素子は、前記分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成された基板部を有し、光通過孔は、基板部の一方の主面に光入射開口を画定する光入射側部、及び基板部の他方の主面に光出射開口を画定する光出射側部を含み、光入射側部は、一方の主面と略平行な底面を有し且つ他方の主面に向かって先細りとなるように形成され、光出射側部は、他方の主面と略垂直な側面を有し且つ底面と対向するように形成され、光入射側部の側面には、遮光層が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この分光モジュールでは、分光部に進行する光が光通過孔を通過するに際し、基板部の他方の主面側に向かって先細りとなる光入射側部の底面と対向するように形成された光出射側部に入射した光のみが光出射開口から出射される。このとき、光入射側部の側面や底面に入射した光は、光出射側部の反対側に反射されるので、光出射側部に迷光が入射することを抑制することができる。従って、分光モジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い分光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る分光モジュールの平面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】分光モジュールの下面図である。
【図４】光通過孔を示す要部拡大断面図である。
【図５】光通過孔を示す要部拡大平面図である。
【図６】光入射側部を形成する工程を説明するための断面図である。
【図７】光出射側部を形成する工程を説明するための断面図である。
【図８】光通過孔の変形例を示す、図５に対応する要部拡大平面図である。
【図９】光通過孔の変形例を示す、図５に対応する要部拡大平面図である。
【図１０】光通過孔の変形例を示す、図５に対応する要部拡大平面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る分光モジュールを示す、図２に対応する断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る光通過孔を示す、図３に対応する要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る分光モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
【００１１】
図１，２に示されるように、分光モジュール１は、前面（所定の面）２ａから入射した光Ｌ１を透過させる基板（本体部）２と、基板２を透過して入射面３ａから入射した光Ｌ１を透過させるレンズ部（本体部）３と、レンズ部３に入射した光Ｌ１を分光すると共に反射する分光部４と、分光部４によって分光された光Ｌ２を検出する光検出素子５と、を備えている。分光モジュール１は、光Ｌ１を分光部４で複数の波長に対応した光Ｌ２に分光し、その光Ｌ２を光検出素子５で検出することにより、光Ｌ１の波長分布や特定波長成分の強度などを測定するマイクロ分光モジュールである。
【００１２】
基板２は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英などの光透過性ガラス、プラスチックなどによって、長方形板状（例えば、全長１５〜２０ｍｍ、全幅１１〜１２ｍｍ、厚さ１〜３ｍｍ）に形成されている。基板２の前面２ａには、ＡｌやＡｕなどの単層膜、或いはＣｒ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ａｕなどの積層膜からなる配線１１が形成されている。配線１１は、基板２の中央部に配置された複数のパッド部１１ａ、基板２の長手方向における一端部に配置された複数のパッド部１１ｂ、及び対応するパッド部１１ａとパッド部１１ｂとを接続する複数の接続部１１ｃを有している。また、配線１１は、ＣｒＯなどの単層膜、或いはＣｒ−ＣｒＯなどの積層膜からなる光反射防止層を基板２の前面２ａ側に有している。
【００１３】
尚、基板２の前面２ａに形成された光吸収層１３は、光検出素子５の光通過孔５０（後述）を介して分光部４に進行する光Ｌ１が通過するスリット（光通過スリット）１３ａ、及び光検出素子５の光検出部５ｂ（後述）に進行する光Ｌ２が通過する開口部１３ｂを有している。光吸収層１３の材料としては、ブラックレジスト、フィラー（カーボンや酸化物など）が入った有色の樹脂（シリコーン、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリイミド、複合樹脂など）、ＣｒやＣｏなどの金属又は酸化金属、或いはその積層膜、ポーラス状のセラミックや金属又は酸化金属が挙げられる。
【００１４】
図２，３に示されるように、レンズ部３は、基板２と同一の材料、光透過性樹脂、光透過性の無機・有機ハイブリッド材料、或いはレプリカ成形用の光透過性低融点ガラス、プラスチックなどによって、半球状のレンズがその入射面（底面）３ａと略直交し且つ互いに略平行な２つの平面で切り落とされて側面３ｂが形成された形状（例えば曲率半径６〜１０ｍｍ、入射面３ａの全長１２〜１８ｍｍ、入射面３ａの全幅（側面３ｂの間の距離）６〜１０ｍｍ、高さ５〜８ｍｍ）に形成されており、分光部４によって分光された光Ｌ２を光検出素子５の光検出部５ｂに結像するレンズとして機能する。尚、レンズ形状は球面レンズに限らず、非球面レンズであっても良い。
【００１５】
分光部４は、レンズ部３の外側表面に形成された回折層６、回折層６の外側表面に形成された反射層７、並びに回折層６及び反射層７を覆うパッシベーション層８を有する反射型グレーティングである。回折層６は、基板２の長手方向に沿って複数のグレーティング溝６ａが並設されることによって形成され、グレーティング溝６ａの延在方向は、基板２の長手方向と略直交する方向と略一致する。回折層６は、例えば、鋸歯状断面のブレーズドグレーティング、矩形状断面のバイナリグレーティング、正弦波状断面のホログラフィックグレーティングなどが適用され、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、又は有機無機ハイブリッド樹脂などのレプリカ用光学樹脂を光硬化させることよって形成される。反射層７は、膜状であって、例えば、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕなどを蒸着することで形成される。尚、反射層７を形成する面積を調整することで、分光モジュール１の光学ＮＡを調整することができる。また、レンズ部３と分光部４を構成する回折層６とを、上記の材料により一体に形成することも可能である。パッシベーション層８は、膜状であって、例えば、回折層６及び反射層７の外側表面にＭｇＦ２やＳｉＯ２などを蒸着することで形成される。
【００１６】
図１，２及び図４に示されるように、光検出素子５は、基板２の前面２ａ上に配置され、長方形状（例えば、全長５〜１０ｍｍ、全幅１．５〜３ｍｍ、厚さ０．１〜０．８ｍｍ）の半導体基板５ａ（基板部）を有している。半導体基板５ａは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなどの結晶材料からなる。
【００１７】
半導体基板５ａの分光部４側の面には、光検出部５ｂが形成されている。光検出部５ｂは、ＣＣＤイメージセンサ、ＰＤアレイ、或いはＣＭＯＳイメージセンサなどであり、複数のチャンネルが分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向（グレーティング溝６ａの並設方向）に配列されてなる。また、半導体基板５ａの分光部４と反対側の面には、ＡｌやＡｕなどから構成される遮光層１２が蒸着によって形成されている。
【００１８】
光検出部５ｂがＣＣＤイメージセンサの場合、２次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報がラインビニングされることにより、１次元の位置における光の強度情報とされて、その１次元の位置における光の強度情報が時系列的に読み出される。つまり、ラインビニングされる画素のラインが１チャンネルとなる。光検出部５ｂがＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサの場合、１次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報が時系列的に読み出されるため、１画素が１チャンネルとなる。
【００１９】
尚、光検出部５ｂがＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサであって、画素が２次元配列されている場合には、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と平行な１次元配列方向に並ぶ画素のラインが１チャンネルとなる。また、光検出部５ｂがＣＣＤイメージセンサの場合、例えば、配列方向におけるチャンネル同士の間隔が１２．５μｍ、チャンネル全長（ラインビニングされる１次元画素列の長さ）が１ｍｍ、配列されるチャンネルの数が２５６のものが光検出素子５に用いられる。
【００２０】
図２，４及び図５に示されるように、半導体基板５ａには、チャンネルの配列方向において光検出部５ｂと並設され、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５０が形成されている。光通過孔５０は、基板２の前面２ａと略直交する方向に延在し、光検出部５ｂに対して高精度に位置決めされた状態でエッチングによって形成されている。
【００２１】
光通過孔５０は、光Ｌ１が入射する光入射開口５１ａを画定する光入射側部５１、及び光Ｌ１が出射する光出射開口５２ａを画定する光出射側部５２から構成されている。光入射側部５１は、基板２の前面２ａに向かって先細りとなるように略四角錘台形状に形成され、基板２の前面２ａと略平行な底面５１ｂを有している。
【００２２】
光出射側部５２は、半導体基板５ａの分光部４側の面から、光入射側部５１の底面５１ｂと対向し、且つ連結するように略四角柱形状に形成されており、基板２の前面２ａと略垂直な側面５２ｂを有している。光出射側部５２は、光検出部５ｂのチャンネル配列方向（グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向）において、その幅Ｈ１（最小幅）が光吸収層１３のスリット１３ａの幅Ｈ２より大きくなるように形成されている。
【００２３】
また、半導体基板５ａと基板２又は光吸収層１３との間には、少なくとも光Ｌ２を透過させるアンダーフィル材１５が充填されている。半導体基板５ａの基板２側の面には、光出射開口５２ａの周囲を囲むように矩形環状の凸部５３が形成されており、充填されたアンダーフィル材１５は、光出射開口５２ａに到達する前に凸部５３でせき止められる。これにより、光通過孔５０へのアンダーフィル材１５の進入が防止されるため、アンダーフィル材１５によって屈折されたり拡散されたりすることなく、本体部２に光を入射させることができる。また、光吸収層１３から露出したパッド部１１ａには、光検出素子５の外部端子が、バンプ１４を介したフェースダウンボンディングによって電気的に接続されている。パッド部１１ｂは、外部の電気素子（不図示）と電気的に接続される。
【００２４】
上述した分光モジュール１の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、光検出素子５を用意する。例えばＳｉから構成される半導体基板５ａにおいて、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド）などを用いたアルカリエッチングなどを施すことによって予定される光出射開口５２ａを囲むように矩形環状の凸部５３を形成する。その後、他方の主面Ｂ側に光検出部５ｂや配線や電極パッドを用意する。
【００２６】
続いて、検出部５ｂを基準として両面アライメントを用いたフォトリソグラフィにて所定の位置にマスクを開口し、アルカリエッチングを施すことによって略四角錘台形状の光入射側部５１を形成する（図６参照）。このとき、例えばＳｉから構成される半導体基板５ａにおいては、アルカリエッチングを施すことにより（１００）結晶面に対して約５５°傾斜した（１１１）結晶面に沿って光入射側部５１の側面５１ｃが形成される。そして、検出部５ｂを基準としたフォトグラフィにて半導体基板５ａの他方の主面Ｂに対して、所定の位置にプラズマ放電を用いたシリコンディープドライエッチングを施すことによって光入射側部５１の底面５１ｂに対向する略四角柱形状の光出射側部５２を形成する（図７参照）。このようにして、半導体基板５ａの一方の主面Ａと略直交する方向に延在する光通過孔５０が形成される。その後、一方の主面Ａ及び光入射側部５１の側面５１ｃ及び底面５１ｂ上に、ＡｌやＡｕなどを蒸着させることで遮光層１２を形成し、検出部５ｂを基準としてウェハをダインシングすることにより光検出素子５を用意する。
【００２７】
次に、レンズ部３に分光部４を形成する。具体的には、レンズ部３の頂点付近に滴下したレプリカ用光学樹脂に対し、回折層６に対応するグレーティングが刻まれた光透過性のマスターグレーティングを押し当てる。そして、この状態で光を照射することによりレプリカ用光学樹脂を硬化させ、好ましくは、安定化させるために加熱キュアを行うことで、複数のグレーティング溝６ａを有する回折層６を形成する。その後、マスターグレーティングを離型して、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕなどをマスク蒸着や全面蒸着することで反射層７を形成し、更に、回折層６及び反射層７の外側表面にＭｇＦ２やＳｉＯ２などをマスク蒸着や全面蒸着することでパッシベーション層８を形成する。
【００２８】
その一方で、基板２を準備し、スリット１３ａ及び開口部１３ｂを有する光吸収層１３を基板２の前面２ａに形成する。尚、スリット１３ａ及び開口部１３ｂは、基板２に分光部４を位置決めするための基準部となる基板２の外縁部に対して所定の位置関係を有するように形成される。
【００２９】
光吸収層１３の上には、光検出素子５がフェースダウンボンディングによって実装される。続いて、光検出素子５と基板２の前面２ａとの間にアンダーフィル材１５が充填される。その後、分光部４が形成されたレンズ部３を、基板２の外縁部を基準部として、光学樹脂剤１８によって基板２の後面２ｂに接着することで、分光モジュール１を得る。尚、この際、光検出素子５と基板２とはバンプ１４を介して電気的に接続されている。
【００３０】
上述した分光モジュール１の作用効果について説明する。
【００３１】
この分光モジュール１では、分光部４に進行する光Ｌ１が光通過孔５０を通過するに際し、基板２側に向かって先細りとなる光入射側部５１の底面５１ｂと対向するように形成された光出射側部５２に入射した光のみが光出射開口５２ａから出射される。このとき、光入射側部５１の底面５１ｂや側面５１ｃに入射した迷光Ｍは、光入射開口５１ａ側に反射されるので、光出射側部５２に迷光が入射することを抑制することができる。従って、分光モジュール１の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、この分光モジュール１では、ウェハ状態の半導体基板５ａに対し、アルカリエッチングを施すことによって光入射側部５１を一括して形成することで、光検出素子５の用意工程における短時間化及び低コスト化を図ることができる。
【００３３】
また、半導体基板５ａの他方の主面Ｂから、シリコンディープドライエッチングを施すことにより光出射側部５２を精度良く形成することができるので、安定した光通過特性を有する光通過孔５０の形成が可能となり、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることができる。具体的には、分光モジュール１では、光検出部５ｂが配置される他方の主面Ｂ側から、光出射側部５２を形成するため、同一面上の光検出部５ｂに対する光出射側部５２の位置精度を高くすることが可能となる。この光通過孔５０の光出射側部５２を通過する光が分光部４のグレーティング溝６ａで回折されると共に反射され、光検出部５ｂにおいて検出されるため、光出射側部５２と光検出部５ｂとの位置精度を向上させることにより、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることが可能となる。更に、この光出射側部５２の開口断面の形状（すなわち光出射開口５２ａの形状）が光検出部５ｂにおいて光学的に結像され、半導体基板５ａの長手方向における光出射側部５２の最小幅に対応して光検出部５ｂのチャンネルが配列されている。このため、分光モジュール１の分解能は、チャンネルの配列方向における光出射側部５２の最小幅に大きく影響される。従って、シリコンディープドライエッチングを施すことによって光出射側部５２を精度良く形成することで、製品毎に分解能にバラツキが生じることを抑制し、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３４】
また、この分光モジュール１においては、半導体基板５ａがＳｉなどの結晶材料から構成されており、アルカリエッチングを施すことにより材料の（１１１）結晶面に沿って側面を形成することで、精度良く光入射側部５１を形成することができるので、高精度な光通過孔５０の形成が可能となる。従って、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
また、分光モジュール１の分解能は、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において、光が通過するスリットの最小幅に大きく影響される。このため、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において、光検出素子５における光通過孔５０の最小幅Ｈ１より光吸収層１３のスリット１３ａの幅Ｈ２を小さくすることで、分光モジュール１の分解能を向上させることができる。このことは、分光モジュール１の信頼性の向上に有利である。
【００３６】
尚、図８に示されるように、光検出素子５に形成される光通過孔６０は、光入射側部６１の底面６１ｂと略垂直な側面６２ｂを有する光出射側部６２が断面長円形状に形成されていても良い。また、図９に示されるように、図５と比べて、半導体基板５ａの長手方向と略直交する方向（グレーティング溝６ａの延在方向）に光出射側部７２が延長され、光入射側部７１の底面７１ｂの幅と光出射側部７２の開口断面の幅とが等しくなるように、すなわち光出射側部７２の側面７２ｂと光入射側部７１の側面７１ｃとが直接連結するように形成されていても良い。或いは、図１０に示されるように、図９と比べて、更に光出射側部８２が延長され、半導体基板５ａの長手方向と略直交する方向における光入射側部８１の底面８１ｂの幅より、光出射側部８２の開口断面の幅が長くなるように形成されていても良い。
［第２の実施形態］
【００３７】
第２の実施形態に係る分光モジュール２１は、光検出素子の構成と基板の前面に配線基板が配置されている点とが第１の実施形態に係る分光モジュール１と相違している。
【００３８】
図１１，１２に示されるように、分光モジュール２１においては、光検出素子２２の分光部４と反対側の面に、端子電極２３が複数形成されている。各端子電極２３は、対応する配線基板２４のパッド部２４ａとワイヤ２６によって接続されている。これにより、端子電極２３と配線基板２４とが電気的に接続されて、光検出部２２ｂで発生した電気信号は、端子電極２３、配線基板２４のパッド部２４ａ及びパッド部２４ｂを介して外部に取り出される。
【００３９】
半導体基板２２ａに形成された光通過孔９０は、光入射開口９１ａを画定する光入射側部９１、及び光出射開口９２ａを画定する光出射側部９２から構成されている。光入射側部９１は、基板２の前面２ａと略垂直な側面９１ｂを有している。光出射側部９２は、基板２の前面２ａに向かって末広がりとなるように略四角錘台形状に形成され、基板２の前面２ａと略平行な上面９２ｂを有している。光入射側部９１は、光出射側部９２の上面９２ｂに対向して略四角柱形状に形成され、その側面９１ｂは、光出射側部９２の上面９２ｂに連結されている。また、基板２の前面２ａに形成された光吸収層２７は、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において、光入射側部９１の最小幅より幅の小さいスリット（光通過スリット）２７ａを有している。
【００４０】
上述した分光モジュール２１の製造方法の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、光検出素子２２を用意する。例えばＳｉから構成されるウェハ状態の半導体基板２２ａにおいて、他方の主面Ｂ側に光検出部２２ｂや配線や電極パッドを用意する。その後、他方の主面ＢのＳｉＯ２などの絶縁膜上に、ＡｌやＡｕなどを蒸着させることで遮光層２９を形成し、光検出素子２２を用意する。
【００４２】
続いて、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド）などを用いたアルカリエッチングやドライエッチングなどを施すことによって予定される光出射開口９２ａを囲むように矩形環状の凸部９３を形成する。その後、光検出部２２ｂを基準として、半導体基板２２ａの一方の主面Ａに対して、両面アライメントを用いたフォトリソグラフィにて所定の位置にマスクを開口し、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド）を用いたアルカリエッチングを施すことによって略四角錘台形状の光出射側部９２を形成する。そして、検出部２２ｂを基準としたフォトグラフィにて半導体基板２２ａの他方の主面Ｂに対して、所定の位置にプラズマ放電を用いたシリコンディープドライエッチングを施すことによって光出射側部９２の底面９２ｂに連結する略四角柱形状の光入射側部９１を形成する。このようにして、半導体基板２２ａの一方の主面Ａと略直交する方向に延在する光通過孔９０が形成される。その後、一方の主面Ａ及び光入射側部９１の側面９１ｃ及び底面９１ｂ上に、ＡｌやＡｕなどを蒸着させることで遮光層２９を形成し、検出部２２ｂを基準としてウェハをダインシングすることにより光検出素子２２を用意する。
【００４３】
そして、光検出素子２２と基板２の外縁部あるいはアライメントマークを基準部として、光検出素子２２の他方の主面Ｂ側と光学樹脂材１７によって基板２の前面２ａに接着する。その後、対応する光検出素子２２の端子電極２３と基板２のパッド部２４ａとをワイヤ２６によって接続する。パッド部２４ａは配線層１９を介して端子パッド部２４ｂに電気的に接続されている。尚、基板２において、黒レジストなどからなる光吸収層が光検出素子２２の外周部に配置されているために、外乱光や分光部４からの信号として不要な反射光を吸収し、信頼性を確保することができる。
【００４４】
そして、分光部４が形成されたレンズ部３を、基板２の外縁部を基準部として、光学樹脂剤１８によって基板２の後面２ｂに接着することで、分光モジュール２１を得る。
【００４５】
上述した第２の実施形態に係る分光モジュール２１によれば、ウェハ状態の半導体基板２２ａに対し、アルカリエッチングを施すことによって光出射側部９２を一括して形成することで、光検出素子２２の用意工程における短時間化及び低コスト化を図ることができる。また、半導体基板５ａの他方の主面Ｂから、シリコンディープドライエッチングを施すことにより光出射側部５２を精度良く形成することができるので、安定した光通過特性を有する光通過孔５０の形成が可能となり、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることができる。
【００４６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、第１の実施形態における光入射側部及び第２の実施形態における光出射側部の形状は、略四角錘台形状に限られず、基板２の前面２ａと略平行な底面（上面）を有し、且つ前面２ａに向かって先細りとなる形状であれば良い。同様に、第１の実施形態における光出射側部及び第２の実施形態における光入射側部の形状は、略四角柱形状に限られず、基板２の前面２ａと略垂直な側面を有し、且つ、対となる光入射側部（光出射側部）の底面（上面）に対向するように形成されていれば良い。
【００４８】
また、光通過孔は、光入射側部と光出射側部とが直接連結する態様に限られず、その間を連結する中間部（例えば、側面の傾斜角度や開口断面の形状が異なる部位）が設けられていても良い。
【００４９】
また、第１の実施形態における光入射側部及び第２の実施形態における光出射側部は、アルカリエッチングによって形成される場合に限られず、種々のウェットエッチングやドライエッチングによって形成される態様であれば良い。同様に、第１の実施形態における光出射側部及び第２の実施形態における光入射側部は、シリコンディープドライエッチングによって形成する場合に限られず、種々のドライエッチングによって形成される態様であれば良い。
【００５０】
また、上述した第１の実施形態において、第２の実施形態における光通過孔の構成を採用しても良く、第２の実施形態において、第１の実施形態における光通過孔の構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１，２１…分光モジュール、２…基板（本体部）、２ａ…前面（所定の面）、３…レンズ部（本体部）、４…分光部、５，２２…光検出素子、５ａ，２２ａ…半導体基板、光検出部…５ｂ，２２ｂ、６…回折層、６ａ…グレーティング溝、１３，２７…光吸収層、５０，６０，７０，８０，９０…光通過孔、５１，６１，７１，８１，９１…光入射側部、５２，６２，７２，８２，９２…光出射側部、５１ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ，９１ａ…光入射開口、５１ｂ，６１ｂ，７１ｂ、８１ｂ…底面、５１ｃ，６１ｃ，７１ｃ，８１ｃ，９２ｃ…側面、５２ａ，６２ａ，７２ａ，８２ａ，９２ａ…光出射開口、９２ｂ…上面（底面）、５２ｂ，６２ｂ，７２ｂ，８２ｂ，９１ｂ…側面、Ａ…一方の主面、Ｂ…他方の主面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を分光して検出する分光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光モジュールとして、例えば特許文献１〜３に記載されたものが知られている。特許文献１には、光を透過させる支持体と、支持体に光を入射させる入射スリット部と、支持体に入射した光を分光して反射する凹面回折格子と、凹面回折格子によって分光されて反射された光を検出するダイオードと、を備える分光モジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２９４２２３号公報
【特許文献２】特開２０００−６５６４２号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の分光モジュールにあっては、入射スリット部から入射した光が支持体内で散乱する迷光となり、分光モジュールの信頼性が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い分光モジュール及びその分光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、入射した光を分光すると共に反射する分光部と、分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備える分光モジュールであって、光検出素子は、前記分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成された基板部を有し、光通過孔は、基板部の一方の主面に光入射開口を画定する光入射側部、及び基板部の他方の主面に光出射開口を画定する光出射側部を含み、光入射側部は、一方の主面と略平行な底面を有し且つ他方の主面に向かって先細りとなるように形成され、光出射側部は、他方の主面と略垂直な側面を有し且つ底面と対向するように形成され、光入射側部の側面には、遮光層が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この分光モジュールでは、分光部に進行する光が光通過孔を通過するに際し、基板部の他方の主面側に向かって先細りとなる光入射側部の底面と対向するように形成された光出射側部に入射した光のみが光出射開口から出射される。このとき、光入射側部の側面や底面に入射した光は、光出射側部の反対側に反射されるので、光出射側部に迷光が入射することを抑制することができる。従って、分光モジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性の高い分光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る分光モジュールの平面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】分光モジュールの下面図である。
【図４】光通過孔を示す要部拡大断面図である。
【図５】光通過孔を示す要部拡大平面図である。
【図６】光入射側部を形成する工程を説明するための断面図である。
【図７】光出射側部を形成する工程を説明するための断面図である。
【図８】光通過孔の変形例を示す、図５に対応する要部拡大平面図である。
【図９】光通過孔の変形例を示す、図５に対応する要部拡大平面図である。
【図１０】光通過孔の変形例を示す、図５に対応する要部拡大平面図である。
【図１１】第２の実施形態に係る分光モジュールを示す、図２に対応する断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る光通過孔を示す、図３に対応する要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る分光モジュールの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］
【００１１】
図１，２に示されるように、分光モジュール１は、前面（所定の面）２ａから入射した光Ｌ１を透過させる基板（本体部）２と、基板２を透過して入射面３ａから入射した光Ｌ１を透過させるレンズ部（本体部）３と、レンズ部３に入射した光Ｌ１を分光すると共に反射する分光部４と、分光部４によって分光された光Ｌ２を検出する光検出素子５と、を備えている。分光モジュール１は、光Ｌ１を分光部４で複数の波長に対応した光Ｌ２に分光し、その光Ｌ２を光検出素子５で検出することにより、光Ｌ１の波長分布や特定波長成分の強度などを測定するマイクロ分光モジュールである。
【００１２】
基板２は、ＢＫ７、パイレックス（登録商標）、石英などの光透過性ガラス、プラスチックなどによって、長方形板状（例えば、全長１５〜２０ｍｍ、全幅１１〜１２ｍｍ、厚さ１〜３ｍｍ）に形成されている。基板２の前面２ａには、ＡｌやＡｕなどの単層膜、或いはＣｒ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｒ−Ａｕなどの積層膜からなる配線１１が形成されている。配線１１は、基板２の中央部に配置された複数のパッド部１１ａ、基板２の長手方向における一端部に配置された複数のパッド部１１ｂ、及び対応するパッド部１１ａとパッド部１１ｂとを接続する複数の接続部１１ｃを有している。また、配線１１は、ＣｒＯなどの単層膜、或いはＣｒ−ＣｒＯなどの積層膜からなる光反射防止層を基板２の前面２ａ側に有している。
【００１３】
尚、基板２の前面２ａに形成された光吸収層１３は、光検出素子５の光通過孔５０（後述）を介して分光部４に進行する光Ｌ１が通過するスリット（光通過スリット）１３ａ、及び光検出素子５の光検出部５ｂ（後述）に進行する光Ｌ２が通過する開口部１３ｂを有している。光吸収層１３の材料としては、ブラックレジスト、フィラー（カーボンや酸化物など）が入った有色の樹脂（シリコーン、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリイミド、複合樹脂など）、ＣｒやＣｏなどの金属又は酸化金属、或いはその積層膜、ポーラス状のセラミックや金属又は酸化金属が挙げられる。
【００１４】
図２，３に示されるように、レンズ部３は、基板２と同一の材料、光透過性樹脂、光透過性の無機・有機ハイブリッド材料、或いはレプリカ成形用の光透過性低融点ガラス、プラスチックなどによって、半球状のレンズがその入射面（底面）３ａと略直交し且つ互いに略平行な２つの平面で切り落とされて側面３ｂが形成された形状（例えば曲率半径６〜１０ｍｍ、入射面３ａの全長１２〜１８ｍｍ、入射面３ａの全幅（側面３ｂの間の距離）６〜１０ｍｍ、高さ５〜８ｍｍ）に形成されており、分光部４によって分光された光Ｌ２を光検出素子５の光検出部５ｂに結像するレンズとして機能する。尚、レンズ形状は球面レンズに限らず、非球面レンズであっても良い。
【００１５】
分光部４は、レンズ部３の外側表面に形成された回折層６、回折層６の外側表面に形成された反射層７、並びに回折層６及び反射層７を覆うパッシベーション層８を有する反射型グレーティングである。回折層６は、基板２の長手方向に沿って複数のグレーティング溝６ａが並設されることによって形成され、グレーティング溝６ａの延在方向は、基板２の長手方向と略直交する方向と略一致する。回折層６は、例えば、鋸歯状断面のブレーズドグレーティング、矩形状断面のバイナリグレーティング、正弦波状断面のホログラフィックグレーティングなどが適用され、光硬化性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、又は有機無機ハイブリッド樹脂などのレプリカ用光学樹脂を光硬化させることよって形成される。反射層７は、膜状であって、例えば、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕなどを蒸着することで形成される。尚、反射層７を形成する面積を調整することで、分光モジュール１の光学ＮＡを調整することができる。また、レンズ部３と分光部４を構成する回折層６とを、上記の材料により一体に形成することも可能である。パッシベーション層８は、膜状であって、例えば、回折層６及び反射層７の外側表面にＭｇＦ２やＳｉＯ２などを蒸着することで形成される。
【００１６】
図１，２及び図４に示されるように、光検出素子５は、基板２の前面２ａ上に配置され、長方形状（例えば、全長５〜１０ｍｍ、全幅１．５〜３ｍｍ、厚さ０．１〜０．８ｍｍ）の半導体基板５ａ（基板部）を有している。半導体基板５ａは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなどの結晶材料からなる。
【００１７】
半導体基板５ａの分光部４側の面には、光検出部５ｂが形成されている。光検出部５ｂは、ＣＣＤイメージセンサ、ＰＤアレイ、或いはＣＭＯＳイメージセンサなどであり、複数のチャンネルが分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向（グレーティング溝６ａの並設方向）に配列されてなる。また、半導体基板５ａの分光部４と反対側の面には、ＡｌやＡｕなどから構成される遮光層１２が蒸着によって形成されている。
【００１８】
光検出部５ｂがＣＣＤイメージセンサの場合、２次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報がラインビニングされることにより、１次元の位置における光の強度情報とされて、その１次元の位置における光の強度情報が時系列的に読み出される。つまり、ラインビニングされる画素のラインが１チャンネルとなる。光検出部５ｂがＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサの場合、１次元的に配置されている画素に入射された位置における光の強度情報が時系列的に読み出されるため、１画素が１チャンネルとなる。
【００１９】
尚、光検出部５ｂがＰＤアレイ又はＣＭＯＳイメージセンサであって、画素が２次元配列されている場合には、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と平行な１次元配列方向に並ぶ画素のラインが１チャンネルとなる。また、光検出部５ｂがＣＣＤイメージセンサの場合、例えば、配列方向におけるチャンネル同士の間隔が１２．５μｍ、チャンネル全長（ラインビニングされる１次元画素列の長さ）が１ｍｍ、配列されるチャンネルの数が２５６のものが光検出素子５に用いられる。
【００２０】
図２，４及び図５に示されるように、半導体基板５ａには、チャンネルの配列方向において光検出部５ｂと並設され、分光部４に進行する光Ｌ１が通過する光通過孔５０が形成されている。光通過孔５０は、基板２の前面２ａと略直交する方向に延在し、光検出部５ｂに対して高精度に位置決めされた状態でエッチングによって形成されている。
【００２１】
光通過孔５０は、光Ｌ１が入射する光入射開口５１ａを画定する光入射側部５１、及び光Ｌ１が出射する光出射開口５２ａを画定する光出射側部５２から構成されている。光入射側部５１は、基板２の前面２ａに向かって先細りとなるように略四角錘台形状に形成され、基板２の前面２ａと略平行な底面５１ｂを有している。
【００２２】
光出射側部５２は、半導体基板５ａの分光部４側の面から、光入射側部５１の底面５１ｂと対向し、且つ連結するように略四角柱形状に形成されており、基板２の前面２ａと略垂直な側面５２ｂを有している。光出射側部５２は、光検出部５ｂのチャンネル配列方向（グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向）において、その幅Ｈ１（最小幅）が光吸収層１３のスリット１３ａの幅Ｈ２より大きくなるように形成されている。
【００２３】
また、半導体基板５ａと基板２又は光吸収層１３との間には、少なくとも光Ｌ２を透過させるアンダーフィル材１５が充填されている。半導体基板５ａの基板２側の面には、光出射開口５２ａの周囲を囲むように矩形環状の凸部５３が形成されており、充填されたアンダーフィル材１５は、光出射開口５２ａに到達する前に凸部５３でせき止められる。これにより、光通過孔５０へのアンダーフィル材１５の進入が防止されるため、アンダーフィル材１５によって屈折されたり拡散されたりすることなく、本体部２に光を入射させることができる。また、光吸収層１３から露出したパッド部１１ａには、光検出素子５の外部端子が、バンプ１４を介したフェースダウンボンディングによって電気的に接続されている。パッド部１１ｂは、外部の電気素子（不図示）と電気的に接続される。
【００２４】
上述した分光モジュール１の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、光検出素子５を用意する。例えばＳｉから構成される半導体基板５ａにおいて、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド）などを用いたアルカリエッチングなどを施すことによって予定される光出射開口５２ａを囲むように矩形環状の凸部５３を形成する。その後、他方の主面Ｂ側に光検出部５ｂや配線や電極パッドを用意する。
【００２６】
続いて、検出部５ｂを基準として両面アライメントを用いたフォトリソグラフィにて所定の位置にマスクを開口し、アルカリエッチングを施すことによって略四角錘台形状の光入射側部５１を形成する（図６参照）。このとき、例えばＳｉから構成される半導体基板５ａにおいては、アルカリエッチングを施すことにより（１００）結晶面に対して約５５°傾斜した（１１１）結晶面に沿って光入射側部５１の側面５１ｃが形成される。そして、検出部５ｂを基準としたフォトグラフィにて半導体基板５ａの他方の主面Ｂに対して、所定の位置にプラズマ放電を用いたシリコンディープドライエッチングを施すことによって光入射側部５１の底面５１ｂに対向する略四角柱形状の光出射側部５２を形成する（図７参照）。このようにして、半導体基板５ａの一方の主面Ａと略直交する方向に延在する光通過孔５０が形成される。その後、一方の主面Ａ及び光入射側部５１の側面５１ｃ及び底面５１ｂ上に、ＡｌやＡｕなどを蒸着させることで遮光層１２を形成し、検出部５ｂを基準としてウェハをダインシングすることにより光検出素子５を用意する。
【００２７】
次に、レンズ部３に分光部４を形成する。具体的には、レンズ部３の頂点付近に滴下したレプリカ用光学樹脂に対し、回折層６に対応するグレーティングが刻まれた光透過性のマスターグレーティングを押し当てる。そして、この状態で光を照射することによりレプリカ用光学樹脂を硬化させ、好ましくは、安定化させるために加熱キュアを行うことで、複数のグレーティング溝６ａを有する回折層６を形成する。その後、マスターグレーティングを離型して、回折層６の外側表面にＡｌやＡｕなどをマスク蒸着や全面蒸着することで反射層７を形成し、更に、回折層６及び反射層７の外側表面にＭｇＦ２やＳｉＯ２などをマスク蒸着や全面蒸着することでパッシベーション層８を形成する。
【００２８】
その一方で、基板２を準備し、スリット１３ａ及び開口部１３ｂを有する光吸収層１３を基板２の前面２ａに形成する。尚、スリット１３ａ及び開口部１３ｂは、基板２に分光部４を位置決めするための基準部となる基板２の外縁部に対して所定の位置関係を有するように形成される。
【００２９】
光吸収層１３の上には、光検出素子５がフェースダウンボンディングによって実装される。続いて、光検出素子５と基板２の前面２ａとの間にアンダーフィル材１５が充填される。その後、分光部４が形成されたレンズ部３を、基板２の外縁部を基準部として、光学樹脂剤１８によって基板２の後面２ｂに接着することで、分光モジュール１を得る。尚、この際、光検出素子５と基板２とはバンプ１４を介して電気的に接続されている。
【００３０】
上述した分光モジュール１の作用効果について説明する。
【００３１】
この分光モジュール１では、分光部４に進行する光Ｌ１が光通過孔５０を通過するに際し、基板２側に向かって先細りとなる光入射側部５１の底面５１ｂと対向するように形成された光出射側部５２に入射した光のみが光出射開口５２ａから出射される。このとき、光入射側部５１の底面５１ｂや側面５１ｃに入射した迷光Ｍは、光入射開口５１ａ側に反射されるので、光出射側部５２に迷光が入射することを抑制することができる。従って、分光モジュール１の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３２】
また、この分光モジュール１では、ウェハ状態の半導体基板５ａに対し、アルカリエッチングを施すことによって光入射側部５１を一括して形成することで、光検出素子５の用意工程における短時間化及び低コスト化を図ることができる。
【００３３】
また、半導体基板５ａの他方の主面Ｂから、シリコンディープドライエッチングを施すことにより光出射側部５２を精度良く形成することができるので、安定した光通過特性を有する光通過孔５０の形成が可能となり、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることができる。具体的には、分光モジュール１では、光検出部５ｂが配置される他方の主面Ｂ側から、光出射側部５２を形成するため、同一面上の光検出部５ｂに対する光出射側部５２の位置精度を高くすることが可能となる。この光通過孔５０の光出射側部５２を通過する光が分光部４のグレーティング溝６ａで回折されると共に反射され、光検出部５ｂにおいて検出されるため、光出射側部５２と光検出部５ｂとの位置精度を向上させることにより、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることが可能となる。更に、この光出射側部５２の開口断面の形状（すなわち光出射開口５２ａの形状）が光検出部５ｂにおいて光学的に結像され、半導体基板５ａの長手方向における光出射側部５２の最小幅に対応して光検出部５ｂのチャンネルが配列されている。このため、分光モジュール１の分解能は、チャンネルの配列方向における光出射側部５２の最小幅に大きく影響される。従って、シリコンディープドライエッチングを施すことによって光出射側部５２を精度良く形成することで、製品毎に分解能にバラツキが生じることを抑制し、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３４】
また、この分光モジュール１においては、半導体基板５ａがＳｉなどの結晶材料から構成されており、アルカリエッチングを施すことにより材料の（１１１）結晶面に沿って側面を形成することで、精度良く光入射側部５１を形成することができるので、高精度な光通過孔５０の形成が可能となる。従って、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
また、分光モジュール１の分解能は、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において、光が通過するスリットの最小幅に大きく影響される。このため、グレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において、光検出素子５における光通過孔５０の最小幅Ｈ１より光吸収層１３のスリット１３ａの幅Ｈ２を小さくすることで、分光モジュール１の分解能を向上させることができる。このことは、分光モジュール１の信頼性の向上に有利である。
【００３６】
尚、図８に示されるように、光検出素子５に形成される光通過孔６０は、光入射側部６１の底面６１ｂと略垂直な側面６２ｂを有する光出射側部６２が断面長円形状に形成されていても良い。また、図９に示されるように、図５と比べて、半導体基板５ａの長手方向と略直交する方向（グレーティング溝６ａの延在方向）に光出射側部７２が延長され、光入射側部７１の底面７１ｂの幅と光出射側部７２の開口断面の幅とが等しくなるように、すなわち光出射側部７２の側面７２ｂと光入射側部７１の側面７１ｃとが直接連結するように形成されていても良い。或いは、図１０に示されるように、図９と比べて、更に光出射側部８２が延長され、半導体基板５ａの長手方向と略直交する方向における光入射側部８１の底面８１ｂの幅より、光出射側部８２の開口断面の幅が長くなるように形成されていても良い。
［第２の実施形態］
【００３７】
第２の実施形態に係る分光モジュール２１は、光検出素子の構成と基板の前面に配線基板が配置されている点とが第１の実施形態に係る分光モジュール１と相違している。
【００３８】
図１１，１２に示されるように、分光モジュール２１においては、光検出素子２２の分光部４と反対側の面に、端子電極２３が複数形成されている。各端子電極２３は、対応する配線基板２４のパッド部２４ａとワイヤ２６によって接続されている。これにより、端子電極２３と配線基板２４とが電気的に接続されて、光検出部２２ｂで発生した電気信号は、端子電極２３、配線基板２４のパッド部２４ａ及びパッド部２４ｂを介して外部に取り出される。
【００３９】
半導体基板２２ａに形成された光通過孔９０は、光入射開口９１ａを画定する光入射側部９１、及び光出射開口９２ａを画定する光出射側部９２から構成されている。光入射側部９１は、基板２の前面２ａと略垂直な側面９１ｂを有している。光出射側部９２は、基板２の前面２ａに向かって末広がりとなるように略四角錘台形状に形成され、基板２の前面２ａと略平行な上面９２ｂを有している。光入射側部９１は、光出射側部９２の上面９２ｂに対向して略四角柱形状に形成され、その側面９１ｂは、光出射側部９２の上面９２ｂに連結されている。また、基板２の前面２ａに形成された光吸収層２７は、分光部４のグレーティング溝６ａの延在方向と略直交する方向において、光入射側部９１の最小幅より幅の小さいスリット（光通過スリット）２７ａを有している。
【００４０】
上述した分光モジュール２１の製造方法の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、光検出素子２２を用意する。例えばＳｉから構成されるウェハ状態の半導体基板２２ａにおいて、他方の主面Ｂ側に光検出部２２ｂや配線や電極パッドを用意する。その後、他方の主面ＢのＳｉＯ２などの絶縁膜上に、ＡｌやＡｕなどを蒸着させることで遮光層２９を形成し、光検出素子２２を用意する。
【００４２】
続いて、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド）などを用いたアルカリエッチングやドライエッチングなどを施すことによって予定される光出射開口９２ａを囲むように矩形環状の凸部９３を形成する。その後、光検出部２２ｂを基準として、半導体基板２２ａの一方の主面Ａに対して、両面アライメントを用いたフォトリソグラフィにて所定の位置にマスクを開口し、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキサイド）を用いたアルカリエッチングを施すことによって略四角錘台形状の光出射側部９２を形成する。そして、検出部２２ｂを基準としたフォトグラフィにて半導体基板２２ａの他方の主面Ｂに対して、所定の位置にプラズマ放電を用いたシリコンディープドライエッチングを施すことによって光出射側部９２の底面９２ｂに連結する略四角柱形状の光入射側部９１を形成する。このようにして、半導体基板２２ａの一方の主面Ａと略直交する方向に延在する光通過孔９０が形成される。その後、一方の主面Ａ及び光入射側部９１の側面９１ｃ及び底面９１ｂ上に、ＡｌやＡｕなどを蒸着させることで遮光層２９を形成し、検出部２２ｂを基準としてウェハをダインシングすることにより光検出素子２２を用意する。
【００４３】
そして、光検出素子２２と基板２の外縁部あるいはアライメントマークを基準部として、光検出素子２２の他方の主面Ｂ側と光学樹脂材１７によって基板２の前面２ａに接着する。その後、対応する光検出素子２２の端子電極２３と基板２のパッド部２４ａとをワイヤ２６によって接続する。パッド部２４ａは配線層１９を介して端子パッド部２４ｂに電気的に接続されている。尚、基板２において、黒レジストなどからなる光吸収層が光検出素子２２の外周部に配置されているために、外乱光や分光部４からの信号として不要な反射光を吸収し、信頼性を確保することができる。
【００４４】
そして、分光部４が形成されたレンズ部３を、基板２の外縁部を基準部として、光学樹脂剤１８によって基板２の後面２ｂに接着することで、分光モジュール２１を得る。
【００４５】
上述した第２の実施形態に係る分光モジュール２１によれば、ウェハ状態の半導体基板２２ａに対し、アルカリエッチングを施すことによって光出射側部９２を一括して形成することで、光検出素子２２の用意工程における短時間化及び低コスト化を図ることができる。また、半導体基板５ａの他方の主面Ｂから、シリコンディープドライエッチングを施すことにより光出射側部５２を精度良く形成することができるので、安定した光通過特性を有する光通過孔５０の形成が可能となり、分光モジュール１の信頼性の向上を図ることができる。
【００４６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、第１の実施形態における光入射側部及び第２の実施形態における光出射側部の形状は、略四角錘台形状に限られず、基板２の前面２ａと略平行な底面（上面）を有し、且つ前面２ａに向かって先細りとなる形状であれば良い。同様に、第１の実施形態における光出射側部及び第２の実施形態における光入射側部の形状は、略四角柱形状に限られず、基板２の前面２ａと略垂直な側面を有し、且つ、対となる光入射側部（光出射側部）の底面（上面）に対向するように形成されていれば良い。
【００４８】
また、光通過孔は、光入射側部と光出射側部とが直接連結する態様に限られず、その間を連結する中間部（例えば、側面の傾斜角度や開口断面の形状が異なる部位）が設けられていても良い。
【００４９】
また、第１の実施形態における光入射側部及び第２の実施形態における光出射側部は、アルカリエッチングによって形成される場合に限られず、種々のウェットエッチングやドライエッチングによって形成される態様であれば良い。同様に、第１の実施形態における光出射側部及び第２の実施形態における光入射側部は、シリコンディープドライエッチングによって形成する場合に限られず、種々のドライエッチングによって形成される態様であれば良い。
【００５０】
また、上述した第１の実施形態において、第２の実施形態における光通過孔の構成を採用しても良く、第２の実施形態において、第１の実施形態における光通過孔の構成を採用しても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１，２１…分光モジュール、２…基板（本体部）、２ａ…前面（所定の面）、３…レンズ部（本体部）、４…分光部、５，２２…光検出素子、５ａ，２２ａ…半導体基板、光検出部…５ｂ，２２ｂ、６…回折層、６ａ…グレーティング溝、１３，２７…光吸収層、５０，６０，７０，８０，９０…光通過孔、５１，６１，７１，８１，９１…光入射側部、５２，６２，７２，８２，９２…光出射側部、５１ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ，９１ａ…光入射開口、５１ｂ，６１ｂ，７１ｂ、８１ｂ…底面、５１ｃ，６１ｃ，７１ｃ，８１ｃ，９２ｃ…側面、５２ａ，６２ａ，７２ａ，８２ａ，９２ａ…光出射開口、９２ｂ…上面（底面）、５２ｂ，６２ｂ，７２ｂ，８２ｂ，９１ｂ…側面、Ａ…一方の主面、Ｂ…他方の主面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を分光すると共に反射する分光部と、前記分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備える分光モジュールであって、
前記光検出素子は、前記分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成された基板部を有し、
前記光通過孔は、前記基板部の一方の主面に光入射開口を画定する光入射側部、及び前記基板部の他方の主面に光出射開口を画定する光出射側部を含み、
前記光入射側部は、前記一方の主面と略平行な底面を有し且つ前記他方の主面に向かって先細りとなるように形成され、
前記光出射側部は、前記他方の主面と略垂直な側面を有し且つ前記底面と対向するように形成され、
前記光入射側部の側面には、遮光層が形成されていることを特徴とする分光モジュール。
【請求項１】
入射した光を分光すると共に反射する分光部と、前記分光部によって分光された光を検出する光検出素子と、を備える分光モジュールであって、
前記光検出素子は、前記分光部に進行する光が通過する光通過孔が形成された基板部を有し、
前記光通過孔は、前記基板部の一方の主面に光入射開口を画定する光入射側部、及び前記基板部の他方の主面に光出射開口を画定する光出射側部を含み、
前記光入射側部は、前記一方の主面と略平行な底面を有し且つ前記他方の主面に向かって先細りとなるように形成され、
前記光出射側部は、前記他方の主面と略垂直な側面を有し且つ前記底面と対向するように形成され、
前記光入射側部の側面には、遮光層が形成されていることを特徴とする分光モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−９２５４１（Ｐ２０１３−９２５４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３０２１９（Ｐ２０１３−３０２１９）
【出願日】平成２５年２月１９日（２０１３．２．１９）
【分割の表示】特願２００８−３１１０８７（Ｐ２００８−３１１０８７）の分割
【原出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月１９日（２０１３．２．１９）
【分割の表示】特願２００８−３１１０８７（Ｐ２００８−３１１０８７）の分割
【原出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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