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JP2019029752A - Wafer cap, far infrared ray sensor, far infrared ray detection device, and cap - Google Patents

Wafer cap, far infrared ray sensor, far infrared ray detection device, and cap Download PDF

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JP2019029752A
JP2019029752A JP2017145305A JP2017145305A JP2019029752A JP 2019029752 A JP2019029752 A JP 2019029752A JP 2017145305 A JP2017145305 A JP 2017145305A JP 2017145305 A JP2017145305 A JP 2017145305A JP 2019029752 A JP2019029752 A JP 2019029752A
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紘一 木下
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Takeshi Sekiguchi
関口  毅
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Masayuki Kamiya
雅之 上美谷
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Abstract

To provide a more inexpensive far infrared ray detection device, wafer cap, and package.SOLUTION: A wafer cap that can be integrally joined to a sensor wafer is formed of silicon and is formed by arranging a plurality of cap portions 11 of the same shape, and the cap portion 11 includes a main body layer 12 and a lens-shaped portion 14 formed on at least one surface of the main body layer 12 and having a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape. In addition, a package obtained by joining the wafer cap to the sensor wafer and performing dicing is provided in a far infrared ray detection device 1 as a far infrared ray sensor portion 10.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ウエハキャップ、遠赤外線センサ、遠赤外線検出装置、キャップに関するものである。   The present invention relates to a wafer cap, a far infrared sensor, a far infrared detection device, and a cap.

物体が放射する遠赤外線を検知する遠赤外線検出装置(例えば、特許文献1参照)は、非接触で対象となる物体の温度分布が測定可能であることや、基本的には光源が不要であること等から、セキュリティ用や車載用、監視用、工場での品質管理用等、近年様々な分野で普及し始めている。   A far-infrared detector that detects far-infrared rays emitted from an object (see, for example, Patent Document 1) can measure the temperature distribution of a target object in a non-contact manner, and basically does not require a light source. Therefore, in recent years, it has begun to spread in various fields such as security, in-vehicle, monitoring, and quality control in factories.

特開2011−149975号公報JP2011-149975A

遠赤外線検出装置では、遠赤外線を検出する素子よりも遠赤外線の入射側(対象物側)に、遠赤外線を集光するための複数のレンズからなるレンズ群が配置される。このレンズ群は、従来、遠赤外線の透過率が高いゲルマニウムにより形成されている。
しかし、ゲルマニウムは非常に希少な材料であり、ゲルマニウム製のレンズは、非常に高価である。また、そのようなレンズを複数枚組み合わせてレンズ群を形成するため、遠赤外線センサが非常に高価になり、普及の妨げになるという問題があった。
特許文献1では、レンズ材料として、有機材料に微粒化した無機材料を混入させた材料を用いる等、ゲルマニウム以外の材料を選択することにより改善を図っているが、レンズの加熱等が必要であり、より簡単な構成であって、安価な遠赤外線検出装置の実現が望まれている。
In the far-infrared detector, a lens group including a plurality of lenses for collecting far-infrared rays is disposed on the far-infrared incident side (object side) of the far-infrared ray detecting element. This lens group is conventionally formed of germanium having a high far-infrared transmittance.
However, germanium is a very rare material, and lenses made of germanium are very expensive. Further, since a lens group is formed by combining a plurality of such lenses, there is a problem that the far-infrared sensor becomes very expensive and hinders its spread.
In Patent Document 1, improvement is made by selecting a material other than germanium, such as using a material in which an inorganic material atomized into an organic material is mixed as a lens material. However, heating of the lens is necessary. Therefore, it is desired to realize an inexpensive far-infrared detector having a simpler configuration.

本発明の課題は、より安価な遠赤外線検出装置を提供可能とすること、及び、これを可能とするウエハキャップ、遠赤外線センサ、キャップを提供することである。   It is an object of the present invention to provide a far-infrared detecting device that is less expensive and to provide a wafer cap, a far-infrared sensor, and a cap that enable this.

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
第1の発明は、センサウエハ(170)に一体に接合可能なウエハキャップであって、シリコンにより形成され、複数の同形状のキャップ部(11)が配列されて形成されており、前記キャップ部は、本体層(12)と、前記本体層の少なくとも一方の面に形成され、凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であるレンズ形状部(14)と、を備えるウエハキャップ(110)である。
第2の発明は、第1の発明のウエハキャップにおいて、少なくともセンサウエハとの接合時に外側となる面には、反射抑制層(15)が形成されていること、を特徴とするウエハキャップ(110)である。
第3の発明は、遠赤外線の波長域の光を検知する検出素子(18)を備えるセンサ基板部(17)と、前記センサ基板部の少なくとも前記検出素子を被覆し、前記センサ基板部に接合されるキャップ部(11)と、を備える遠赤外線センサであって、前記キャップ部は、シリコンにより形成され、本体層(12)と、前記本体層の少なくとも一方の面に形成されたレンズ形状部(14)と、を備え、前記レンズ形状部は、凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であり、前記検出素子に対応する位置に設けられること、を特徴とする遠赤外線センサ(10)である。
第4の発明は、第3の発明の遠赤外線センサにおいて、前記キャップ部の少なくとも遠赤外線の入射側となる面には、反射抑制層(15)が形成されていること、を特徴とする遠赤外線センサ(10)である。
第5の発明は、第3の発明又は第4の発明の遠赤外線センサ(10)と、前記遠赤外線センサの前記キャップ部(11)よりも遠赤外線の入射側に配置され、少なくとも1つのレンズ(21)を備える光学系(20)と、前記遠赤外線センサの駆動を制御する制御部(31)と、を備える遠赤外線検出装置(1)である。
第6の発明は、本体層(12)と、凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であって、前記本体層の少なくとも一方の面に形成されるレンズ形状部(14)と、を備え、遠線赤外線の波長域の光を検知する検出素子(18)を備えるセンサ基板(17)に接合され、前記検出素子を被覆するキャップ(11)である。
The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this.
A first invention is a wafer cap that can be integrally bonded to a sensor wafer (170), and is formed of silicon, and is formed by arranging a plurality of cap portions (11) having the same shape. A wafer cap (110) comprising a main body layer (12) and a lens-shaped portion (14) formed on at least one surface of the main body layer and having a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the wafer cap according to the first aspect, wherein a reflection suppressing layer (15) is formed on at least an outer surface when bonded to the sensor wafer. It is.
According to a third aspect of the invention, there is provided a sensor substrate portion (17) including a detection element (18) for detecting light in a far-infrared wavelength region, and covering at least the detection element of the sensor substrate portion and bonding to the sensor substrate portion. A far-infrared sensor comprising a cap part (11), wherein the cap part is made of silicon, and a lens layer formed on a body layer (12) and at least one surface of the body layer (14), wherein the lens-shaped portion has a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape, and is provided at a position corresponding to the detection element. .
A fourth invention is a far-infrared sensor according to the third invention, wherein a reflection suppressing layer (15) is formed on at least a surface on the far-infrared incident side of the cap portion. Infrared sensor (10).
According to a fifth aspect of the present invention, the far-infrared sensor (10) according to the third or fourth aspect and the far-infrared light incident side of the far-infrared sensor than the cap portion (11), and at least one lens A far-infrared detector (1) provided with an optical system (20) provided with (21), and a control part (31) which controls the drive of the far-infrared sensor.
The sixth invention comprises a main body layer (12) and a lens-shaped portion (14) which is a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape and is formed on at least one surface of the main body layer. A cap (11) which is bonded to a sensor substrate (17) including a detection element (18) for detecting light in the wavelength range of linear infrared rays and covers the detection element.

本発明の課題は、より安価な遠赤外線検出装置を提供可能とすること、及び、これを可能とするウエハキャップ、遠赤外線センサ、キャップを提供することである。   It is an object of the present invention to provide a far-infrared detecting device that is less expensive and to provide a wafer cap, a far-infrared sensor, and a cap that enable this.

実施形態の遠赤外線検出装置1を説明する図である。It is a figure explaining the far-infrared detector 1 of an embodiment. 実施形態の遠赤外線センサ部10を説明する図である。It is a figure explaining the far-infrared sensor part 10 of embodiment. 実施形態のキャップ部11の別の形態を説明する図である。It is a figure explaining another form of the cap part 11 of embodiment. 実施形態の遠赤外線センサ部10の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the far-infrared sensor part 10 of an embodiment.

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
また、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, each figure shown below including FIG. 1 is the figure shown typically, and the magnitude | size and shape of each part are exaggerated suitably for easy understanding.
In this specification, terms that specify shape and geometric conditions, for example, terms such as parallel and orthogonal, are strictly meanings, have similar optical functions, and can be regarded as parallel and orthogonal It also includes a state having an error of.
In addition, the numerical values such as the dimensions of the respective members and the material names described in the present specification are examples of the embodiment, and are not limited thereto, and may be appropriately selected and used.

(実施形態)
図1は、実施形態の遠赤外線検出装置1を説明する図である。
本実施形態の遠赤外線検出装置1は、レンズ部20、シャッター部25、制御部31、処理部32、遠赤外線センサ部10等を備えている。図1では、理解を容易にするために、光軸O方向に平行なZ軸を示している。このZ軸において、対象物側が+Z側、遠赤外線センサ部10側が−Z側とする。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a far-infrared detector 1 according to an embodiment.
The far-infrared detector 1 of the present embodiment includes a lens unit 20, a shutter unit 25, a control unit 31, a processing unit 32, a far-infrared sensor unit 10, and the like. In FIG. 1, for easy understanding, a Z axis parallel to the optical axis O direction is shown. In this Z axis, the object side is the + Z side, and the far infrared sensor unit 10 side is the -Z side.

レンズ部20は、この遠赤外線検出装置1の不図示の筐体の開口部に設けられ、このレンズ部に対象物の放射する遠赤外線が入射する。
レンズ部20は、少なくとも1枚のレンズ21を備え、遠赤外線を集光する機能を有する光学系であり、遠赤外線センサ部10よりも遠赤外線の入射側(+Z側)に設けられている。図1では、一例として2枚のレンズ21を備えるレンズ部20を示している。各レンズ21の形状やその組み合わせは、所望するレンズ部20としての光学性能に応じて適宜選択してよい。また、レンズ21は、フレネルレンズ形状のものを用いてもよい。
レンズ部20に用いられるレンズ21は、ゲルマニウムやカルコゲナイドガラス、シリコン、セレン化亜鉛、硫化亜鉛等の遠赤外線(特に、波長域が8〜12μmの遠赤外線)を透過する材料によって形成されている。
The lens unit 20 is provided in an opening of a housing (not shown) of the far-infrared detector 1, and far-infrared rays emitted from the object are incident on the lens unit.
The lens unit 20 is an optical system that includes at least one lens 21 and has a function of collecting far-infrared rays, and is provided closer to the far-infrared incident side (+ Z side) than the far-infrared sensor unit 10. In FIG. 1, the lens part 20 provided with the two lenses 21 is shown as an example. The shape of each lens 21 and the combination thereof may be appropriately selected according to the desired optical performance of the lens unit 20. The lens 21 may be a Fresnel lens shape.
The lens 21 used in the lens unit 20 is formed of a material that transmits far infrared rays (particularly, far infrared rays having a wavelength range of 8 to 12 μm) such as germanium, chalcogenide glass, silicon, zinc selenide, and zinc sulfide.

シャッター部25は、光軸O方向に沿ってレンズ部20と遠赤外線センサ部10との間に配置されている。このシャッター部25は、後述する遠赤外線センサ部10の検出素子18の露光時間中のみ開いて遠赤外線を遠赤外線センサ部10側へ通し、それ以外の時は閉じて遠赤外線を遮る装置である。図1では、シャッター部25が開いている状態を示しており、図1に示す破線は、シャッター部25が閉じた状態を示している。本実施形態では、遠赤外線検出装置1は、シャッター部25として機械的構造を有するメカニカルシャッターを備える例を示したが、これに限らず、遠赤外線検出装置1は、機械的構造を持たない、いわゆる電子シャッターを備える形態としてもよい。
また、遠赤外線検出装置1は、レンズ部20とシャッター部25との間に、所望する光学性能等に応じて、絞り等を備えていてもよい。
The shutter unit 25 is disposed between the lens unit 20 and the far infrared sensor unit 10 along the optical axis O direction. This shutter unit 25 is a device that opens only during the exposure time of the detection element 18 of the far-infrared sensor unit 10 to be described later and passes far-infrared rays to the far-infrared sensor unit 10 side, and closes and blocks far-infrared rays at other times. . FIG. 1 shows a state where the shutter unit 25 is open, and a broken line shown in FIG. 1 shows a state where the shutter unit 25 is closed. In the present embodiment, the far-infrared detection device 1 has been described as including a mechanical shutter having a mechanical structure as the shutter unit 25. However, the present invention is not limited thereto, and the far-infrared detection device 1 does not have a mechanical structure. It is good also as a form provided with what is called an electronic shutter.
Further, the far-infrared detector 1 may include a diaphragm or the like between the lens unit 20 and the shutter unit 25 according to desired optical performance or the like.

制御部31は、遠赤外線センサ部10に電気的に接合されており、遠赤外線センサ部10の駆動を制御する制御回路である。この制御部31は、不図示の駆動電源に接続されている。
処理部32は、遠赤外線センサ部10に電気的に接合されており、遠赤外線センサ部10からの出力信号を用いて画像化等の処理する処理回路である。この処理部32は、不図示の出力部を有しており、遠赤外線検出装置1の外へ画像処理を施した信号等を出力可能である。
なお、上記に限らず、遠赤外線検出装置1は、不図示の記憶部や表示部等をさらに備える形態としてもよい。
The control unit 31 is electrically connected to the far infrared sensor unit 10 and is a control circuit that controls driving of the far infrared sensor unit 10. The control unit 31 is connected to a drive power supply (not shown).
The processing unit 32 is a processing circuit that is electrically joined to the far-infrared sensor unit 10 and performs processing such as imaging using an output signal from the far-infrared sensor unit 10. The processing unit 32 includes an output unit (not shown) and can output a signal or the like subjected to image processing to the outside of the far-infrared detector 1.
The far-infrared detector 1 is not limited to the above, and may be configured to further include a storage unit, a display unit, and the like (not shown).

図2は、本実施形態の遠赤外線センサ部10を説明する図である。図2では、遠赤外線センサ部10の光軸O方向に平行な断面を模式的に示している。
遠赤外線センサ部10は、平面視が矩形状の板状の部材である。遠赤外線センサ部10は、センサ基板17と、センサ基板17よりも+Z側(遠赤外線の入射側、対象物側)に位置するキャップ部11とを備えている。
この遠赤外線センサ部10は、センサ基板17とキャップ部11とをウエハ状態で接合した後、個片化するウエハレベルパッケージ(WLP)により形成されたいわゆるパッケージである。
FIG. 2 is a diagram illustrating the far-infrared sensor unit 10 of the present embodiment. In FIG. 2, the cross section parallel to the optical axis O direction of the far-infrared sensor part 10 is shown typically.
The far-infrared sensor unit 10 is a plate-like member having a rectangular shape in plan view. The far-infrared sensor unit 10 includes a sensor substrate 17 and a cap unit 11 located on the + Z side (far-infrared incident side, object side) of the sensor substrate 17.
The far-infrared sensor unit 10 is a so-called package formed by a wafer level package (WLP) in which the sensor substrate 17 and the cap unit 11 are bonded in a wafer state and then separated into individual pieces.

センサ基板17は、平面視が矩形状の板状の部材であり、シリコン等の半導体により形成され、不図示の配線等がその表面に形成されている。また、この配線は、適宜、制御部31、処理部32と電気的に接続されている。
検出素子18は、遠赤外領域の光(遠赤外線)を受光し、電気信号に変換する素子である。本実施形態の検出素子18は、遠赤外線の波長域(特に、約8〜12μmの波長域)の光に対して受光感度を有している。このような検出素子18としては、例えば、マイクロボロメーターやサーモパイル、焦電素子等が用いられる。
この検出素子18は、センサ基板17の+Z側(入射側)に配置され、センサ基板17に設けられた不図示の配線と電気的に接続されている。
なお、検出素子18が出力した信号に対して、信号処理を行って処理部32へ出力する不図示のIC回路等が、センサ基板17上に設けられ、センサ基板17上の配線を介して検出素子18と電気的に接続されている形態としてもよい。
The sensor substrate 17 is a plate-like member having a rectangular shape in plan view, and is formed of a semiconductor such as silicon, and a wiring or the like (not shown) is formed on the surface thereof. Moreover, this wiring is electrically connected with the control part 31 and the process part 32 suitably.
The detection element 18 is an element that receives light in the far-infrared region (far-infrared ray) and converts it into an electrical signal. The detection element 18 of this embodiment has light receiving sensitivity with respect to light in a far infrared wavelength region (particularly, a wavelength region of about 8 to 12 μm). As such a detection element 18, a microbolometer, a thermopile, a pyroelectric element, etc. are used, for example.
The detection element 18 is disposed on the + Z side (incident side) of the sensor substrate 17 and is electrically connected to a wiring (not shown) provided on the sensor substrate 17.
An IC circuit (not shown) that performs signal processing on the signal output from the detection element 18 and outputs the signal to the processing unit 32 is provided on the sensor substrate 17 and is detected via the wiring on the sensor substrate 17. It may be configured to be electrically connected to the element 18.

キャップ部11は、光軸O方向から見てセンサ基板17と同じ矩形形状であり、センサ基板17を十分に被覆し、また、センサ基板17に一体に接合されている。キャップ部11は、センサ基板17に設けられた検出素子18や配線等を保護する機能を有している。
キャップ部11は、シリコンにより形成され、本体層12、この本体層12の少なくとも一方の面に形成されたレンズ形状部14、本体層12からセンサ基板17側(−Z側)へ突出した突出部13等を有している。
The cap portion 11 has the same rectangular shape as the sensor substrate 17 when viewed from the optical axis O direction, sufficiently covers the sensor substrate 17, and is integrally joined to the sensor substrate 17. The cap unit 11 has a function of protecting the detection element 18 provided on the sensor substrate 17 and wiring.
The cap portion 11 is made of silicon, and has a main body layer 12, a lens-shaped portion 14 formed on at least one surface of the main body layer 12, and a protruding portion protruding from the main body layer 12 toward the sensor substrate 17 (−Z side). 13 etc.

レンズ形状部14は、凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であり、光軸O方向から遠赤外線センサ部10を見た場合に、検出素子18に対応する領域に形成されている。また、このレンズ形状部14は、これを透過した遠赤外線は、検出素子18の受光面上において焦点を結ぶように設けられている。
図2では、一例として、レンズ形状部14が凸フレネルレンズ形状であり、本体層12の+Z側(入射側)の面に形成されている例を示している。しかし、このレンズ形状部14は、レンズ部20の光学性能に応じて、凹フレネルレンズ形状としてもよい。
The lens shape portion 14 has a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape, and is formed in a region corresponding to the detection element 18 when the far infrared sensor unit 10 is viewed from the optical axis O direction. Further, the lens shape portion 14 is provided so that the far infrared rays transmitted therethrough are focused on the light receiving surface of the detection element 18.
FIG. 2 shows an example in which the lens shape portion 14 has a convex Fresnel lens shape and is formed on the + Z side (incident side) surface of the main body layer 12 as an example. However, the lens shape portion 14 may have a concave Fresnel lens shape according to the optical performance of the lens portion 20.

突出部13は、レンズ形状部14が設けられた領域(図2に示す領域S1)の周縁部となる領域(図2に示す領域S2)に形成され、センサ基板17側(−Z側)へ所定の高さで突出している。
突出部13のセンサ基板17側の端部には、接合層16が設けられており、この接合層16によりセンサ基板17とキャップ部11とが一体に接合されている。この接合層16は、金(Au)等の金属により形成されている。
突出部13の高さ(本体層12からの突出高さ)は、レンズ形状部14の焦点距離に応じて設定可能である。また、この突出部13を設けることにより、検出素子18とキャップ部11との間に空間19が形成されている。この空間19は、本実施形態では真空であるが、適宜、空気等の気体が封入されている形態としてもよい。
The protruding portion 13 is formed in a region (region S2 shown in FIG. 2) which is a peripheral portion of the region where the lens-shaped portion 14 is provided (region S1 shown in FIG. 2), and toward the sensor substrate 17 side (−Z side). Projects at a predetermined height.
A bonding layer 16 is provided at the end of the protruding portion 13 on the sensor substrate 17 side, and the sensor substrate 17 and the cap portion 11 are integrally bonded by the bonding layer 16. The bonding layer 16 is made of a metal such as gold (Au).
The height of the protruding portion 13 (the protruding height from the main body layer 12) can be set according to the focal length of the lens-shaped portion 14. Further, by providing the protruding portion 13, a space 19 is formed between the detection element 18 and the cap portion 11. The space 19 is a vacuum in this embodiment, but may be appropriately filled with a gas such as air.

キャップ部11の本体層12の+Z側(入射側、対象物側)の面や、−Z側(出射側、センサ基板17側)の面(特に、領域S1に相当する領域)には、反射抑制層(AR層)15が形成されている。この反射抑制層15は、図2に示すように、レンズ形状部14のフレネルレンズを形成する単位レンズの表面にも形成されている。
この反射抑制層15は、反射抑制機能を有する材料、例えば、ダイヤモンドライクカーボン(DLC:Diamond−Like Carbon)等を所定の膜厚でコーティングする等により形成される。
このような反射抑制層15を設けることにより、ゲルマニウム等に比べて遠赤外線の透過率が低いシリコン製のレンズ形状部14であっても、遠赤外線の透過率を向上させることができる。
Reflected on the surface on the + Z side (incident side, object side) and the surface on the −Z side (exit side, sensor substrate 17 side) (particularly the region corresponding to the region S1) of the main body layer 12 of the cap part 11. A suppression layer (AR layer) 15 is formed. As shown in FIG. 2, the reflection suppression layer 15 is also formed on the surface of the unit lens that forms the Fresnel lens of the lens shape portion 14.
The reflection suppressing layer 15 is formed by coating a material having a reflection suppressing function, for example, diamond-like carbon (DLC) with a predetermined film thickness.
By providing such a reflection suppressing layer 15, the transmittance of far infrared rays can be improved even in the case of the silicon lens-shaped portion 14 having a far infrared transmittance lower than that of germanium or the like.

上述のように、本実施形態の遠赤外線センサ部10は、従来、センサ基板17を保護する部材として使用されているキャップ部11がレンズ形状部14を備えており、レンズ形状部14を透過した遠赤外線は、検出素子18の受光面で焦点を結ぶ。したがって、レンズ形状部14も検出素子18へ集光させる光学系として機能するので、レンズ部20のレンズ21の枚数を減らすことができる。
遠赤外線検出装置1のレンズ部20としては、ゲルマニウム等の希少材料を用いたレンズ21が用いられるが、そのようなレンズ21を減らして、より安価なシリコン製のレンズを従来使用されているキャップ部11に形成することにより、遠赤外線検出装置1の小型化や軽量化、生産コストの低減を図ることができる。
また、一般的な遠赤外線検出装置等において、レンズ部20のレンズ21は、遠赤外線(特に波長8〜12μm)の透過率が高いゲルマニウムにより形成されている。一般的にシリコンは、ゲルマニウムに比して、遠赤外線の透過率が低い傾向にある。しかし、上述のように、レンズ形状部14のレンズ形状をフレネルレンズ形状とすることにより、レンズ形状部14の厚みを薄くでき、透過率を十分確保することができる。
As described above, in the far-infrared sensor unit 10 of the present embodiment, the cap unit 11 that has been conventionally used as a member for protecting the sensor substrate 17 includes the lens-shaped unit 14 and is transmitted through the lens-shaped unit 14. The far infrared rays are focused on the light receiving surface of the detection element 18. Therefore, since the lens shape portion 14 also functions as an optical system for condensing the detection element 18, the number of lenses 21 of the lens portion 20 can be reduced.
A lens 21 using a rare material such as germanium is used as the lens unit 20 of the far-infrared detector 1, but such a lens 21 is reduced, and a cheaper silicon lens is conventionally used. By forming in the part 11, the far-infrared detector 1 can be reduced in size and weight, and the production cost can be reduced.
In a general far-infrared detector or the like, the lens 21 of the lens unit 20 is formed of germanium having a high transmittance of far-infrared rays (particularly, a wavelength of 8 to 12 μm). In general, silicon tends to have a far-infrared transmittance lower than that of germanium. However, as described above, when the lens shape of the lens shape portion 14 is a Fresnel lens shape, the thickness of the lens shape portion 14 can be reduced, and a sufficient transmittance can be secured.

なお、図2では、一例として、レンズ形状部14が、キャップ部11の本体層12の+Z側(入射側)に形成される例を示したが、これに限定されるものではない。
図3は、本実施形態のキャップ部11の別の形態を説明する図である。
図3(a)に示すように、キャップ部11の領域S1において、本体層12の−Z側(センサ基板17側)の面にレンズ形状部14を設けてもよい。
また、図3(b)に示すように、キャップ部11の領域S1において、本体層12の両面(+Z側及び−Z側の面)にレンズ形状部14を設けてもよい。
In FIG. 2, as an example, the lens shape portion 14 is formed on the + Z side (incident side) of the main body layer 12 of the cap portion 11, but is not limited thereto.
FIG. 3 is a diagram illustrating another form of the cap portion 11 of the present embodiment.
As shown in FIG. 3A, the lens-shaped portion 14 may be provided on the surface of the main body layer 12 on the −Z side (sensor substrate 17 side) in the region S <b> 1 of the cap portion 11.
Further, as shown in FIG. 3B, the lens-shaped portion 14 may be provided on both surfaces (+ Z side and −Z side surfaces) of the main body layer 12 in the region S <b> 1 of the cap portion 11.

また、レンズ形状部14は、凸フレネルレンズ形状に限らず、凹フレネルレンズ形状としてもよく、例えば、図3(b)に示すように、本体層12の両面にレンズ形状部14を形成する場合には、一方の面のレンズ形状部14を凸フレネルレンズ形状とし、他方の面のレンズ形状部14を凹フレネルレンズ形状としてもよいし、図示しないが、両面とも凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状としてもよい。レンズ形状部14として形成されるフレネルレンズ形状のタイプ(凹型又は凸型)や、レンズ形状部14が本体層12のどの面に設けられるか等は、レンズ部20の光学特性に応じて、適宜設定してよい。   The lens shape portion 14 is not limited to the convex Fresnel lens shape, and may be a concave Fresnel lens shape. For example, as shown in FIG. 3B, the lens shape portion 14 is formed on both surfaces of the main body layer 12. The lens shape portion 14 on one surface may be a convex Fresnel lens shape, and the lens shape portion 14 on the other surface may be a concave Fresnel lens shape. Although not shown, both surfaces are convex Fresnel lens shapes or concave Fresnel lens shapes. It is good also as a shape. The Fresnel lens shape type (concave or convex) formed as the lens shape portion 14, the surface of the main body layer 12 on which the lens shape portion 14 is provided, etc. are appropriately determined according to the optical characteristics of the lens portion 20. May be set.

次に、本実施形態の遠赤外線センサ部10の製造方法について説明する。
図4は、本実施形態の遠赤外線センサ部10の製造方法を説明する図である。なお、図4(b)〜(e)は、シリコンウエハ110、センサウエハ170の一部(1つのパッケージに相当する領域)を拡大して示している。
図4(a)に示すように、シリコンウエハ110を用意する。
このシリコンウエハ110の片面110bにレジストを塗付し、所定のマスクパターンを設けて露光、現像する。その後、ドライエッチングを行い、図4(b)に示すように、シリコンウエハ110の片面110bに突出部13が形成される。
次に、シリコンウエハ110の突出部13が形成された面110bとは反対側の面110aを研磨し、シリコンウエハ110(本体層12)の厚みを所定の値まで薄くした後、図4(c)に示すように、エッチングによりレンズ形状部14を形成する。
Next, the manufacturing method of the far-infrared sensor part 10 of this embodiment is demonstrated.
FIG. 4 is a diagram for explaining a manufacturing method of the far-infrared sensor unit 10 of the present embodiment. 4B to 4E show a part of the silicon wafer 110 and the sensor wafer 170 (area corresponding to one package) in an enlarged manner.
As shown in FIG. 4A, a silicon wafer 110 is prepared.
A resist is applied to one surface 110b of the silicon wafer 110, a predetermined mask pattern is provided, and exposure and development are performed. Thereafter, dry etching is performed to form the protruding portion 13 on one surface 110b of the silicon wafer 110 as shown in FIG.
Next, after polishing the surface 110a of the silicon wafer 110 opposite to the surface 110b on which the protrusions 13 are formed, the thickness of the silicon wafer 110 (main body layer 12) is reduced to a predetermined value, and then FIG. ), The lens-shaped portion 14 is formed by etching.

次に、図4(d)に示すように、シリコンウエハ110の面110aと、面110bの領域S1に相当する領域に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)をスパッタリングや蒸着、CVD(Chemical Vapor Deposition 化学気相成長)等により反射抑制層15を形成する。これにより、シリコンウエハ110には、複数のキャップ部11が配列された状態で形成される。
次に、図4(e)に示すように、センサウエハ170を用意し、所定の配線を形成し、さらに検出素子18を配置して配線と電気的に接続する。
そして、突出部13の端部に金(Au)や銅(Cu)、アルミニウム(Al)等をスパッタリングや蒸着等により接合層16を形成し、図4(f)に示すように、シリコンウエハ110とセンサウエハ170との位置を合わせ、接合する。そして、ダイシング(個片化)することにより、図4(g)に示すように、遠赤外線センサ部10(パッケージ)が完成する。
Next, as shown in FIG. 4 (d), diamond-like carbon (DLC) is sputtered or deposited on regions 110a and 110b of the silicon wafer 110 corresponding to the region S1, and CVD (Chemical Vapor Deposition) is performed. The antireflection layer 15 is formed by phase growth) or the like. Thus, the silicon wafer 110 is formed in a state where the plurality of cap portions 11 are arranged.
Next, as shown in FIG. 4E, a sensor wafer 170 is prepared, a predetermined wiring is formed, and the detection element 18 is further arranged and electrically connected to the wiring.
Then, a bonding layer 16 is formed on the end of the protruding portion 13 by sputtering, vapor deposition, or the like using gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), etc. As shown in FIG. And the sensor wafer 170 are aligned and bonded. Then, by dicing (dividing into pieces), the far-infrared sensor unit 10 (package) is completed as shown in FIG.

なお、レンズ形状部14を本体層12の−Z側(センサ基板17側)となる面に形成する場合には、ドライエッチングにより突出部13を形成する際に、同時にレンズ形状部14を形成することが可能である。
上述のように形成された遠赤外線センサ部10を、遠赤外線検出装置1内の所定の位置に配置し、制御回路等を接続することにより、遠赤外線検出装置1が完成する。
In addition, when forming the lens shape part 14 in the surface which becomes the -Z side (sensor substrate 17 side) of the main body layer 12, when forming the protrusion part 13 by dry etching, the lens shape part 14 is formed simultaneously. It is possible.
The far-infrared sensor device 10 formed as described above is disposed at a predetermined position in the far-infrared detector 1 and a control circuit or the like is connected to complete the far-infrared detector 1.

本実施形態によれば、ゲルマニウムに比べて安価なシリコンにより形成されるキャップ部11にレンズ形状部14を形成することにより、レンズ部20を構成するレンズ21の枚数を削減することができ、より安価で十分な光学性能を有する遠赤外線検出装置1を提供することができる。また、レンズ部20構成するレンズ21の枚数を削減することができるので、遠赤外線検出装置1の小型化、薄型化、軽量化を図ることができる。   According to the present embodiment, by forming the lens shape portion 14 in the cap portion 11 formed of silicon that is less expensive than germanium, the number of lenses 21 constituting the lens portion 20 can be reduced. It is possible to provide a far-infrared detector 1 that is inexpensive and has sufficient optical performance. Further, since the number of lenses 21 constituting the lens unit 20 can be reduced, the far-infrared detector 1 can be reduced in size, thickness, and weight.

(変形形態)
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)実施形態において、遠赤外線センサ部10は、遠赤外線検出装置1に使用される例を示したが、これに限らす、例えば、遠赤外線カメラに使用してもよい。
(Deformation)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the scope of the present invention.
(1) In the embodiment, the far-infrared sensor unit 10 has been described as being used in the far-infrared detector 1, but the present invention is not limited thereto, and may be used in, for example, a far-infrared camera.

(2)実施形態において、遠赤外線検出装置1は、不図示の駆動部を備え、この駆動部がレンズ部20の各レンズ21を保持し、各レンズ21を光軸O方向に沿って移動可能である形態としてもよい。このような形態とした場合には、レンズ21間の距離やレンズ21と遠赤外線センサ部10との距離を好適なものに適宜設定することができる。 (2) In the embodiment, the far-infrared detector 1 includes a drive unit (not shown), and this drive unit holds each lens 21 of the lens unit 20 and can move each lens 21 along the optical axis O direction. It is good also as a form which is. In the case of such a configuration, the distance between the lenses 21 and the distance between the lens 21 and the far-infrared sensor unit 10 can be appropriately set as appropriate.

なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は、上述の実施形態等によって限定されることはない。   In addition, although this embodiment and modification can also be used in combination as appropriate, detailed description is abbreviate | omitted. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the like.

1 遠赤外線検出装置
10 遠赤外線センサ部
11 キャップ部
12 本体層
13 突出部
14 レンズ形状部
15 反射抑制層
16 接合層
17 センサ基板
18 検出素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Far-infrared detector 10 Far-infrared sensor part 11 Cap part 12 Main body layer 13 Protrusion part 14 Lens shape part 15 Antireflection layer 16 Bonding layer 17 Sensor substrate 18 Detection element

Claims (6)

センサウエハに一体に接合可能なウエハキャップであって、
シリコンにより形成され、
複数の同形状のキャップ部が配列されて形成されており、
前記キャップ部は、
本体層と、
前記本体層の少なくとも一方の面に形成され、凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であるレンズ形状部と、
を備えるウエハキャップ。
A wafer cap that can be integrally bonded to a sensor wafer,
Formed by silicon,
A plurality of cap parts having the same shape are arranged and formed.
The cap part is
The body layer,
Formed on at least one surface of the main body layer, a lens-shaped portion that is a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape;
A wafer cap comprising:
請求項1に記載のウエハキャップにおいて、
少なくともセンサウエハとの接合時に外側となる面には、反射抑制層が形成されていること、
を特徴とするウエハキャップ。
The wafer cap according to claim 1,
A reflection suppressing layer is formed on the surface which is at the outer side at least when bonded to the sensor wafer,
A wafer cap characterized by the following.
遠赤外線の波長域の光を検知する検出素子を備えるセンサ基板部と、
前記センサ基板部の少なくとも前記検出素子を被覆し、前記センサ基板部に接合されるキャップ部と、
を備える遠赤外線センサであって、
前記キャップ部は、
シリコンにより形成され、
本体層と、
前記本体層の少なくとも一方の面に形成されたレンズ形状部と、
を備え、
前記レンズ形状部は、凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であり、前記検出素子に対応する位置に設けられること、
を特徴とする遠赤外線センサ。
A sensor substrate having a detection element for detecting light in the far-infrared wavelength region;
A cap portion that covers at least the detection element of the sensor substrate portion and is joined to the sensor substrate portion;
A far infrared sensor comprising:
The cap part is
Formed by silicon,
The body layer,
A lens-shaped portion formed on at least one surface of the main body layer;
With
The lens shape portion is a convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape, and is provided at a position corresponding to the detection element;
Far infrared sensor characterized by.
請求項3に記載の遠赤外線センサにおいて、
前記キャップ部の少なくとも遠赤外光の入射側となる面には、反射抑制層が形成されていること、
を特徴とする遠赤外線センサ。
The far-infrared sensor according to claim 3,
A reflection suppressing layer is formed on at least the far infrared light incident side of the cap portion;
Far infrared sensor characterized by.
請求項3又は請求項4に記載の遠赤外線センサと、
前記遠赤外線センサの前記キャップ部よりも遠赤外線の入射側に配置され、少なくとも1つのレンズを備える光学系と、
前記遠赤外線センサの駆動を制御する制御部と、
を備える遠赤外線検出装置。
The far-infrared sensor according to claim 3 or claim 4,
An optical system that is disposed on the far-infrared incident side of the cap portion of the far-infrared sensor and includes at least one lens;
A control unit for controlling driving of the far-infrared sensor;
A far-infrared detector comprising:
本体層と、
凸フレネルレンズ形状又は凹フレネルレンズ形状であって、前記本体層の少なくとも一方の面に形成されるレンズ形状部と、
を備え、
遠線赤外線の波長域の光を検知する検出素子を備えるセンサ基板に接合され、前記検出素子を被覆するキャップ。
The body layer,
A convex Fresnel lens shape or a concave Fresnel lens shape, and a lens shape portion formed on at least one surface of the main body layer;
With
A cap that is bonded to a sensor substrate including a detection element that detects light in the far-infrared infrared wavelength region and covers the detection element.
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