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5mm见方超小型分光传感器,关键技术是纳米压印

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    曾在三星电子任职的Bill Choi创立的风险企业nanoLambda开发出了一款超小型分光传感器。虽然尺寸只有5mm见方,但支持380~1050nm的波长范围。具备同样功能的现有分光传感器不但尺寸大,价格也高达数十万日元至数百万日元。而这款传感器如果能确保一定的量产规模,价格有望降至10美元左右。

    nanoLambda将这款5mm见方的分光传感器命名为“apollo”,已经开始提供开发套件“Application Development Kit”(ADK)。预计将于2015年底开始量产试制,2016年春季开始供货。

    与以往的分光传感器相比,apollo的体积缩小至1/10以下,成本有望降至1/100以下。其最大特点是,在体积不到5mm见方的光检测半导体芯片表面,制作了1000多种滤波器。这些滤波器根据波长对光进行分类,然后输送至光电二极管。

    通过表面等离子体共振进行分光

    微型滤波器是利用表面等离子体共振现象实现的。表面等离子体共振是指金属中的电子与电磁波(光)共振的现象。为了只在特定波长下共振,设置了纳米级微孔。通过在形状和配置上下工夫,能甄选380~1050nm的光。如果改变滤波器的孔的形状和配置,还能支持紫外线和红外线检测。

    利用表面等离子体共振现象的滤波器的制作中运用了“纳米压印”技术。纳米压印是指,将刻有微细图案的模板像图章一样按到基板等上面,从而转印图案。

    受nanoLambda的委托生产apollo配备的滤波器的,是位于川崎的日本风险企业SCIVAX。该公司社长田中觉自信地说,“利用纳米压印技术,确立了能(在半导体芯片表面)精密制作微小滤波器的技术”。该公司技术营业部高级经理北原淑行称,“能高效率制作图案各不相同的1000多种滤波器是纳米压印特有的优势。利用半导体工艺的话,图案太多,无法进行优化”。


    SCIVAX为了量产apollo的滤波器,将导入新的制造工艺,即利用纳米压印技术在晶圆上制作掩模的“NOC(Nanoimprint On Circuit wafer)”技术。SCIVAX收到的是已经形成了晶体管和布线等,并在其上蒸镀了金属膜的晶圆。SCIVAX利用NOC工艺,在金属膜上形成滤波器。

    在有凸凹的晶圆上进行纳米压印

    首先在晶圆上的金属膜表面涂布感光材料(光刻胶),然后在其上按压刻有滤波器图案的模板。该模板是透明的,向其照射紫外(UV)光,使已经印上模板图案的光刻胶硬化。剥离模板就可以看到印有图案的光刻胶了。将其作为掩模使用,进行蚀刻处理,便完成了金属膜上的滤波器。

    纳米压印通常是在平滑的表面进行的。SCIVAX的田中介绍说,“在形成了电路的凸凹不平的晶圆表面进行纳米压印,这通常是不可能实现的”。

    为了在晶圆整体统一进行纳米压印,还提高了对位精度。NOC实现了±1~3μm的对位精度。田中自信地说,“其他竞争公司连低于10μm都达不到。在整体纳米压印中,这是绝对领先的对位精度”。

    SCIVAX从2015年底开始制造apollo用滤波器。负责量产的是2015年春投产的富山县量产受托工厂。此次是SCIVAX首次承接利用纳米压印技术的量产业务。

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