曾在三星電子任職的BillChoi創立的風險企業nanoLambda開發出了一款超小型分光傳感器。雖然尺寸只有5mm見方,但支持380~1050nm的波長范圍。具備同樣功能的現有分光傳感器不但尺寸大,價格也高達數十萬日元至數百萬日元。而這款傳感器如果能確保一定的量產規模,價格有望降至10美元左右。
nanoLambda將這款5mm見方的分光傳感器命名為“apollo”,已經開始提供開發套件“ApplicationDevelopmentKit”(ADK)。預計將于2015年底開始量產試制,2016年春季開始供貨。
與以往的分光傳感器相比,apollo的體積縮小至1/10以下,成本有望降至1/100以下。其最大特點是,在體積不到5mm見方的光檢測半導體芯片表面,制作了1000多種濾波器。這些濾波器根據波長對光進行分類,然后輸送至光電二極管。
通過表面等離子體共振進行分光
微型濾波器是利用表面等離子體共振現象實現的。表面等離子體共振是指金屬中的電子與電磁波(光)共振的現象。為了只在特定波長下共振,設置了納米級微孔。通過在形狀和配置上下工夫,能甄選380~1050nm的光。如果改變濾波器的孔的形狀和配置,還能支持紫外線和紅外線檢測。
利用表面等離子體共振現象的濾波器的制作中運用了“納米壓印”技術。納米壓印是指,將刻有微細圖案的模板像圖章一樣按到基板等上面,從而轉印圖案。
受nanoLambda的委托生產apollo配備的濾波器的,是位于川崎的日本風險企業SCIVAX。該公司社長田中覺自信地說,“利用納米壓印技術,確立了能(在半導體芯片表面)精密制作微小濾波器的技術”。該公司技術營業部高級經理北原淑行稱,“能高效率制作圖案各不相同的1000多種濾波器是納米壓印特有的優勢。利用半導體工藝的話,圖案太多,無法進行優化”。
SCIVAX為了量產apollo的濾波器,將導入新的制造工藝,即利用納米壓印技術在晶圓上制作掩模的“NOC(NanoimprintOnCircuitwafer)”技術。SCIVAX收到的是已經形成了晶體管和布線等,并在其上蒸鍍了金屬膜的晶圓。SCIVAX利用NOC工藝,在金屬膜上形成濾波器。
在有凸凹的晶圓上進行納米壓印
首先在晶圓上的金屬膜表面涂布感光材料(光刻膠),然后在其上按壓刻有濾波器圖案的模板。該模板是透明的,向其照射紫外(UV)光,使已經印上模板圖案的光刻膠硬化。剝離模板就可以看到印有圖案的光刻膠了。將其作為掩模使用,進行蝕刻處理,便完成了金屬膜上的濾波器。
納米壓印通常是在平滑的表面進行的。SCIVAX的田中介紹說,“在形成了電路的凸凹不平的晶圓表面進行納米壓印,這通常是不可能實現的”。
為了在晶圓整體統一進行納米壓印,還提高了對位精度。NOC實現了±1~3μm的對位精度。田中自信地說,“其他競爭公司連低于10μm都達不到。在整體納米壓印中,這是絕對領先的對位精度”。
SCIVAX從2015年底開始制造apollo用濾波器。負責量產的是2015年春投產的富山縣量產受托工廠。此次是SCIVAX首次承接利用納米壓印技術的量產業務。
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