JP2013045857A - イメージセンサ及びその製造方法並びに検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の受光素子を備え、入射した光を電気信号に変換する光源変換部と、各受光素子の直上域に配置され、その直下に位置する受光素子に向けて光を集光する複数のレンズと、このレンズ上に形成され、光透過材料からなる絶縁層とを備えるイメージセンサにおいて、絶縁層の表面に、受光素子毎にそれぞれ離間して形成され、その中心が、各受光素子の受光部の中心とその直上に配置されたレンズの中心とを結んだ線の延長線上に位置する検出領域を設ける。そして、検出対象の試料を、少なくともこの検出領域に固定する。
【選択図】図6
Description
このイメージセンサでは、絶縁層の屈折率をn、試料からレンズまでの距離をLとしたとき、前記レンズの焦点距離fを、試料とレンズ間の光路長(=n×L)よりも短くしてもよい。
また、前記検出領域にのみ検出対象の試料を固定することができる。
その場合、前記検出領域には、表面処理が施されていてもよく、又は、前記試料と結合する抗体、アダプター若しくは遺伝子吸着物質が固定されていてもよい。
更に、前記絶縁層の表面には、前記検出領域以外の部分に、遮光マスクが形成されていてもよい。
更にまた、前記絶縁層は、シリコンオキサイドにより形成することができる。
1.第1の実施の形態
(画素中心部にのみ試料が固定されるイメージセンサの例)
2.第2の実施の形態
(検出領域以外の部分に遮光マスクが設けられたイメージセンサの例)
3.第3の実施の形態
(イメージセンサを搭載した検査装置の例)
先ず、本開示の第1の実施形態に係るイメージセンサについて説明する。図1は本実施形態のイメージセンサの構成を模式的に示す平面図であり、図2はその画素セル1の構成を示す断面図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態のイメージセンサ10では、画素セル1を構成する複数の受光素子がマトリクス状に配設された光電変換部3の上に、複数のマイクロレンズ5が配置されている。そして、各マイクロレンズ5を覆うように絶縁層6が形成されており、絶縁層6上には、画素セル1ごとに検出領域2が設けられている。
光電変換部3は、各受光素子により、試料11における発光過程などの光現象を検出して、電気信号として出力する部分である。例えば、CCDやCMOSなどの固体撮像素子を用いた場合、各受光素子はPN接合により構成される。また、光電変換部3の各画素セル1のサイズaは、特に限定されるものではないが、例えば0.2〜10μm角とすることができる。更に、光電変換部3の厚さtも、特に限定されるものではないが、従来のイメージセンサと同様に1〜10μm程度とすることができる。
マイクロレンズ5は、光電変換部3に配設された各受光素子の受光部4に向けて光を集光するものであり、画素セル1ごとに受光素子の直上域に配置されている。本実施形態のイメージセンサ10においては、1つの受光素子に対して1つのマイクロレンズが設けられていてもよいが、1つのマイクロレンズが複数の受光素子に対応する構成としてもよい。また、マイクロレンズ5の形状は、特に限定されるものではなく、平凸レンズや両凸レンズなど各種形状のものを適用することができ、そのアレイ方式も特に限定されるものではなく、適宜選択することができる。
絶縁層6は、光変換部3の保護、受光素子及びその周辺集積回路の電気的絶縁並びに構造的支持、表面の平坦化などのために設けられており、光を透過し、かつ試料11や受光素子での光検出に影響しない材料で形成されている。具体的には、絶縁層6は、例えば酸化シリコン(SiO2)及び窒化シリコン(SiNx)などの光透過性がある無機材料、ポリイミドなどの高融点でかつ光透過性がある高分子材料で形成することができる。
検出領域2は、絶縁層6の表面に、受光素子ごとにそれぞれ離間して設けられている。また、検出領域2の中心は、各受光素子の受光部4の中心とその直上に配置されたレンズ5の中心とを結んだ線の延長線上に位置している。そして、本実施形態のイメージセンサ10においては、検出領域2にのみ試料11が固定され、この部分での発光のみが受光部4において検出される。ここで、画素セル1における検出領域2の割合は、受光素子の受光面の大きさなどに応じて適宜設定することができるが、クロストーク抑制の観点から、1〜70%程度が好適である。
次に、前述の如く構成されるイメージセンサ10の製造方法について説明する。本実施形態のイメージセンサ10を製造する場合は、先ず、半導体ウエハに、複数の受光素子を備え、入射した光を電気信号に変換する光電変換部3を形成する。次に、各受光素子の直上域に、その直下に位置する受光素子の受光部4に向けて光を集光する複数のマイクロレンズ5を形成し、更に、その上に光透過性材料からなる絶縁層6を形成する。これら光電変換部3、マイクロレンズ5及び絶縁層6の形成方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。
次に、本実施形態のイメージセンサ10の動作について、蛍光色素で修飾された試料の発光過程を測定する場合を例にして説明する。図6はイメージセンサ10の測定時の状態を模式的に示す図であり、図7は検出領域2を画素の中心部に限定しなかった場合の測定時の状態を模式的に示す図である。なお、図6及び図7においては、図を見やすくするために、受光部4とマイクロレンズ5との間の構成要素は省略し、マイクロレンズ5を両凸形状で記載している。
次に、本開示の第2の実施形態に係るイメージセンサについて説明する。図8は本実施形態のイメージセンサの画素セルの構成を示す断面図である。なお、図8においては、図2に示す第1の実施形態のイメージセンサの画素セル1の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8に示すように、本実施形態のイメージセンサにおいては、絶縁層6の表面の検出領域2以外の部分に、光を遮光する遮光マスク22が形成されている。
遮光マスク22は、励起光12や試料11から発せられる蛍光13などの光を吸収及び/又は反射するものであればよく、その材質は特に限定されるものではないが、例えばアルミニウム薄膜、酸化クロム薄膜及び感光性樹脂などにより形成することができる。また、その形成方法も、特に限定されるものではなく、ドライエッチングや光リソグラフィーなどの公知の方法を適用することができる。
本実施形態のイメージセンサは、例えば、発光過程の要因となる核が、各画素セル21の非遮光部(検出領域2)に、およそ1つずつ入る程度の密度でランダムに核の形成を行うことができる。また、本実施形態のイメージセンサでは、検出領域2以外の部分にも試料11が固定されていてもよい。このため、例えば、遮光マスク22の上から、より荒い精度で印刷など行い、試料11や、試料11と結合する抗体、アダプター又は遺伝子吸着物質を画素セル21の表面に固定してもよい。
次に、本開示の第3の実施形態に係る検査装置について説明する。図9は本実施形態の検査装置の構成を示すブロック図である。図9に示すように、本実施形態の検査装置30は、前述した第1の実施形態のイメージセンサ10が搭載されたものであり、例えば、試料注入部33から注入された試料11に、光源32から出射された光を照射し、その発光過程を検出するものである。
(1)
複数の受光素子を備え、入射した光を電気信号に変換する光源変換部と、
各受光素子の直上域に配置され、その直下に位置する受光素子の受光部に向けて光を集光する複数のレンズと、
前記レンズ上に形成され、光透過材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面に受光素子毎にそれぞれ離間して設けられ、その中心が、各受光素子の受光部の中心とその直上に配置されたレンズの中心とを結んだ線の延長線上に位置する検出領域と、
を有し、
検出対象の試料は少なくとも前記検出領域に固定されるイメージセンサ。
(2)
絶縁層の屈折率をn、試料からレンズまでの距離をLとしたとき、前記レンズの焦点距離fが、試料とレンズ間の光路長(=n×L)よりも短い(1)に記載のイメージセンサ。
(3)
前記検出領域にのみ検出対象の試料が固定される(1)又は(2)に記載のイメージセンサ。
(4)
前記検出領域には、表面処理が施されている(3)に記載のイメージセンサ。
(5)
前記検出領域には、前記試料と結合する抗体、アダプター又は遺伝子吸着物質が固定されている(3)に記載のイメージセンサ。
(6)
前記絶縁層の表面には、前記検出領域以外の部分に、遮光マスクが形成されている(1)〜(5)のいずれかに記載のイメージセンサ。
(7)
前記絶縁層は、シリコンオキサイドにより形成されている(1)〜(6)のいずれかに記載のイメージセンサ。
(8)
半導体ウエハに、複数の受光素子を備え、入射した光を電気信号に変換する光電変換部を形成する工程と、
各受光素子の直上域に、その直下に位置する受光素子の受光部に向けて光を集光する複数のレンズを形成する工程と、
前記レンズ上に、光透過性材料からなる絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に、受光素子毎に、検出対象の試料が固定される検出領域を、相互に離間し、かつ中心が各受光素子の受光部の中心とその直上に配置されたレンズの中心とを結んだ線の延長線上に位置するように形成する工程と、
を有するイメージセンサの製造方法。
(9)
(1)〜(7)のいずれかに記載のイメージセンサが搭載された検査装置。
2 検出領域
3 光電変換部
4、104 受光部
5、105 マイクロレンズ
6 絶縁層
10 イメージセンサ
11、11a〜11c 試料
12 励起光
13 蛍光
a 画素セル1のサイズ
t 光電変換部3の厚さ
30 検査装置
31 撮像装置
32 光源
33 試料注入部
34 画像処理部
35 メモリ
36 表示部
37 送信部
38 制御部
Claims (9)
- 複数の受光素子を備え、入射した光を電気信号に変換する光源変換部と、
各受光素子の直上域に配置され、その直下に位置する受光素子の受光部に向けて光を集光する複数のレンズと、
前記レンズ上に形成され、光透過材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面に受光素子毎にそれぞれ離間して設けられ、その中心が、各受光素子の受光部の中心とその直上に配置されたレンズの中心とを結んだ線の延長線上に位置する検出領域と、
を有し、
検出対象の試料は少なくとも前記検出領域に固定されるイメージセンサ。 - 絶縁層の屈折率をn、試料からレンズまでの距離をLとしたとき、前記レンズの焦点距離fが、試料とレンズ間の光路長(=n×L)よりも短い請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記検出領域にのみ検出対象の試料が固定される請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記検出領域には、表面処理が施されている請求項3に記載のイメージセンサ。
- 前記検出領域には、前記試料と結合する抗体、アダプター又は遺伝子吸着物質が固定されている請求項3に記載のイメージセンサ。
- 前記絶縁層の表面には、前記検出領域以外の部分に、遮光マスクが形成されている請求項1に記載のイメージセンサ。
- 前記絶縁層は、シリコンオキサイドにより形成されている請求項1に記載のイメージセンサ。
- 半導体ウエハに、複数の受光素子を備え、入射した光を電気信号に変換する光電変換部を形成する工程と、
各受光素子の直上域に、その直下に位置する受光素子の受光部に向けて光を集光する複数のレンズを形成する工程と、
前記レンズ上に、光透過性材料からなる絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の表面に、受光素子毎に、検出対象の試料が固定される検出領域を、相互に離間し、かつ中心が各受光素子の受光部の中心とその直上に配置されたレンズの中心とを結んだ線の延長線上に位置するように形成する工程と、
を有するイメージセンサの製造方法。 - 請求項1に記載のイメージセンサが搭載された検査装置。
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