JP2020187339A - 光フィルタ構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 誘電体スタック層を含む光フィルタ構造を提供する。【解決手段】 光フィルタ構造は、複数の光電変換素子を有する基板、前記基板の上に配置された誘電体スタック層、および前記誘電体スタック層の上に配置された平坦化層を含み、前記誘電体スタック層は、くさび形状部、および前記くさび形状部に隣接する平坦化部を有し、前記くさび形状部は、連続的または非連続的に変化する厚さを有し、前記平坦化部は実質的に一定の厚さを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、光フィルタ構造に関するものであり、特に、誘電体スタック層（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｓｔａｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を含む光フィルタ構造に関するものである。
光フィルタは、スペクトルメータ、周囲光センサ、カラーセンサ、画像センサ、スペクトル検査装置などの様々な装置において広く用いられてきた。しかしながら、従来の光フィルタ構造は、全ての面において要求を満たすわけではない。例えば、従来の光フィルタ構造から得られるスペクトルは、斜め入射光による予期しない変形を有する可能性がある。また、要求を満たすために、従来の光フィルタ構造のサイズを、例えば数マイクロメートルに縮小することは困難である。
誘電体スタック層を含む光フィルタ構造を提供する。
本開示のいくつかの実施形態による、光フィルタ構造が提供される。
光フィルタ構造は、複数の光電変換素子を有する基板を含む。光フィルタ構造は、基板の上に配置された誘電体スタック層も含む。光フィルタ構造は、誘電体スタック層の上に配置された平坦化層を更に含む。誘電体スタック層は、くさび形状部、およびくさび形状部に隣接する平坦化部を有し、くさび形状部は、連続的または非連続的に変化する厚さを有し、平坦化部は実質的に一定の厚さを有する。
本開示の態様は、添付の図面を参照することで、以下の詳細な説明からより理解され得る。工業における標準的な慣行に従って、種々の特徴は縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際、種々の特徴の寸法は、議論を明確化するために、任意に増加または減少されている。
本開示の一実施形態による光フィルタ構造を示す部分断面図である。 本開示の一実施形態による光フィルタ構造を示す部分拡大図である。 本開示のもう一つの実施形態による光フィルタ構造を示す部分断面図である。 本開示の一実施形態による光フィルタ構造を示す部分拡大図である。 本開示の一実施形態による光フィルタ構造を示す部分断面図である。 本開示のもう一つの実施形態による光フィルタ構造を示す部分断面図である。 本開示の一実施形態による第１の遮光層の第１の開口を示す部分上面図である。
次の開示では、異なる特徴を実施するために、多くの異なる実施の形態または実施例を提供する。本開示を簡潔に説明するために、複数の要素および複数の配列の特定の実施形態が以下に述べられる。これらはもちろん単に例示するためであり、それに限定するという意図はない。例えば、下記の開示の第２の特徴の上方、または上への第１の特徴の形成は、第１と第２の特徴が直接接触で形成される複数の実施形態を含むことができ、且つ第１と第２の特徴が直接接触でないように、付加的な特徴が第１と第２の特徴間に形成された複数の実施形態を含むこともできる。
追加のステップが述べられた方法の前、間、または後に実施されることができ、いくつかの工程が、例示した方法の他の実施形態では、置き換えまたは省略されることができることを理解されたい。
また、更に(以下の詳細な説明において)、「の下」、「下方」、「下部」、「の上」、「上方」、「上部」およびこれらに類する語のような、空間的に相対的な用語は、図において１つの要素または特徴の関係を別の（複数の）要素と（複数の）特徴で記述するための説明を簡潔にするために用いられる。空間的に相対的な用語は、図に記載された方向に加えて、使用または操作する装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他に方向づけされてもよく（４５度回転、または他の方向に）、ここで用いられる空間的に相対的な記述は、同様にそれに応じて解釈され得る。
本開示では、用語「約」および「大抵」は、一般的に、所定値の＋／−２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／−０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。即ち、用語「約」および「大抵」の特定の説明がないとき、所定値は、「約」または「大抵」の意味を含む。
「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、ここでは各種の素子、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するのに用いられることができ、これらの素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されてはならない。これらの用語は単に一素子、構成要素、領域、層、および／または部分を識別するのに用いられることは理解される。従って、第１の素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、例示的な実施形態の技術から逸脱しない限りにおいては、第２の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と呼ばれてもよい。
特に定義されない限り、本明細書で使用される全ての用語（技術的及び科学的用語を含む）は、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものと解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されていない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
図１は、本開示の一実施形態による光フィルタ構造１００を示す部分断面図である。図２は、本開示の一実施形態による光フィルタ構造１００を示す部分拡大図である。簡潔にするために、光フィルタ構造１００の全ての構成要素が図１および図２に示されているわけではないことに留意されたい。
図１に示すように、光フィルタ構造１００は基板１０を含む。いくつかの実施形態では、基板１０の材料は、元素半導体（例えば、シリコン、ゲルマニウム）、化合物半導体（例えば、炭化タンタル（ＴａＣ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、またはリン化インジウム（ＩｎＰ））、合金半導体（例えば、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウムカーボン（ＳｉＧｅＣ）、ガリウムヒ素リン化物（ＧａＡｓＰ）、またはガリウムインジウムリン化物（ＧａＩｎＰ））、任意の他の適用可能な半導体、またはそれらの組み合わせを含むことができるが本開示は、これを限定するものではない。
いくつかの実施形態では、基板１０は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であることができる。半導体オンインシュレータ基板は、底部基板と、底部基板上に配置された埋め込み酸化物層と、埋め込み酸化物層上に配置された半導体層とを含むことができる。いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態では、基板１０は半導体ウエハ（例えば、シリコンウエハ、または任意の他の適用可能な半導体ウエハ）であることができる。いくつかの実施形態では、基板１０の材料は、セラミック、ガラス、ポリイミド（ＰＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）（および他のプラスチック）、ポリマー材料、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含むことができるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、基板１０は、様々な導電性フィーチャ（例えば、導電線またはビア）を含むことができる。例えば、導電性フィーチャは、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、それらの合金、任意の他の適用可能な導電性材料、またはそれらの組み合わせから作製されることができるが、本開示はこれらに限定されない。
図１に示すように、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有することができる。いくつかの実施形態では、光電変換素子１２は、イオン注入プロセスおよび／または拡散プロセスなどのプロセスによって形成されることができる。例えば、光電変換素子１２は、トランジスタ、フォトダイオード、ＰＩＮダイオードおよび／または発光ダイオードを形成するように構成されることができるが、本開示はこれらに限定されない。
図１および図２に示されるように、光フィルタ構造１００は、基板１０の上に配置された誘電体スタック層２０を含む。この実施形態では、図１に示されるように、誘電体スタック層２０は、くさび形状部２０−１と、くさび形状部２０−１に隣接する平坦化部２０−３とを含むことができる。いくつかの実施形態では、くさび形状部２０−１は連続的に変化する厚さを有することができ、平坦化部は実質的に一定の厚さを有することができるが、本開示はこれらに限定されない。ここでは、連続的に変化する厚さは、厚さが連続的に変化することを意味する。いくつかの実施形態では、くさび形状部２０−１は、非連続的に変化する厚さを有することができる。ここでは、非連続的に変化する厚さは、厚さが非連続的に変化することを意味する。
いくつかの実施形態では、図１および図２に示されるように、誘電体スタック層２０は、交互に積層された複数の第１の誘電体層２１および複数の第２の誘電体層２３を含むことができ、各第１の誘電体層２１の屈折率は、各第２の誘電体層２１の屈折率と異なることができる。例えば、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より大きくてもよいが、本開示はこれを限定するものではない。他の実施形態では、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より小さくてもよい。
いくつかの実施形態では、第１の誘電体層２１の屈折率は、約２から約２．５の間であることができ、第１の誘電体層２１の材料は、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、または任意の他の適用可能な材料を含むことができるが、本開示はこれらを限定するものではない。いくつかの実施形態では、第２の誘電体層２３の屈折率は約１．２から約１．８の間であることができ、第２の誘電体層２３の材料はフッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、三フッ化ランタン（ＬａＦ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、または任意の他の適用可能な材料を含むことができるが本開示はこれらを限定するものではない。
図１および図２では、誘電体スタック層２０は、基板１０の上に配置された４つの第１の誘電体層２１および４つの第２の誘電体層２３を含むが、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数はこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、第１の誘電体層２１および第２の誘電体層２３は、化学気相成長法、原子層堆積法、物理気相成長法、または他の適切な方法によって形成されることができるが、本開示はこれらに限定されない。例えば、化学気相成長法は、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、低温化学気相成長法（ＬＴＣＶＤ）、急速熱化学気相成長法（ＲＴＣＶＤ）、またはプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）であることができる。
また、誘電体スタック層２０は、特定のマスクを用いることによって基板１０の上に積層され、くさび形状部２０−１（および平坦化部２０−３）を形成することができ、くさび形状部２０−１は、連続的に変化する厚さを有することができるが、本開示はこれに限定されない。また、図１および図２に示されるように、いくつかの実施形態では、くさび形状部２０−１内の各第１の誘電体層２１は、対応して連続的に変化する厚さを有することができ、くさび形状部２０−１内の各第２の誘電体層２３は、対応して連続的に変化する厚さを有することができるが、本開示はこれを限定するものではない。
いくつかの実施形態では、図１および図２に示されるように、誘電体スタック層２０のくさび形状部２０−１は、平坦化部２０−３に近い側から平坦化部２０−３から遠い側に徐々に薄くなることができる。即ち、平坦化部２０−３に近い側のくさび形状部２０−１の厚さは、平坦化部２０−３から遠い側のくさび形状部２０−１の厚さよりも大きいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
これに対応して、図１および図２に示されるように、くさび形状部２０−１内の各第１の誘電体層２１は、平坦化部２０−３に近い側から平坦化部２０−３から遠い側に徐々に薄くなることができ、くさび形状部２０−１内の各第２の誘電体層２３は、平坦化部２０−３に近い側から平坦化部２０−３から遠い側に徐々に薄くなることができる。即ち、くさび形状部２０−１では、平坦化部２０−３に近い側の第１の誘電体層２１の厚さは、平坦化部２０−３から遠い側の第１の誘電体層２１の厚さよりも大きいことができ、平坦化部２０−３に近い第２の誘電体層２３の厚さは、平坦化部２０−３から遠い側の第２の誘電体層２３の厚さより大きいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
この実施形態では、誘電体スタック層２０は、平坦化部２０−３に隣接するもう一つのくさび形状部２０−２を更に含んでもよい。即ち、図１に示されるように、くさび形状部２０−１は、平坦化部２０−３の一方の側に配置され、くさび形状部２０−２は、平坦化部２０−３の他方の側に配置されることができる。いくつかの実施形態では、くさび形状部２０−２はくさび形状部２０−１と同様であることができる。例えば、くさび形状部２０−２は、連続的に変化する厚さを有することができ、くさび形状部２０−２は、くさび形状部２０−１と対称的であることができるが、本開示はこれを限定するものではない。もう一つの実施形態では、くさび形状部２０−２は非連続的に変化する厚さを有してもよく、またはくさび形状部２０−２はくさび形状部２０−１に対して非対称であってもよい（例えば、くさび形状部２０−２の幅は、くさび形状部２０−１の幅より大きくても小さくてもよい）。
図１および図２に示すように、光フィルタ構造１００は、誘電体スタック層２０上に配置された平坦化層３０を含む。この実施形態では、平坦化層３０は透明層であることができ、平坦化層３０の材料は透明フォトレジスト、ポリイミド、エポキシ樹脂、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はそれらに限定されない。
いくつかの実施形態では、平坦化層３０の材料は、光硬化性材料、熱硬化性材料、またはそれらの組み合わせを含むことができる。例えば、スピンオンコーティングプロセスが行なわれて透明材料を誘電体スタック層２０の上にコーティングし、次いで、平坦化プロセスが行われて平坦化層３０を形成することができるが、本開示はこれらを限定するものではない。例えば、平坦化プロセスは、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセス、研削プロセス、エッチバックプロセス、任意の他の適用可能なプロセス、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
図１および図２に示すように、いくつかの実施形態では、光フィルタ構造１００は、平坦化層３０の上に配置された第１の遮光層４１を更に含むことができる。図１および図２に示されるように、第１の遮光層４１は、複数の第１の開口４１ａを含むことができる。いくつかの実施形態では、各第１の開口４１ａは、光電変換素子１２の中の１つに対応することができるが、本開示はこれに限定されない。
いくつかの実施形態では、第１の遮光層４１の材料は、フォトレジスト（例えば、黒色フォトレジスト、または透明でない他の適用可能なフォトレジスト）、インク（例えば、黒インク、または透明でない他の適用可能なインク）、成形材料（ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）（例えば、黒色成形材料、または透明でない他の適用可能な成形材料）、はんだマスク（例えば、黒色はんだマスク、または透明でない他の適用可能なはんだマスク）、（黒色）エポキシポリマー、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の遮光層４１の材料は、光硬化性材料、熱硬化性材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれらに限定されない。
いくつかの実施形態では、第１の遮光層４１は、コーティングプロセスまたはパターニングプロセスによって平坦化層３０の上に形成されることができる。いくつかの実施形態では、パターニングプロセスは、ソフトベーキング、マスク位置合わせ、露光、露光後ベーキング、現像、リンス、乾燥、任意の他の適用可能なプロセス、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれらに限定されない。
また、いくつかの実施形態では、光フィルタ構造１００は、平坦化層３０内、および誘電体スタック層２０の上に配置された少なくとも１つの第２の遮光層４３を更に含むことができる。図１および図２に示されるように、第２の遮光層４３は、複数の第２の開口４３ａを含むことができる。いくつかの実施形態では、各第２の開口４３ａは、光電変換素子１２の中の１つに対応することができるが、本開示はこれに限定されない。
同様に、第２の遮光層４３の材料は、フォトレジスト（例えば、黒色フォトレジスト、または透明でない他の適用可能なフォトレジスト）、インク（例えば、黒インク、または透明でない他の適用可能なインク）、成形材料（ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）（例えば、黒色成形材料、または透明でない他の適用可能な成形材料）、はんだマスク（例えば、黒色はんだマスク、または透明でない他の適用可能なはんだマスク）、（黒色）エポキシポリマー、任意の他の適用可能な材料、またはそれらの組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、第２の遮光層４３の材料は、光硬化性材料、熱硬化性材料、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれらに限定されない。
いくつかの実施形態では、第２の遮光層４３は、コーティングプロセスまたはパターニングプロセスによって形成されることができる。いくつかの実施形態では、パターニングプロセスは、ソフトベーキング、マスク位置合わせ、露光、露光後ベーキング、現像、リンス、乾燥、任意の他の適用可能なプロセス、またはそれらの組み合わせを含むことができるが、本開示はこれらに限定されない。例えば、透明材料（例えば、透明フォトレジスト、ポリイミド、またはエポキシ樹脂）は、誘電体スタック層２０の上に形成されることができ、次いで、不透明材料（例えば、フォトレジスト、インク、成形材料、ソルダーマスク、または（黒色）エポキシポリマー）が透明材料上にコーティングされることができ、次に、不透明材料がパターニングされ、第２の開口４３ａを有する第２の遮光層４３を形成することができ、次いで、透明材料が第２の開口４３ａ内に充填され、第２の遮光層４３の上に配置されることができ、次に、不透明材料が透明材料の上に再度コーティングされることができ、次いで、不透明材料がパターニングされ、第１の開口４１ａを有する第１の遮光層４１を形成することができるが、本開示は、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、図１および図２に示されるように、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａは、第２の遮光層４３の第２の開口４３ａに対応することができる。
いくつかの実施形態では、図２に示されるように、基板１０の上面１０Ｔと平行な方向Ｄ１にある各第１の開口４１ａの幅Ｗ１は、１μｍより大きく１５０μｍより小さく、基板１０の上面１０Ｔと平行な方向Ｄ１にある各第２の開口４３ａの幅Ｗ２は、１μｍより大きく１５０μｍより小さいが、本開示は、これに限定されない。この実施形態では、図１および図２に示されるように、各第１の開口４１ａの幅Ｗ１は、各第２の開口４３ａの幅Ｗ２と同じように示されるが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、各第１の開口４１ａの幅Ｗ１は、各第２の開口４３ａの幅Ｗ２と異なるように示されることができる。例えば、各第１の開口４１ａの幅Ｗ１は、必要に応じて各第２の開口４３ａの幅Ｗ２より大きいことができる。
遮光層（４０）の数は、図１および図２に示される例に限定されるものではないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、第２の遮光層４３の数は、例えば、２つ以上であることができる。２つ以上の遮光層（４０）は、各入射光の入射角度を制限することができる。例えば、各入射光の入射角は、１０°以下に制限されることができる。即ち、図２に示されるように、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａおよび第２の遮光層４３の第２の開口４３ａは、光Ｌの入射角αを０〜１０°に制限することができるが、本開示は、これに限定されない。従って、光フィルタ構造１００は、低角度依存性であることができる。即ち、光フィルタ構造１００に伝送される斜め入射光によるスペクトル変形を低減することができる。
また、光フィルタ構造１００がスペクトル検査装置に用いられるとき、スペクトル分解は、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａおよび第２の遮光層４３の第２の開口４３ａの大きさによって決定されることができる。即ち、スペクトル分解は、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａおよび第２の遮光層４３の第２の開口４３ａの大きさを調整することによって向上されることができる。
いくつかの実施形態では、光電変換素子１２に伝送される光の波長は、誘電体スタック層２０の厚さによって決まる。例えば、図１および図２に示された実施形態では、くさび形状部２０−１に対応する光電変換素子１２のうち、光電変換素子１２が平坦化部２０−３に近いほど、光電変換素子１２に伝送される光の波長は長く、平坦化部２０−３に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長は、くさび形状部２０−１に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長よりも大きい。従って、図１に示されるように、赤色光は光電変換素子１２Ｃに伝送され、青色光は光電変換素子１２Ｐに伝送されることができるが、本発明はこれに限定されない。
図３は、本開示のもう一つの実施形態による光フィルタ構造１０２を示す部分断面図である。図４は、本開示の一実施形態による光フィルタ構造１０２を示す部分拡大図である。簡潔にするために、光フィルタ構造１０２の全ての構成要素が図３および図４に示されているわけではないことに留意されたい。
図３および図４に示すように、光フィルタ構造１０２は基板１０を含む。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有することができる。光フィルタ構造１０２は、基板１０の上に配置された誘電体スタック層２２を含む。図３に示されるように、この実施形態では、誘電体スタック層２２は、くさび形状部２２−１、およびくさび形状部２２−１に隣接する平坦化部２２−３を含むことができる。光フィルタ構造１０２は、誘電体スタック層２２の上に配置された平坦化層３０を更に含む。
図１および図２に示される光フィルタ構造１００との違いは、図３および図４に示される誘電体スタック層２２のくさび形状部２２−１が、非連続的に変化する厚さを有することができることを含むことができることである。ここでは、非連続的に変化する厚さは、厚さが非連続的に変化することを意味する。例えば、誘電体スタック層２２のくさび形状部２２−１は、階段形状を有することができるが、本開示はこれに限定されない。
同様に、図３および図４に示されるように、誘電体スタック層２２は、交互に積層された複数の第１の誘電体層２１および複数の第２の誘電体層２３を含むことができ、各第１の誘電体層２１の屈折率は、各第２の誘電体層２１の屈折率と異なることができる。例えば、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より大きくてもよいが、本開示はこれを限定するものではない。他の実施形態では、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より小さくてもよい。
図３および図４では、誘電体スタック層２２は、基板１０の上に配置された３つの第１の誘電体層２１および３つの第２の誘電体層２３を含むが、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数はこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数は、必要に応じて調整することができる。
いくつかの実施形態では、図３および図４に示されるように、誘電体スタック層２２のくさび形状部２２−１は、平坦化部２２−３に近い側から平坦化部２２−３から遠い側に徐々に（しかしながら非連続的に）薄くなることができる。即ち、平坦化部２２−３に近い側のくさび形状部２２−１の厚さは、平坦化部２２−３から遠い側のくさび形状部２２−１の厚さよりも大きいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
これに対応して、図３および図４に示されるように、くさび形状部２２−１内の各第１の誘電体層２１は、平坦化部２２−３に近い側から平坦化部２２−３から遠い側に徐々に（しかしながら非連続的に）薄くなることができ、くさび形状部２２−１内の各第２の誘電体層２３は、平坦化部２２−３に近い側から平坦化部２２−３から遠い側に徐々に（しかしながら非連続的に）薄くなることができる。即ち、くさび形状部２２−１では、平坦化部２２−３に近い側の第１の誘電体層２１の厚さは、平坦化部２２−３から遠い側の第１の誘電体層２１の厚さよりも大きいことができ、平坦化部２２−３に近い第２の誘電体層２３の厚さは、平坦化部２２−３から遠い側の第２の誘電体層２３の厚さより大きいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
同様に、誘電体スタック層２２は、平坦化部２２−３に隣接するもう一つのくさび形状部２２−２を更に含んでもよい。即ち、図３に示されるように、くさび形状部２２−１は、平坦化部２２−３の一方の側に配置され、くさび形状部２２−２は、平坦化部２２−３の他方の側に配置されることができる。いくつかの実施形態では、くさび形状部２２−２はくさび形状部２２−１と同様であることができる。例えば、くさび形状部２２−２は、非連続的に変化する厚さを有することができ、くさび形状部２２−２は、くさび形状部２２−１と対称的であることができるが、本開示はこれを限定するものではない。もう一つの実施形態では、くさび形状部２２−２は、図１に示されるように、くさび形状部２０−２（連続的に変化する厚さを有する）と同じでもよく、またはくさび形状部２２−２はくさび形状部２２−１に対して非対称であってもよい（例えば、くさび形状部２２−２の幅は、くさび形状部２２−１の幅より大きくても小さくてもよい）。
図３および図４に示すように、いくつかの実施形態では、光フィルタ構造１０２は、平坦化層３０上に配置された第１の遮光層４１と、平坦化層３０内、且つ誘電体スタック層２２の上に配置された少なくとも１つの第２の遮光層４３とを更に含むことができる。
図３および図４に示されるように、第１の遮光層４１は複数の第１の開口４１ａを含み、第２の遮光層４３は複数の第２の開口４３ａを含む。いくつかの実施形態では、各第１の開口４１ａおよび各第２の開口４３ａは、光電変換素子１２の中の１つに対応することができるが、これに限定されない。図３および図４に示されるように、いくつかの実施形態では、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａは、第２の遮光層４３の第２の開口４３ａに対応することができるが、これに限定されない。
同様に、光フィルタ構造１０２がスペクトル検査装置に用いられるとき、スペクトル分解は、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａおよび第２の遮光層４３の第２の開口４３ａの大きさによって決定されることができる。即ち、スペクトル分解は、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａおよび第２の遮光層４３の第２の開口４３ａの大きさを調整することによって向上されることができる。
いくつかの実施形態では、光電変換素子１２に伝送される光の波長は、誘電体スタック層２２の厚さによって決まる。例えば、図３および図４に示された実施形態では、くさび形状部２２−１に対応する光電変換素子１２のうち、光電変換素子１２が平坦化部２２−３に近いほど、光電変換素子１２に伝送される光の波長は長く、平坦化部２２−３に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長は、くさび形状部２２−１に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長よりも大きい。従って、図３に示されるように、赤色光は光電変換素子１２Ｃに伝送され、青色光は光電変換素子１２Ｐに伝送されることができるが、本発明はこれに限定されない。
図５は、本開示の一実施形態による光フィルタ構造１０４を示す部分断面図である。図６は、本開示のもう一つの実施形態による光フィルタ構造１０６を示す部分断面図である。簡潔にするために、光フィルタ構造１０４および光フィルタ構造１０６の全ての構成要素が図５および図６に示されているわけではないことに留意されたい。
図５に示すように、光フィルタ構造１０４は基板１０を含む。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有することができる。光フィルタ構造１０４は、基板１０の上に配置された誘電体スタック層２４を含む。図５に示されるように、この実施形態では、誘電体スタック層２４は、くさび形状部２４−１、およびくさび形状部２４−１に隣接する平坦化部２４−３を含むことができる。光フィルタ構造１０４は、誘電体スタック層２４の上に配置された平坦化層３０を更に含む。いくつかの実施形態では、光フィルタ構造１０４は、平坦化層３０上に配置された第１の遮光層４１と、平坦化層３０内、且つ誘電体スタック層２４の上に配置された少なくとも１つの第２の遮光層４３とを更に含むことができる。
図５に示される誘電体スタック層２４のくさび形状部２４−１は、図１および図２に示される誘電体スタック層２０のくさび形状部２０−１と異なることができる。例えば、図５に示されるように、誘電体スタック層２４のくさび形状部２４−１は、連続的に変化する厚さを有することができるが、誘電体スタック層２４のくさび形状部２４−１は、平坦化部２４−３に近い側から平坦化部２４−３から遠い側に徐々に厚くなることができる。即ち、平坦化部２４−３に近いくさび形状部２４−１の厚さは、平坦化部２４−３から遠い側のくさび形状部２４−１の厚さよりも小さいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
同様に、図５に示されるように、誘電体スタック層２４は、交互に積層された複数の第１の誘電体層２１および複数の第２の誘電体層２３を含むことができ、各第１の誘電体層２１の屈折率は、各第２の誘電体層２１の屈折率と異なることができる。例えば、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より大きくてもよいが、本開示はこれを限定するものではない。他の実施形態では、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より小さくてもよい。
図５では、誘電体スタック層２４は、基板１０の上に配置された４つの第１の誘電体層２１および４つの第２の誘電体層２３を含むが、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数はこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数は、必要に応じて調整することができる。
これに対応して、図５に示されるように、くさび形状部２４−１内の各第１の誘電体層２１は、平坦化部２４−３に近い側から平坦化部２４−３から遠い側に徐々に厚くなることができ、くさび形状部２４−１内の各第２の誘電体層２３は、平坦化部２４−３に近い側から平坦化部２４−３から遠い側に徐々に厚くなることができる。即ち、くさび形状部２４−１では、平坦化部２４−３に近い側の第１の誘電体層２１の厚さは、平坦化部２４−３から遠い側の第１の誘電体層２１の厚さよりも小さいことができ、平坦化部２４−３に近い第２の誘電体層２３の厚さは、平坦化部２４−３から遠い側の第２の誘電体層２３の厚さより小さいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
同様に、誘電体スタック層２４は、平坦化部２４−３に隣接するもう一つのくさび形状部２４−２を更に含んでもよい。即ち、図５に示されるように、くさび形状部２４−１は、平坦化部２４−３の一方の側に配置され、くさび形状部２４−２は、平坦化部２４−３の他方の側に配置されることができる。いくつかの実施形態では、くさび形状部２４−２はくさび形状部２４−１と同様であることができる。例えば、くさび形状部２４−２は、連続的に変化する厚さを有することができ、くさび形状部２４−２は、くさび形状部２４−１と対称的であることができるが、本開示はこれを限定するものではない。もう一つの実施形態では、くさび形状部２４−２は、図３に示されるように、くさび形状部２２−２（非連続的に変化する厚さを有する）と同じでもよく、またはくさび形状部２４−２はくさび形状部２４−１に対して非対称であってもよい（例えば、くさび形状部２４−２の幅は、くさび形状部２４−１の幅より大きくても小さくてもよい）。
いくつかの実施形態では、光電変換素子１２に伝送される光の波長は、誘電体スタック層２４の厚さによって決まる。例えば、図５に示された実施形態では、くさび形状部２４−１に対応する光電変換素子１２のうち、光電変換素子１２が平坦化部２４−３に近いほど、光電変換素子１２に伝送される光の波長は短く、平坦化部２４−３に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長は、くさび形状部２４−１に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長よりも大きい。従って、図５に示されるように、赤色光は光電変換素子１２Ｃまたは１２Ｐに伝送され、青色光は光電変換素子１２Ｆに伝送されることができるが、本発明はこれに限定されない。
図６に示すように、光フィルタ構造１０６は基板１０を含む。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有することができる。光フィルタ構造１０６は、基板１０の上に配置された誘電体スタック層２６を含む。図６に示されるように、この実施形態では、誘電体スタック層２６は、くさび形状部２６−１、およびくさび形状部２６−１に隣接する平坦化部２６−３を含むことができる。光フィルタ構造１０６は、誘電体スタック層２６の上に配置された平坦化層３０を更に含む。いくつかの実施形態では、光フィルタ構造１０６は、平坦化層３０上に配置された第１の遮光層４１と、平坦化層３０内、且つ誘電体スタック層２６の上に配置された少なくとも１つの第２の遮光層４３とを更に含むことができる。
図５に示される光フィルタ構造１０４との違いは、図６に示される誘電体スタック層２６のくさび形状部２６−１が、非連続的に変化する厚さを有することができることを含むことができることである。例えば、誘電体スタック層２６のくさび形状部２６−１は、階段形状を有することができるが、本開示はこれに限定されない。
同様に、図６に示されるように、誘電体スタック層２６は、交互に積層された複数の第１の誘電体層２１および複数の第２の誘電体層２３を含むことができ、各第１の誘電体層２１の屈折率は、各第２の誘電体層２１の屈折率と異なることができる。例えば、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より大きくてもよいが、本開示はこれを限定するものではない。他の実施形態では、第１の誘電体層２１の屈折率は、第２の誘電体層２３の屈折率より小さくてもよい。
図６では、誘電体スタック層２６は、基板１０の上に配置された３つの第１の誘電体層２１および３つの第２の誘電体層２３を含むが、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数はこれらに限定されない。いくつかの実施形態では、第１の誘電体層２１の数および第２の誘電体層２３の数は、必要に応じて調整することができる。
いくつかの実施形態では、図６に示されるように、誘電体スタック層２６のくさび形状部２６−１は、平坦化部２６−３に近い側から平坦化部２６−３から遠い側に徐々に（しかしながら非連続的に）厚くなることができる。即ち、平坦化部２６−３に近い側のくさび形状部２６−１の厚さは、平坦化部２６−３から遠い側のくさび形状部２６−１の厚さよりも小さいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
これに対応して、図６に示されるように、くさび形状部２６−１内の各第１の誘電体層２１は、平坦化部２６−３に近い側から平坦化部２６−３から遠い側に徐々に（しかしながら非連続的に）厚くなることができ、くさび形状部２６−１内の各第２の誘電体層２３は、平坦化部２６−３に近い側から平坦化部２６−３から遠い側に徐々に（しかしながら非連続的に）厚くなることができる。即ち、くさび形状部２６−１では、平坦化部２６−３に近い側の第１の誘電体層２１の厚さは、平坦化部２６−３から遠い側の第１の誘電体層２１の厚さよりも小さいことができ、平坦化部２６−３に近い第２の誘電体層２３の厚さは、平坦化部２６−３から遠い側の第２の誘電体層２３の厚さより小さいことができる。しかしながら、本開示はこれに限定するものではない。
同様に、誘電体スタック層２６は、平坦化部２６−３に隣接するもう一つのくさび形状部２６−２を更に含んでもよい。即ち、図６に示されるように、くさび形状部２６−１は、平坦化部２６−３の一方の側に配置され、くさび形状部２６−２は、平坦化部２６−３の他方の側に配置されることができる。いくつかの実施形態では、くさび形状部２６−２はくさび形状部２６−１と同様であることができる。例えば、くさび形状部２６−２は、非連続的に変化する厚さを有することができ、くさび形状部２６−２は、くさび形状部２６−１と対称的であることができるが、本開示はこれを限定するものではない。もう一つの実施形態では、くさび形状部２６−２は、図５に示されるように、くさび形状部２４−２（非連続的に変化する厚さを有する）と同じでもよく、またはくさび形状部２６−２はくさび形状部２６−１に対して非対称であってもよい（例えば、くさび形状部２６−２の幅は、くさび形状部２６−１の幅より大きくても小さくてもよい）。
いくつかの実施形態では、光電変換素子１２に伝送される光の波長は、誘電体スタック層２６の厚さによって決まる。例えば、図６に示された実施形態では、くさび形状部２６−１に対応する光電変換素子１２のうち、光電変換素子１２が平坦化部２６−３に近いほど、光電変換素子１２に伝送される光の波長は短く、平坦化部２６−３に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長は、くさび形状部２６−１に対応する光電変換素子１２に伝送される光の波長よりも大きい。従って、図６に示されるように、赤色光は光電変換素子１２Ｃまたは１２Ｐに伝送され、青色光は光電変換素子１２Ｆに伝送されることができるが、本発明はこれに限定されない。
図７は、本開示の一実施形態による第１の遮光層４１の第１の開口４１ａを示す部分上面図である。本開示の一実施形態による第２の遮光層４３の第２の開口４３ａを示す部分上面図は、図７と同様であることができることに留意されたい。
いくつかの実施形態では、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａは対称的なパターンを形成することができる。例えば、第１の遮光層４１の第１の開口４１ａは、図７に示されるように同心円状に配置されることができるが、本開示はこれに限定されない。
要約すると、本開示による実施形態の光フィルタ構造が狭帯域バンドパスフィルタ（例えば、スペクトル検査装置）として用いられるとき、（スペクトル）解像度は、遮光層の開口のサイズを調整することによって向上されることができる。従って、本開示による実施形態の光フィルタ構造に伝送される斜め入射光によるスペクトル変形は低減することができる。
以上、当業者が本開示の態様をより理解できるように幾つかの実施の形態の特徴を概説した。上記実施の形態は、他のプロセスおよび構造を設計又は改変するための基礎となり得る。本開示の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、等価な構成を含み、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、ここで種々の変更、代替、および改変も含む。従って、保護範囲は特許請求の範囲によって決定されるべきである。また、本開示のいくつかの実施形態が上記に開示されているが、それらは本開示の範囲を限定するものではない。
本明細書全体を通して、特徴、利点、または類似の用語の説明は、本開示によって実現され得る全ての特徴および利点が、本開示の任意の単一の実施形態であるべきか、またはその中にあることを意味するものではない。むしろ、特徴および利点を指す言葉は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、利点、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するものと理解されるべきである。従って、本明細書全体を通して、特徴および利点、ならびに類似の用語の説明は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。
更に、本開示に説明された特徴、利点、および特徴は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な形で組み合わせることができる。本明細書の説明に鑑みて、当業者は、本開示が特定の実施形態の１つまたは複数の特定の特徴または利点なしに実施され得ることを認識するであろう。他の例では、特定の実施形態において本開示の全ての実施形態に存在しない可能性がある追加の特徴および利点が認識されることがある。
１００、１０２、１０４、１０６ 光フィルタ構造
１０ 基板
１０Ｔ 上面
１２、１２Ｃ、１２Ｐ、１２Ｆ 光電変換素子
２０、２２、２４、２６ 誘電体スタック層
２０−１、２２−１、２４−１、２６−１ くさび形状部
２０−２、２２−２、２４−２、２６−２ くさび形状部
２０−３、２２−３、２４−３、２６−３ 平坦化部
２１ 第１の誘電体層
２３ 第２の誘電体層
３０ 平坦化層
４０ 遮光層
４１ 第１の遮光層
４１ａ 第１の開口
４３ 第２の遮光層
４３ａ 第２の開口
Ｄ１ 方向
Ｌ 光
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 幅
α 入射角

Claims (11)

  1. 複数の光電変換素子を有する基板、
    前記基板の上に配置された誘電体スタック層、および
    前記誘電体スタック層の上に配置された平坦化層を含み、
    前記誘電体スタック層は、くさび形状部、および前記くさび形状部に隣接する平坦化部を有し、前記くさび形状部は、連続的または非連続的に変化する厚さを有し、前記平坦化部は実質的に一定の厚さを有する光フィルタ構造。
  2. 前記誘電体スタック層は、交互に積層された複数の第１の誘電体層および複数の第２の誘電体層を含み、各前記第１の誘電体層の屈折率は、各前記第２の誘電体層の屈折率と異なり、前記くさび形状部の各前記第１の誘電体層は、連続的または非連続的に変化する厚さを有し、前記くさび形状部の各前記第２の誘電体層は、連続的または非連続的に変化する厚さを有する請求項１に記載の光フィルタ構造。
  3. 各前記第１の誘電体層の屈折率は、２から２．５の間であり、各前記第１の誘電体層の材料は、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、または酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む請求項２に記載の光フィルタ構造。
  4. 各前記第２の誘電体層の屈折率は１．２から１．８の間であり、各前記第２の誘電体層の材料はフッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、三フッ化ランタン（ＬａＦ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、または二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を含む請求項２に記載の光フィルタ構造。
  5. 前記くさび形状部は前記平坦化部を囲み、前記くさび形状部は、前記平坦化部に近い側から前記平坦化部から遠い側に徐々に薄くなる請求項２に記載の光フィルタ構造。
  6. 前記くさび形状部は前記平坦化部を囲み、前記くさび形状部は、前記平坦化部に近い側から前記平坦化部から遠い側に徐々に厚くなる請求項２に記載の光フィルタ構造。
  7. 前記平坦化層の上に配置された第１の遮光層、および
    平坦化層内、および誘電体スタック層の上に配置された少なくとも１つの第２の遮光層を更に含む請求項１に記載の光フィルタ構造。
  8. 前記第１の遮光層は、複数の第１の開口を含み、前記少なくとも１つの第２の遮光層は、前記複数の第１の開口に対応する複数の第２の開口を含み、各前記複数の第１の開口は、前記複数の光電変換素子の中の１つに対応し、各前記複数の第２の開口は、前記複数の光電変換素子の中の１つに対応する請求項７に記載の光フィルタ構造。
  9. 前記基板の上面と平行な方向にある各前記複数の第１の開口の幅は、１μｍより大きく１５０μｍより小さく、前記基板の上面と平行な方向にある各前記複数の第２の開口の幅は、１μｍより大きく１５０μｍより小さく、各前記複数の第１の開口の幅は、各前記複数の第２の開口の幅と異なり、前記複数の第１の開口および前記複数の第２の開口は、光の入射角を０〜１０°に制限する請求項８に記載の光フィルタ構造。
  10. 前記複数の第１の開口は対称的なパターンを形成する請求項９に記載の光フィルタ構造。
  11. 前記複数の第１の開口は、同心円状に配置される請求項１０に記載の光フィルタ構造。

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