JP2023535426A - 異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ及びマイクロスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ウエハレベルの画像センサを含み、前記ウエハレベルの画像センサの感光領域の上面には、光変調層が製造され、前記光変調層は、複数のマイクロナノユニットからなるユニットアレイを含み、各マイクロナノユニットはウエハレベルの画像センサ上の1つ又は複数の画素点に対応し、前記マイクロナノユニットは複数組のマイクロナノ構造アレイを含み、各組のマイクロナノ構造アレイは2次元格子構造で形成され、各マイクロナノユニットの複数組のマイクロナノ構造アレイにおける2次元格子構造は、入射光を変調し、前記入射光のスペクトル情報をウエハレベルの画像センサの異なる画素点に符号化し、前記入射光のスペクトル情報を含む図像を得るためのものであり、
前記スペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法は、前記2次元格子構造を生成するステップを含み、ここで、前記2次元格子構造は、ランダム形状構造の周期配列により形成され、
前記した、前記2次元格子構造を生成するステップは、具体的に、
前記2次元格子構造におけるランダム形状構造の配列周期を確定することと、
下記の処理手順に従って、前記2次元格子構造における各ランダム形状構造を生成することとを含み、
前記処理手順は、前記配列周期内の領域をメッシュ分割して、複数のメッシュ領域を取得することと、
前記複数のメッシュ領域に対して、画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することであって、異なる画素値は、対応するメッシュ領域が異なる屈折率を持つことを示すことと、
前記初期パターンに対して2値化処理を行って、第1の2値化パターンを取得することであって、前記第1の2値化パターンは1つのランダム形状構造に対応し、前記第1の2値化パターンにおける0及び1はそれぞれ、空気及び媒体を表すこととを含む。
前記第1の2値化パターンに対して、ぼかし処理及び2値化処理を順次に行って、第2の2値化パターンを取得し、それに対応して、第2の二値化パターンは1つのランダム形状構造に対応するステップを更に含む。
複数のメッシュ領域をグループ化して、複数組のメッシュを取得することであって、複数のメッシュ領域をグループ化する際に、1つ又は複数のメッシュ領域を1組としてグループ化することと、
各組のメッシュに対して標準正規分布に従って画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することであって、組内の各メッシュ領域の画素値は同じであることとを含む。
前記対称性処理は、二重回転対称性処理、Y軸に関する鏡像対称性処理、X軸に関する鏡像対称性処理、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性処理、四重回転対称性処理、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性及び四重回転対称性の処理のうちの1種又は複数種を含み、
それに対応して、取得した対称性を備えるパターンは、
二重回転対称性を備えるパターン、Y軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、X軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、四重回転対称性を備えるパターン、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性及び四重回転対称性を備えるパターンのうちの1種又は複数種を含む。
前記信号処理回路は、前記入射光のスペクトル情報を含む図像を処理して、前記入射光のスペクトル情報を取得するためのものである。
前記ウエハレベルの画像センサは、裏面照射型であり、上から下に設置された光検出層と金属線層とを含み、前記光変調層は前記光検出層の前記金属線層から離れた面に集積されている。
前記マイクロレンズは、光変調層のウエハレベルの画像センサから離れた面に設けられ、又は、前記マイクロレンズは、光変調層のウエハレベルの画像センサに近い面に設けられ、
前記フィルタは、光変調層のウエハレベルの画像センサから離れた面に設けられ、又は、前記フィルタは、光変調層のウエハレベルの画像センサに近い面に設けられている。
本発明の実施形態又は従来技術における技術案をより明確に説明するために、以下、実施形態又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明する。勿論、以下に説明する図面は、本発明の複数の実施形態であり、当業者にとって、創造的な労力を要しない前提で、これらの図面に基づいてその他の図面を更に得ることができる。
図3に示すように、例えば11、22、33、44、55、66などの複数の繰り返しマイクロナノ構造ユニットがプレートにあり、各ユニットは複数組のマイクロナノ構造アレイから構成され、異なるユニットにおける同じ位置にあるマイクロナノ構造アレイは同じであり、例えば、マイクロナノ構造ユニット11に含まれるマイクロナノ構造アレイは、第1の形状を有する第1組の2次元格子110、第2の形状を有する第2組の2次元格子111、第3の形状を有する第3組の2次元格子112、第4の形状を有する第4組の2次元格子113を含み、更に例えば、マイクロナノ構造ユニット44に含まれるマイクロナノ構造アレイは、第1の形状を有する第1組の2次元格子440、第2の形状を有する第2組の2次元格子443、第3の形状を有する第3組の2次元格子442、第4の形状を有する第4組の2次元格子444を含む。これから分かるように、異なるマイクロナノ構造アレイの内部ユニットの形状は異なり、同一のマイクロナノ構造アレイの、2次元格子を構成する内部ユニットの形状は同じであり、内部ユニットは、実際には、2次元格子を構成する内部格子ユニットである。マイクロナノ構造ユニット内の各組のマイクロナノ構造アレイは、異なる波長の光に対して異なる変調効果を持ち、また、各組のマイクロナノ構造はそれぞれ、入力光に対して異なる変調効果を持ち、具体的な変調方法は、散乱、吸収、干渉、表面プラズモン、共鳴増強などを含むが、これらに限定されない。ユニットの形状を変えることにより、光が異なる組のマイクロナノ構造を通過した後、対応する透過スペクトルが異なる。各組のマイクロナノ構造アレイの下方に対応するセンサがあり、光は、マイクロナノ構造アレイによって変調された後、光の強度が下方の光センサによって検出される。各ユニットとその下方の光センサは一つのピクセル点を構成し、従来技術の復元アルゴリズムによって、各ピクセル点におけるスペクトル情報、即ち各波長の強度分布を得ることができ、複数のピクセル点はスペクトル情報を含む画像を構成する。
図4に示すように、例えば11、22、33、44、55、66などの複数の繰り返しマイクロナノ構造ユニットがプレートにあり、各ユニットは複数組の異なるマイクロナノ構造アレイを含み、異なるユニットにおける同じ位置にあるマイクロナノ構造アレイは同じであり、各組のマイクロナノ構造アレイの下方に対応するセンサがある。例えば、マイクロナノ構造ユニット11に含まれるマイクロナノ構造アレイは、第1の形状を有する第1組の格子110、第2の形状を有する第2組の格子111、第3の形状を有する第3組の格子112を含み、第4組113は空であり、更に例えば、マイクロナノ構造ユニット44に含まれるマイクロナノ構造アレイは、第1の形状を有する第1組の格子440、第2の形状を有する第2組の格子443、第3の形状を有する第3組の格子442を含み、第4組444は空である。これから分かるように、当該形態で採用されるマイクロナノ構造アレイは、下記の違い以外、形態1と同じであり、その違いは、そのうちの1組の箇所にマイクロナノ構造が存在しないことである。これは、入射光が直進し、ユニットの直進光強度のキャリブレーション及び/又はイメージングに使用できる。なお、本発明の図4は単に理解しやすいための一例に過ぎず、個別の実施形態における前記マイクロナノ構造が存在しない位置は2組以上であってもよいことを理解すべきである。
図5に示すように、例えば11、22、33、44、55、66、77、88などの複数のマイクロナノ構造ユニットがプレートにあり、各マイクロナノ構造ユニットは複数組の異なるマイクロナノ構造アレイを含み、各組のマイクロナノ構造アレイの下方に対応するセンサがある。当該形態と形態1との違いは、各マイクロナノ構造ユニット内に含まれるマイクロナノ構造アレイの数が動的に調整可能であることであり、例えば、図5の左側は、各ユニット内に9組のマイクロナノ構造アレイが含まれることを示し、右側は、各マイクロナノ構造ユニット内に4組のマイクロナノ構造アレイが含まれることを示している。各マイクロナノ構造ユニット内に含まれるアレイが多いほど、スペクトル回復の精度が高くなり、耐ノイズ性能が向上するが、スペクトルピクセルの密度は低くなる。この動的な組み合わせ形態により、スペクトル回復の精度とスペクトルピクセルの密度とのバランスを実現できる。更に、前記マイクロナノ構造ユニットには同じマイクロナノ構造アレイが存在してもよいことを理解すべきである。
図6に示すように、CISウェーハ2は表面照射型であり、光検出層21は金属配線層22の下方にあり、CISウェーハにマイクロレンズ及びフィルタが集積されておらず、金属配線層22に光変調層1が直接集積されている。
図7に示すように、CISウェーハ2は裏面照射型であり、光検出層21は金属配線層22の上方にあり、CISウェーハにマイクロレンズ及びフィルタが集積されておらず、光検出層21に光変調層1が直接集積されている。
図8に示すように、光変調層1は単一材料の単層格子の構造であり、格子ユニットは形状の異なる構造であり、厚さは50nm~2μmである。具体的な材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム材料、シリコンの化合物、ゲルマニウムの化合物、金属、III-V族材料などを含んでもよく、そのうち、シリコンの化合物は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、及び炭化ケイ素などを含むが、これらに限定されない。
図9及び図10に示すように、光変調層1は2層又は複数層の材料から構成されてもよく、そのうち、11、12、13はいずれも異なる材料であり、各層の厚さは50nm~2μmである。具体的な材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム材料、シリコンの化合物、ゲルマニウムの化合物、金属、III-V族材料などを含んでもよく、そのうち、シリコンの化合物は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、及び炭化ケイ素などを含むが、これらに限定されない。
図11に示すように、光変調層1は複数層又は混合材料から構成されてもよく、そのうち、11、12は異なる材料であり1つ又は複数の層が貫通していなくてもよく、図11において、12は貫通しておらず、各層の厚さは50nm~2μmである。具体的な材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム材料、シリコンの化合物、ゲルマニウムの化合物、金属、III-V族材料、シリコンとSiNとの混合スパッタリング材料などを含み、そのうち、シリコンの化合物は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、及び炭化ケイ素などを含むが、これらに限定されない。
図12に示すように、光変調層1は、裏面照射型CISウェーハの光検出層21上にその構造を直接エッチングすることにより製造され、エッチング深さは50nm~2μmである。
図13に示すように、スペクトルチップは、光変調層1、CISウェーハ2、及び信号処理回路3を含む。光変調層1はCISウェーハ上に直接製造され、その横方向の構造は上記形態1を採用し、具体的な構造は図14及び図15に示す。光変調層1は、複数の繰り返しマイクロナノ構造単位を含み、各マイクロナノ構造ユニットの内部は9組の異なるマイクロナノ構造アレイ110~118に分割され、各組のマイクロナノ構造アレイは異なる形状のユニットに基づく格子であり、格子の形状は、円状、リング状、多角形状、十字状などの規則的な形状、又は他のプリセットされた不規則な形状であってもよく、各組のマイクロナノ構造アレイの周期はそれぞれ20nm~50μmであり、各組のマイクロナノ構造アレイは入射光に対して異なる広帯域変調効果を持ち、異なるマイクロナノ構造ユニットにおける対応する位置にあるマイクロナノ構造アレイは同じであり、各ユニットの全体的なサイズは0.5μm2~40000μm2である。光変調層1における媒体材料は多結晶シリコンであり、厚さは50nm~2μmである。
実施形態2では、図17に示すように、実施形態1との主な違いは、横方向構造にあり、具体的には、光変調層1を構成する複数のマイクロナノ構造ユニットはC4対称性を有し、つまり、90°、180°、又は270°回転させた後、回転させていない場合の元の構造と重なり、このように、構造に偏光に依存しない特性を持たせることができる。
実施形態3では、図18に示すように、実施形態1との主な違いは、マイクロスペクトルチップの縦方向構造にあり、具体的には、光変調層1とCISウェーハ2との間に光透過媒体層4が追加され、光透過媒体層4の厚さは50nm~2μmであり、材料は二酸化ケイ素であってもよい。直接堆積成長のプロセス案を採用する場合、CISウェーハ上に化学気相堆積法、スパッタリング、スピンコーティングなどの方法によって当該光透過媒体層を製造し、次にその上方に光変調層構造の堆積及びエッチングをすればよい。移動のプロセス案を採用する場合、まず二酸化ケイ素上にマイクロナノ構造を製造し、次にこの2つの部分を全体としてCISウェーハ上に移動することができる。スペクトルチップの製造は、CMOSプロセスにより1回のテープアウトで完了することができ、デバイスの故障率を減らし、デバイスの歩留まりを改善すると共に、コストを削減するのに役立つ。
実施形態4では、図19に示すように、実施形態1との違いは、光変調層1における格子が部分的にエッチングされた構造であり、その孔がプレートを完全に貫通せず、ある程度の深さを有する。マイクロナノ構造の厚さは50nm~2μmであり、プレート全体の厚さは100nm~4μmであり、且つ、この構造は、1と2の間に透光性媒体層を追加してもよい。
実施形態5では、図20に示すように、実施形態1との違いは、光変調層1が2層構造であり、11がシリコン層、12が窒化ケイ素層であり、2層構造の厚みがいずれも50nm~2μmであり、且つ、この構造の下層材料は、図21に示すように、貫通されない部分エッチング構造を採用することもできる。
実施形態6では、図22に示すように、実施形態1との違いは、CISウェーハが裏面照射型であり、光検出層21が金属配線層22の上方にあるため、入射光に対する金属配線層の影響が減少し、デバイスの量子効率が改善される。
実施形態7では、実施形態1との違いは、スペクトルチップにマイクロレンズ又はフィルタ又はその両方が集積されることである。図23及び24に示すように、スペクトルチップにマイクロレンズ4が集積され、マイクロレンズは光変調層の上方(図23)又は下方(図24)にあってもよく、図25及び26に示すように、スペクトルチップにフィルタ5が集積され、フィルタは光変調層の上方(図25)又は下方(図26)にあってもよく、図27及び28に示すように、スペクトルチップにマイクロレンズ4及びフィルタ5が集積され、その位置は光変調層の上方(図27)又は下方(図28)にあってもよい。
前記スペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法は、前記2次元格子構造を生成するステップを含み、ここで、前記2次元格子構造は、ランダム形状構造の周期配列により形成され、ここで、同一組のマイクロナノ構造アレイにおけるランダム形状構造は、同一であってもよく、異なっていてもよく、異なる組のマイクロナノ構造アレイにおけるランダム形状構造は、同一であってもよく、異なっていてもよく、
前記した、前記2次元格子構造を生成するステップは、具体的に、
前記2次元格子構造におけるランダム形状構造の配列周期を確定することと、
下記の処理手順に従って、前記2次元格子構造における各ランダム形状構造5を生成することとを含み:
前記処理手順は、前記配列周期内の領域をメッシュ分割して、複数のメッシュ領域を取得することと、
前記複数のメッシュ領域に対して、画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することであって、異なる画素値は、対応するメッシュ領域が異なる屈折率を持つことを示すことと、
前記初期パターンに対して2値化処理を行って、第1の2値化パターンを取得することであって、前記第1の2値化パターンは1つのランダム形状構造5に対応し、前記第1の2値化パターンにおける0及び1はそれぞれ、空気及び媒体を表すこととを含む。最終に得られたランダム形状輪郭をより滑らかにするために、前記初期パターンに対してフィルタ平滑化処理を行ってから、2値化処理を行うことができる。
前記第1の2値化パターンに対して、ぼかし処理及び2値化処理を順次に行って、第2の2値化パターンを取得し、それに対応して、第2の二値化パターンは1つのランダム形状構造に対応するステップを更に含む。
複数のメッシュ領域をグループ化して、複数組のメッシュを取得することであって、複数のメッシュ領域をグループ化する際に、1つ又は複数のメッシュ領域を1組としてグループ化することと、
各組のメッシュに対して標準正規分布に従って画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することであって、組内の各メッシュ領域の画素値は同じであることとを含む。
ここで、前記対称性処理は、二重回転対称性処理、Y軸に関する鏡像対称性処理、X軸に関する鏡像対称性処理、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性処理、四重回転対称性処理、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性及び四重回転対称性の処理のうちの1種又は複数種を含み、
それに対応して、取得した対称性を備えるパターンは、
二重回転対称性を備えるパターン、Y軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、X軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、四重回転対称性を備えるパターン、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性及び四重回転対称性を備えるパターンのうちの1種又は複数種を含む。
なお、本実施形態では、従来の分光計では、分光素子により入射光入射光の異なる波長成分を分離してから検出を行う必要があるが、分光素子は、異なる角度、異なる偏光の入射光に対して異なる応答を持つことが多い。実際の使用では、測定すべき光の入射角度と偏光特性を事前に知ることができないため、従来の分光計は通常、コリメート素子、偏光板を追加する必要があり、これは、デバイスの体積とコストを増加させるだけでなく、デバイスの動作安定性を低下させる。従って、入射角度、偏光のいずれにも敏感でないスペクトルデバイスを実現することは、実際の使用上で重要な意義がある。このため、本発明の実施形態は、スペクトルチップを提供し、当該スペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成過程で得られた第1の2値化パターン又は第2の2値化パターンに対して四重回転対称性処理を行って、四重回転対称性を備えるランダム形状構造を取得する。これにより、当該スペクトルチップは、入射光のスペクトル情報測定することができ、一定の範囲内で入射角度、入射光の偏光特性の影響を受けない、即ち、当該スペクトルチップは、入射角度、偏光に敏感ではないため、スペクトル測定結果は測定すべき光の入射角度と偏光特性の影響を受けず、更に、スペクトル測定性能の安定性を確保することができると共に、本発明の実施形態に係るスペクトルチップは、入射角度、偏光に敏感ではない光変調層とウエハレベルの画像センサをモノリシック集積し、別個の素子がなく、コリメート素子、偏光板などの複雑な光学デバイスを追加する必要がないため、デバイスの安定性を向上させ、デバイスの体積とコストを削減するのに役立つ。
前記信号処理回路3は、前記入射光のスペクトル情報を含む図像を処理して、前記入射光のスペクトル情報を取得するためのものである。
前記ウエハレベルの画像センサ2は、裏面照射型であり、上から下に設置された光検出層と金属線層とを含み、前記光変調層1は前記光検出層の前記金属線層から離れた面に集積されている。
前記マイクロレンズは、光変調層1のウエハレベルの画像センサ2から離れた面に設けられ、又は、前記マイクロレンズは、光変調層1のウエハレベルの画像センサ2に近い面に設けられ、
前記フィルタは、光変調層1のウエハレベルの画像センサ2から離れた面に設けられ、又は、前記フィルタは、光変調層1のウエハレベルの画像センサ2に近い面に設けられている。
Claims (23)
- CISウェーハと、光変調層とを含み、
前記光変調層は、前記CISウェーハの感光領域の表面に設けられた複数のマイクロナノ構造ユニットを含み、各マイクロナノ構造ユニットは1つ又は複数のマイクロナノ構造アレイを含み、少なくとも1つのマイクロナノ構造ユニットにおけるマイクロナノ構造アレイは異なる形状の内部ユニットから構成される2次元格子であることを特徴とする異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。 - 前記1つ又は複数のマイクロナノ構造アレイの各々はいずれも異なる形状の内部ユニットから構成される2次元格子であることを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記複数のマイクロナノ構造ユニットは同一の繰り返しユニットであり、異なるマイクロナノ構造ユニット中における対応する位置に位置するマイクロナノ構造アレイは同じであり、及び/又は、異なるマイクロナノ構造ユニット中の少なくとも1つの対応する位置にマイクロナノ構造アレイが存在せず、及び/又は、前記複数のマイクロナノ構造ユニットの各々のサイズは0.5μm2~40000μm2であり、及び/又は、前記複数のマイクロナノ構造アレイの各々の周期は20nm~50μmであることを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記複数のマイクロナノ構造ユニットの各々に含まれるマイクロナノ構造アレイの数は動的に調整可能であり、及び/又は、前記複数のマイクロナノ構造ユニットはC4対称性を持っていることを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 各マイクロナノ構造アレイは、前記CISウェーハにおける1つ又は複数のピクセルに対応することを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 電気的接触を介して前記CISウェーハに接続される信号処理回路を更に含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記CISウェーハは光検出層及び金属配線層を含み、前記光検出層は金属配線層の下方に設置され、前記光変調層は金属配線層上に集積され、又は、前記光検出層は金属配線層の上方に設置され、前記光変調層は光検出層上に集積されることを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記光検出層が前記金属配線層の上方にある場合、光変調層は、CISウェーハの光検出層にエッチングにより製造され、且つ、エッチング深さは50nm~2μmであることを特徴とする請求項6に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記光変調層は単層、二層又は多層の構造であり、各層の厚さは50nm~2μmであり、前記光変調層の材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム材料、シリコンの化合物、ゲルマニウムの化合物、金属又はIII-V族材料のうちの少なくとも1つであり、そのうち、シリコンの化合物は、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、及び炭化ケイ素のうちの少なくとも1つを含み、及び/又は、前記光変調層が二層又は多層である場合、少なくとも1層は貫通しないことを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記光変調層とCISウェーハとの間に光透過媒体層が設けられ、前記光透過媒体層の厚さは50nm~2μmであり、光透過媒体層の材料は二酸化ケイ素であり、化学気相堆積法、スパッタリング、又はスピンコーティングの方法によりCISウェーハに前記光透過媒体層を製造し、更に、前記光透過媒体層の上方に光変調層の堆積、エッチングを行い、又は、光透過媒体層に光変調層を製造してから、光透過媒体層、光変調層を前記CISウェーハに移動することを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 前記マイクロスペクトルチップには、マイクロレンズ及び/又はフィルタが集積され、前記マイクロレンズ及び/又はフィルタは、前記光変調層の上方又は下方に設置されることを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- 少なくとも1つのマイクロナノ構造ユニットにおけるマイクロナノ構造アレイは、ランダム形状の内部ユニットから構成される2次元格子であり、且つ前記ランダム形状の内部ユニットは少なくとも2種類の曲率を有することを特徴とする請求項1に記載の異なる形状のユニットに基づくマイクロスペクトルチップ。
- スペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法であって、
前記スペクトルチップは、ウエハレベルの画像センサを含み、前記ウエハレベルの画像センサの感光領域の上面には、光変調層が製造され、前記光変調層は、複数のマイクロナノユニットからなるユニットアレイを含み、各マイクロナノユニットはウエハレベルの画像センサ上の1つ又は複数の画素点に対応し、前記マイクロナノユニットは複数組のマイクロナノ構造アレイを含み、各組のマイクロナノ構造アレイは2次元格子構造で形成され、各マイクロナノユニットの複数組のマイクロナノ構造アレイにおける2次元格子構造は、入射光を変調し、前記入射光のスペクトル情報をウエハレベルの画像センサの異なる画素点に符号化し、前記入射光のスペクトル情報を含む図像を得るためのものであり、
前記スペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法は、前記2次元格子構造を生成するステップを含み、前記2次元格子構造は、ランダム形状構造の周期配列により形成され、
前記2次元格子構造を生成するステップは、
前記2次元格子構造におけるランダム形状構造の配列周期を確定することと、
下記の処理手順に従って、前記2次元格子構造における各ランダム形状構造を生成することとを含み、
前記処理手順は、
前記配列周期内の領域をメッシュ分割して、複数のメッシュ領域を取得することと、
前記複数のメッシュ領域に対して、画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することであって、異なる画素値は、対応するメッシュ領域が異なる屈折率を持つことを示すことと、
前記初期パターンに対して2値化処理を行って、第1の2値化パターンを取得することであって、前記第1の2値化パターンは1つのランダム形状構造に対応し、前記第1の2値化パターンにおける0及び1はそれぞれ、空気及び媒体を表すこととを含むことを特徴とするスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。 - 前記初期パターンに対して2値化処理を行う前に、前記初期パターンに対してフィルタ平滑化処理を予め行うことを特徴とする請求項13に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。
- 前記第1の2値化パターンを取得した後に、
前記第1の2値化パターンに対して、ぼかし処理及び2値化処理を順次に行って、第2の2値化パターンを取得し、それに対応して、第2の二値化パターンは1つのランダム形状構造に対応するステップを更に含むことを特徴とする請求項14に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。 - 前記複数のメッシュ領域に対して、画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することは、
複数のメッシュ領域をグループ化して、複数組のメッシュを取得することであって、複数のメッシュ領域をグループ化する際に、1つ又は複数のメッシュ領域を1組としてグループ化することと、
各組のメッシュに対して標準正規分布に従って画素値のランダム割り当てを行って、前記ランダム形状構造に対応する初期パターンを取得することであって、組内の各メッシュ領域の画素値は同じであることとを含むことを特徴とする請求項14に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。 - 前記2次元格子構造における各ランダム形状構造を生成する際に、メッシュ分割の操作に対応するメッシュ分割パラメータ、画素値ランダム割り当ての操作に対応するランダム割り当てパラメータ、フィルタ平滑化処理の操作に対応するフィルタ平滑化パラメータ、ぼかし処理の操作に対応するぼかしパラメータのうちの1種又は複数種を制御することにより、前記ランダム形状構造の最小サイズが予め設定された閾値より大きく、前記ランダム形状構造における媒体と空気の比が予め設定された制約条件を満たすようにすることを特徴とする請求項13から16のいずれか一項に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。
- 前記第1の2値化パターン又は第2の2値化パターンを取得した後に、前記第1の2値化パターン又は第2の2値化パターンに対して対称性処理を行って、対称性を備えるパターンを取得し、それに対応して、対称性を備える前記パターンは1つのランダム形状構造に対応することを更に含み、
前記対称性処理は、二重回転対称性処理、Y軸に関する鏡像対称性処理、X軸に関する鏡像対称性処理、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性処理、四重回転対称性処理、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性及び四重回転対称性の処理のうちの1種又は複数種を含み、
取得した対称性を備えるパターンは、二重回転対称性を備えるパターン、Y軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、X軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性を備えるパターン、四重回転対称性を備えるパターン、同時にY軸とX軸に関する鏡像対称性及び四重回転対称性を備えるパターンのうちの1種又は複数種を含むことを特徴とする請求項13から16のいずれか一項に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。 - 前記第1の2値化パターン又は第2の2値化パターンを取得した後に、プロセス製造中のエッチング不足又はオーバーエッチングの状況をシミュレーションするように、前記第1の2値化パターン又は第2の2値化パターンに対して、膨張又は腐食の操作を行うことを更に含むことを特徴とする請求項13から16のいずれか一項に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。
- 前記スペクトルチップは、前記ウエハレベルの画像センサに接続された信号処理回路を更に含み、
前記信号処理回路は、前記入射光のスペクトル情報を含む図像を処理して、前記入射光のスペクトル情報を取得するためのものであることを特徴とする請求項14に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。 - 前記光変調層と前記ウエハレベルの画像センサとの間には光透過媒体層が設けられていることを特徴とする請求項14に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。
- 前記ウエハレベルの画像センサは、表面照射型であり、上から下に設置された金属線層と光検出層とを含み、前記光変調層は前記金属線層の前記光検出層から離れた面に集積され、又は、
前記ウエハレベルの画像センサは、裏面照射型であり、上から下に設置された光検出層と金属線層とを含み、前記光変調層は前記光検出層の前記金属線層から離れた面に集積されていることを特徴とする請求項14に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。 - 前記スペクトルチップは、マイクロレンズ及び/又はフィルタを更に含み、
前記マイクロレンズは、光変調層のウエハレベルの画像センサから離れた面に設けられ、又は、前記マイクロレンズは、光変調層のウエハレベルの画像センサに近い面に設けられ、
前記フィルタは、光変調層のウエハレベルの画像センサから離れた面に設けられ、又は、前記フィルタは、光変調層のウエハレベルの画像センサに近い面に設けられていることを特徴とする請求項14に記載のスペクトルチップにおけるマイクロナノ構造アレイの生成方法。
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