JP3078458B2

JP3078458B2 - イメージセンサー用フィルター、イメージセンサー及び画像情報処理装置

Info

Publication number: JP3078458B2
Application number: JP24266694A
Authority: JP
Inventors: 淳一坂本; 征徳塚本; 光治沢村; 求深澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 2000-08-21
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JPH07170366A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はイメージセンサー用フィ
ルター、イメージセンサー及び画像情報処理装置に係
り、特に可視光だけではなく非可視光領域の光信号を電
気信号に変換するイメージセンサー用フィルターとして
好適なイメージセンサー用フィルター及びそれを用いた
イメージセンサー、画像情報処理装置に関する。

【０００２】そして、本発明はイメージセンサー用フィ
ルターはファクシミリ、イメージスキャナー、複写機等
の画像情報処理装置に用いられるイメージセンサー用の
フィルターに好適に用いられるものである。

【０００３】

【従来の技術】近年固体撮像装置の用途は多様化してお
り、新しい機能が要求されている。例えば、複写機の高
画質化、カラー化に加えて、目に見えない画像を認識し
それを再生し記録することが要求されてきている。その
ような画像、すなわち非可視光画像としては例えば、紫
外線や赤外線を吸収する特性を持つインクで形成された
画像等がある。このような画像を認識するためのセンサ
ー技術として、可視光を検出するセンサーと非可視光を
検出するセンサーとを併せて用いるものがある。

【０００４】可視光のみを検出し、画像を再生する複写
機等では、通常ＣＣＤ等のイメージセンサーのＩＣチッ
プ上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ
ーを設けた構成の固体撮像装置と、原稿と、の間の光路
中に色分解能を向上させる為の赤外カットフィルターを
配していた。

【０００５】従って、例えば赤外光吸収インクを用いて
印刷された画像を読み取り可視画像として再生する場合
には可視光用の光路とは別に赤外光カットフィルターの
ない赤外光専用の光学系を用意して、赤外光検出用の固
体撮像装置に赤外光を結像させる方法が考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方式は光学系が複雑になる為に、赤外光検出用とＲＧ
Ｂ光検出用のセンサをモノリシックに一体化し１つのＩ
Ｃチップとしたセンサを採用する新たな方式を本発明者
らは試みた。ところが、この新方式では赤外光を検出す
る必要があるので従来の赤外光カットフィルターを光路
中に設けることができない。

【０００７】従って、赤外光カットフィルターに代表さ
れる非可視光カットフィルターの配設方法を改良しない
ことには上記新方式の利点を十分に生かすことができな
くなる恐れがあった。

【０００８】例えば、特開昭５９−２２５５６４号公報
や特開昭６２−１７４７１６号公報には赤外光検出用セ
ンサをＲＧＢ光検出用のセンサと一体化する試みがなさ
れているが、そのフィルターの具体的構成にまで言及さ
れていない。

【０００９】一方、本願と同じ譲受人による米国特許出
願第１７４，４４４号（１９９３年１２月２８日出願）第１７４，４５３号（１９９３年１２月２８日出願）第１３９，１７４号（１９９３年１０月２１日出願）の
明細書には、赤外光と可視光とを検出できるＣＣＤイメ
ージセンサーが開示されている。

【００１０】特に第１７４，４４４号にてＩＲカットフ
ィルターをＣＣＤイメージセンサーのチップ上に設けた
構成（オンチップフィルター）を提案したが、そのフィ
ルター構成は更に改良していかねばならないことが判っ
た。

【００１１】例えば、金属イオンを含むガラス膜や、色
素、顔料等を分散させたガラス膜を赤外カット用のオン
チップフィルターとして用いると、イメージセンサーの
特性や製造歩留まりが悪くなることが判明した。

【００１２】以上、説明したように、非可視光カットフ
ィルターをオンチップフィルターとして用いる為には、
いかなる構造とすべきかという点については、未だ詳細
且つ充分な研究ないし検討がなされていないといえる。

【００１３】本発明の目的は、可視光領域から非可視光
領域にいたる広い波長域での光信号検出が良好に行え、
かつ信号処理が比較的容易に行える小型のイメージセン
サー用フィルターにおいて、可視光と非可視光とを分離
するための良好なフィルター特性と形成後の後工程での
膜ワレ不良及び剥離を防止するためのイメージセンサー
用フィルター及びそれを用いたイメージセンサー、画像
情報処理装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のイメージセンサ
ーは、可視光領域の光信号を色分解して電気信号に変換
する為の複数の第１の光電変換要素を含む第１のセンサ
ーアレイと、非可視光領域の光信号を電気信号に変換す
る為の複数の第２の光電変換要素を含む第２のセンサー
アレイと、該第１のセンサーアレイ上に設けられた、可
視光領域のうちの特定波長領域の光を透過する色分解フ
イルターと、該第１のセンサーアレイ上に設けられた、
非可視光領域の光信号を遮る非可視光カットフィルター
と、を具備し、前記非可視光カットフィルターは、前記
複数の第１の光電変換要素に共通の層として形成された
複数の誘電体層と複数の金属層との積層体であることを
特徴とする。

【００１５】本発明のイメージセンサー用フィルター
は、光信号を電気信号に変換するイメージセンサーの光
電変換部上の平坦化処理平面上に、高屈折率層と低屈折
率層との誘電体多層交互膜で構成されたフィルターにお
いて、前記フィルターは圧縮応力を有し、前記高屈折率
層または前記低屈折率層の単膜の応力σは、 −５ＧＰａ≦σ＜−０．２ＧＰａの範囲にあることを特徴とする。

【００１６】本発明の画像情報処理装置は、上記本発
明のイメージセンサーと、該イメージセンサーの第１の
センサーアレイから出力される電気信号に基づいて画像
を形成する画像形成手段と、該イメージセンサーの第２
のセンサーアレイから出力される電気信号に応答して該
画像形成手段の画像形成動作を制御する制御手段と、を
備えたものである。

【００１７】

【００１８】

【００１９】以下、本発明についてさらに説明を行う。

【００２０】本発明のイメージセンサー用フィルター
は、イメージセンサーの受光面上に設けられた多層膜か
らなるものである。多層膜としては少なくとも２種の薄
膜が交互に積層されたものであり、好ましくはそのうち
一方を誘電体膜とする。より好ましくは他方を金属薄膜
とするとよい。或いは、該誘電体膜の応力が特定範囲内
の値となる膜を用いることも好ましいものである。

【００２１】誘電体膜としては単層の層厚が１０ないし
２００ｎｍ、金属薄膜としては単層の層厚が１０ないし
５０ｎｍ、の範囲から適宜選択される。積層数は必要と
する分光特性や、イメージセンサーの構造に応じて必要
な数だけ適宜選択される。

【００２２】本発明のフィルターを有するイメージセン
サーとしては、フォトダイオード、フォトトランジス
タ、光導電素子等を光電変換要素として有するイメージ
センサーであり、それらの受光面を形成する半導体領域
上に直接或いは絶縁層を介して積層される。該絶縁層上
には必要に応じて平坦化された層が設けられる。

【００２３】イメージセンサーとしては以下に述べる
Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＩＲの４つに色分解できるセンサに限ら
ず、非可視光除去を必要とするものであればよく、例え
ばＲ単色用のセンサ、Ｇ単色用のセンサ、Ｂ単色用のセ
ンサ、更にはモノクロセンサであってもよい。又、イエ
ロー（Ｙ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍ）等の補色
用センサであってもよい。

【００２４】次に、本発明の一実施態様について説明を
行うが、まず一例として非可視光として赤外光を検出で
きるイメージセンサーの構成について説明する。

【００２５】図１に本発明が適用されるイメージセンサ
ーの一例の模式的平面図を示す。このイメージセンサー
１には可視光領域の光信号を電気信号に変換する光電変
換要素（Ｒ，Ｇ，Ｂ）と、非可視光領域の光信号を電気
信号に変換する光電変換要素（ｉＲ）が４ライン構成で
並置されている。ここで光電変換要素としてはフォトダ
イオードやフォトトランジスタの様な光起電力素子また
は光電導素子が用いられる。そして可視光領域用に用い
られる光電変換要素は可視光領域を透過し、非可視光領
域の光を遮断するための誘電体多層膜からなる積層フィ
ルター（ｉＲカットフィルター）を有する。また、可視
光領域の特定の領域の信号を得るために、特定の領域の
み選択的に透過するフィルターを合わせて有する。すな
わち、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各光電変換要素
は各々、可視光の特定の波長領域のみを透過する固有の
フィルターと非可視光領域を遮断する共通のフィルター
とを有する。

【００２６】一方、非可視光領域の光信号を電気信号に
変換する光電変換要素（ｉＲ）としては、非可視光領域
を含む広い波長領域に感度を有する材料に、非可視光領
域の光に対して選択的な透過率を持つフィルターを組み
合わせて構成する。

【００２７】以上述べたように、各フィルターと組み合
わせることにより、特定の各可視光領域、非可視光領域
の光信号を得ることができる。図２に上記イメージセン
サーの一例の模式的断面図を示す。一つのＳｉ基板２上
に形成されたフォトダイオード６ａ〜６ｄの上に機能を
実現するためのフィルターが形成されている。また、各
フォトダイオード６ａ〜６ｄには光信号を転送するため
のＣＣＤ７ａ〜７ｄが隣接配置される。フォトダイオー
ド６ａ〜６ｃ上には特定の波長領域だけを選択透過する
フィルター５ｃ，５ｄ，５ｅと非可視光領域を遮断する
フィルター４とが設けられており、フィルター５ｃ，５
ｄ，５ｅとフィルター４との組み合わせにより可視光領
域の光信号を得ている。またフォトダイオード６ｄ上に
はそれぞれＢ，Ｒの波長領域だけを選択透過するフィル
ター５ｂ，５ａが設けられており、非可視光領域の光信
号を得ている。３ａ，３ｂは平坦化膜である。

【００２８】このような可視光と非可視光を分離するた
めのフィルター及びその製造工程において更なる技術改
善の余地が残されていることは前述したとおりである。

【００２９】本発明の一実施例によるイメージセンサー
の製造工程では、フィルターとなる誘電体多層膜を形成
後、可視光領域センサー部を残して不要な部分をＲＩＥ
（リアクティブ・イオン・エッチング）法で除去し、そ
の後通常の後工程でイメージセンサーを製造する。しか
し、かかる製造工程においては、加熱を伴う工程の処理
時に誘電体多層膜に膜ワレ不良が発生するという問題が
発生する。これは、有機系平坦化膜が加熱工程により伸
びることで、その上層に形成された誘電体多層膜に熱歪
みが発生するため起こっている現象であると考えられ
る。

【００３０】又、本発明に用いられる誘電体多層膜は比
較的屈折率の高い高屈折率膜と比較的屈折率の低い低屈
折率膜の交互層からなり、広い非可視光領域を遮断する
ためには積層数が２０〜３０層、全膜厚が２５００〜４
０００ｎｍと厚くなる。よって、膜厚に比例して膜応力
の制御性が困難となり、また製造コストも高く、かつゴ
ミが混入しやすい等の問題が生じる可能性がある。

【００３１】又フィルター４を誘電体多層膜にて形成す
る場合には、高屈折率膜と低屈折率膜の交互層を用い
る。高屈折率膜としてはＴｉＯ₂，ＺｎＳ，Ｔａ
₂Ｏ₅，Ｎｂ ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＨｆＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，
ＣｅＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃等及びこれらの混合物が用いられ
る。また、低屈折率膜としてはＡｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂，
ＭｇＦ ₂，Ｎａ₂ＡｌＦ₆等及びこれらの混合物が用い
られる。膜形成時の基板加熱温度は平坦化膜３ａ，３ｂ
が通常のアクリル系ポリマー等の有機系樹脂で形成され
る場合は耐熱性に乏しいので、好ましくは室温から２２
０℃の温度範囲としなければならない。

【００３２】図３は上記誘電体多層膜の形成工程及びそ
の後工程を示す模式的断面図である。平坦化膜８（図２
の平坦化膜３ａ，３ｂに相当する。）の処理の後、多層
膜１０を設け、可視光域センサー部上の多層膜を残し
て、不要な部分を除去できるようにレジストによりパタ
ーン１１を形成し、ＲＩＥ法によりエッチングする。さ
らにアルミ電極パッド９、スクライビング部のパターン
ニング、エッチングを経てさらにダイシング、ワイヤー
ボンディングを行いガラス１２により封止することによ
りセンサーチップが製造される。このとき主としてパタ
ーンニング、ボンディング、ガラス封止の工程において
〜２２０℃程度の熱がかかり、図２に示したｉＲカット
フィルター４を積層した構成のセンサーを得ようとした
場合、ｉＲカットフィルターとして上述した誘電体多層
膜を用いると、後工程で膜割れを発生する恐れがある。

【００３３】ところで光吸収性のあるＡｕ，Ａｇ，Ｃ
ｕ，Ａｌ等の金属膜は透過しないほど十分に厚い膜の場
合は金属反射鏡として、薄い場合は可視光線を透過して
赤外光線を反射する熱反射鏡として広く利用されてい
る。一方、金属膜の上あるいは両面に施される誘電体膜
は金属の腐食を防ぐ保護効果とともに干渉により反射率
を下げる反射防止効果がある。

【００３４】本発明者らは、少ない積層数で、より薄い
膜厚により膜応力が小さくかつ良好なフィルター特性を
得るべくフィルターについて鋭意研究を行った結果、金
属層と誘電体層との干渉による効果を更に高められるよ
うな高屈折率誘電体層と金属層とを交互に積層した構成
により、可視光域を透過し、広い非可視光域で透過を遮
断する良好なフィルター特性が薄い膜厚でも得られるこ
とを見出し、本発明に到達したものである。

【００３５】即ち、本発明の一実施態様によるイメージ
センサー用フィルターは、可視光領域の光信号と非可視
光領域の光信号とを分離するためにセンサーアレイの要
素として形成され、図４に示すように誘電体層２１と金
属層２２とを含む複数層からなることを特徴とするもの
である。

【００３６】本発明の誘電体層２１としては、例えば、
上記高屈折率膜と同じ材質のもの、即ち、ＴｉＯ₂，Ｚ
ｎＳ，Ｔａ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＨｆＯ₂，
Ｙ₂Ｏ₃，ＣｅＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃等及びこれらの混合物
を用いることができる。

【００３７】また、金属層２２としては、例えば上記Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等を用いることができる。なお、
赤外線カットフィルターとして用いる場合には、特に銀
または銀を主成分とする銀合金を好適に用いることがで
きる。

【００３８】なお、本発明のイメージセンサー用フィル
ターは、膜厚の制御性、金属膜の腐食防止、ゴミの混入
防止等の点から、真空蒸着法、高周波イオンプレーティ
ング法、スパッタリング法により製造されることが好ま
しい。

【００３９】本発明によれば、良好なフィルター特性を
有しつつ、少ない積層数でより薄い膜厚により膜応力を
小さくでき、フィルターの多層膜形成時、形成後の後工
程において膜ワレ不良を防止して、良好な特性のイメー
ジセンサーを効率よく安定して製造することができる。

【００４０】前述した実施態様は、金属層を用いること
によって、積層される層の数を減らすことで、膜の破損
を防止するとともに良好な可視光透過特性を得るもので
あった。一方、次に述べる本発明の別の実施態様では各
層の物理特性特に応力を特定することにより１０層以上
の多層構成となっても膜の破損確率を低減することがで
きる。

【００４１】特に単層の応力σをσ＜−０．２ＧＰａと
すると膜の破損確率が臨界的に低下し、σ≧−５ＧＰａ
とするとダイシングの際の膜はがれの確率が臨界的に低
下する。

【００４２】応力の測定は、本発明のフィルターとなる
各膜を形成する時と同じ成膜条件下で応力測定用の膜を
ガラス基板等に成膜して得たサンプルを用いて測定す
る。そして、このサンプルの測定値をフィルターとなる
各膜の応力とみなす。

【００４３】応力の測定法は周知であり、例えばリアラ
イズ社刊の「薄膜の力学的特性評価技術」のＰ．２２５
−Ｐ．２３５に記されている。

【００４４】即ち、図５に示すように平坦化処理平面上
の、高屈折率層２４と低屈折率層２３との誘電体多層交
互膜で構成されたフィルターに圧縮応力を持たせ、該高
屈折率層２４または該低屈折率層２３の単膜の応力σが −５ＧＰａ（ギガパスカル）≦σ＜−０．２ＧＰａの範囲となるようにすることで、膜ワレが発生せず、剥
離もしないフィルターを得ることが可能となる。より好
ましくは−１ＧＰａ≦σ＜−０．２ＧＰａ、最適には−
０．３ＧＰａ≦σ＜−０．２ＧＰａとするとよい。

【００４５】高屈折率層または該低屈折率層の単膜の応
力は、膜の堆積方法、膜を形成する基体の温度、ガス成
分、ガス圧、バイアス電位等の製造条件を変えることで
制御することができる。

【００４６】例えば、スパッタリング時のＡｒガスの圧
力を変えることや、プラズマＣＶＤの時の放電電力を変
えることで所望の応力をもつ膜を得ることができる。

【００４７】本発明によれば、応力を制御することによ
って、多層膜形成後の後工程において膜ワレ及び膜剥離
を防止することができる。単膜の応力が引っ張りの時、
密着力は良好であるが膜ワレ不良が発生する。このと
き、膜の応力（σ）は成膜方法条件によって変動するの
が通常であるが、好ましくは−０．２ＧＰａ以上の圧縮
応力（σ＜−０．２ＧＰａ）を有すると、膜ワレ不良に
対して、より安全に防止することができる。また、単膜
の応力が−５ＧＰａを超える（σ＜−５ＧＰａ）時、膜
ワレ不良は発生しないが膜剥離が発生する（応力の符号
は−が圧縮応力、＋が引っ張り応力を示す。）ここで、
誘電体多層膜の層数、材料及び膜厚は単膜の応力が上記
範囲に入っている限り特に限定するものではない。ま
た、誘電体多層薄膜の製造方法は、真空蒸着法、スパッ
タリング法、イオンプレーティング法、イオンアシスト
法及びＣＶＤ法等、圧縮応力を制御できる方法であれば
特に限定するものではない。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。なお、以下に説明する実施例は主に赤外領域
の光をカットするフィルターに関するものであるが、本
発明はかかる波長領域のフィルターのみに限定されるも
のではない。（実施例１）アクリル系ポリマーの平坦化膜形成処理
後、イオンプレーティング法により高屈折率誘電体層と
金属層との交互層からなる５層構成の多層膜を形成し
た。高屈折率誘電体層の材質は酸化チタニウムで金属層
の材質は銀である。成膜時の真空度は０．０２Ｐａに保
つように酸化チタニウムには酸素ガスを、銀にはアルゴ
ンガスを供給し、１００Ｗの高周波プラズマ中で各膜材
料を抵抗加熱方式で蒸発させ成膜した。各層の膜厚はコ
ンピューター計算と光学式膜厚モニターおよび水晶式膜
厚モニターで設定し、高屈折率誘電体層の膜厚は一層あ
たり３０ｎｍ、金属層の膜厚は一層あたり１５ｎｍと
し、５層（高屈折率誘電体層３層、金属層２層）構成の
総膜厚は１２０ｎｍとした。なお、高屈折率誘電体層の
膜厚は一層あたり２５〜１００ｎｍ、金属層の膜厚は一
層あたり１０〜５０ｎｍの範囲で選ぶことが望ましい。

【００４９】図４に膜構成の断面図、図６に膜特性を示
す。図４において、２１は高屈折率誘電体層、２２は金
属層である。

【００５０】この多層膜を形成後、後工程を施してイメ
ージセンサーを複数作製したが全て膜ワレ等は発生せず
良好であった。（実施例２）アクリル系ポリマーの平坦化膜形成処理
後、スパッタリング法により高屈折率誘電体層、金属
層、高屈折率誘電体層の交互層からなる３層構成の多層
膜を形成した。高屈折率誘電体層の材質は窒化シリコン
で金属層の材質は銀である。成膜時の真空度は０．３Ｐ
ａに保つように窒化シリコンにはアルゴンガスと窒素ガ
スを、銀にはアルゴンガスを供給した。各層の膜厚はコ
ンピューター計算と水晶式膜厚モニターで設定し、高屈
折率誘電体層の膜厚は一層あたり２５ｎｍ、金属層の膜
厚は一層あたり２５ｎｍ、３層構成の総膜厚は７５ｎｍ
とした。なお、高屈折率誘電体層の膜厚は一層あたり２
５〜１００ｎｍ、金属層の膜厚は一層あたり１０〜５０
ｎｍの範囲で選ぶことが望ましい。

【００５１】図７に膜特性を示す。この多層膜を形成
後、後工程を施してイメージセンサーを複数作製したが
全て膜ワレ等は発生せず良好であった。（実施例３）アクリル系ポリマーの平坦化膜形成処理
後、真空蒸着法により酸化シリコンからなる密着層を５
０ｎｍの厚さで設け、上層に高屈折率誘電体層、金属
層、高屈折率誘電体層の交互層からなる３層構成の多層
膜を形成した。高屈折率誘電体層の材質は酸化チタニウ
ムで金属層の材質は銀である。成膜時の真空度は０．０
１Ｐａに保つように酸化チタニウムには酸素ガスを供給
し、各膜材料を抵抗加熱方式で蒸発させ成膜した。各層
の膜厚はコンピューター計算と光学式膜厚モニターおよ
び水晶式膜厚モニターで設定し、高屈折率誘電体層の膜
厚は一層あたり５０ｎｍ、金属層の膜厚は一層あたり２
５ｎｍ、３層構成（第１層は誘電体層の積層膜構成）の
総膜厚は１２５ｎｍとした。なお、高屈折率誘電体層の
膜厚は一層あたり２５〜１００ｎｍ、金属層の膜厚は一
層あたり１０〜５０ｎｍの範囲で選ぶことが望ましい。

【００５２】図８に膜特性を示す。この多層膜を形成
後、後工程を施してイメージセンサーを複数作製したが
全て膜ワレ等は発生せず良好であった。（実施例４）センサー外部の表面に可視光域と非可視光
域の感度を補正するフィルター膜を設け、実施例１と同
様の５層膜構成の多層膜を形成後、後工程を施してイメ
ージセンサーを作製した。

【００５３】図９に補正膜特性、図１０に合成膜特性、
図１１にパッケージの模式的断面図を示す。図１１にお
いて、３１は封止ガラス、３２は補正膜、３３はセンサ
ーである。補正用のフィルターは従来のように外部光学
系途中の光路中に設置されてもかまわない。

【００５４】以上説明したように本発明の実施例によれ
ば、イメージセンサー上に直接多層膜からなるフィルタ
ーを形成することが可能となり、イメージセンサーの機
能・用途の多様化に役立つものである。特に、その平坦
化膜上の薄い膜厚でフィルター特性が得られることによ
り、後工程の膜割れ及び膜剥離を防止した良好な特性の
イメージセンサーを提供することができる。

【００５５】以下本発明の実施例５〜７について説明す
る。以下に説明する実施例は主に赤外領域の光をカット
するフィルターに関するものであるが、本発明は以下の
実施例に限定されるものではなく、また本発明の目的が
達成されるものであれば、その範囲内での多層膜構成、
材料の選択が可能である。（実施例５）図３の８に示すアクリル系ポリマーの平坦
化膜形成処理後、スパッタリング法により誘電体多層膜
１０を形成した。誘電体多層膜は非可視光領域の近赤外
光の透過率を抑え、可視光領域の光を透過する特性を有
するもので、１１層のＳｉＯ ₂膜と１０層のＴｉＯ₂膜
との２１層の交互層構成からなる。膜形成時の真空度は
０．２７Ｐａであり、基板温度は３０℃である。この膜
特性を図１２に示す。ここでＳｉＯ₂の応力は−０．５
ＧＰａ、ＴｉＯ₂の応力は−０．５ＧＰａである。この
膜の全応力は−１２５０Ｎ／ｍであった。この膜を形成
した後、図３に示したパターンニング、エッチング、ダ
イシング、ワイヤーボンディング、熱封止の後工程を施
して、イメージセンサーを作製した。このとき、膜にク
ラック等の変化はみられず良好な外観を示した。（実施例６）図３の工程で、成膜を施さずワイヤーボン
ディングまで施したイメージセンサーを用意し、実施例
５と同様の成膜を行った。その後ガラス封止処理を行
い、イメージセンサーを作製した。このとき実施例５と
同様に、膜クラック等の変化はみられず良好な外観を示
した。（実施例７）図３の８に示すアクリル系ポリマーの平坦
化膜形成処理後、抵抗加熱蒸着法により誘電体多層膜１
０を形成した。誘電体多層膜は非可視光領域の近赤外光
の透過率を抑え、可視光領域の光を透過する特性を有す
るもので、ＳｉＯ₂膜とＺｎＳ膜との２１層の交互層構
成からなる。膜形成時の真空度はＳｉＯ₂が０．０１３
３Ｐａの酸素を導入し、ＺｎＳは０．００４Ｐａであ
り、基板温度は１００℃である。この膜特性を図１３に
示す。ここでＳｉＯ₂は蒸着薬品としてＳｉＯを使用し
た。このとき、ＳｉＯ₂の応力は−０．２５ＧＰａ、Ｚ
ｎＳの応力は−０．３ＧＰａである。この膜の全応力は
−６３９Ｎ／ｍであった。この膜を形成した後、図３に
示したパターンニング、エッチング、ダイシング、ワイ
ヤーボンディング、熱封止の後工程を施して、イメージ
センサーを作製した。このとき、膜にクラック等の変化
はみられず良好な外観を示した。（比較例１）実施例５と同様の構成で、真空蒸着法より
ＳｉＯ₂膜とＴｉＯ₂膜との２１層の交互層構成からな
るｉＲカットフィルターを形成した。膜形成時の真空度
は、ＳｉＯ₂膜が０．０２６６Ｐａ、ＴｉＯ₂膜が０．
０１３３Ｐａであり、基板温度は３０℃である。ここで
ＳｉＯ₂の応力は０．０２ＧＰａ、ＴｉＯ₂の応力は
０．２ＧＰａである。この膜の全応力は２１５Ｎ／ｍで
あった。この膜を形成した後、図３に示したパターンニ
ング、エッチング、ダイシング、ワイヤーボンディン
グ、熱封止の後工程を施して、イメージセンサーを複数
作製した。このとき、センサーの半分以上は膜にクラッ
クが発生し、センサーとして機能しなかった。（比較例２）実施例５と同様に、スパッタリング法より
ＳｉＯ₂膜とＴｉＯ₂膜との２１層の交互層誘電体多層
膜のサンプルを複数形成した。アースに対して基板に−
１５０Ｖのバイアスを印加してスパッタリングを行っ
た。膜形成時の真空度は、０．１３３Ｐａであり、基板
温度は１００℃である。ここでＳｉＯ₂の応力は−７Ｇ
Ｐａ、ＴｉＯ₂の応力は−５．５ＧＰａである。この膜
の全応力は−１５５００Ｎ／ｍであった。この膜を形成
した後、後工程処理をするとサンプルの半分以上は、ダ
イシング工程で膜が全面剥離を起こした。

【００５６】以上説明したように、本発明の実施例によ
れば、イメージセンサー上に直接誘電体多層膜からなる
フィルターを形成することが可能となり、イメージセン
サーの機能・用途の多様化に役立つものである。特に、
その平坦化膜状の応力を制御することにより、後工程の
膜割れ及び膜剥離を防止した良好な特性のイメージセン
サーを提供することができる。

【００５７】（画像情報処理装置）次に、本発明のイメ
ージセンサーが用いられる画像情報処理装置について説
明する。

【００５８】図１４はそのブロック図を示しており、前
述してきた各実施例の固体撮像装置（センサ）１からの
信号は画像処理部１００３及び判別手段としての識別部
１００１に入力される。そして、その情報は記録制御部
１００４によって駆動される記録部１００５によって再
生記録される。

【００５９】センサ１は原稿のほぼ同一点をそれぞれＲ
（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、それに加
え約１０００ｎｍ付近に感度を有する赤外成分に分解し
て４００ｄｐｉの画素密度で読み取る。

【００６０】該センサ出力は白色板及び赤外光基準板を
用いて、いわゆるシェーティング補正を施され、各８ｂ
ｉｔの画像信号として識別部１００１及び画像処理部１
００３に入力される。画像処理部１００３は一般のカラ
ー複写機で行われる変倍マスキング、ＯＣＲ等の処理を
行い記録信号であるＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋの４色信号を生成す
る。

【００６１】一方識別部１００１では、本発明の特徴と
する原稿中の特定パターンの検出を行い、その結果を記
録制御部１００４に出力して必要に応じて、特定色によ
るぬりつぶし等記録信号に加工を加えて記録部１００５
で記録紙上に記録し、あるいは記録動作を中止するなど
により、忠実な画像再生を禁止する。

【００６２】次に本発明で検出しようとする画像パター
ンについて図１５，１６を用いて概説する。

【００６３】図１５は、可視領域ではほぼ透過し、８０
０ｎｍ付近の赤外光を吸収する透明色素の分光特性を示
しており、例えば三井東圧化学（株）のＳＩＲ−１５９
等が代表的である。

【００６４】図１６は上記透明赤外吸収色素で構成され
る透明インクを用いて作られたパターン例である。すな
わち、ある特定のすなわち赤外光を反射するインクａで
記録された三角形のパターンの上に１辺が約１２０μｍ
の正方形の微小パターンｂを上記透明インクを用いて印
刷してある。同パターンは図で示す様に可視域ではほと
んど同色であるためｂのパターンは人の目では識別不能
であるが、赤外域において検出が可能となる。尚、以後
の説明の為に１例として約１２０μｍ口のパターンを図
示したが４００ｄｐｉでこのｂの領域を読めば図示する
ごとく約４画素の大きさとなる。尚、該パターンの形成
法はこの例に限定されるものではない。

【００６５】図１７を用いてさらに図１４の識別部１０
０１の詳細について説明する。図１７の１０−１〜１０
−４はＦｉＦｏで構成される画像データ遅延部であり、
それぞれ３２ｂｉｔ（８ｂｉｔ×４成分）の画像データ
を１ライン分づつ遅延する。

【００６６】入力画像信号は先ずフリップフロップ１１
−１，１１−２で２画素分遅延保持してＡの画素データ
を、メモリ１０−１，１０−２で２ラインさらに遅延し
たＣ画素データを、さらにＦＦ１１−３，１１−４で２
画素分遅延させた注目画素データＸを、ＦＦ１１−５，
１１−６で２画素分遅延させたＢの画素データを、同様
にしてＤの画素データをそれぞれ同時に判定部１２に入
力する。ここで注目画素位置Ｘに対するその近傍Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄ４画素の位置関係は図１８のごとくなる。

【００６７】すなわち今注目画素Ｘが、図１６のｂの部
分のインクを読んでいたとするならば、上記Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄはいずれもその周囲に位置するａパターンの画像
を読んでいる事になる。

【００６８】（判定アルゴリズム）今Ａの画素信号を構
成するＲ成分をＡ_R、Ｇ成分をＡ_G、Ｂ成分をＡ_B、赤
外成分をＡ_IRとし、同様にＢ、Ｃ、Ｄの各画素信号を構
成するＲ、Ｇ、Ｂ、ＩＲの各成分を定義する。そして、
同色成分の平均値Ｙ_R、Ｙ_G、Ｙ_B、Ｙ_IRを次式で求め
る。

【００６９】Ｙ_R＝１／４（Ａ_R＋Ｂ_R＋Ｃ_R＋Ｄ_R）Ｙ_G＝１／４（Ａ_G＋Ｂ_G＋Ｃ_G＋Ｄ_G）Ｙ_B＝１／４（Ａ_B＋Ｂ_B＋Ｃ_B＋Ｄ_B）Ｙ_IR＝１／４（Ａ_IR＋Ｂ_IR＋Ｃ_IR＋Ｄ_IR）目的のパターンの判定は、それぞれ上式で求めた平均値
Ｙと注目画素Ｘの差に従う。すなわち、 ΔＲ＝｜Ｙ_R−Ｘ_R｜、ΔＧ＝｜Ｙ_G−Ｘ_G｜、ΔＢ＝
｜Ｙ_B−Ｘ_B｜、ΔＩＲ＝Ｙ_IR−Ｘ_IR としたとき、 ΔＲ＜Ｋ ΔＧ＜Ｋ（Ｋ、Ｌは定数） ΔＢ＜Ｋ ΔＩＲ＞Ｌが成立すれば、パターン有りと判定する。

【００７０】すなわち、注目画素がその周辺画素と比べ
て可視域では色味に差が小であり、赤外特性において定
数Ｌ以上の差を有すると判断出来る。

【００７１】図１９は上記判定アルゴリズムを実施した
ハードウェア例である。加算器１２１はそれぞれ４画素
分の各色成分を単純加算し、その上位８ｂｉｔ分を出力
し、それぞれＹ_R、Ｙ_G、Ｙ_B、Ｙ_IRを得る。減算器１
２２はそれぞれ注目画素信号の各成分との差を求め、
Ｒ、Ｇ、Ｂの３成分はその絶対値を基準信号としての定
数Ｋと比較器１２３，１２４，１２５で比較する。一方
赤外成分は基準信号としての定数Ｌと比較器１２６によ
って比較する。上記、各比較器出力がアンドゲート１２
７に入力され、その出力端子において“１”の場合、パ
ターンを判定した事になる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明よれば、イ
メージセンサー上に直接多層膜からなるフィルターを形
成することが可能となり、イメージセンサーの機能・用
途の多様化に役立つものである。特に、その平坦化膜上
の薄い膜厚でフィルター特性が得られることにより、後
工程の膜割れ及び膜剥離を防止した良好な特性のイメー
ジセンサーを提供することができる。

【００７３】また本発明によれば、イメージセンサー上
に直接誘電体多層膜からなるフィルターを形成すること
が可能となり、イメージセンサーの機能・用途の多様化
に役立つものである。特に、その平坦化膜状の応力を制
御することにより、後工程の膜割れ及び膜剥離を防止し
た良好な特性のイメージセンサーを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】イメージセンサーの模式的平面図である。

【図２】イメージセンサーの模式的断面図である。

【図３】イメージセンサーの製造フローの一部を示す模
式的断面図である。

【図４】本発明の一実施態様例であるイメージセンサー
用フィルターの模式的断面図である。

【図５】本発明の他の実施態様例であるイメージセンサ
ー用フィルターの模式的断面図である。

【図６】本発明の実施例１の膜特性図である。

【図７】本発明の実施例２の膜特性図である。

【図８】本発明の実施例３の膜特性図である。

【図９】本発明の実施例４の補正膜特性図である。

【図１０】本発明の実施例４の合成膜特性図である。

【図１１】本発明の実施例４のパッケージの模式的断面
図である。

【図１２】本発明による赤外カットフィルターの分光特
性図である。

【図１３】本発明による赤外カットフィルターの分光特
性図である。

【図１４】本発明によるイメージセンサーを有する画像
情報処理装置のブロック図である。

【図１５】赤外光吸収色素の分光特性を示す図である。

【図１６】画像パターンを示す図である。

【図１７】図１４の装置の識別部の構成を示すブロック
図である。

【図１８】画像パターンの識別法を説明する為の図であ
る。

【図１９】判定アルゴリズムを実施するハードウェアの
構成を示す図である。

【符号の説明】

１イメージセンサー２Ｓｉ基板３ａ，３ｂ平坦化膜４フィルター５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅフィルター６ａ〜６ｄフォトダイオード７ａ〜７ｄＣＣＤ２１誘電体層２２金属層２３低屈折率層２４高屈折率層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者深澤求東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 1/028

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可視光領域の光信号を色分解して電気信
号に変換する為の複数の第１の光電変換要素を含む第１
のセンサーアレイと、非可視光領域の光信号を電気信号に変換する為の複数の
第２の光電変換要素を含む第２のセンサーアレイと、該第１のセンサーアレイ上に設けられた、可視光領域の
うちの特定波長領域の光を透過する色分解フイルター
と、該第１のセンサーアレイ上に設けられた、非可視光領域
の光信号を遮る非可視光カットフィルターと、を具備し、前記非可視光カットフィルターは、前記複数の第１の光
電変換要素に共通の層として形成された複数の誘電体層
と複数の金属層との積層体であることを特徴とするイメ
ージセンサー。
【請求項２】前記非可視光カットフィルターは、前記
第１のセンサーアレイ上に設けられた平坦化膜上に設け
られている請求項１記載のイメージセンサー。
【請求項３】前記色分解フィルターは、前記第１のセ
ンサーアレイ上に設けられた第１の平坦化膜上に設けら
れ、前記非可視光カットフィルターは該色分解フィルタ
ー上に設けられた第２の平坦化膜上に設けられている請
求項１記載のイメージセンサー。
【請求項４】前記誘電体層及び金属層はその応力σが
−５ＧＰａ≦σ＜−０．２ＧＰａの範囲にある請求項１
記載のイメージセンサー。
【請求項５】前記金属層は、銀または銀を主成分とす
る銀合金からなる請求項１記載のイメージセンサー。
【請求項６】前記誘電体層は、酸化アルミニウム、酸
化ジルコニウム、酸化チタニウム、酸化ハフニウム、酸
化イットリウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、窒化シリ
コン、硫化亜鉛またはこれらの混合物からなる請求項１
記載のイメージセンサー。
【請求項７】光信号を電気信号に変換するイメージセ
ンサーの光電変換部上の平坦化処理平面上に、高屈折率
層と低屈折率層との誘電体多層交互膜で構成されたフィ
ルターにおいて、前記フィルターは圧縮応力を有し、前記高屈折率層また
は前記低屈折率層の単膜の応力σは、 −５ＧＰａ≦σ＜−０．２ＧＰａの範囲にあることを特徴とするイメージセンサー用フィ
ルター。
【請求項８】請求項１に記載のイメージセンサーと、該イメージセンサーの第１のセンサーアレイから出力さ
れる電気信号に基づいて画像を形成する画像形成手段
と、該イメージセンサーの第２のセンサーアレイから出力さ
れる電気信号に応答して該画像形成手段の画像形成動作
を制御する制御手段と、を備えた画像情報処理装置。