JP6559208B2 - フィルターコリメータおよびその形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィルターコリメータに関し、特に、干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜を含むフィルターコリメータに関するものである。

物体撮像は、各種のアプリケーションに役立っている。例えば、指紋認証装置（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒｓ）は、これらの認識システムを含む装置の使用者を認証および／検証するように用いられる。指紋認証装置は、認識目的のための信頼できる、非侵入性の方式で個人の身元の確認を提供する。各種のタイプのセンサがバイオメトリックイメージング（ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ ｉｍａｇｉｎｇ）に用いられることができる。

従来の光学指紋認証装置は、例えば、ビームスプリッタ、コリメータ、集光ミラー、およびリニアセンサなど、大量の光学素子で構成されたシステムである。従来の光学指紋認証装置は、意図された目的に対して一般に十分であるが、全ての点において完全に満たしているわけではない。

例えば、従来のコリメータでは、クロストークがよく発生し、指紋認証装置の信頼性を悪くしている。従って、コリメータを改善する解決法を提供することが望ましい。

干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜を含むフィルターコリメータを提供する。

いくつかの実施形態基づいて、フィルターコリメータが提供される。フィルターコリメータは、フォトダイオードを有する基板を含む。フィルターコリメータは、基板の上方に配置され、フォトダイオードに対応する開口を有する第１の遮光層を含む。フィルターコリメータは、基板と第１の遮光層の間に配置された干渉型フィルター膜も含む。フィルターコリメータは、基板の上方に配置された吸収型フィルター膜を更に含む。第１の光線が基板の上面の法線に対して第１の角度で入射したとき、干渉型フィルター膜は、第１の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ第２の光線が基板の上面の法線に対して第２の角度で入射したとき、干渉型フィルター膜は、第２の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、吸収型フィルター膜は、第３の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ第１の波長帯は、第３の波長帯に一部重なり、第２の波長帯は、第３の波長帯に重ならず、第２の角度は第１の角度より大きい。

いくつかの実施形態基づいて、フィルターコリメータを形成する方法が提供される。前記方法は、フォトダイオードを有する基板を準備するステップを含む。前記方法は、基板の上方に配置され、フォトダイオードに対応する開口を有する第１の遮光層を配置するステップも含む。前記方法は、基板と第１の遮光層の間に干渉型フィルター膜を配置するステップも含む。前記方法は、基板の上方に吸収型フィルター膜を配置するステップを更に含み、第１の光線が基板の上面の法線に対して第１の角度で入射したとき、干渉型フィルター膜は、第１の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ第２の光線が基板の上面の法線に対して第２の角度で入射したとき、干渉型フィルター膜は、第２の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、吸収型フィルター膜は、第３の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ第１の波長帯は、第３の波長帯に一部重なり、第２の波長帯は、第３の波長帯に重ならず、第２の角度は第１の角度より大きい。

詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。

添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明はより完全に理解できる。
本発明のいくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの断面図である。 いくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。 いくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。 いくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。 いくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。 いくつかの実施形態に係るフィルターコリメータの干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。 いくつかの実施形態に係る吸収型フィルター膜の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。 異なる角度における干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜を通過する光線の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。

本開示のフィルターコリメータは、以下の説明で詳述される。以下の発明を実施するための形態では、説明のために、多数の特定の詳細および実施形態が本開示の完全な理解を提供するために明記されている。以下の発明を実施するための形態で説明された特定の構成要素および構造は、本開示を明瞭に説明するために記述されている。しかしながら、本明細書で記述される例示的な実施形態は、単に説明のために用いられることは明らかであり、発明の概念は、これらの例示的な実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。また、異なる実施形態の図面では、本開示を明瞭に説明するために、類似の番号および／または対応の番号を用いて、類似の構成要素および／または対応の構成要素を示すことができる。しかしながら、異なる実施形態の図面では、類似の番号および／または対応の番号の使用は、異なる実施形態間の相関関係を示唆するものではない。また、この明細書では、例えば、「第２の材料層上／第２の材料層の上方に配置された第１の材料層」などの表現は、第１の材料層および第２の材料層の直接接触、または第１の材料層と第２の材料層との間の１つ以上の中間層との非接触状態を指している。上述の状況では、第１の材料層は、第２の材料層に直接接触しなくてもよい。

本開示の図面の構成要素または装置は、当業者に公知のどんな形式または構成にも存在することができるということが留意されるべきである。また、「もう１つの層を覆う（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）層」、「層はもう１つの層の上方（ａｂｏｖｅ）に配置される」、「層はもう１つの層上（ｏｎ）に配置される」、および「層はもう１つの層の上方（ｏｖｅｒ）に配置される」などの表現は、層がもう１つの層と直接接触することを指すか、または層がもう１つの層とは直接接触せず、層ともう１つの層との間に配置された１つ以上の中間層があることを指すことができる。

また、この明細書では、関連する表現が用いられる。例えば、「より低い」、「底部」、「より高い」、または「上部」は、もう１つに対する１つの構成要素の位置を説明するのに用いられる。仮に装置が上下反転された場合、「より低い」側の構成要素は、「より高い」側の構成要素となる、ということが了解されるべきである。

用語「約」および「略」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、さらにより一般的に、所定値の＋／−５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。特定の説明がないとき、所定値は、「約」または「略」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。

特に定義されなければ、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、この発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。さらに理解されることであろうが、一般に使用される辞書で定義されているような用語は、関連した技術分野の文脈におけるその意味と一致した意味を持つものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。

例示的な実施形態の説明では、本発明の実施形態の一部として見なされる添付図面と合わせて検討すれば、より理解されるであろう。図面は、縮尺通りに描かれているものではない。また、構造および装置は、図を簡素化するために概略的に示されている。

説明では、相対的な用語、例えば“下方”“上方”“水平”“垂直”“上に”“下に”“上”“下”“上部”“底部”などと、その派生語（例えば“水平に”“下方に”“上方に”など）は、記述されるように、または、関連の図面に示されるように、方向を指すものと解釈されるべきである。これらの相対的な用語は、説明を容易にするためのもので、装置が特定の方向で構成されるまたは動作される必要があるというものではない。接合、結合に関する用語、例えば、「接続」および「互いに接続」などは、特に定義されない限り、互いの構造が直接接触することを指すか、または互いの構造が直接接触しないことを指すことができ、且つ接合、結合に関する用語は、２つの構造が移動可能な、または固定した接合、または関係を含むことができる。

図１に示すように、図１は、本発明のいくつかの実施形態に係る、フィルターコリメータ１００の断面図である。図１に示されるように、フィルターコリメータ１００は、基板１０２を含む。基板１０２は、シリコン基板など、これに限定されるものではないが半導体基板を含むことができる。また、基板１０２は、ゲルマニウムを含み得る元素半導体、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化インジウム、および／またはアンチモン化インジウムを含み得る化合物半導体、シリコンゲルマニウム合金（ＳｉＧａ）、ガリウムヒ素リン合金（ＧａＡｓＰ）、 アルミニウムインジウムヒ素合金（ＡｌＩｎＡｓ）、 アルミニウムガリウムヒ素合金（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムインジウムヒ素合金（ＧａＩｎＡｓ）、ガリウムインジウムリン合金（ ＧａＩｎＰ）、ヒ化リン化インジウムガリウム合金（ＧａＩｎＡｓＰ）を含み得る合金半導体、またはその組み合わせを含むことができる。また、基板１０２は、semiconductor-on-insulator（ＳＯＩ）を含むことができる。

いくつかの実施形態では、図１に示されるように、基板１０２は、フォトダイオード１０４および配線層１０６を含む。フォトダイオード１０４は、ｐ−ｎ接合構造またはＰＩＮ（ｐ‐ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ‐ｎ）構造を含むことができる。電流は、光子がフォトダイオード１０４に吸収されるとき、生じ、光信号は、電流信号に変換される。

配線層１０６は、２つの隣接するフォトダイオードの間に配置される。配線層１０６は、導電材料からなる。いくつかの実施形態では、導電材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、金、クロム、ニッケル、プラチナ、チタン、イリジウム、ロジウム、上述の合金、他の適切な金属導電材料、またはその組み合わせを含む。配線層１０６は、フォトダイオード１０４に当たらない光線を吸収するように構成される。

留意すべきことは、図１に示された基板１０２は、本発明の概念をよりよく理解するための例に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。即ち、フォトダイオード１０４および配線層１０６を除き、基板１０２は、各種の実施形態にて、多くの半導体素子を含むことができる。

いくつかの実施形態では、図１に示されるように、フィルターコリメータ１００は、干渉型フィルター膜１０８も含む。干渉型フィルター膜１０８は、基板１０２の上に配置される。干渉型フィルター膜１０８は、多層膜フィルターであることができ、誘電材料または無機材料を含むことができる。材料は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、 酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、ニオブチタン複合酸化物（ＮｂＴｉＯ_５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、他の適切な材料、またはその組み合わせを含む。干渉型フィルター膜１０８は、堆積プロセス、エッチングプロセス、リソグラフィープロセス、他の適切なプロセス、またはその組み合わせによって形成されることができる。

堆積プロセスは、これらに限定されるものではないが、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、および任意の他の適切な方法を含むことができる。リソグラフィープロセスは、これらに限定されるものではないが、フォトレジストコーティング（例えば、スピンオンコーティング）、ソフトベーキング、マスクアライメント、露光、露光後ベーク、フォトレジスト現像、リンス、および乾燥（例えば、ハードベーク）を含む。リソグラフィープロセスは、マスクレスフォトリソグラフィー、電子ビーム描画またはイオンビーム描画などのもう１つの適切な方法によって実施または置き換えられてもよい。エッチングプロセスは、これらに限定されるものではないが、ドライエッチング、ウェットエッチング、および他のエッチング法を含むことができる。

干渉型フィルター膜１０８の透過率は、入射光の角度によって決まる。光線が異なる角度で入射したとき、干渉型フィルター膜１０８が薄膜干渉効果を有するため、異なる波長の光線が干渉型フィルター膜１０８によってブロックまたは吸収される。例えば、図１に示されたように、光線Ａおよび光線Ｂが基板１０２の上面１０２Ａの法線Ｎに対して角度θＡ およびθＢでそれぞれ入射したとき、干渉型フィルター膜１０８は、異なる波長の光線を通過させる。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、図４Ａおよび図４Ｂは、光線が異なる角度で入射したときの干渉型フィルター膜１０８の光学特性を示している。光線Ａが基板１０２の上面１０２Ａの法線Ｎに対して角度θＡで入射したときの干渉型フィルター膜１０８の波長に対する透過率のスペクトルは、１０８Ａとして表示される。光線Ｂが角度θＡより大きい角度θＢで入射したときの干渉型フィルター膜１０８の波長に対する透過率のスペクトルは、１０８Ｂとして表示される。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、光線がより大きな角度（例えば、θＢ）で入射したとき、干渉型フィルター膜１０８は、より短い波長の光線を通過させ、この現象は、ブルーシフト（ｂｌｕｅ‐ｓｈｉｆｔｉｎｇ）／アングルシフト（ａｎｇｌｅ‐ｓｈｉｆｔｉｎｇ）と呼ばれる。

図１に戻ると、いくつかの実施形態では、フィルターコリメータ１００は、第１の遮光層１１０も含むことができる。第１の遮光層１１０は、干渉型フィルター膜１０８の上方に配置され、フォトダイオード１０４に対応する開口１１２を有する。第１の遮光層１１０は、これらに限定されるものではないが、黒色フォトレジスト、黒色印刷インク、黒色樹脂、または任意の他の好適な遮光材料を含むことができる。一般的に、遮光材料は、光線が透過するのを防ぎ、光線の吸収を制限しない。遮光材料は、高反射性であることもできる。

いくつかの実施形態では、フィルターコリメータ１００は、吸収型フィルター膜１１４を更に含む。いくつかの実施形態では、図１に示されるように、吸収型フィルター膜１１４は、第１の遮光層１１０の開口１１２に配置される。吸収型フィルター膜１１４は、有機膜でできている顔料フィルターであることができる。吸収型フィルター膜１１４は、単一のフィルター層または２つ以上のフィルター層として構成される。例えば、吸収型フィルター膜１１４は、青色フィルター層の下方に配置された赤色フィルター層で形成されることができる。吸収型フィルター膜１１４と干渉型フィルター膜１０８との違いの１つは、吸収型フィルター膜１１４は、角度非依存的であるということである。

図４Ａと図４Ｂに示すように、図４Ａと図４Ｂは、光線が異なる角度で入射したときの吸収型フィルター膜１１４の光学特性を示している。光線Ａが基板１０２の上面１０２Ａの法線Ｎに対して角度θＡで入射したときの吸収型フィルター膜１１４の波長に対する透過率のスペクトルは、１１４Ａとして表示される。光線Ｂが角度θＡより大きい角度θＢで入射したときの吸収型フィルター膜１１４の波長に対する透過率のスペクトルは、１１４Ｂとして表示される。図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、光線がどの角度で入射しても、吸収型フィルター膜１１４は、同じ波長の光線を通過させる。

図４Ａに示されるように、光線Ａが基板１０２の上面１０２Ａの法線Ｎに対して角度θＡで入射したとき、干渉型フィルター膜１０８は、第１の波長帯Ｗ１で５０％より大きい透過率を有し、吸収型フィルター膜１１４は、第３の波長帯Ｗ３で５０％より大きい透過率を有する。図４Ａに示されるように、干渉型フィルター膜１０８は、光線の短波長を通過させ、第１の波長帯Ｗ１は、最大の波長λ_１を有し、吸収型フィルター膜１１４は、光線の長波長を通過させ、第３の波長帯Ｗ３は、最小の波長λ_２を有する。第１の波長帯Ｗ１と第３の波長帯Ｗ３は、波長λ_１と波長λ_２の間にある第４の波長帯Ｗ４で部分的に重なる。即ち、光線ＡがθＡで入射したとき、光線Ａは、干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４を通過する。また、干渉型フィルター膜１０８のスペクトラム１０８Ａと吸収型フィルター膜１１４のスペクトラム１１４Ａの重複領域は、５０％より大きい透過率の部分を有する。

図４Ｂに示されるように、光線Ｂが基板１０２の上面１０２Ａの法線Ｎに対して角度θＢで入射したとき、干渉型フィルター膜１０８は、第２の波長帯Ｗ２で５０％より大きい透過率を有し、吸収型フィルター膜１１４は、第３の波長帯Ｗ３で５０％より大きい透過率を有する。図４Ｂに示されるように、第２の波長帯Ｗ２は、第３の波長帯Ｗ３に重ならない。干渉型フィルター膜１０８のスペクトル１０８Ｂと吸収型フィルター膜１１４のスペクトル１１４Ｂとの間には、重複領域がなおあるが、重複領域の透過率は、非常に低く、この重複領域からの信号は、十分でない。即ち、光線Ａおよび光線Ｂが同じフォトダイオード１０４に入射したとき、光線Ｂからの信号は、光線Ａからの信号より遥かに小さい。

図１に戻ると、光線Ｂからの信号は、光線Ａからの信号より遥かに小さく、フォトダイオード１０４の真上の開口１１２を通過する光線の量は、同じフォトダイオード１０４の斜め上の他の開口１１２を通過する光線の量より遥かに大きい。従って、フォトダイオード１０４の斜め上方に配置された開口１１２を通過する光線により引き起こされるクロストークを防止する。その結果として、光線が特定の範囲の角度でフォトダイオード１０４に入射したときだけ、この光線は十分な信号を生成する。

図２に示すように、図２は、本発明のいくつかの実施形態に係るフィルターコリメータ１００の断面図である。図１を参照して前述したのと同一または類似の実施形態の要素は、簡易化のためにここでは繰り返さない。いくつかの実施形態では、図２に示されるように、吸収型フィルター膜１１４は、基板１０２と干渉型フィルター膜１０８の間に配置される。第１の遮光層１１０の開口１１２は、例えば、シリコン、エポキシ、ポリメタクリル酸メチル（ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）（ＰＭＭＡ））、ポリカーボネート（ＰＣ）および他の適切な材料で充填されることができる。この実施形態では、吸収型フィルター膜１１４は、フォトダイオード１０４と直接接触している。また、吸収型フィルター膜１１４は、フォトダイオード１０４をカバーする連続層である。

図３に示すように、図３は、本発明のいくつかの実施形態に係るフィルターコリメータ１００の断面図である。図１に予め述べられた実施形態の要素と同一または類似の要素は、簡易化のために以下繰り返されない。いくつかの実施形態では、図３に示されるように、フィルターコリメータ１００は、第２の遮光層１１６を更に含む。第２の遮光層１１６は、干渉型フィルター膜１０８と基板１０２の間に配置される。また、第２の遮光層１１６は、フォトダイオード１０４と開口１１２に対応する開口１１８を有する。いくつかの実施形態では、第２の遮光層１１６は、第１の遮光層１１０を形成した材料と同じ材料で形成される。

いくつかの実施形態では、図３に示されたように、吸収型フィルター膜１１４は、第２の遮光層１１６の開口１１８に配置され、第１の遮光層１１０の開口１１２は、他の透明材料で充填されることができる。図３は、開口１１２が開口１１８に完全に整合し、且つ開口１１２が開口１１８と同じ幅を有するのを示しているが、本発明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、開口１１２は、開口１１８と異なる幅を有する。また、いくつかの実施形態では、開口１１２と開口１１８は、整合されていない。しかしながら、開口１１２と開口１１８の間にフォトダイオード１０４に対応する少なくとも１つの重複領域がある。

図５に示すように、図５は、光線Ａが角度θＡでフォトダイオード１０４に入射したときの干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。図４Ａを参照して前述した実施形態の要素と同一または類似の要素は、簡易化のために以下の実施形態では繰り返されない。いくつかの実施形態では、図５に示されるように、干渉型フィルター膜１０８のスペクトル１０８Ａは、光線の特定の波長を通過させる狭帯域を有する。この実施形態では、干渉型フィルター膜１０８は、第１の波長Ｗ１では、５０％以上の透過率を有し、第１の波長帯Ｗ１は、最大の波長λ_１と最小の波長λ_３を有する。この実施形態では、第３の波長帯Ｗ３の最小波長λ_２は、第１の波長帯Ｗ１の最小波長λ_３より長い。図５に示されるように、第１の波長帯Ｗ１と第３の波長帯Ｗ３は、波長λ_１と波長λ_２の間にある第４の波長帯Ｗ４に部分的に重なる。

図６に示すように、図６は、光線Ａが角度θＡでフォトダイオード１０４に入射したときの干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。図４Ａを参照して前述した実施形態の要素と同一または類似の要素は、簡易化のために以下の実施形態では繰り返されない。いくつかの実施形態では、図６に示されるように、干渉型フィルター膜１１４のスペクトル１１４Ａは、光線の特定の波長を通過させる狭帯域を有する。この実施形態では、吸収型フィルター膜１１４は、第３の波長Ｗ３では、５０％以上の透過率を有し、第３の波長帯Ｗ３は、最小の波長λ_２と最大の波長λ_４を有する。この実施形態では、第１の波長帯Ｗ１の最大波長λ_１は、第３の波長帯Ｗ３の最大波長λ_４より短い。図６に示されるように、第１の波長帯Ｗ１と第３の波長帯Ｗ３は、波長λ_１と波長λ_２の間にある第４の波長帯Ｗ４に部分的に重なる。

図７に示すように、図７は、光線Ａが角度θＡでフォトダイオード１０４に入射したときの干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。図４Ａを参照して前述した実施形態の要素と同一または類似の要素は、簡易化のために以下の実施形態では繰り返されない。いくつかの実施形態では、図７に示されるように、干渉型フィルター膜１０８のスペクトル１０８Ａと吸収型フィルター膜１１４のスペクトル１１４Ａは、光線の波長を通過させる狭帯域をそれぞれ有する。この実施形態では、干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４は、第１の波長帯Ｗ１と第３の波長帯Ｗ３では、５０％以上の透過率をそれぞれ有する。第１の波長帯Ｗ１は、最大の波長λ_１と最小の波長λ_３を有し、第３の波長帯Ｗ３は、最小の波長λ_２と最大の波長λ_４を有する。この実施形態では、第３の波長帯Ｗ３の最小波長λ_２は、第１の波長帯Ｗ１の最小波長λ_３より長く、第１の波長帯Ｗ１の最大波長λ_１は、第３の波長帯Ｗ３の最大波長λ_４より短い。図７に示されるように、第１の波長帯Ｗ１と第３の波長帯Ｗ３は、波長λ_１と波長λ_２の間にある第４の波長帯Ｗ４に部分的に重なる。

図４Ａおよび図５〜図７は、第４の波長帯Ｗ４が約７９０ｎｍと８２０ｎｍの間にあるのを示しているが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではない。いくつかの実施形態では、第４の波長帯Ｗ４のピークは、約４５０ｎｍと９６０ｎｍの間にあるが、第４の波長帯Ｗ４の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、１０ｎｍと５０ｎｍの間の範囲にある。

図８に示すように、図８は、いくつかの実施形態に係るフィルターコリメータ１００の吸収型フィルター膜１１４の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。図８に示されるように、吸収型フィルター膜１１４は、約４５０ｎｍより長い波長の光線を通過させる黄色材料であることができ、約４５０ｎｍより短い波長の光線は、吸収型フィルター膜１１４によって吸収される。吸収型フィルター膜１１４は、約５６０ｎｍより長い波長の光線を通過させる赤色材料であることもでき、約５６０ｎｍより短い波長の光線は、吸収型フィルター膜１１４によって吸収される。また、吸収型フィルター膜１１４は、赤外光を通過させる材料であることができる。いくつかの実施形態では、吸収型フィルター膜１１４の最小波長λ₂は、約４５０ｎｍ、５６０ｎｍ、７８０ｎｍ、または８７０ｎｍである。

図９に示すように、図９は、異なる角度における干渉型フィルター膜１０８および吸収型フィルター膜１１４を通過する光線の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。スペクトルＬ（０）、Ｌ（３０）、Ｌ（４０）、およびＬ（５０）は、干渉型フィルター膜１０８のスペクトルと吸収型フィルター膜１１４のスペクトルとの間の重複領域を示している。括弧内の数は、入射光の角度を示している。例えば、Ｌ（０）は、入射光の経路が基板１０２の上面１０２Ａの法線に平行であることを示し、Ｌ（３０）は、光線が基板１０２の上面１０２Ａの法線に対して３０℃で入射していることを示している。図９に示されるように、入射角の角度が大きくなるにつれて、スペクトルのピークは、ブルーシフトにより、より短い波長にシフトする。また、入射光の角度が大きくなるにつれて、ピークの透過率は、小さくなる。結果、干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４のスペクトル間の重複領域の面積は、小さくなる。

いくつかの実施形態では、図９に示されるように、スペクトルＬ（５０）の透過率は、全体の波長のほぼ約１０％より小さい。いくつかの実施形態では、スペクトルＬ（４０）の透過率は、全ての波長の約３５％より小さい。いくつかの実施形態では、スペクトルＬ（３０）とＬ（０）は、透過率が５０％より大きい部分を有する。

図９は、スペクトルＬ（４０）がほぼ約３５％より小さく、且つスペクトルＬ（３０）が透過率が約５０％より大きい部分を有することを示しているが、本発明の実施形態は、これを限定するものではない。いくつかの実施形態では、スペクトルＬ（４０）は、透過率が５０％より大きい部分も有する。例えば、干渉型フィルター膜１０８の厚さを設計することによって、干渉型フィルター膜１０８と吸収型フィルター膜１１４間のスペクトルの重複領域は、変えられることができる。例えば、第４の波長帯Ｗ４のピークの波長とＦＷＨＭは、干渉型フィルター膜１０８の厚さを調整することで変えられることができる。

いくつかの実施形態では、図１に示された角度θＡは、３０°より小さいまたはそれと等しい。即ち、光線が３０°より小さい、またはそれと等しい角度でフォトダイオード１０４に入射したとき、光線は顕著な信号を生成し、光線が３０°より大きい角度でフォトダイオード１０４に入射したとき、光線は顕著でない信号を生成する。他のいくつかの実施形態では、図１に示される角度θＡは、４０°より小さいまたはそれと等しい。これは、光線が４０°より小さい、またはそれと等しい角度でフォトダイオードに入射したときのみ、光線が顕著な信号を生成することを示している。

いくつかの実施形態では、フィルターコリメータ１００は、指などの物体上に特定の波長帯を有する光線を照射するように構成される光源ユニット（図示されていない）を更に含む。光源ユニットによって照射された光線は、第４の波長帯Ｗ４の波長を含む。この実施形態では、フィルターコリメータ１００は、指紋認証の構成要素として用いられる。

フィルターコリメータは、干渉型フィルター膜および吸収型フィルター膜を含むため、フィルターコリメータは、特定の波長の光線を受けることができる。また、フォトダイオードの斜め上方に配置された開口を通過する光線により引き起こされるクロストークを防止する。その結果として、光線が特定の範囲の角度でフィルターコリメータに入射したときだけ、この光線は十分な信号を生成する。

本発明は、例として及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。

１００ フィルターコリメータ
１０２ 基板
１０２Ａ 基板の上面
１０４ フォトダイオード
１０６ 配線層
１０８ 干渉型フィルター膜
１０８Ａ スペクトル
１０８Ｂ スペクトル
１１０ 第１の遮光層
１１２ 開口
１１４ 吸収型フィルター膜
１１４Ａ スペクトル
１１４Ｂ スペクトル
１１６ 第２の遮光層
１１８ 開口
Ａ 光線
Ｂ 光線
Ｌ（０） スペクトル
Ｌ（３０） スペクトル
Ｌ（４０） スペクトル
Ｌ（５０） スペクトル
Ｎ 法線
Ｗ１ 第１波長帯
Ｗ２ 第２波長帯
Ｗ３ 第３波長帯
Ｗ４ 第４波長帯
θＡ 角度
θＢ 角度

Claims (12)

1. フォトダイオードを有する基板、
   前記基板の上方に配置され、前記フォトダイオードに対応する開口を有する第１の遮光層、
   前記基板と前記第１の遮光層の間に配置された干渉型フィルター膜、および
   前記基板の上方に配置された吸収型フィルター膜を含み、
   第１の光線が前記基板の上面の法線に対して第１の角度で入射したとき、前記干渉型フィルター膜は、第１の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ第２の光線が前記基板の前記上面の前記法線に対して第２の角度で入射したとき、前記干渉型フィルター膜は、第２の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、前記吸収型フィルター膜は、第３の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ前記第１の波長帯は、前記第３の波長帯に一部重なり、前記第２の波長帯は、前記第３の波長帯に重ならず、前記第２の角度は前記第１の角度より大きく、
   前記第１の波長帯の最大の波長は、第１の波長であり、前記第３の波長帯の最小の波長は、第２の波長であり、前記第１の波長は、前記第２の波長より長く、前記第１の波長帯は、第４の波長帯で前記第３の波長帯に重なり、前記第４の波長帯は、前記第２の波長と前記第１の波長の間にあるフィルターコリメータ。
2. 前記吸収型フィルター膜は、前記基板と前記干渉型フィルター膜の間に配置され、前記吸収型フィルター膜は、顔料またはポリマーを含み、前記干渉型フィルター膜は、無機材料を含む請求項１に記載のフィルターコリメータ。
3. 前記吸収型フィルター膜は、前記第１の遮光層の開口に配置され、前記吸収型フィルター膜は、顔料またはポリマーを含み、前記干渉型フィルター膜は、無機材料を含む請求項１に記載のフィルターコリメータ。
4. 前記基板と前記干渉型フィルター膜の間に配置され、前記フォトダイオードに対応する開口を有し、前記開口に前記吸収型フィルター膜が配置された第２の遮光層、および
   前記基板に配置され、且つ前記フォトダイオードに隣接する配線層を更に含む請求項１に記載のフィルターコリメータ。
5. 物体上に特定の波長帯を有する光線を照射するように構成された光源ユニットを更に含み、前記第１の波長帯は、第４の波長帯で前記第３の波長帯に一部重なり、且つ前記特定の波長帯は、前記第４の波長帯を含み、前記第４の波長帯の半値全幅（ＦＷＨＭ）は、１０ｎｍと５０ｎｍの間の範囲にあり、前記第４の波長帯のピークは、約４５０ｎｍと９４０ｎｍの間にある請求項１に記載のフィルターコリメータ。
6. 前記第１の角度は、４０°より小さいまたは４０°と等しい請求項１に記載のフィルターコリメータ。
7. 前記第３の波長帯の前記第２の波長は、４５０ｎｍより長い請求項１に記載のフィルターコリメータ。
8. 前記第１の波長帯の最小の波長は、第３の波長であり、前記第３の波長帯の前記第２の波長は、前記第１の波長帯の前記第３の波長より長い請求項１に記載のフィルターコリメータ。
9. 前記第３の波長帯の最大の波長は、第４の波長であり、前記第１の波長帯の第１の波長は、前記第３の波長帯の前記第４の波長より短い請求項１に記載のフィルターコリメータ。
10. 前記第１の波長帯の最小の波長は、第３の波長であり、前記第３の波長帯の最大の波長は、第４の波長であり、前記第１の波長帯の前記第１の波長は、前記第３の波長帯の前記第４の波長より短く、前記第３の波長帯の前記第２の波長は、前記第１の波長帯の前記第３の波長より長い請求項１に記載のフィルターコリメータ。
11. フォトダイオードを有する基板を準備するステップ、
    前記基板の上方に、フォトダイオードに対応する開口を有する第１の遮光層を配置するステップ、
    前記基板と前記第１の遮光層の間に干渉型フィルター膜を配置するステップ、および
    前記基板の上方に吸収型フィルター膜を配置するステップを含み、
    第１の光線が前記基板の上面の法線に対して第１の角度で入射したとき、前記干渉型フィルター膜は、第１の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ第２の光線が前記基板の前記上面の前記法線に対して第２の角度で入射したとき、前記干渉型フィルター膜は、第２の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、前記吸収型フィルター膜は、第３の波長帯で５０％より大きい透過率を有し、且つ前記第１の波長帯は、前記第３の波長帯に一部重なり、前記第２の波長帯は、前記第３の波長帯に重ならず、前記第２の角度は前記第１の角度より大きく、
    前記第１の波長帯の最大の波長は、第１の波長であり、前記第３の波長帯の最小の波長は、第２の波長であり、前記第１の波長は、前記第２の波長より長く、前記第１の波長帯は、第４の波長帯で前記第３の波長帯に重なり、前記第４の波長帯は、前記第２の波長と前記第１の波長の間にあるフィルターコリメータを形成する方法。
12. 第２の遮光層が前記基板と前記干渉型フィルター膜の間に配置され、前記第２の遮光層が前記フォトダイオードに対応する開口を有し、前記吸収型フィルター膜が前記第２の遮光層の前記開口に配置されるステップ、および
    物体上に特定の波長帯を有する光線を照射するように構成された光源ユニットを配置し、前記第１の波長帯は、第４の波長帯で前記第３の波長帯に一部重なり、且つ前記特定の波長帯は、前記第４の波長帯を含むステップを更に含む請求項１１に記載の方法。

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