JP6895494B2 - 光フィルター構造 - Google Patents
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Description
本発明は、光フィルター構造に関するものであって、特に、グレーデッド層を有する光フィルター構造に関するものである。
光フィルターは、すでに、幅広く、スペクトルメーター(spectrum meters)、環境光センサー(ambient light sensors)、カラーセンサー(color sensors)、イメージセンサー(image sensors)、スペクトルの検査装置等の各種デバイスに用いられている。しかし、従来の光フィルター構造は、各方面で需要を満たしていない。たとえば、従来の光フィルター構造がナローバンドパスフィルター(narrow-band pass filter)として用いられるとき、それは、通常、非常に厚い。さらに、従来の光フィルター構造から得られるスペクトルは、傾斜した入射光のために予期せぬ変形を有する。さらに、従来の光フィルター構造のサイズを、たとえば、数マイクロメーターまで減少させて、需要を満たすのは困難である。
本発明は、光フィルター構造を提供し、上述の問題を解決することを目的とする。
本発明の本実施形態において、光フィルター構造が提供される。光フィルター構造は、複数の光電変換素子を有する基板を有する。光フィルター構造は、さらに、基板上に設置される第一金属スタック層を有する。光フィルター構造は、さらに、第一金属スタック層上に設置されるグレーデッド層を有する。グレーデッド層は、連続、あるいは、非連続で変化する厚さを有する。光フィルター構造は、グレーデッド層上に設置される平坦層を有する。光フィルター構造は、さらに、平坦層上に設置される第２金属スタック層を有する。
本発明の実施形態による光フィルター構造がナローバンドパスフィルターとして用いられるとき、厚さが薄くなって、需要を満たす。さらに、本発明の実施形態による光フィルター構造は低角度依存である
以下の開示は、多くの異なる実施形態、あるいは、例を提供して、提供される主題の異なる特徴を実施する。特定の例の素子と配置が以下で記述されて、本発明を簡潔にする。これらはもちろん、単なる例であり、限定することを意図しない。たとえば、記述中の第一特徴が第二特徴上、あるいは、上方に形成される、というのは、第一、および、第二特徴が接触して形成される実施形態を含み、また、追加特徴が第一と第二特徴間で形成され、第一、および、第二特徴は直接接触しない実施形態も含む。
理解すべきことは、追加ステップは説明される方法の前、その間、あるいは、後に実施されるとともに、いくつかのステップは、説明される方法の別の実施形態で代替、あるいは、省略されることである。
さらに、 空間的相対用語、たとえば、記述しやすくするため、「下方」、「下」、「低い」、「上方」、「その上」、「高い」等が用いられて、図面中の一素子や特徴と別の素子や特徴間の関係を描写する。空間的相対用語は、使用中や操作中の異なる方位、および、図面中で示される方位を包括する。装置が異なる方位に回転する(４５度回転、あるいは、その他の方位)とともに、ここで用いられる空間的な相関する形容詞も同様に、それに従って解釈される
この発明において、用語「約」、および、「実質上」は、通常、所定値の＋／−２０％、さらに特に、所定値の＋／−１０％ 、所定値の＋／−５％ 、所定値の＋／−３％、所定値の＋／−２％、所定値の＋／− １％ 、および、さらにいっそう、所定値の＋／−０．５％を意味する。本発明の所定値は近似値である。特定の記述がないとき、所定値は、「約」や「実質上」の意味を含む。さらに、製造プロセスの偏差や変動を考慮するとき、用語「同じ」は、「約」や「実質上」の意味も含む。
理解すべきことは、ここで、用語「第一（第１）」、「第二（第２）」、「第三（第３）」 等が用いられて、各種素子、コンポーネント、領域、層、および／または、セクションを記述しているが、これらの素子、コンポーネント、領域、層、および／または、セクションは、これらの用語に制限されるべきではない。これらの用語は、一素子、コンポーネント、領域、層、あるいは、セクションともう一つの領域、層、あるいは、セクションを区別するためだけに用いられる。よって、以下で討論される第一素子、コンポーネント、領域、層、あるいは、セクションは、本発明の教示を逸脱しない状況下で、第二素子、コンポーネント、領域、層、あるいは、セクションと称される。
別に定義されない限り、ここで用いられる全用語 (技術、および、科学用語を含む)は、当業者により普通に理解されるものと同じ意義を有する。さらに理解できることは、たとえば、辞書により通常定義される用語は、相関技術の上下文中で、同じ意味を有すると解釈されるべきであり、特に定義されない限り、理想化、または、過度に正式な意味として解釈されない。
図１は、本発明の一実施形態による光フィルター構造１００の部分断面図である。注意すべきことは、わかりやすくするため、光フィルター構造１００の全素子が図１で示されているのではないことである。
図１を参照すると、光フィルター構造１００は基板１０を有する。本実施形態において、基板１０の材料は、元素半導体 (たとえば、シリコン、ゲルマニウム)、化合物半導体 (たとえば、炭化タンタル (TaC)、ヒ化ガリウム(GaAs)、ヒ化インジウム (InAs)、あるいは、リン化インジウム (InP))、合金半導体(たとえば、シリコンゲルマニウム (SiGe)、シリコンゲルマニウムカーバイド (SiGeC)、ガリウムひ素リン化物 (GaAsP)、あるいは、ガリウムインジウムリン化物 (GaInP))、任意のその他の適切な半導体、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、基板１０はシリコンオンインシュレーター (ＳＯＩ)基板である。シリコンオンインシュレーター基板は、底基板、底基板上に設置される埋設酸化層、および、埋設酸化層上に設置される半導体層を有する。本実施形態において、基板１０は、半導体ウェハ (たとえば、シリコンウェハ、あるいは、任意のその他の適切な半導体ウェハ)でもよい。本実施形態において、基板１０の材料は、これに限定されないが、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)、テレフタル酸ポリエチレン (ＰＥＴ) (および、その他のプラスチック)、ポリマー材、あるいは、それらの組み合わせ、の少なくとも一つを有する。
本実施形態において、基板１０は、導電特徴(導電性をもつ構造たとえば、導電ライン、あるいは、ビア)を有する。たとえば、導電特徴は、アルミニウム(Ａｌ)、銅(Ｃｕ)、及び、タングステン(Ｗ)から選択される少なくとも１種の材料あるいは、それらの合金、任意のその他の適切な導電材料、あるいは、それらの組み合わせで形成されるが、本発明はそれらに限定されない。
図１に示されるように、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有する。本実施形態において、素子１２はプロセス(たとえば、イオン注入(ion implantation)、および／または、拡散プロセス(diffusion))により形成される。たとえば、素子１２が配置されて、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が、本発明はそれらに限定されない。
図１を参照すると、光フィルター構造１００は、基板１０上に設置される第１金属スタック層２０を有する。本実施形態において、第１金属スタック層２０は、少なくとも一つの金属層２１、および、金属層２１とスタックされる少なくとも一つの接着層２３を有する。つまり、金属層２１、および、接着層２３は、たとえば、互いに交互にスタックされる。図１において、第１金属スタック層２０は、二個の金属層２１、および、二個の金属層２１間に設置される一個の接着層２３を有する。本実施形態において、第１金属スタック層２０中の金属層２１と接着層２３の総数量は４から１５の間である。しかし、金属層２１の数量と接着層２３の数量はそれらに限定されない。
本実施形態において、金属層２１の材料は、金(Ａｕ)、銅(Ｃｕ)、アルミニウム(Ａｌ)、銀(Ａｇ)、ニッケル(Ｎｉ)、及び、任意のその他の適切な材料から選択される少なくとも１種の材料であり、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、接着層２３の材料は、チタニウム (Ｔｉ)、クロム(Ｃｒ)、酸化亜鉛 (ＺｎＯ)、酸化アルミニウム (Al2O3)、及び、任意のその他の適切な材料からなる少なくとも１種の材料であるが、、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、金属層２１、および、接着層２３は、化学気相蒸着プロセス(chemical vapor deposition)、原子層堆積プロセス(atomic layer deposition)、物理的気相成長プロセス(physical vapor deposition)、あるいは、その他の適当な方法により形成されるが、本発明はそれらに限定されない。たとえば、化学気相蒸着プロセスは、低圧化学気相蒸着(low pressure chemical vapor deposition)、低温化学気相蒸着(low temperature chemical vapor deposition)、高速熱化学気相蒸着(rapid thermal chemical vapor deposition)、あるいは、プラズマエッチャント化学気相蒸着(plasma enhanced chemical vapor deposition)である。たとえば、物理的気相成長プロセスは、真空蒸着プロセス(vacuum evaporation)、あるいは、スパッタリングプロセス(sputtering)である。
図１を参照すると、光フィルター構造１００は、第１金属スタック層２０上に設置されるグレーデッド層３０を有する。図１に示されるように、この実施形態において、グレーデッド層３０は連続して変化する厚さを有する（グレーデッド層３０の厚さが連続的に変化している）が、本発明はそれらに限定されない。他の実施形態において、グレーデッド層３０はさらに、非連続で変化する厚さを有する(たとえば、後述の図５に示されるグレーデッド層３３)。言い換えると、グレーデッド層３０は、厚さが一定の部分を有している。グレーデッド層３０の上表面は、グレーデッド層３０の下表面又は平坦層４０の上表面に対して傾斜している。図３に示すように、グレーデッド層３０の傾斜は、厚さが連続的に変化する面で構成されていてもよく、後述の図５に示すように、厚さが非連続的に変化する面で構成されてもよい。なお、後述の図５に示すように、厚さが非連続的に変化する面では、グレーデッド層３０の断面において、外縁が傾斜していればよい。グレーデッド層３０の傾斜を形成している、グレーデッド層３０の外縁は、図１に示すような曲線、又は、直線のような角のない連続的な線でもよく、後述の図５に示すような、階段状の非連続的な線でもよい。
本実施形態において、グレーデッド層３０の材料は誘電材料を有する。たとえば、グレーデッド層３０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)、インジウムスズ酸化物 (ITO)、酸化スズ (SnO2)、酸化亜鉛 (ZnO)、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)、ハフニウムジオキシド (HfO2)、及び、任意のその他の適切な材料から選択される少なくとも１種の材料であるが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、グレーデッド層３０は、化学気相蒸着プロセス、原子層堆積プロセス、物理的気相成長プロセス、あるいは、その他の適当な方法により形成されるが、本発明はそれらに限定されない。たとえば、化学気相蒸着プロセスは、低圧化学気相蒸着、低温化学気相蒸着、高速熱化学気相蒸着、あるいは、プラズマエッチャント化学気相蒸着である。さらに、特定のマスクを用いることにより、グレーデッド層３０が第１金属スタック層２０上に蒸着されて、連続して変化する厚さを有するようにグレーデッド層３０が形成する。
本実施形態において、グレーデッド層３０は、グレーデッド層３０の中心Ｃから、グレーデッド層３０の周辺Ｐに徐々に薄くなる。中心Ｃは、第１スタック層とグレーデッド層３０との間の接続面に対する法線であって、当該接続面の中心を通る中心線上に位置する。つまり、グレーデッド層３０の中心Ｃの厚さはグレーデッド層３０の最大厚さであり、グレーデッド層３０の周辺Ｐの厚さはグレーデッド層３０の最小厚さであるが、本発明はそれらに限定されない。
図１を参照すると、光フィルター構造１００は、グレーデッド層３０上に設置される平坦層４０を有する。この実施形態において、平坦層４０は透明層で、且つ、平坦層４０の材料は、透明フォトレジスト、ポリイミド、エポキシ樹脂、任意のその他の適切な材料、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、平坦層４０の材料は、光硬化材料、熱硬化材料、あるいは、それらの組み合わせを有する。たとえば、スピンオンコーティングプロセス(spin-on coating process)が実行されて、グレーデッド層３０上の透明材料をコートし、その後、平坦化プロセス(planarization process)が実行されて、平坦層４０を形成するが、本発明はそれらに限定されない。たとえば、平坦化プロセスは、化学機械研磨 (ＣＭＰ)プロセス、研削加工(grinding process)、エッチバックプロセス(etching back process)、任意のその他の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを有する。
本実施形態において、グレーデッド層３０の屈折率は、平坦層４０の屈折率と異なる。たとえば、図１中、平坦層４０の屈折率は、グレーデッド層３０の屈折率より小さいが、本発明はそれらに限定されない。
さらに、本実施形態において、光フィルター１００の中心から、光フィルター１００の周辺までのグレーデッド層３０と平坦層４０の総厚さＴ１は、ほぼ一定を維持するとともに、平坦層４０とグレーデッド層３０の体積比は、異なる位置で、同等の屈折率を決定する。
図１を参照すると、光フィルター構造１００は、平坦層４０上に設置される第２金属スタック層５０を有する。同様に、第２金属スタック層５０は、少なくとも一つの金属層５１、および、金属層５１とスタックされる少なくとも一つの接着層５３を有する。つまり、金属層５１、および、接着層５３は、たとえば、互いに交互にスタックされる。図１において、第２金属スタック層５０は、互いに交互に配置された二個の金属層５１、および、二個の接着層５３を有する。本実施形態において、第２金属スタック層５０中の金属層５１、および、接着層５３の総数量は、４から１５の間である。しかし、金属層５１の数量、および、接着層５３の数量はこれらに限定されない。
本実施形態において、金属層５１の材料は、金 (Ａｕ)、銅 (Ｃｕ)、アルミニウム (Ａｌ)、シルバー(Ａｇ)、ニッケル (Ｎｉ)、及び、任意のその他の適切な材料から選択される少なくとも１種の材料であるが、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、接着層５３の材料は、チタニウム(Ｔｉ)、クロム(Ｃｒ)、酸化亜鉛 (ＺｎＯ)、酸化アルミニウム (Al2O3)、及び、任意のその他の適切な材料から選択される少なくとも１種であるが、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、金属層５１、および、接着層５３は、化学気相蒸着プロセス、原子層堆積プロセス、物理的気相成長プロセス、あるいは、その他の適当な方法により形成されるが、本発明はそれらに限定されない。たとえば、化学気相蒸着プロセスは、低圧化学気相蒸着、低温化学気相蒸着、高速熱化学気相蒸着、あるいは、プラズマエッチャント化学気相蒸着である。たとえば、物理的気相成長プロセスは、真空蒸着プロセス、あるいは、スパッタリングプロセスである。
本実施形態において、第１金属スタック層２０は少なくとも一つの金属層２１を有し、第２金属スタック層５０は少なくとも一つの金属層５１を有し、第１金属スタック層２０、および、第２金属スタック層５０は、ファブリーペロー共振器(Fabry-Perot resonator)の高反射器として作用する。さらに、 第１金属スタック層２０、グレーデッド層３０、平坦層４０、および、第２金属スタック層５０の総厚さＴ２は薄い(たとえば、３μmより小さい)。これにより、光フィルター構造１００は、低角度依存(angle dependency)である。つまり、光フィルター構造１００に伝送される傾斜した入射光によるスペクトルの変形が減少する。たとえば、自動光学検査(Automated Optical Inspection、AOI) ３０°の３００ nm 〜９００ nm の青色光シフトは、１５ nm以下である。
図１に示される実施形態において、平坦層４０の屈折率が、グレーデッド層３０の屈折率より小さいとき(たとえば、平坦層４０の屈折率が１．５、グレーデッド層３０の屈折率が２．５)、光電変換素子１２が光フィルター１００の中心に近接するほど、素子１２に送られる光線の波長が長くなる。たとえば、素子１２Ｃは光フィルター１００の中心に近接する（中心付近に位置する）ので、赤色光は素子１２Ｃに送られる。素子１２Ｐは光フィルター１００の周辺に近接する（位置する）ので、青色光は素子１２Ｐに送られるが、本発明はそれらに限定されない。
図１に示される実施形態において、平坦層４０の屈折率が、グレーデッド層３０の屈折率より大きいとき(たとえば、平坦層４０の屈折率が２．５、グレーデッド層３０の屈折率が１．５)、光電変換素子１２が光フィルター１００の中心に近接するほど、素子１２に送られる光線の波長が短くなる。たとえば、素子１２Ｃは光フィルター１００の中心に近接するので、青色光は素子１２Ｃに送られる。素子１２Ｐは光フィルター１００の周辺に近接するので、赤色光は素子１２Ｐに送られるが、本発明はそれらに限定されない。
図２は、本発明の他の実施形態による光フィルター構造１０１の部分断面図である。注意すべきことは、わかりやすくするために、光フィルター構造１０１の全素子が図２で示されているのではないことである。
図２を参照すると、光フィルター構造１０１は基板１０を有する。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有する。光フィルター構造１０１は、基板１０上に設置される第１金属スタック層２０を有する。光フィルター構造１０１は、さらに、第１金属スタック層２０上に設置されるグレーデッド層３１、および、グレーデッド層３１上に設置される平坦層４０を有する。光フィルター構造１０１は、さらに、平坦層４０上に設置される第２金属スタック層５０を有する。
図１に示される光フィルター構造１００との差異は、図２に示される光フィルター構造１０２のグレーデッド層３１が、グレーデッド層３１の中心Ｃ’から、グレーデッド層３１の周辺Ｐ’に徐々に厚くなることを含む。つまり、グレーデッド層３１の中心Ｃ’の厚さは、グレーデッド層３１の最小厚さであり、グレーデッド層３１の周辺Ｐ’の厚さは、グレーデッド層３１の最大厚さであるが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、図２示されるグレーデッド層３１の材料は、実質上、図１に示されるグレーデッド層３０の材料と同じであるが、本発明はそれらに限定されない。同様に、グレーデッド層３１の屈折率は、平坦層４０の屈折率と異なる。たとえば、図２中、平坦層４０の屈折率は、グレーデッド層３１の屈折率より小さいが、本発明はそれらに限定されない。
さらに、この実施形態において、光フィルター１０１の中心から、光フィルター１０１の周辺までのグレーデッド層３１と平坦層４０の総厚さＴ３は、ほぼ一定を維持するとともに、平坦層４０とグレーデッド層３１の体積比は、異なる位置で、同等の屈折率を決定する。
本実施形態において、第１金属スタック層２０は、少なくとも一つの金属層２１を有し、第２金属スタック層５０は、少なくとも一つの金属層５１を有し、第１金属スタック層２０、および、第２金属スタック層５０は、ファブリーペロー共振器の高反射器として作用する。さらに、第１金属スタック層２０、グレーデッド層３１、平坦層４０、および、第２金属スタック層５０の総厚さＴ４は薄い (たとえば、３μmより小さい)。これにより、光フィルター構造１０１は低角度依存である。つまり、光フィルター構造１０１に送られる傾斜した入射光によるスペクトルの変形が減少する。
図２に示される実施形態において、平坦層４０の屈折率が、グレーデッド層３１の屈折率より小さいとき (たとえば、平坦層４０の屈折率が１．５、グレーデッド層３１の屈折率が２．５)、光電変換素子１２が光フィルター１０１の中心に近接するほど、素子１２に送られる光線の波長が短くなる。たとえば、素子１２Ｃが光フィルター１０１の中心に近接する（中心付近に位置する）ので、青色光は素子１２Ｃに送られる。素子１２Ｐは、光フィルター１０１の周辺に近接する（位置する）ので、赤色光は素子１２Ｐに送られるが、本発明はそれらに限定されない。
図２に示される実施形態において、平坦層４０の屈折率が、グレーデッド層３１の屈折率より大きいとき (たとえば、平坦層４０の屈折率が２．５、グレーデッド層３１の屈折率が１．５)、光電変換素子１２が、光フィルター１０１の中心に近接するほど、素子１２に送られる光線の波長が長くなる。たとえば、素子１２Ｃが光フィルター１０１の中心に近接するので、赤色光は素子１２Ｃに送られる。素子１２Ｐは、光フィルター１０１の周辺に近接するので、青色光が素子１２Ｐに送られるが、本発明はそれらに限定されない。
図３は、本発明の一実施形態による光フィルター構造１０２の部分断面図である。注意すべきことは、わかりやすくするため、光フィルター構造１０２の全素子が図３中で示されているわけではないことである。
図３を参照すると、光フィルター構造１０２は、基板１０を有する。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有する。光フィルター構造１０２は、基板１０上に設置される第１金属スタック層２０を有する。光フィルター構造１０２は、さらに、第１金属スタック層２０上に設置されるグレーデッド層３０、および、グレーデッド層３０上に設置される平坦層４０を有する。光フィルター構造１０２は、さらに、平坦層４０上に設置される第２金属スタック層５０を有する。
本実施形態において、光フィルター構造１０２は、さらに、第２金属スタック層５０上に設置される遮光層６０を有する。図３に示されるように、遮光層６０は、複数の開口６０ａを有する。本実施形態において、各開口６０ａは素子１２の一つに対応するが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、遮光層６０の材料は、フォトレジスト (たとえば、ブラックフォトレジスト、あるいは、その他の適切な特定波長に対し透明ではないフォトレジスト)、インク(たとえば、ブラックインク、あるいは、その他の適切な特定波長に対し透明ではないインク)、成形コンパウンド (たとえば、ブラック成形コンパウンド、あるいは、その他の適切な特定波長に対し透明ではない成形コンパウンド)、ソルダーマスク(たとえば、ブラックソルダーマスク、あるいは、その他の適切な特定波長に対し透明ではないソルダーマスク)、(ブラック)エポキシポリマー、任意のその他の適切な材料、あるいは、それらの組み合わせを有する。本実施形態において、遮光層６０の材料は、光硬化材料、熱硬化材料、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、遮光層６０は、コーティングプロセス、あるいは、パターン化プロセスにより、第２金属スタック層５０上に形成される。本実施形態において、パターン化プロセスは、ソフトベイク(soft baking)、マスク位置合わせ(mask aligning)、露光(exposure)、露光後ベイク(post-exposure baking)、現像(developing)、リンス(rinsing)、乾燥(drying)、任意のその他の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はそれらに限定されない。
図３に示されるように、基板１０の上表面１０Ｔと平行な方向（上表面１０Ｔに沿う方向と平行な方向）Ｄ１における、各開口６０ａの幅Ｗは、１μmより大きく、且つ、１５０μmより小さいが、本発明はそれらに限定されない。光フィルター構造１０２がスペクトルの検査装置中で用いられるとき、スペクトル分解能は、開口６０ａのサイズにより決定される。つまり、スペクトル分解能(spectral resolution)は、遮光層６０の開口６０ａのサイズを調整することにより増加する。
図４は、本発明の別の実施形態による光フィルター構造１０３の部分断面図である。注意すべきことは、わかりやすくするため、光フィルター構造１０３の全素子が図４中で示されているわけではないことである。
図４を参照すると、光フィルター構造１０３は基板１０を有する。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有する。光フィルター構造１０３は、基板１０上に設置される第１金属スタック層２０を有する。光フィルター構造１０３は、さらに、第１金属スタック層２０上に設置されるグレーデッド層３０、および、グレーデッド層３０上に設置される平坦層４０を有する。光フィルター構造１０３ は、さらに、平坦層４０上に設置される第２金属スタック層５０、および、第２金属スタック層５０上に設置される遮光層６１を有する。
図４に示されるように、遮光層６１は複数の開口６１ａを有する。本実施形態において、各開口６１ａは二個の素子１２に対応するが、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、各開口６１ａは、少なくとも２個の素子１２上に位置するが、本発明はそれらに限定されない。他の実施形態において、各開口６１ａは二つ以上の素子１２に対応する。
本実施形態において、図４に示される遮光層６１の材料は、実質上、図３に示される遮光層６０の材料と同じであるが、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、遮光層６１は、コーティングプロセス、あるいは、パターン化プロセスにより、第２金属スタック層５０上に形成される。本実施形態において、パターン化プロセスは、ソフトベイク(soft baking)、マスク位置合わせ(mask aligning)、露光(exposure)、露光後ベイク(post-exposure baking)、現像(developing)、リンス(rinsing)、乾燥(drying)、任意のその他の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを有するが、本発明はそれらに限定されない。
同様に、光フィルター構造１０３がスペクトルの検査装置中で用いられるとき、スペクトル分解能は、開口６１ａのサイズにより決定される。つまり、スペクトル分解能は、開口６１ａのサイズを調整することにより増加する。
図５は、本発明の一実施形態による光フィルター構造１０４の部分断面図である。注意すべきことは、わかりやすくするため、光フィルター構造１０４の全素子が図５中で示されているわけではないことである。
図５を参照すると、光フィルター構造１０４は基板１０を有する。同様に、基板１０は、複数の光電変換素子１２を有する。光フィルター構造１０４は、基板１０上に設置された第１金属スタック層２０を有する。光フィルター構造１０４は、さらに、第１金属スタック層２０上に設置されたグレーデッド層３３、および、グレーデッド層３３上に設置された平坦層４０を有する。光フィルター構造１０４は、さらに、平坦層４０上に設置される第２金属スタック層５０、および、第２金属スタック層５０上に設置される遮光層６０を有する。図５に示されるように、遮光層６０は、複数の開口６０ａを有する。この実施形態において、各開口６０ａは、素子１２の一つに対応するが、本発明はそれらに限定されない。
図３に示される光フィルター構造１０２と異なるのは、図５に示される光フィルター構造１０４のグレーデッド層３３が、非連続で変化する厚さを有することを含む。たとえば、図５に示されるグレーデッド層３３は階段形状であるが、本発明はそれらに限定されない。
本実施形態において、図５に示されるグレーデッド層３３の材料は、実質上、図１、図３、および、図４に示されるグレーデッド層３３の材料と同じであるが、本発明はそれらに限定されない。本実施形態において、グレーデッド層３３は、化学気相蒸着プロセス、原子層堆積プロセス、物理的気相成長プロセス、あるいは、その他の適当な方法により形成されるが、本発明はそれらに限定されない。たとえば、化学気相蒸着プロセスは、低圧化学気相蒸着、低温化学気相蒸着、高速熱化学気相蒸着、あるいは、プラズマエッチャント化学気相蒸着である。
同様に、グレーデッド層３３は、グレーデッド層３３の中心Ｃ’’から、グレーデッド層３３の周辺Ｐ’’に向かって薄くなる。つまり、グレーデッド層３３の中心Ｃ’’の厚さが、グレーデッド層３３の最大厚さであり、グレーデッド層３３の周辺Ｐ’’の厚さが、グレーデッド層３３の最小厚さであるが、本発明はそれらに限定されない。
図５に示される実施形態において、平坦層４０の屈折率が、グレーデッド層３３の屈折率より小さいとき(たとえば、平坦層４０の屈折率は１．５、グレーデッド層３３の屈折率は２．５)、光電変換素子１２が光フィルター１０４の中心に近接するほど、素子１２に送られる光線の波長が長くなる。たとえば、素子１２Ｃは光フィルター１０４の中心に近接するので、赤色光は素子１２Ｃに送られる。素子１２Ｐは、光フィルター１０４の周辺に近接するので、青色光は素子１２Ｐに送られるが、本発明はそれらに限定されない。
図５に示される実施形態において、平坦層４０の屈折率が、グレーデッド層３３の屈折率より大きいとき(たとえば、平坦層４０の屈折率は２．５、グレーデッド層３３の屈折率は１．５)、光電変換素子１２が、光フィルター１０４の中心に近接するほど、素子１２に送られる光線の波長が短くなる。たとえば、素子１２Ｃは光フィルター１０４の中心に近接するので、青色光は素子１２Ｃに送られる。素子１２Ｐは光フィルター１０４の周辺に近接するので、赤色光は素子１２Ｐに送られるが、本発明はそれらに限定されない。
図６は、本発明の一実施形態による遮光層６０の開口６０ａの部分上面図である。注意すべきことは、本発明の一実施形態による遮光層６１の開口６１ａの部分上面図は、図６に類似する。
本実施形態において、遮光層６０の開口６０ａは左右対称のパターンを形成する。たとえば、遮光層６０の開口６０ａは、図６に示されるように、同心円で配置されるが、本発明はそれらに限定されない。
総合すると、本発明の実施形態による光フィルター構造がナローバンドパスフィルターとして用いられるとき、厚さが薄くなって、需要を満たす。さらに、本発明の実施形態による光フィルター構造は低角度依存である。これにより、本発明の実施形態による光フィルター構造に送られる傾斜した入射光によるスペクトルの変形が減少する。さらに、本発明の実施形態による光フィルター構造が、スペクトルの検査装置中に用いられるとき、スペクトル分解能は遮光層の開口のサイズを調整することにより増加する。
本実施形態の特徴を説明することにより、当業者は本発明の態様をさらによく理解できるであろう。当業者なら、本発明を基礎として、その他のプロセス、あるいは、構造を設計、あるいは、修正し、同じ目的を実行する、および／または、ここで紹介される実施形態の同じ長所を達成することができることが理解できる。当業者なら、このような等価の構造が、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、且つ、それらは、本発明の精神と範囲を逸脱しない範囲で、各種変化、置換、および、修正を行うことができることが理解できる。これにより、保護範囲は、請求項によって決定されるべきである。このほか、本本発明の実施形態が上で討論されたが、それらは、本発明の範囲を制限するものではない。
この明細書の特徴、長所、あるいは、類似言語に対する引用は、本発明により実現される全特徴と長所が、本開示の任意の単一の実施形態であるべき、あるいは、実施形態中にあることを暗示していない。むしろ、特徴と長所に言及する言語は、一実施形態と結合して記述される特定の特徴、長所、あるいは、特性が、本発明の少なくとも一つの実施形態中に含まれることを意味すると理解される。よって、この明細書の特徴と長所、および、類似言語に対する討論は、同じ実施形態を代表してもいいが、必ずしも代表しない。
さらに、一つ以上の実施形態において、任意の適当な方式で、本開示で記述される特徴、長所、および、特性が結合される。本文の描写に基づいて、当業者なら認識できることは、特定の実施形態の一つ以上の特定の特徴や長所がない状況下で、本開示が実施できることである。その他の状況下で、ある実施形態において、追加特徴、および、長所が認識され、これらの特徴、および、長所は、開示の全実施形態中に存在しないかもしれない。
１００、１０１、１０２、１０３、１０４…光フィルター構造
１０…基板
１２、１２Ｃ、１２Ｐ…光電変換素子
２０…第１金属スタック層
２１…金属層
２３…接着層
３０、３１、３３…グレーデッド層
４０…平坦層
５０…第２金属スタック層
５１…金属層
５３…接着層
６０、６１…遮光層
６０a、６１a…開口
Ｃ、Ｃ’、Ｃ’’…中心
Ｐ、Ｐ’、Ｐ’’…周辺
Ｔ１…厚さ
Ｔ２…厚さ
Ｔ３…厚さ
ｔ４…厚さ
１０…基板
１２、１２Ｃ、１２Ｐ…光電変換素子
２０…第１金属スタック層
２１…金属層
２３…接着層
３０、３１、３３…グレーデッド層
４０…平坦層
５０…第２金属スタック層
５１…金属層
５３…接着層
６０、６１…遮光層
６０a、６１a…開口
Ｃ、Ｃ’、Ｃ’’…中心
Ｐ、Ｐ’、Ｐ’’…周辺
Ｔ１…厚さ
Ｔ２…厚さ
Ｔ３…厚さ
ｔ４…厚さ
Claims (9)
- 光フィルター構造であって、
複数の光電変換素子を有する基板と、
前記基板上に設置される第１金属スタック層と、
前記第１金属スタック層上に設置され、連続で変化する厚さを有するグレーデッド層と、
前記グレーデッド層上に設置される平坦層、および、
前記平坦層上に設置される第２金属スタック層、を有し、
前記グレーデッド層の厚さは、前記グレーデッド層の中心から、前記グレーデッド層の周辺に徐々に薄くなり、且つ、
前記平坦層の屈折率は、前記グレーデッド層の屈折率と異なることを特徴とする光フィルター構造。 - 光フィルター構造であって、
複数の光電変換素子を有する基板と、
前記基板上に設置される第１金属スタック層と、
前記第１金属スタック層上に設置され、連続で変化する厚さを有するグレーデッド層と、
前記グレーデッド層上に設置される平坦層、および、
前記平坦層上に設置される第２金属スタック層、を有し、
前記グレーデッド層の厚さは、前記グレーデッド層の中心から、前記グレーデッド層の周辺に徐々に厚くなり、且つ、
前記平坦層の屈折率は、前記グレーデッド層の屈折率と異なることを特徴とする記載の光フィルター構造。 - 前記第１金属スタック層、および、前記第２金属スタック層は、それぞれ、少なくとも一つの金属層、および、前記少なくとも一つの金属層とスタックされる少なくとも一つの接着層を有し、
前記少なくとも一つの金属層の材料は、金、銅、アルミニウム、シルバー、および、ニッケルから選択される少なくとも一種であり、
前記少なくとも一つの接着層の材料は、チタニウム、クロム、酸化亜鉛、および、酸化アルミニウムから選択される少なくとも一種であり、および、
前記第１金属スタック層中の前記少なくとも一つの金属層と前記少なくとも一つの接着層の総数量、あるいは、前記第２金属スタック層中の前記少なくとも一つの金属層と前記少なくとも一つの接着層の総数量は、４〜１５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光フィルター構造。 - 前記第１金属スタック層、前記グレーデッド層、前記平坦層、および、前記第２金属スタック層の総厚さは、３μmより小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光フィルター構造。
- 前記第２金属スタック層上に設置される遮光層を有し、
前記遮光層は、複数の開口を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光フィルター構造。 - 前記複数の開口は、それぞれ、少なくとも一つの前記複数の光電変換素子に対応することを特徴とする請求項５に記載の光フィルター構造。
- 前記基板の上表面と平行な方向の前記複数の開口のそれぞれの幅は、１ μmより大きく、且つ、１５０μmより小さいことを特徴とする請求項５に記載の光フィルター構造。
- 前記複数の開口は左右対称のパターンを形成し、
前記複数の開口は同心円で配置されることを特徴とする請求項５に記載の光フィルター構造。 - 前記グレーデッド層の材料は、二酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、五酸化ニオブ、硫化亜鉛、二酸化チタン、インジウムスズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、三フッ化ランタン、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、及び、ハフニウムジオキシドから選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光フィルター構造。
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