JP7072014B2 - バイオセンサー、および、その形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、バイオセンサー(biosensor)に関するものであって、特に、ピクセル化フィルター(pixelated filter)を有するバイオセンサーに関するものである。
従来の技術において、バイオセンサーは、通常、一種の光学フィルターを用いて、励起光を遮断するとともに、光線を発射して、感知画素に進入させる。光学フィルターは有機フィルターであり、入射光に対して非角感応(non-angle-sensitive)で、且つ、パターン化されやすい。しかし、有機フィルターは、通常、ＵＶ、又は、可視光により、強い蛍光性を生成する。有機フィルターのスペクトルは広く、且つ、選択が少ない。このほか、強い接着、および、化学的抵抗又は機械的抵抗が、他の種類のフィルターほどよくない。
光学フィルターは、誘電干渉フィルターでもあり、ＵＶ、又は、可視光により、弱い蛍光性を生成するか、蛍光性を生成しない。誘電干渉フィルターはパスバンド、および、ストップバンドの必要性にしたがって、各スタックされたフィルムの厚さを容易に調整できる。しかし、誘電干渉フィルターの伝送は入射光に対して角感応であり、且つ、（隣接する画素に異なる通貨帯域及び素子帯域を設けるための）ピクセル化が困難である。よって、新規のバイオセンサーが必要である。
本発明は、バイオセンサー、および、その形成方法を提供する。
本発明のいくつかの実施形態によると、バイオセンサーが提供される。バイオセンサーは、基板、フォトダイオード、ピクセル化フィルター、励起光阻止層、および、固定化層(immobilization layer)を有する。基板は画素を有する。複数のフォトダイオードは基板中に設置され、複数の画素にそれぞれ対応する。ピクセル化フィルターは基板上に設置される。励起光阻止層はピクセル化フィルター上に設置される。固定化層は励起光阻止層上に設置される。
本発明のいくつかの実施形態によると、バイオセンサーの形成方法が提供される。本方法は、複数の画素を有する基板を提供する工程と、基板中に複数のフォトダイオードを形成する工程であって、各フォトダイオードは、複数の画素にそれぞれ対応する、工程と、基板上に、ピクセル化フィルターを形成する工程と、励起光阻止層をピクセル化フィルター上に形成する工程と、固定化層を励起光阻止層上に形成する工程と、を有する。
詳細な記述が、添付図面とともに、以下の実施形態中に与えられる。
(1)フィルターはピクセル化されるので、フィルターは、強い接着、および、化学的抵抗又は機械的抵抗が提供され、よって、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題を防止することができる。
(2)導波路、アパーチャー構造、あるいは、遮蔽層を設置することにより、クロストークを適切に回避できる。
本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー２００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー２００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー２００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー２００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー２００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー３００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー３００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー３００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー４００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー４００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー４００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー４００を形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する段階での断面図である。 バイオセンサー上の検体(analytes)の配置を示す図である。 図９Ａの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態による図９Ａの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態によるバイオセンサーの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図９Ｅの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図９Ｅの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図９Ｅの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図９Ｅの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図９Ｊの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図９Ｊの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１０Ａの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１０Ａの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１０Ｄの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１０Ｄの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるそれぞれ、線Ａ－Ａ’、および、Ｂ－Ｂ’に沿った図１０Ｇの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるそれぞれ、線Ａ－Ａ’、および、Ｂ－Ｂ’に沿った図１０Ｇの断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光、あるいは、透過対波長の分析グラフである。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１２Ａの線Ａ－Ａ’の断面図である。 本発明のその他の実施形態による図１２Ａの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１２Ｇの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態による図１２Ｇの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光、あるいは、透過対波長の分析グラフである。 本発明のいくつかの実施形態による第一信号強度比率対第二信号強度比率の分析グラフである。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置を示す図である。 本発明のいくつかの実施形態によるそれぞれ図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’およびＣ－Ｃ’の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるそれぞれ図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’およびＣ－Ｃ’の断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるそれぞれ図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’およびＣ－Ｃ’の断面図である。 本発明のその他の実施形態によるそれぞれ、図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態によるそれぞれ、図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態によるそれぞれ、図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体の配置の平面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１４Ｈのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１４Ｈのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による図１４Ｈのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態による図１４Ｈのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態による図１４Ｈのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のその他の実施形態による図１４Ｈのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。 本発明のいくつかの実施形態による発光、あるいは、透過対波長の分析グラフである。 本発明のいくつかの実施形態による第一信号強度比率対第二信号強度比率対第三信号強度比率の分析グラフである。
本発明のバイオセンサーは以下の記述で詳細に説明される。以下の詳細な記述において、説明の目的のため、複数の特定の詳細、および、実施形態が説明されて、本発明の十分な理解を提供する。本発明を明瞭に記述するため、以下の詳細な記述における特定の素子、および、配置が説明される。しかし、理解できることは、ここで説明される例示的実施形態は、単に説明のために用いられ、本発明の概念は各種形式で具体化されて、それらの例示的実施形態に限定するものではない。このほか、本発明を明瞭に記述するために、異なる実施形態の図面は、類似する、および／または、対応する符号を用いて、類似の、および／または、対応する素子を示す。しかし、異なる実施形態の図面中の類似の、および／または、対応する符号の使用は、異なる実施形態間の任意の相互関係を意味するものではない。このほか、この明細書において、たとえば、 "第二材料層上の第一材料層"という表現は、第一材料層と第二材料層の直接接触を示すか、あるいは、第一材料層と第二材料層間の一つ以上の中間層と非接触状態を示す。上述の状況において、第一材料層は第二材料層と直接接触していない。
このほか、この明細書において、関連する表現が用いられる。たとえば、 “下方”、“底部”、“上方”や “頂部”が用いられて、一素子ともう一つの素子の位置を記述する。注意すべきことは、一装置がひっくり返ると、 “下方”の素子が “上方”の素子になる。
特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、当業者により理解されるものと同じ意義を有する。さらに、通常用いられる辞典で定義される用語は、特に定義されない限り、従来の技術の文脈中のそれらの意義と一致する意味を有するものとして解釈され、且つ、理想化、あるいは、過度に正式に解釈されるべきではない。
記述において、関連用語、たとえば、 "下方" "上方" “水平” “垂直” “上部” “下部” “上” “下” “頂部” および “底部”およびそれらの派生物(たとえば、“水平方向に” “下方に” “上方に” 等)は、討論において、図面中に記述、および、表示されるような方向性を指示するものとして解釈される。これらの関連用語は、記述の利便性のためであり、装置が特定の方位で構成、あるいは、操作することを必要としない。特に記述されない限り、取り付けや結合等に関する用語は、たとえば、 “接続” と “相互接続”介在する構造により、直接、あるいは、間接的に、構造がもう一つの構造に固定される、あるいは、装着される関係、可動、あるいは、固定取り付け具や関係を参照する。
注意すべきことは、第一、第二、および、第三等の用語がここで用いられて、各種素子、部品、領域、層、部分、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、部品、領域、層、部分、および／または、セクションは、これらの用語により制限されない。これらの用語は、一素子、部品、領域、層、部分、あるいは、セクションと別の素子、部品、領域、層、部分、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、部品、領域、層、部分、あるいは、セクションは、本発明の教示を逸脱しない限り、第二素子、部品、領域、層、部分、あるいは、セクションと称される。
注意すべきことは、同じ、あるいは、類似素子や層は、類似の符号により示される。いくつかの実施形態において、類似の符号により示される同じ、あるいは、類似の素子や層は同じ意味を有し、且つ、簡潔にするために繰り返さない。
本発明の実施形態により提供されるバイオセンサーはピクセル化フィルターを有する。このフィルターは、強い接着、および、化学、あるいは、機械抵抗を有するので、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題(peeling issue)が防止できる。本発明は、細胞行動監視、ＤＮＡシーケンシング、qPCR、ＤＮＡ/タンパク質マイクロアレイ、リキッドバイオプシー等に用いられる。
図１は、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００の平面図である。図１に示すように、バイオセンサー１００は、複数の画素１０４を有する基板１０２を有する。
図２Ａ～図２Ｇは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００を形成する各種段階での図１の線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。
図２Ａに示すように、基板１０２が提供される。複数のフォトダイオード１０６が基板１０２中に形成される。一つのフォトダイオード１０６は一つの画素１０４に対応し、一つの画素１０４を定義する。本発明のいくつかの実施形態において、基板１０２は、バルク半導体基板、たとえば、半導体ウエハである。たとえば、基板１０２はシリコンウェアである。基板１０２は、シリコン、あるいは、別の元素半導体材料、たとえば、ゲルマニウムを有する。いくつかの実施形態において、基板１０２は化合物半導体を有する。化合物半導体は、ガリウムひ素(gallium arsenide)、炭化ケイ素(silicon carbide)、ヒ化インジウム(indium arsenide)、リン化インジウム(indium phosphide)、別の適切な材料、あるいは、それらの組み合わせを有する。
いくつかの実施形態において、基板１０２は、半導体オンインシュレーター(semiconductor-on-insulator、ＳＯＩ)基板を有する。ＳＯＩ基板は、ＳＩＭＯＸ(separation by implantation of oxygen)プロセス、ウエハ接合プロセス(wafer bonding process)、別の適用可能な方法、あるいは、それらの組み合わせを用いて製造される。いくつかの実施形態において、基板１０２は非ドープ基板である。
次に、材料層１０８が基板１０２上に形成される。いくつかの実施形態において、材料層１０８は、スパッタリング、スピンコーテイング、化学気相蒸着 (ＣＶＤ)、低温化学気相蒸着 (ＬＰＣＶＤ)、低温化学気相蒸着 (ＬＴＣＶＤ)、高速熱化学気相蒸着 (ＲＴＣＶＤ)、プラズマ助長化学気相蒸着 (ＰＥＣＶＤ)、原子層堆積 (ＡＬＤ)、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを用いて形成される。材料層１０８の材料は、金属、あるいは、誘電体を含む。金属は、タングステン(W)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀 (Ag)、金(Au)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、及び亜鉛(Zn)のいずれか一種、それらの合金、又は、それらの組み合わせ等を含む。誘電体は、炭化ケイ素 (SiC)、窒素ドープ(nitrogen-doped)炭化ケイ素、酸素ドープ(oxygen-doped)炭化ケイ素、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化ケイ素(SiON)、及び酸化ケイ素(silicon oxide)のいずれか一種、一つ以上のその他の適切な材料、それらの組み合わせ等を含む。
そのあと、図２Ｂに示すように、材料層１０８がパターン化される。フォトレジスト材が、適切なプロセス、たとえば、スパッタリング、スピンコーテイング、あるいは、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセス、あるいは、それらの組み合わせにより、材料層１０８上に形成される。次に、露光(optical expose)、後露光ベーキング(post-exposure baking)、および、現像(development)が実行されて、いくつかのフォトレジスト材を除去して、パターン化フォトレジスト層を形成する。パターン化フォトレジスト層は、エッチングを実行するための、エッチングマスクとなる。二層、あるいは、三層のフォトレジストが実行される。その後、格子壁１０８’は、任意の適切なエッチングプロセス、たとえば、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)、中性ビームエッチング (ＮＢＥ)等、あるいは、それらの組み合わせを用いて、材料層１０８をエッチングすることにより形成される。格子壁１０８’が二個の隣接する画素１０４間に設置される。具体的には、格子壁１０８’が複数の画素１０４の一つ周辺に設置される。続いて、フォトレジスト層は、エッチング、あるいは、その他の任意の適切な方法により除去される。
次に、図２Ｃに示すように、フィルター材料層１１０が基板１０２上に形成される。具体的には、フィルター材料層１１０の一部が、格子壁１０８’間に形成される。いくつかの実施形態において、フィルター材料層１１０は、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを用いて形成される。
次に、図２Ｄに示すように、フィルター材料層１１０の一部がエッチングプロセスにより除去される。具体的には、格子壁１０８’上方のフィルター材料層１１０の一部が除去され、その後、ピクセル化フィルター１１０’が基板１０２上に形成される。いくつかの実施形態において、格子壁１０８’の上表面とピクセル化フィルター１１０’の上表面は同一平面(coplanar)である。いくつかの実施形態において、ピクセル化フィルター１１０’は有機カラーフィルターである。
次に、図２Ｅに示すように、中間層１１２がピクセル化フィルター１１０’上に形成されて、形状を平坦化する。いくつかの実施形態において、中間層１１２は、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを用いて形成される。中間層１１２の材料は、有機ポリマー、SiO2, Al2O3, Si3N4, 及びTa2O5のいずれか一種、その他の適切な任意の誘電材、あるいは、それらの組み合わせを含む。
次に、図２Ｆに示すように、励起光阻止層１１４が、ピクセル化フィルター１１０’上に形成される。いくつかの実施形態において、励起光阻止層１１４は、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを用いて形成される。励起光阻止層１１４は、ファブリペロー干渉フィルター(Fabry-Perot interference filter)であり、二個の並列な反射表面で形成される少なくとも一つの誘電光キャビティ(optical cavity)を有する。いくつかの実施形態において、ファブリペロー干渉フィルターは、高屈折率誘電層、および、低屈折率誘電層を交互に蒸着した誘電多層膜である。別の実施形態において、ファブリペロー干渉フィルターは、高反射率の金属層、および、低反射率の酸化被膜を交互に蒸着した多層膜である。たとえば、励起光阻止層１１４は、TiO2/SiO2, Ta2O5/SiO2, Nb2O5/SiO2, SiH/SiN, Ag/SiO2, Cu/SiO2, Au/SiO2, Al/SiO2 、あるいは、それらの組み合わせである。励起光阻止層１１４は、金属層を有する誘電干渉フィルターである。金属層は励起光阻止層中に含まれるので、励起光阻止層１１４の厚さは、０．１μm ～２ μmであり、レーザー励起光除去に用いる同じ光学密度(ＯＤ)でろ過される誘電体より薄い。金属層は、Ag, Au, Al, 及びCuのいずれか一種、あるいは、それらの組み合わせを含む。
次に、図２Ｇに示すように、固定化層１１６が励起光阻止層１１４上に形成される。固定化層１１６は検体(analyte)を固定する。いくつかの実施形態において、固定化層１１６は、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれ一種のプロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを用いることにより形成される。固定化層１１６の材料は、SiO2, Ta2O5, Al2O3, Au, 及び金属酸化物のいずれか一種、あるいは、それらの組み合わせた材料を含む。その後、バイオセンサー１００が形成される。いくつかの実施形態において、固定材料は、透明、あるいは、半透明である。
励起光阻止層１１４は、ピクセル化フィルター１１０’と固定化層１１６の間に設置されるので、励起光阻止層１１４は、励起光が、ピクセル化フィルター１１０’を照射するのを防止し、よって、ピクセル化フィルター１１０’が望まれない蛍光性を生成するのを回避することができる。
ピクセル化フィルター１１０’は格子壁によりピクセル化されるので、フィルターは、強い接着、および、化学、あるいは、機械抵抗が提供され、よって、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題を防止することができる。
図３Ａ～図３Ｅは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー２００を形成する各種段階での断面図である。
図３Ａに示すように、基板１０２が提供される。その後、材料層１１０ａが基板上に形成される。いくつかの実施形態において、材料層１１０ａは、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせを用いることにより形成される。材料層１１０ａは、水平に配置された高屈折率の誘電膜、および、低屈折率の誘電膜、たとえば、TiO2/SiO2, Ta2O5/SiO2, Nb2O5/SiO2, SiH/SiN、あるいは、それらの組み合わせを有する誘電干渉フィルターである。
その後、図３Ｂに示すように、材料層１１０ａがパターン化される。特に、フォトレジスト材は、適切なプロセス、たとえば、スパッタリング、スピンコーテイング、あるいは、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセス、あるいは、それらの組み合わせにより、材料層１１０ａ上に形成される。次に、露光、後露光ベーキング、および、現像が実行されて、いくつかのフォトレジスト材を除去して、パターン化フォトレジスト層を形成する。パターン化フォトレジスト層は、エッチングを実行するための、エッチングマスクとなる。二層、あるいは、三層のフォトレジストが形成される。その後、材料層１１０ａは、任意の適切なエッチングプロセス、たとえば、ＲＩＥ、ＮＢＥ等、あるいは、それらの組み合わせを用いてエッチングされる。その後、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’が形成される。続いて、フォトレジスト層は、エッチング、あるいは、その他の任意の適切な方法により除去される。一個のピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は二個の画素１０４に対応し、二個のピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’の間に一つの画素１０４に対応する開口を有する。ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、ロングパスフィルター、あるいは、マルチバンドパスフィルターである。
次に、図３Ｃに示すように、有機カラーフィルター１１０ｂが基板１０２上に形成される。具体的には、有機カラーフィルター１１０ｂの一部は、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’の間の開口中にある。
次に、図３Ｄに示すように、有機カラーフィルター１１０ｂの一部が、エッチングプロセスにより除去される。具体的には、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’上の有機カラーフィルター１１０ｂの一部が除去され、その後、ピクセル化フィルター１１０’が基板１０２上に形成される。いくつかの実施形態において、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’の上表面と有機カラーフィルター１１０ｂの上表面は同一平面（coplanar）である。有機カラーフィルター１１０ｂの厚さは、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’と同じか、あるいは、より薄い。
次に、図３Ｅに示すように、その後、中間層１１２、励起光阻止層１１４、および、固定化層１１６が、図２Ｅ～図２Ｇで記述されるピクセル化フィルター１１０’上に形成される。バイオセンサー２００が形成される。
励起光阻止層１１４は、ピクセル化フィルター１１０’と固定化層１１６の間に設置されるので、励起光阻止層１１４は、励起光が有機カラーフィルター１１０ｂを照射するのを防止することができ、よって、フィルターが、望まれない蛍光性を生成するのを防止する。
各有機カラーフィルターは、ピクセル化誘電干渉フィルターにより隔離されるので、フィルターは、強い接着、および、化学的抵抗、あるいは、機械的抵抗が提供され、よって、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題を防止することができる。
図４Ａ～図４Ｃは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー３００を形成する各種段階での断面図である。
図４Ａは、図２Ｂに示される構造を説明する。図４Ａに示すように、有機カラーフィルター１１０ｂが、上記のパターン化プロセスにより、基板１０２上に形成される。具体的には、有機カラーフィルター１１０ｂが格子壁１０８’ の間に形成される。
次に、図４Ｂに示すように、有機カラーフィルター１１０ｃが、上記のパターン化プロセスにより基板１０２上に形成される。具体的には、有機カラーフィルター１１０ｃが、複数の有機カラーフィルター１１０ｂの間に形成され、複数の格子壁１０８’の間に形成される。
次に、図４Ｃに示すように、格子壁１０８’上にある有機カラーフィルター１１０ｂの一部、および、有機カラーフィルター１１０ｃの一部が、図２Ｄに記述されるようにエッチングされる。その後、中間層１１２、励起光阻止層１１４、および、固定化層１１６が、図２Ｅ～図２Ｇに記述されるピクセル化フィルター１１０’上に形成される。バイオセンサー３００が形成される。
いくつかの実施形態において、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、１１０ｃの面積は、一つの画素１０４に等しいか、それより小さい。
励起光阻止層１１４は、フィルターと固定化層１１６の間に設置されるので、励起光阻止層１１４は、励起光が、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、１１０ｃを照射するのを防止することができ、よって、フィルターが、望まれない蛍光性を生成するのを防止する。
フィルターが格子壁によりピクセル化されるので、フィルターは、強い接着、および、化学的抵抗、あるいは、機械的抵抗が提供され、よって、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題を防止することができる。
図５Ａ～図Ｄは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する各種段階での断面図である。
図５Ａは、図３Ｂに記述される構造を説明する。図５Ａと図３Ｂ間の差異は、一つのピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’が一つの画素１０４に対応することである。
次に、図５Ｂに示すように、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、有機カラーフィルター１１０ｃが上記のように形成される。ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は、有機カラーフィルター１１０ｂと有機カラーフィルター１１０ｃの間に挿入される。
次に、図５Ｃに示すように、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’上方にある有機カラーフィルター１１０ｂの一部、および、有機カラーフィルター１１０ｃの一部が、図２Ｄに記述されるようにエッチングされ、その後、ピクセル化フィルター１１０’が形成される。有機カラーフィルター１１０ｂ、および、有機カラーフィルター１１０ｃの厚さは、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’と同じか、それより薄い。
次に、図５Ｄに示すように、その後、中間層１１２、励起光阻止層１１４、および、固定化層１１６が、図２Ｅ～図２Ｇで記述されるピクセル化フィルター１１０’上に形成される。バイオセンサー４００が形成される。
励起光阻止層１１４は、フィルターと固定化層１１６の間に設置されるので、励起光阻止層は、励起光が、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、１１０ｃを照射するのを防止することができ、よって、フィルターが、望まれない蛍光性を生成するのを防止する。
各有機カラーフィルターは、ピクセル化誘電干渉フィルターにより隔離されるので、フィルターは、強い接着、および、化学的抵抗、あるいは、機械的抵抗が提供され、よって、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題を防止することができる。
図６Ａ～図６Ｃは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する各種段階での断面図である。
図６Ａは、励起光阻止層１１４が形成された後の構造を説明する。図６Ａに示すように、下クラッド層１１８ａが、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせたプロセスを用いて、励起光阻止層１１４上に形成される。下クラッド層１１８ａの材料は、ポリマー、SiO2, Al2O3,及び低屈折率の材料のいずれか一種、あるいは、それらの組み合わせた材料を含む。その後、導波路１２０が下クラッド層１１８ａ上に形成される。導波路１２０の材料は、TiO2, Ta2O5, Nb2O5, Al2O3, Si3N4,及び高屈折率の少なくともいずれか一種の材料を含む。導波路１２０の屈折率は、クラッド層１１８ａのより高い。
図６Ｂに示すように、導波路１２０が形成される。フォトレジスト材が、適切なプロセス、たとえば、スパッタリング、スピンコーテイング、あるいは、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、あるいは、それらの組み合わせたプロセスにより、導波路１２０上に形成される。次に、露光、後露光ベーキング、現像が実行されて、いくつかのフォトレジスト材を除去して、パターン化フォトレジスト層を形成する。パターン化フォトレジスト層は、エッチングを実行するための、エッチングマスクとなる。二層、あるいは、三層のフォトレジストが実行される。その後、パターン化された導波路１２０’は、任意の適切なエッチングプロセス、たとえば、ＲＩＥ、ＮＢＥ等、あるいは、それらの組み合わせを用いて、導波路１２０をエッチングすることにより形成される。パターン化された導波路１２０’は線形である。続いて、フォトレジスト層は、エッチング、あるいは、その他の任意の適切な方法により除去される。
図６Ｃに示すように、上クラッド層１１８ｂ が、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせのプロセスを用いて、下クラッド層１１８ａ上に形成される。具体的には、パターン化された導波路１２０’は上クラッド層１１８ｂにより被覆される。上クラッド層１１８ｂの材料は、ポリマー、SiO2, Al2O3, 及び低屈折率の材料のいずれか一種の材料、あるいは、それらの組み合わせた材料を含む。
いくつかの実施形態において、上クラッド層１１８ｂの材料は、下クラッド層１１８ａと同じなので、上クラッド層１１８ｂと下クラッド層１１８ａの間の境界（インターフェース）は明確ではない。別の実施形態において、上クラッド層１１８ａの材料は下クラッド層１１８ａと異なる。上クラッド層１１８ｂと下クラッド層１１８ａは固定化層１１６と見なされる。
バイオセンサーに導波路を設置することにより、いつ、どのように、検体を励起するのかを制御するのが容易となり、よって、クロストークが回避される。
理解すべきことは、導波路構造は、前述のバイオセンサーの任意の一つ中に含まれる。
図７Ａ～図７Ｃは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する各種段階での断面図である。
図７Ａは、励起光阻止層１１４が形成された後の構造を説明する。図７Ａに示すように、下酸化層１２２ａが、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせのプロセスを用いて、励起光阻止層１１４上に形成される。下酸化層１２２ａの材料は、ポリマー、SiO2, Al2O3,及び低屈折率の材料のいずれか一種の材料、あるいは、それらの組み合わせの材料を含む。
その後、不透明材料１２４が下酸化層１２２ａ上に形成される。不透明材料１２４の材料は、W, Ti, Al, Nb, Ni, Au, Cu, SiH, 及びAgのいずれか一種の材料, それらの合金、あるいは、それらの組み合わせの材料を含む。
図７Ｂに示すように、不透明材料１２４がパターン化される。フォトレジスト材が、適切なプロセス、たとえば、スパッタリング、スピンコーテイング、あるいは、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、あるいは、それらの組み合わせのプロセスにより、不透明材料１２４上に形成される。次に、 露光、後露光ベーキング、現像が実行されて、いくつかのフォトレジスト材を除去して、パターン化フォトレジスト層を形成する。パターン化フォトレジスト層は、エッチングを実行するための、エッチングマスクとなる。二層、あるいは、三層のフォトレジストが実行される。その後、アパーチャー構造１２４’ が、任意の適切なエッチングプロセス、たとえば、ＲＩＥ、ＮＢＥ等、あるいは、それらの組み合わせを用いて、不透明材料１２４をエッチングすることにより形成される。アパーチャー構造１２４’は、複数の画素１０４の一つに対応する一開口を有する。続いて、フォトレジスト層が、エッチング、あるいは、その他の任意の適切な方法により除去される。
図７Ｃに示すように、上酸化層１２２ｂは、スパッタリング、スピンコーテイング、ＣＶＤ、ＬＰＣＶＤ、ＬＴＣＶＤ、ＲＴＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、物理的気相成長法プロセス、及び分子線ビーム蒸着プロセスのいずれか一種のプロセス、その他の任意の適切なプロセス、あるいは、それらの組み合わせのプロセスを用いて、下酸化層１２２ａ上に形成される。具体的には、アパーチャー構造１２４’は、上酸化層１２２ｂにより被覆される。上酸化層１２２ｂの材料は、ポリマー、SiO2, Al2O3, 及び低屈折率の材料のいずれか一種、あるいは、それらの組み合わせの材料を含む。
いくつかの実施形態において、上酸化層１２２ｂの材料は下酸化層１２２ａと同じなので、上酸化層１２２ｂと下酸化層１２２ａ間の境界（インターフェース）は明確ではない。別の実施形態において、上酸化層１２２ｂの材料は、下酸化層１２２ａと異なる。上酸化層１２２ｂと下酸化層１２２ａは固定化層１１６として作用する。
アパーチャー構造が開口を有するので、検体から照射された光線がさらに制御されて、基板のある領域により検出され、よって、クロストークが回避される。
理解すべきことは、アパーチャー構造は、上記のバイオセンサーの任意の一つ中に含まれる。
図８Ａ、および、図８Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサーを形成する各種段階での断面図である。
図８Ａは、図７Ｃの構造を説明する。図８Ａに示すように、導波路１２０が、上記のアパーチャー構造１２４’に形成される。この実施形態において、導波路１２０は平面である。
次に、図８Ｂに示すように、サブ固定化層１１６’が、上記の導波路１２０ 上に形成される。下酸化層１２２ａ、上酸化層１２２ｂ、および、サブ固定化層１１６’は固定化層１１６と見なされる。その結果、アパーチャー構造１２４’は固定化層１１６中に形成され、導波路１２０はアパーチャー構造１２４’上に形成される。
理解すべきことは、アパーチャー構造と導波路が、上記のバイオセンサーの任意の一つ中に含まれることである。
フィルターの異なる組み合わせに従って、本発明の概念が以下で詳細に記述される。
≪実施形態１≫
この形態において、バイオセンサーは、同じ波長を有する光線をろ過するフィルターを有する。図９Ａは、バイオセンサー上の検体１２６ａの配置を説明する図である。図９Ｂは、図９Ａの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。いくつかの実施形態において、バイオセンサーは、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’、および、有機カラーフィルター１１０ｂを有し、同じ波長を有する光線をろ過する。この実施形態において、１つの検体により発射される光線は、光線下の画素に対して、１画素分離れた位置にある画素に到達することができる。つまり、光線下の画素を囲む最も近い８つの画素にも光線は届く。たとえば、図９Ａに示されるように、画素１０４１は、検体１２６ａ１により発射される光線下にあり、画素１０４２～１０４９は、画素１０４１から１画素分離れた位置の画素であり、検体１２６ａ１により発射される光線は、画素１０４２～１０４９に到達する。
検体１２６ａはバイオセンサー上に設置される。一検体１２６ａの面積は、一つの画素１０４と同じか、それより小さい。
励起光１２８は検体１２６ａを照射する。励起光１２８は、バイオセンサー１００の一方の側から他方の側に移動するので、検体１２６ａは、順に励起され、光線を発射するが、同時ではない。たとえば、励起光１２８は、方向Ｘに沿って移動する。この実施形態において、図９Ａに示されるように、方向Ｘは、上から見て、バイオセンサーの左側から右側の方向である。
よって、検体１２６ａは、全画素１０４上に設置されるとともに、一連の励起によりクロストークも回避される。
図９Ｃは、本発明のその他の実施形態による図９Ａの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。図９Ｃと図９Ｂの実施形態間の差異の一つは、図９Ｃのバイオセンサーが、有機カラーフィルター１１０ｂを有し、各有機カラーフィルター１１０ｂが格子壁１０８’により隔離される。
図９Ｄは、本発明のその他の実施形態によるバイオセンサーの断面図である。図９Ｄと図９Ｃの実施形態間の差異の一つは、検体１２６ｂの面積が、一つの画素１０４より大きいことである。検体１２６ｂは、細胞(cell)、組織(tissue)、臓器(organ)等である。
検体１２６ｂの面積は、一つの画素１０４より大きいが、理解すべきことは、以下の例示的な実施形態において、図９Ａ～図９Ｃの実施形態で示されるのと同じ概念が、図９Ｄの実施形態にも適用することができ、簡潔にするため、説明を繰り返さない。さらに、配置は単なる例である。当業者は、実際のニーズに適合するように、検体を設置することができる。
図９Ｅは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００上の検体１２６ａの配置の平面図である。実施形態において、一検体により発射される光線が、光線下方で、右側にある画素だけに到達することができると仮定する。図９Ｆ～図９Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による図９Ｅの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。
図９Ｅ～図９Ｉ、および、図９Ａ～図９Ｄの実施形態間の差異の一つは、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂが、励起光１２８により同時に照射されることである。
検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは、励起光１２８により同時に照射されるが、理解すべきことは、以下の例示的な実施形態において、図９Ａ～図９Ｄの実施形態で示されるのと同じ概念が、図９Ｅ～図９Ｉの実施形態にも適用できることで、簡潔にするため、繰り返さない。さらに、配置は単なる例である。当業者は、実際のニーズに適合するように、検体を設置することができる。
図９Ｊは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー１００上の検体１２６ａの配置の平面図である。いくつかの実施形態において、バイオセンサー１００は、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’ および、有機カラーフィルター１１０ｂを有し、同じ波長の光線をろ過する。この実施形態において、一検体により照射される光線は、図９Ａで記述されるように、一画素が、光線下の画素から離れる画素に到達することができると仮定する。図９Ｋ～図９Ｌは、本発明のいくつかの実施形態による図９Ｊの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。
図９Ｊ～図９Ｌ、および、図９Ａ～図９Ｉの実施形態間の差異の一つは、図９Ｊ～図９Ｌのバイオセンサーがアパーチャー構造１２４’を有することである。検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂが、励起光１２８により同時に照射される。
図９Ｊ～図９Ｌに示されるように、アパーチャー構造１２４’は、それぞれ、一検体１２６ａに対応する開口を有し、光線がさらに制御されて、基板１０２のある領域だけを照射する。たとえば、図９Ｋに示されるように、画素１０４は、二個の別々の検体１２６ａにより同時に発射される光線により照射されない。その結果、 クロストークが回避される。
図９Ｊ～図９Ｌのバイオセンサーはアパーチャー構造１２４’を有するが、理解すべきことは、図９Ａ～図９Ｉの実施形態で示されるのと同じ概念が図９Ｊ～図９Ｌにも適用でき、簡潔にするため、説明を繰り返さない。
以下で、図９Ａ～図９Ｌのバイオセンサーがどのように使用されるかを記述する。
上述のバイオセンサーによると、光線が識別される。たとえば、信号が得られる場合、信号はＰａｓｓとして定義される。その後、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは所望の光線を発射することが分かる。信号が得られない場合、信号はＮｏとして定義される。その後、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは、所望の光線を発射しない、あるいは、光線を発射しないことが分かる。
≪実施形態２≫
この形態において、バイオセンサーは、それぞれ、異なる波長の光線をろ過する二種のフィルターを有する。図１０Ａは、バイオセンサー３００上の検体１２６ａの配置を有する。図１０Ｂは、図１０Ａの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。いくつかの実施形態において、バイオセンサーは、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’、および、有機カラーフィルター１１０ｂを有し、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は一種の光線をろ過し、有機カラーフィルター１１０ｂは別の種類の光線をろ過する。この実施形態において、一検体により照射される光線が光線を囲む最も近い６つの画素に到達することができると仮定する。たとえば、図１０Ａに示されるように、検体１２６ａ１により発射される光線は、画素１０４１、１０４５、１０４６、１０４７、１０４８、および、１０４９に到達する。
励起光１２８は検体１２６ａを照射する。励起光１２８は、バイオセンサー３００の一方の側から他方の一側に移動するので、検体１２６ａは順に励起され、光線を発射するが、同時ではない。たとえば、励起光１２８は、方向Ｘに沿って移動する。この実施形態において、図１０Ａに示されるように、方向Ｘは、上から見て、バイオセンサー３００の左側から右側の方向である。
その結果、検体１２６ａは、図１０Ａに示されるように、バイオセンサー上に設置され、クロストークを回避する。
図１０Ｃは、本発明のその他の実施形態による図１０Ａの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。図１０Ｃと図１０Ｂの実施形態間の差異の一つは、図１０Ｃのバイオセンサーが、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、有機カラーフィルター１１０ｃを有し、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、有機カラーフィルター１１０ｃは、それぞれ、格子壁１０８’により隔離されることである。有機カラーフィルター１１０ｂは一種の光線をろ過し、有機カラーフィルター１１０ｃは別の種類の光線をろ過する。
図１０Ｄは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体１２６ａの配置の平面図である。この実施形態において、図１０Ａで説明されるように、一検体により照射される光線が、光線を囲む最も近い６つの画素に到達することができると仮定する。図１０Ｅと図１０Ｆは、本発明のいくつかの実施形態による図１０Ｄの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。
図１０Ｄ、および、図１０Ｆ、および、図１０Ａ～図１０Ｃの実施形態間の差異の一つは、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂが、励起光１２８により同時に照射されることである。
検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは、励起光１２８により同時に照射されるが、理解すべきことは、以下の例示的な実施形態を読んだ後、図１０Ａ～図１０Ｃの実施形態で示されるのと同じ概念が、図１０Ｄ、および、図１０Ｆの実施形態にも適用でき、簡潔にするため、繰り返さない。さらに、配置は単なる例である。当業者は、実際のニーズに適合するように、検体を設置することができる。
図１０Ｇは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体１２６ａの配置の平面図である。この実施形態において、図１０Ａで記述されるように、一検体により照射される光線は、光線を囲む最も近い６つの画素に到達することができると仮定する。図１０Ｈ、および、図１０Ｉは、本発明のいくつかの実施形態によるそれぞれ、図１０Ｇの線Ａ－Ａ’、および、Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。
図１０Ｇ～図１０Ｉ、および、図１０Ａ～図１０Ｆの実施形態間の差異の一つは、図１０Ｇ～図１０Ｉのバイオセンサーが、アパーチャー構造１２４’を有することである。検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂが、励起光１２８により同時に照射される。
図１０Ｇ～図１０Ｉに示されるように、アパーチャー構造１２４’は、それぞれ、一検体１２６ａに対応する開口を有するので、光線はさらに制御されて、基板１０２のある領域だけを照射することができる。図１０Ｈ、および、図１０Ｉに示されるように、二個の別々の検体１２６ａにより同時に照射される光線Ｌにより照射される画素１０４がない。その結果、クロストークが回避される。
図１０Ｇ～図１０Ｉのバイオセンサーはアパーチャー構造１２４’を有するが、理解すべきことは、図１０Ａ～図１０Ｆの実施形態で示されるのと同じ概念は、図１０Ｇ～図１０Ｉの実施形態にも適用することができ。簡潔にするため、説明を繰り返さない。
図１０Ａ～図１０Ｉのバイオセンサーがどのように用いられるかを記述する。
上記のバイオセンサーによると、光線が識別される。たとえば、信号が得られる場合、信号はＰａｓｓとして定義される。その後、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは所望の光線を発射する。信号が得られない場合、信号はＮｏとして定義されることが分かる。その後、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは、所望の光線を発射しない、あるいは、光線を発射しないことが分かる。
図１１は、本発明のいくつかの実施形態による発光、あるいは、透過対波長の分析グラフである。１１０Ａ’は、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’を通過することができる光線の波長を示す。１１０Ｂは、有機カラーフィルター１１０ｂを通過することができる光線の波長を示す。ＥＹＦＰ、ＰＥ、ＦＭ２－１０、および、ｅＦｌｕｏｒ６１０は、四種の異なる光線を発射する四種の染料である。光線Ｌの第一信号強度は、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’下方の画素１０４から得られる。光線Ｌの第二信号強度は、有機カラーフィルター１１０ｂ下方の画素１０４から得られる。１１０Ａ’の曲線下の領域 (ＡＵＣ)とＥＹＦＰのＡＵＣ間の重複領域は、ＥＹＦＰの第一信号強度を表し、１１０ＢのＡＵＣとＥＹＦＰのＡＣＵ間の重複領域は、ＥＹＦＰの第二信号強度を表す。同じ概念において、ＰＥ、ＦＭ２－１０、および、ｅＦｌｕｏｒ６１０は、第一信号強度、および、第二信号強度を有する。第一閾値は第一信号強度に対して設定される。第二閾値は第二信号強度に対して設定される。第一信号強度は、第一信号強度が、それぞれ、第一閾値より高いか低いかに基づいて、Ｐａｓｓ、あるいは、Ｎｏとして定義される。たとえば、ＥＹＦＰの第一信号強度が第一閾値より高いとき、ＥＹＦＰの第一信号強度はＰａｓｓとして定義される。ＥＹＦＰの第一信号強度が第一閾値より低いとき、ＥＹＦＰの第一信号強度は、Ｎｏとして定義される。第二信号強度は上記のように定義される。
第一閾値、および、第二閾値は、実際の状況にしたがって設定される。以下の表１は上記の概念と図１１にしたがって作成され、第一信号強度は１１０ａ’により示され、第二信号強度は１１０ｂにより示される。
Figure 0007072014000001
第一信号強度、および、第二信号強度の定義の組み合わせにしたがって、四種の染料が識別される。たとえば、ＥＹＦＰの第一信号強度は、Ｎｏとして定義され、ＥＹＦＰの第二信号強度は、Ｎｏとして定義される。その結果、第一信号強度、および、第二信号強度の定義の組み合わせが、それぞれ、ＮｏとＮｏである場合、光線が、ＥＹＦＰにより発射されることが分かる。前述の同じ概念において、染料が識別される。
あるいは、第二信号強度に対する第一信号強度の信号強度比率 (１１０ａ’／１１０ｂ)も計算されて、四種の異なる染料、即ち、四種の光線を識別する。
１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率は、第一信号強度比が、所定の比率より高いか低いかに基づいて、Ｈ、あるいは、Ｌとして定義される。その後、Ｈとして定義される群において、第一信号強度は、第一信号強度が第一閾値より低いか高いかに基づいて、Ｈ、あるいは、Ｌとして定義されるか、あるいは、第二信号強度は、第二信号強度が第二閾値より高いか低いかに基づいて、Ｈ、あるいは、Ｌとして定義される。その後、上記の同じ概念は、Ｌとして定義される群にも適用される。
以下の表２は、上記の概念と図１１に従って作成され、第一信号強度は１１０ａ’により示され、第二信号強度は１１０ｂにより示され、信号強度比率は１１０ａ’／１１０ｂにより示される。
Figure 0007072014000002
１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率の定義、および、第一信号強度、あるいは、第二信号強度の定義に従って、四種の染料が識別される。たとえば、ＥＹＦＰの１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率、および、ＰＥの１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率は所定の比率より低く、ＥＹＦＰの１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率、および、ＰＥの１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率はＬとして定義される。ＦＭ２－１０の１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率、および、ｅＦｌｕｏｒ６１０の１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率は所定の比率より高く、ＦＭ２－１０の１１０ａ’／ １１０ｂの信号強度比率、および、ｅＦｌｕｏｒ６１０の１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率はＨとして定義される。二個の第一閾値があり、一つの第一閾値は Group Lに設定され、もう一つの第一閾値は Group Hに設定される。その後、Group Lにおいて、ＥＹＦＰの第二信号強度は第一閾値より低く、且つ、ＥＹＦＰの第二信号強度はＬとして定義される。ＰＥの第二信号強度は第一閾値より高く、且つ、ＰＥの第二信号強度はＨとして定義される。Group Hにおいて、ＦＭ２－１０の第一信号強度は別の第一閾値より高く、且つ、ＦＭ２－１０の第二信号強度はＨとして定義される。ｅＦｌｕｏｒ６１０の第二信号強度は別の第一閾値より低く、且つ、ｅＦｌｕｏｒ６１０の第二信号強度はＬとして定義される。
その結果、１１０ａ’／１１０ｂの信号強度比率の定義がＬ、第二信号強度の定義がＬである場合、光線が、ＥＹＦＰにより発射されることが分かる。前述の同じ概念において、染料が識別される。
≪実施形態３≫
この形態において、バイオセンサーは三種のフィルターを有し、異なる波長の光線をそれぞれろ過する。たとえば、図１２Ｃに示されるように、バイオセンサーは、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、および、有機カラーフィルター１１０ｄを有する。あるいは、図１２Ｂに示されるように、バイオセンサーは、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’、および、有機カラーフィルター１１０ｂを有する。この形態において、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’が製造されて、一種の光線だけをろ過する。しかし、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は、本質的に、角感応するので、光線が、大きい入射角で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’ に進入するとき、スペクトルシフトの現象が発生する。その結果、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は、実際、二種以上の光線をろ過することができる。図１２Ａは、バイオセンサー上の検体１２６ａの配置を示す図である。図１２Ｂは、図１２Ａの線Ａ－Ａ’の断面図である。この実施形態において、一検体により照射される光線は、一画素が、光線下の画素から離れる画素に到達することができると仮定する。つまり、図９Ａで記述されるように、その画素を囲む最も近い８個の画素は光線下方にある。
図１２Ａに示されるように、有機カラーフィルター１１０ｂは、方向Ｘで、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’により被覆される二個の画素により分離され、有機カラーフィルター１１０ｂは、方向Ｘに垂直な方向Ｙで、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’により被覆される一画素により分離される。
励起光１２８ (図１２Ｂ)は、検体１２６ａ、あるいは、１２６ｂ (図示しない)を照射する。励起光１２８は、バイオセンサー２００の一側からもう一側に移動するので、検体１２６ａは順に励起され、光線Ｌを発射するが、同時ではない。たとえば、励起光１２８は、方向Ｘに沿って移動する。この実施形態において、図１２Ａに示されるように、方向Ｘは、上から見て、バイオセンサーの左側から右側の方向である。
図１２Ｂに示すように、検体１２６ａは励起光１２８により励起されるとともに、光線Ｌを発射する。光線Ｌの第一部分Ｌ１は、第一入射角 θ1で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入する。第一入射角 θ1 は、光線Ｌの第一部分Ｌ１と基板１０２の法線の間である。光線Ｌの第一部分Ｌ１を受光する画素は、第一画素１０４ａである。
光線Ｌの第二部分Ｌ２は、第二入射角 θ2で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入する。第二入射角 θ2 は、光線Ｌの第二部分Ｌ２と基板１０２の法線の間の角度である。第一入射角 θ1 は第二入射角 θ2より小さい。光線Ｌの第二部分Ｌ２を受光する画素は、第二画素１０４ｂである。
光線Ｌの第三部分Ｌ３は、第三入射角 θ3で、有機カラーフィルター１１０ｂに進入する。第三入射角 θ3 は、光線Ｌの第三部分Ｌ３と基板１０２の法線の間の角度である。光線Ｌの第三部分Ｌ３を受光する画素は、第三画素１０４ｃである。
いくつかの実施形態において、第一入射角 θ1 は０度～４０度であり、第二入射角 θ2 は２０度～７０度であり、第三入射角 θ3は２０度～７０度である。いくつかの実施形態において、第一入射角 θ1 は０度～３０度であり、第二入射角 θ2 は２０度～６０度であり、第三入射角 θ3は２０度～６０度である。第一入射角 θ1は第二入射角 θ2より小さいので、第二部分Ｌ２は、第一部分Ｌ１よりさらに著しくスペクトルシフトする。
図１２Ｃは、その他の実施例による図１２Ａの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。図１２Ｂと図１２Ｃの実施形態間の差異の一つは、図１２Ｃのバイオセンサーは、三種の異なる有機カラーフィルター、すなわち、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、および、有機カラーフィルター１１０ｄを有する。また、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、および、有機カラーフィルター１１０ｄは、それぞれ、格子壁１０８’により囲まれる。
図１２Ｄは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体１２６ａの配置の平面図である。図１２Ｅは、図１２Ｄの線Ａ－Ａ’に沿った断面図である。図１２Ｆは、その他の実施形態による図１２Ｄの線Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。図１２Ｄ～図１２Ｆ、および、図１２Ａ～図１２Ｃ実施形態間の差異の一つは、図１２Ｄ～図１２Ｆのバイオセンサーがアパーチャー構造１２４’を有することである。
図１２Ａ～図１２Ｆの上記のバイオセンサーは、完全に同じではないが、理解すべきことは、図１２Ａ～図１２Ｃのバイオセンサーを用いた概念は、図１２Ｄ～図１２Ｆの実施形態にも適用でき、簡潔にするため、説明を繰り返さない。
以下で、図１２Ａ～図１２Ｆのバイオセンサーがどのように用いられるかを記述する。
図１３Ａは、本発明のいくつかの実施形態による発光、あるいは、透過対波長の分析グラフである。１０４Ａは、第一入射角 θ1で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入し、且つ、第一画素１０４ａにより受光される光線の波長を示す。１０４Ｂは、第二入射角 θ2で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入し、且つ、第二画素１０４ｂにより受光される光線の波長を示す。１１０Ｃは、第三入射角 θ3で、有機カラーフィルター１１０ｂに進入し、且つ、第三画素１０４ｃにより受光される光線の波長を示す。Ａｌｅｘａ５３２、Ａｌｅｘａ５６８、および、Ａｌｅｘａ６４７は、三種の異なる光線を発射する三種の染料である。
第一閾値は第一信号強度に対して設定される。第二閾値は第二信号強度に対して設定される。第三閾値は第三信号強度に対して設定される。信号強度は、前述のように、Ｐａｓｓ、あるいは、Ｎｏとして定義される。
第一閾値、第二閾値、および、第三閾値は、実際の状況にしたがって設定される。以下の表３は、上記の概念と図１３Ａにしたがって作成され、第一信号強度は１０４ａで示され、第二信号強度は１０４ｂで示され、第三信号強度は１１０ｃで示される。
Figure 0007072014000003
第一信号強度、第二信号強度、および、第三信号強度の定義の組み合わせにしたがって、三種の染料が識別される。ピクセル化誘電干渉フィルターがショートパスフィルターである実施形態において、前の記述と同じ概念において、染料が識別される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがバンドパスフィルターである実施形態において、前の記述と同じ概念において、染料が識別される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがロングパスフィルターである実施形態において、前の記述と同じ概念において、染料が識別される。
あるいは、第一信号強度対第三信号強度の第一信号強度比率(104a/110c)、第二信号強度対第三信号強度の第二信号強度比率 (104b/110c)も計算されて、三種の異なる染料、即ち、三種の異なる光線を識別する。グラフは、第一信号強度比率、および、第二信号強度比率にしたがって表示される。具体的には、第一信号強度比率対第二信号強度比率のクラスタ識別グラフ(cluster distribution graph)が表示される。
たとえば、図１３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による第一信号強度比率対第二信号強度比率の分析グラフである。Ｘ軸は第一信号強度比率を示す。Ｙ軸は第二信号強度比率を示す。Ａｌｅｘａ５３２はダイヤモンド型で示される。Ａｌｅｘａ５６８は方形で示される。Ａｌｅｘａ６４７は三角形で示される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがショートパスフィルターである実施形態において、Ａｌｅｘａ５３２、Ａｌｅｘａ５６８、および、Ａｌｅｘａ６４７のデータポイントは、それぞれ、グラフ中の異なる位置でクラスタ化される。その結果、染料が、Ａｌｅｘａ５３２のデータポイントがクラスタ化される位置又は近接する位置に、位置する場合には、光線はＡｌｅｘａ５３２により発射されることが分かる。染料が、Ａｌｅｘａ５６８のデータポイントがクラスタ化される位置又は近接する位置に、位置する場合、光線がＡｌｅｘａ５６８により発射されることが分かる。染料がＡｌｅｘａ６４７のデータポイントがクラスタ化される位置あるいは近接する位置に位置する場合、光線がＡｌｅｘａ６４７により発射されることが分かる。
ピクセル化誘電干渉フィルターがバンドパスフィルターである実施形態において、Ａｌｅｘａ５３２、Ａｌｅｘａ５６８、および、Ａｌｅｘａ６４７のデータポイントは、それぞれ、グラフ中の異なる位置でクラスタ化される。その結果、染料は上述のように識別される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがロングパスフィルターである実施形態において、Ａｌｅｘａ５３２、Ａｌｅｘａ５６８、および、Ａｌｅｘａ６４７のデータポイントは、それぞれ、グラフ中の異なる位置でクラスタ化される。その結果、染料は上述のように識別される。
実施形態において、三種の染料だけが示されているは、理解すべきことは、三種以上の染料が識別されることである。
≪実施形態４≫
この形態において、バイオセンサーは、四種のフィルターを有し、それぞれ、異なる波長の光線をろ過する。たとえば、図１４Ｅ～図１４Ｇに示されるように、バイオセンサーは、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、有機カラーフィルター１１０ｄ、および、有機カラーフィルター１１０ｅを有する。あるいは、図１４Ｂ～図１４Ｄに示されるように、バイオセンサーは、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、有機カラーフィルター１１０ｃを有する。この形態において、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’が製造されて、一種の光線だけをろ過する。しかし、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は本質的に、角感応するので、光線が、大きい入射角で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入するとき、スペクトルシフト現象が発生する。その結果、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’は、実際に、二種以上の光線をろ過することができる。図１４Ａは、バイオセンサー上の検体１２６ａの配置を説明する。図１４Ｂ、図１４Ｃ、および、図１４Ｄは、それぞれ、図１４Ａの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。この実施形態において、図９Ａで前述されるように、一検体により照射される光線は、一画素が、光線下の画素から離れる画素に到達することができると仮定する。
図１４Ａに示されるように、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’、有機カラーフィルター１１０ｂ、および、有機カラーフィルター１１０ｃは、方向Ｘで、有機カラーフィルター１１０ｂ/ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’/有機カラーフィルター１１０ｃの順で、基板１０２上に設置される。有機カラーフィルター１１０ｂは、方向Ｘに垂直な方向Ｙで、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’ により被覆される一画素により分離される。有機カラーフィルター１１０ｃは、方向Ｙで、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’ により被覆される一画素により分離される。つまり、有機カラーフィルター１１０ｂは、方向Ｙで、有機カラーフィルター１１０ｂ/ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’ の順で、基板１０２上に設置され、又は、有機カラーフィルター１１０ｃは、方向Ｙで、有機カラーフィルター１１０ｃ/ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’の順で、基板１０２上に設置される。一組の画素Ｓは、有機カラーフィルター１１０ｂにより被覆される一画素、有機カラーフィルター１１０ｃにより被覆される一画素、および、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’により被覆される二個の画素を有する。ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’により被覆される二個の画素は、有機カラーフィルター１１０ｂ、あるいは、有機カラーフィルター１１０ｃにより分離されない。
励起光１２８(図１４Ｂ)は、検体１２６ａ、あるいは、１２６ｂ (図示しない)を照射する。励起光１２８は、バイオセンサー４００の一方の側から他方の側に移動するので、検体１２６ａは順に励起され、光線Ｌを発射するが、同時ではない。たとえば、励起光１２８は、方向Ｘに沿って移動する。この実施形態において、図１４Ａに示されるように、方向Ｘは、上から見て、バイオセンサーの左側から右側の方向である。
図１４Ｂ～図１４Ｄに示すように、検体１２６ａは励起光１２８により励起されるとともに、光線Ｌを発射する。光線Ｌの第一部分Ｌ１は、第一入射角 θ1で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入する。第一入射角 θ1 は、光線Ｌの第一部分Ｌ１と基板１０２の法線の間の角度である。光線Ｌの第一部分Ｌ１を受光する画素は、第一画素１０４ａである。
光線Ｌの第二部分Ｌ２は、第二入射角 θ2で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入する。第二入射角 θ2 は、光線Ｌの第二部分Ｌ２と基板１０２の法線の間の角度である。第一入射角 θ1 は第二入射角 θ2より小さい。光線Ｌの第二部分Ｌ２を受光する画素は、第二画素１０４ｂである。
光線Ｌの第三部分Ｌ３は、第三入射角 θ3で、有機カラーフィルター１１０ｂに進入する。第三入射角 θ3 は、光線Ｌの第三部分Ｌ３と基板１０２の法線間の角度である。光線Ｌの第三部分Ｌ３を受光する画素は第三画素１０４ｃである。
光線Ｌの第四部分Ｌ４は、第四入射角 θ4で、有機カラーフィルター１１０ｃに進入する。第四入射角 θ4 は、光線Ｌの第四部分Ｌ４と基板１０２の法線の間の角度である。光線Ｌの第四部分Ｌ４を受光する画素は第四画素１０４ｄである。
いくつかの実施形態において、第一入射角 θ1 は０度～４０度であり、第二入射角 θ2 は２０度～７０度であり、第三入射角 θ3 は２０度～７０度であり、第四入射角 θ4 は２０度～７０度である。いくつかの実施形態において、第一入射角 θ1 は０度～３０度であり、第二入射角 θ2 は２０度～６０度であり、第三入射角 θ3 は２０度～６０度であり、第四入射角 θ4 は２０度～６０度である。第一入射角 θ1は第二入射角 θ2より小さいので、第二部分Ｌ２は、第一部分Ｌ１よりもさらに著しく、スペクトルシフトする。
図１４Ｅ～図１４Ｇは、本発明のその他の実施形態による図１４Ａのそれぞれ、線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。図１４Ｅ～図１４Ｇ、および、図１４Ｂ～図１４Ｄの実施形態間の差異の一つは、図１４Ｅ～図１４Ｇのバイオセンサーが、四個の異なる有機カラーフィルター、つまり、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、有機カラーフィルター１１０ｄ、および、有機カラーフィルター１１０ｅを有することである。また、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、有機カラーフィルター１１０ｄ、および、有機カラーフィルター１１０eは、それぞれ、格子壁１０８’により囲まれる。
図１４Ｈは、本発明のいくつかの実施形態によるバイオセンサー上の検体１２６ａの配置の平面図である。図１４Ｉ、図１４Ｊ、および、図１４Ｋは、それぞれ、図１４Ｈの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。図１４Ｈ～図１４Ｋ、および、図１４Ａ～図１４Ｄの実施形態間の差異の一つは、図１４Ｈ～図１４Ｋのバイオセンサーが、アパーチャー構造１２４’を有することである。よって、検体１２６ａ、あるいは、検体１２６ｂは、励起光１２８により同時に照射されるが、クロストークが依然として回避される。
図１４Ｌ～図１４Ｎは、その他の実施形態によるそれぞれ、図１４Ｈの線Ａ－Ａ’、Ｂ－Ｂ’、および、Ｃ－Ｃ’に沿った断面図である。図１４Ｌ～図１４Ｎ、および、図１４Ｉ～図１４Ｋの実施形態間の差異の一つは、図１４Ｌ～図１４Ｎのバイオセンサーは、四種の異なる有機カラーフィルター、すなわち、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、有機カラーフィルター１１０ｄ、および、有機カラーフィルター１１０ｅを有することである。また、有機カラーフィルター１１０ｂ、有機カラーフィルター１１０ｃ、有機カラーフィルター１１０ｄ、および、有機カラーフィルター１１０ｅは、それぞれ、格子壁１０８’により囲まれる。
図１４Ａ～図１４Ｎの上記のバイオセンサーは完全に同じではないが、理解すべきことは、図１４Ａ～図１４Ｄのバイオセンサーを用いる概念が、図１４Ｅ～図１４Ｎの実施形態にも適用することができ、簡潔にするため、説明を繰り返さない。
以下で、図１４Ａ～図１４Ｎのバイオセンサーがどのように用いられるかを記述する。
図１５Ａは、本発明のいくつかの実施形態による発光、あるいは、透過対波長の分析グラフである。１０４Ａは、第一入射角 θ1で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入し、且つ、第一画素１０４ａにより受光される光線の波長を示す。１０４Ｂは、第二入射角 θ2で、ピクセル化誘電干渉フィルター１１０ａ’に進入し、且つ、第二画素１０４ｂにより受光される光線の波長を示す。１０４Ｃは、第三入射角 θ3で、有機カラーフィルター１１０ｂに進入し、且つ、第三画素１０４ｃにより受光される光線の波長を示す。１０４Ｄは、第四入射角 θ4で、有機カラーフィルター１１０ｃに進入する光線の波長を示す。Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５３２、ｅＦｌｕｏｒ６１０、および、Ａｌｅｘａ６４７は、４種の異なる光線を発射する四種の染料である。前の記述と同じ概念において、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５３２、ｅＦｌｕｏｒ６１０、および、Ａｌｅｘａ６４７は、第一信号強度、第二信号強度、第三信号強度、および、第四信号強度を有する。
信号強度は、前述のように、Ｐａｓｓ、あるいは、Ｎｏとして定義される。
第一閾値、第二閾値、第三閾値、および、第四閾値は、実際の状況にしたがって設定される。以下の表４は、上記の概念と図１５Ａにしたがって作成され、第一信号強度は１０４ａで示され、第二信号強度は１０４ｂで示され、第三信号強度は１０４ｃで示され、第四信号強度は１０４ｄで示される。
Figure 0007072014000004
第一信号強度、第二信号強度、第三信号強度、および、第四信号強度の定義の組み合わせにしたがって、四種の染料が、前述のように識別される。
実施形態において、四種の染料だけがあるが、第一信号強度、第二信号強度、第三信号強度、および、第四信号強度の定義の１６の組み合わせがあるので、理解すべきことは、最多でも、１６の染料が識別される。
あるいは、第一信号強度対第四信号強度 (104a/104d)の第一信号強度比率、第二信号強度対第四信号強度 (104b/104d)の第二信号強度比率、および、第三信号強度対第四信号強度 (104c/104d)の第三信号強度比率も計算されて、四種の異なる染料、即ち、四種の異なる光線を識別する。第一信号強度比率、第二信号強度比率、および、第三信号強度比率にしたがってグラフが表示される。具体的には、第一信号強度比率対第二信号強度比率対第三信号強度比率の識別クラスタグラフ(distribution cluster graph)が表示される。
たとえば、図１５Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による第一信号強度比率対第二信号強度比率対第三信号強度比率の分析グラフである。Ｘ軸は第一信号強度比率を示す。Ｙ軸は第三信号強度比率を示す。Ｚ軸は第二信号強度比率を示す。Ａｌｅｘａ４８８は五角形で示される。Ａｌｅｘａ５３２は三角形で示される。ｅＦｌｕоｒ６１０は方形で示される。Ａｌｅｘａ６４７は星形で示される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがショートパスフィルターである実施形態において、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５３２、ｅＦｌｕｏｒ６１０、および、Ａｌｅｘａ６４７のデータポイントは、それぞれ、グラフ中の異なる位置でクラスタ化される。その結果、前の記述と同じ概念において、染料が識別される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがバンドパスフィルターである実施形態において、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５３２、ｅＦｌｕｏｒ６１０、および、Ａｌｅｘａ６４７のデータポイントは、それぞれ、グラフ中の異なる位置でクラスタ化される。その結果、前の記述と同じ概念において、染料が識別される。
ピクセル化誘電干渉フィルターがロングパスフィルターである実施形態において、Ａｌｅｘａ４８８、Ａｌｅｘａ５３２、ｅＦｌｕｏｒ６１０、および、Ａｌｅｘａ６４７のデータポイント は、それぞれ、グラフ中の異なる位置でクラスタ化される。その結果、前の記述と同じ概念において、染料が識別される。
この実施形態において、四個の染料だけが示されているが、注意すべきことは、４個以上の染料が識別されることである。
検体１２６ｂの実施形態は図面に示されていないが、理解できることは、検体１２６ｂも、本発明の応用の実施形態により提供されるバイオセンサー上に設置されることである。
総合すると、バイオセンサー、および、本発明の実施形態により提供される光線の区分方法の長所は少なくとも以下を有する。
(1)フィルターはピクセル化されるので、フィルターは、強い接着、および、化学的抵抗、あるいは、機械的抵抗が提供され、よって、有機カラーフィルター間の直接接触により生じる剥離問題を防止することができる。
(2)導波路、アパーチャー構造、あるいは、遮蔽層を設置することにより、クロストークがうまく回避される。
本発明のいくつかの実施形態、および、それらの長所が詳細に記述されているが、注意すべきことは、請求項により定義された本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、各種変更、置換、修正を行うことができることである。たとえば、理解できることは、ここで記述される多くの特徴、機能、プロセス、および、材料は、本発明の範囲内で変化する。さらに、本発明の範囲は、明細書で記述されるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、および、操作の特定の実施形態に制限されない。当業者なら本発明の開示からすぐ理解できるように、現在存在する、あるいは、将来発展するプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、および、操作は、本発明に従って、ここで記述される対応する実施形態が用いられるとき、実質上、同じ機能を実行する、あるいは、実質上、同じ結果を達成する。したがって、請求項は、それらの範囲、このようなプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、および、操作中に含むことが意図される。
１００、２００、３００、４００…バイオセンサー
１０２…基板
１０４、１０４２～１０４９…画素
１０６…フォトダイオード
１０８…材料層
１０８’ …格子壁
１１０…フィルター材料層
１１０’ …ピクセル化フィルター
１１０ａ…材料層
１１０ａ’…ピクセル化誘電干渉フィルター
１１０ｂ、１１０ｃ…有機カラーフィルター
１１２…中間層
１１４…励起光阻止層
１１６…固定化層
１１６’…サブ固定化層
１１８ａ…下クラッド層
１１８ｂ…上クラッド層
１２０、１２０’…導波路
１２２ａ…下酸化層
１２２ｂ…上酸化層
１２４…不透明材料
１２４’…アパーチャー構造
１２６、１２６ａ、１２６ｂ…検体
１２８…励起光

Claims (10)

  1. 励起光を照射された検体から発射された光線を感知するバイオセンサーであって、
    平面視において正方形に区画された領域である画素を複数有する基板と、
    前記基板中の前記複数の画素にそれぞれ対応する位置に設置されるとともに、前記検体から発射された光線を感知する複数のフォトダイオードと、
    前記基板の前記画素上に設置され、所定の波長を有する光線をフィルターするピクセル化フィルターと、
    前記ピクセル化フィルター上に設置され、前記励起光が前記ピクセル化フィルターに照射されるのを阻止する励起光阻止層と、
    前記励起光阻止層上に設置され、前記検体を固定する固定化層と、
    を有し、
    前記ピクセル化フィルターは、有機カラーフィルター及び誘電干渉フィルターを有し、
    前記有機カラーフィルターと前記誘電干渉フィルターとは、前記基板の主面に平行な方向に交互に配置されており、
    前記有機カラーフィルターは、他の前記有機カラーフィルターと接触しておらず、
    前記有機カラーフィルターは、前記誘電干渉フィルターによって囲まれていると共に、前記誘電干渉フィルターに接触していることを特徴とするバイオセンサー。
  2. 前記誘電干渉フィルターは、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、ロングパスフィルター、あるいは、マルチバンドパスフィルターのうち少なくともいずれか一種のフィルターであることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
  3. 前記有機カラーフィルターは、それぞれ、前記画素の一つに対応する位置に設置され、
    前記誘電干渉フィルターは、それぞれ、前記画素の一つに対応する位置に設置されること、或いは
    前記有機カラーフィルターは、それぞれ、前記画素の一つに対応する位置に設置され、
    前記誘電干渉フィルターは、それぞれ、前記の画素の二つに対応する位置に設置されることを特徴とする請求項２に記載のバイオセンサー。
  4. 前記有機カラーフィルターは、前記誘電干渉フィルターにより隔離されることを特徴とする請求項２に記載のバイオセンサー。
  5. 前記ピクセル化フィルターは有機カラーフィルターであり、
    前記ピクセル化フィルターは格子壁により隔離されることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
  6. 固定化層中に組み込まれるアパーチャー構造を有することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
  7. 前記固定化層中に組み込まれる導波路を有することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
  8. 前記固定化層中に組み込まれるアパーチャー構造、および、
    前記アパーチャー構造上に設置される導波路、
    を有することを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
  9. 前記励起光阻止層は、金属層が組み込まれる誘電干渉フィルターであることを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
  10. 励起光を照射された検体から発射された光線を感知するバイオセンサーの形成方法であって、
    平面視において正方形に区画された領域である画素を複数有する基板を提供する工程と、
    前記検体から発射された光線を感知する複数のフォトダイオードを前記基板中に形成する工程であり、前記複数のフォトダイオードを前記複数の画素とそれぞれ対応する位置に形成する工程と、
    有機カラーフィルター及び誘電干渉フィルターを含み、所定の波長を有する光線をフィルターするピクセル化フィルターを、前記有機カラーフィルターと前記誘電干渉フィルターとが前記基板の主面に平行な方向に交互に配置されると共に、前記有機カラーフィルターが他の前記有機カラーフィルターと接触しないように、前記基板の前記画素上に形成する工程と、
    前記励起光が前記ピクセル化フィルターに照射されるのを阻止する励起光阻止層を前記ピクセル化フィルター上に形成する工程と、
    前記検体を固定する固定化層を前記励起光阻止層上に形成する工程と、
    を有し、
    前記有機カラーフィルターは、前記誘電干渉フィルターによって囲まれていると共に、前記誘電干渉フィルターに接触していることを特徴とするバイオセンサーの形成方法。
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