WO2024150653A1 - 裏面照射型撮像素子、生体試料分析用流路ユニット、及び生体試料分析システム - Google Patents

裏面照射型撮像素子、生体試料分析用流路ユニット、及び生体試料分析システム Download PDF

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WO2024150653A1
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photodiode
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imaging element
well
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健悟 永田
進大 小林
厚博 安藤
佳明 桝田
琢朗 遠藤
俊起 坂元
由香里 田口
亮介 大神
直樹 西
光児 布村
元昭 中村
晋一郎 納土
隆史 森川
誠一 船越
純也 大森
裕士 田中
智記 平松
典弘 久保
彩夏 檜山
淳 戸田
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Sony Semiconductor Solutions Corp
Original Assignee
Sony Semiconductor Solutions Corp
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
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    • C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/42—Apparatus for the treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03—Cuvette constructions
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements

Definitions

  • This disclosure relates to a back-illuminated imaging element, a flow path unit for biological sample analysis, and a biological sample analysis system.
  • Patent Document 1 discloses, regarding such devices, "a biological substance detection chip comprising a plurality of pixels, the pixels at least comprising a holding surface for holding biological substances, and a photoelectric conversion unit provided below the holding surface and on a semiconductor substrate, and a color mixing suppression unit is provided between the pixels.” (Claim 1).
  • DNA is often the detection target.
  • An example of a device that analyzes the base sequence of DNA is a DNA sequencer.
  • a DNA sequencer uses fluorescence to determine the type of base that makes up DNA.
  • a DNA sequencer is configured to be able to irradiate excitation light, and may further have a detection unit that includes, for example, transparent glass that transmits the excitation light, a flow path through which the sample flows, a nanowell, an optical filter, and a photodiode.
  • the nanowell has a well-shaped shape that is large enough to hold, for example, fragmented DNA.
  • the miniaturization of the unit pixel size reduces the distance between pixels, which causes optical crosstalk and generates noise, which bury the fluorescent signal derived from DNA, and this can result in a decrease in the accuracy of fluorescent detection.
  • a thick filter for blocking excitation light can also lead to a decrease in the accuracy of fluorescence detection due to optical crosstalk. For example, if the filter is thick, the distance between the detection unit and the fluorescent material increases, which causes fluorescence diffusing in an oblique direction to enter adjacent pixels and become noise. Such optical crosstalk deteriorates the S/N ratio.
  • excitation light for generating fluorescence can also reduce the accuracy of fluorescence detection. For example, when the main ray of the excitation light is directly incident on the sensor, the excitation light component becomes noise, which can also reduce the accuracy of fluorescence detection.
  • the present disclosure therefore aims to provide technology that improves the accuracy of fluorescence detection in biological sample analysis.
  • the present disclosure relates to an analyte holder configured to hold an analyte; a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the analyte with excitation light;
  • the present invention provides a back-illuminated imaging element having a plurality of pixel units each including at least one of the above.
  • the analyte holder has the shape of a well;
  • the detection unit may be provided so as to cover the side surface of the well in addition to the bottom surface of the well.
  • the back-illuminated imaging element may have trenches between pixel units.
  • two or more wells may be connected to form a columnar structure.
  • Each pixel unit may be provided with an electrode pair to which a voltage is applied to modulate the location of the analyte.
  • Each pixel unit may be provided with an excitation light blocking section that prevents the excitation light from reaching the detection section.
  • the excitation light blocking section may include a multilayer reflective filter.
  • the multilayer reflective filter may be disposed between the analyte holder and the detector.
  • Each pixel unit may further include an excitation light detector that detects the excitation light.
  • the back-illuminated image sensor may be configured such that the signal acquired by the excitation light detection section is used to process the signal acquired by the fluorescence detection section.
  • the excitation light blocking portion may include a polarizer, a plasmon filter, a metamaterial, or a multilayer film with a Fabry-Perot structure.
  • the excitation light blocking portion may be configured to transmit the fluorescent light.
  • the excitation light blocking unit may include a polarizer, The excitation light may be polarized light.
  • the excitation light blocking unit includes a polarizer, One polarizer may be provided so as to cover two or more pixel-unit detection sections.
  • the fluorescence detection unit may have two or more photodiodes. The two or more photodiodes may be arranged to form a vertical stack structure between the analyte holder and a wiring layer.
  • the photodiode closer to the wiring layer may be configured to detect fluorescence with a longer wavelength.
  • the two or more photodiodes may form a two-layer structure or a three-layer structure.
  • the present disclosure also provides A back-illuminated imaging element having a plurality of pixel units, each pixel unit including at least an analyte holding unit configured to hold an analyte and a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the analyte with excitation light; and a flow path for supplying a biological sample to the analyte holder; There is also provided a flow path unit for analyzing a biological sample, comprising:
  • the present disclosure also provides A back-illuminated imaging element having a plurality of pixel units, each pixel unit including at least an analyte holding unit configured to hold an analyte and a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the analyt
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the size of a well and a pixel unit.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the size of a well and a pixel unit.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of an electronic readout unit.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure having a multilayer reflective filter.
  • 1A and 1B are schematic diagrams illustrating an example of the configuration of a multilayer reflection filter.
  • 1A and 1B are schematic diagrams illustrating an example of the configuration of a multilayer reflection filter.
  • 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure having a multilayer reflective filter.
  • 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure having a multilayer reflective filter.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
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  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
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  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
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  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a configuration of a trench.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a polarizer pattern.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a film having an FP structure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing the results of sensitivity verification.
  • FIG. 1 is a diagram showing the results of sensitivity verification.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 1A to 1C are schematic diagrams for explaining a method for manufacturing a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • 5A and 5B are schematic diagrams illustrating an example of the configuration of a flow path unit according to the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example configuration of a biological sample analysis system according to the present disclosure.
  • 1 is a schematic diagram showing a state in which light passes through a multilayer reflective filter.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of calculating transmittance T.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of calculating transmittance T.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of calculating transmittance T.
  • First embodiment back-illuminated image sensor
  • Second embodiment flow path unit for biological sample analysis
  • Third embodiment biological sample analysis system
  • the present inventors have found that an imaging element having a specific configuration is useful for improving the accuracy of fluorescence detection. That is, the present disclosure provides a specific type of imaging element having a plurality of pixel units having a specific configuration.
  • the pixel unit at least includes an analyte holding unit configured to hold an analyte, and a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiation of the analyte with excitation light, and the imaging element is a back-illuminated type.
  • the fact that each pixel has the analyte holding unit and the fluorescence detection unit and that the imaging element is a back-illuminated type contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • each pixel has the analyte holding unit and the fluorescence detection unit, fluorescence derived from minute biomolecules can be detected with high accuracy.
  • the wiring layer is located directly above the photodiode, so that the fluorescence is scattered by the wiring layer and does not enter the photodiode, which may result in a loss of signal.
  • the image sensor of the present disclosure is configured as a back-illuminated image sensor, so that scattering of the fluorescence by the wiring layer can be prevented.
  • configuration example described below in 1.1 may be combined with the configuration in 1.3 or 1.4 below.
  • configuration example described below in 1.2 may be combined with the configuration in 1.3 or 1.4 below.
  • Example 1-1 (basic configuration example)
  • the analyte holding portion has a shape of a well
  • the detection portion is provided so as to cover the side surface of the well in addition to the bottom surface of the well.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the structure of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • 1D on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 101 of the image sensor. This cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a cross section taken along the broken line A-A' in the figure (d).
  • a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern.
  • the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the imaging element.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along the broken line B-B' in the figure (d).
  • a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern.
  • the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the imaging element.
  • the right side of the figure (c) is a schematic diagram of a cross section taken along the broken line CC' in the figure (d).
  • a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern.
  • the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the imaging element.
  • the pixel unit 101 has a well 103.
  • the well 103 may be covered with an insulating film 102 as shown in the figure.
  • the shape of the opening of the well 103 (particularly the shape in a plane parallel to the light receiving surface) is rectangular in FIG. 1A, but may be another polygonal shape, or may be circular or elliptical.
  • the wells 103 (and the insulating film 102 covering the wells) may be configured to hold an analyte, i.e., correspond to an analyte holding portion.
  • the size D1 of the opening of the well 103 may be, for example, 50 nm or more, preferably 100 nm or more, 200 nm or more, or 300 nm or more.
  • the size D1 may be, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 150 ⁇ m or less, 120 ⁇ m or less, or 100 ⁇ m or less.
  • the size D1 may be appropriately set by a person skilled in the art depending on, for example, the size of the analyte.
  • the size D1 may be, for example, 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, particularly 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. In cases where the analyte is a cell component such as a nucleic acid or a protein, the size D1 may be, for example, 50 nm to 1000 nm, particularly 100 nm to 900 nm.
  • Size D1 may mean, for example, the length of one side if the opening shape of the well is a square, the length of the long side if the opening shape is a rectangle, the length of the maximum side if the opening shape is another rectangle, the maximum diagonal distance if the opening shape is a polygon with 5 or more sides, the diameter if the opening shape is a circle, or the major axis if the opening shape is an ellipse.
  • the size D2 of the bottom of the well 103 may be, for example, 50 nm or more, preferably 100 nm or more, 200 nm or more, or 300 nm or more.
  • the size D2 may be, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 150 ⁇ m or less, 120 ⁇ m or less, or 100 ⁇ m or less.
  • the size D2 may be appropriately set by a person skilled in the art depending on, for example, the size of the analyte.
  • the size D2 may be, for example, 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, particularly 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the size D2 may be, for example, 50 nm to 1000 nm, particularly 100 nm to 900 nm.
  • the size D2 may mean, for example, the length of one side when the bottom shape of the well is a square, the length of the long side when the bottom shape is a rectangle, the length of the maximum side when the bottom shape is another rectangle, the maximum diagonal distance when the bottom shape is a polygon with 5 or more sides, the diameter when the bottom shape is a circle, and the major axis when the bottom shape is an ellipse.
  • the size D2 may be different from the size D1 or may be the same. If they are different, preferably, the size D1 of the opening may be larger than the size D2 of the bottom as shown in the figure, but the size D1 may be smaller than the size D2.
  • the size D3 of the depth of the well 103 may be, for example, 50 nm or more, preferably 100 nm or more, 200 nm or more, or 300 nm or more.
  • the size D3 may be, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 150 ⁇ m or less, 120 ⁇ m or less, or 100 ⁇ m or less.
  • the size D3 may be appropriately set by a person skilled in the art depending on, for example, the size of the analyte. In cases where the analyte is a cell, the size D3 may be, for example, 1 ⁇ m to 200 ⁇ m, particularly 10 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the size D3 may be, for example, 50 nm to 1000 nm, particularly 100 nm to 900 nm.
  • the size D3 may refer to the distance between the opening and the bottom.
  • the size D4 of the pixel unit 101 (also referred to as the cell size) may be larger than the size D1 of the well, for example, 100 nm or more, preferably 200 nm or more, 300 nm or more, or 400 nm or more.
  • the size D4 may be, for example, 300 ⁇ m or less, preferably 200 ⁇ m or less, 150 ⁇ m or less, or 100 ⁇ m or less.
  • the size D4 may be appropriately set by a person skilled in the art depending on, for example, the size of the analyte.
  • the size D4 may be, for example, 2 ⁇ m to 400 ⁇ m, particularly 10 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the size D4 may be, for example, 100 nm to 5000 nm, particularly 200 nm to 3000 nm.
  • Size D4 may mean the length of one side if the shape of the pixel unit is a square, the length of the long side if the shape of the pixel unit is a rectangle, the length of the longest side if the shape of the pixel unit is any other rectangle, or the maximum diagonal distance if the shape of a polygonal pixel unit is 5 or more sides.
  • the well 103 may be configured to hold an analyte.
  • a compound that holds the analyte may be immobilized on the surface (particularly the bottom surface) of the well 103.
  • the compound may be appropriately selected by a person skilled in the art depending on the type of analyte.
  • the compound may be, for example, a nucleic acid, but is not limited to this, and may be other compounds such as proteins, peptides, sugars, or lipids.
  • the analyte is a nucleic acid such as DNA or RNA
  • the compound may also be a nucleic acid such as, but not limited to, DNA or RNA, and may be, for example, a protein, a peptide, a sugar, or a lipid.
  • the analyte may be a compound or a biological particle other than a nucleic acid, such as a cell or an endoplasmic reticulum, etc.
  • the compound may be, but is not limited to, a nucleic acid, a protein, a peptide, a sugar, or a lipid.
  • the compound to be immobilized may be, for example, a compound for capturing a bioreceptor within the well (particularly on the bottom surface of the well), and may be, for example, a SAM reagent, a bifunctional reagent, an activated reagent (e.g., a carboxylic acid activated reagent), or a biotinylated reagent.
  • the pixel unit 101 has a photodiode 104.
  • the photodiode may be a photodiode for detecting fluorescence.
  • the photodiode may be, for example, a Si photodiode, and may have, for example, an N region 104N and a P region 104P of Si. As shown in the figure, the N region 104N may be surrounded by the P region 104P.
  • the photodiode may be configured to cover the bottom and side surfaces of the well, i.e., the photodiode also has a well shape. This allows the fluorescence generated by irradiating the sample S1 with the excitation light L1 to be detected not only in the direction toward the bottom surface of the well, but also in the direction toward the side surface of the well. This improves the accuracy of fluorescence detection.
  • the pixel unit 101 has a gate electrode portion 105 (also referred to as TG).
  • the gate electrode portion may have, for example, polysilicon (Poly-Si).
  • the gate electrode portion may be configured as a vertical transfer gate (VG) to be described later.
  • the pixel unit 101 further has a floating diffusion FD to which electrons accumulated in the photodiode are transferred, and a contact CS connected to the floating diffusion.
  • the photodiode 104 may have a buried photodiode structure.
  • a gate electrode portion 105 may be connected to the photodiode 104 having this structure.
  • Electrons stored in the photodiode 104 are transferred from the gate electrode portion 105 to a floating diffusion FD, and then read out from a contact CS.
  • a component provided for reading out electrons from a photodiode is also referred to as an electron readout unit.
  • the electron readout unit may include a gate electrode unit 105 (TG), a floating diffusion FD, and a contact CS.
  • the floating diffusion is provided for each pixel unit, and the electron readout unit has a so-called FD non-shared structure.
  • the electronic readout unit may have a structure in which a floating diffusion is shared by a plurality of pixel units, or may have a so-called FD sharing structure.
  • FIG. 2C shows a configuration example of an electron readout unit in a non-FD sharing system and a configuration example of an electron readout unit in a FD sharing system.
  • FIG. 2A shows a schematic configuration example of an example of an FD sharing type electron readout unit 251 (part surrounded by a dashed line). This configuration example is the same as that of FIG. 2A.
  • FIG. 2C shows a configuration example of an FD non-shared type electron readout unit (part surrounded by a dashed line).
  • FIG. 2B has a gate electrode unit TG, a floating diffusion FD, and a contact CS, similar to the electron readout unit 250 shown in FIG. 2A, but is provided at a position where the FD and CS are shared with the adjacent pixel unit.
  • the FD and CS may be shared by, for example, four pixel units.
  • a Poly-Si contact may be used in the FD sharing type electron readout unit.
  • the shapes, dimensions, and arrangements of the photodiode and electronic readout unit may be appropriately changed by those skilled in the art, and are not limited to those shown in these drawings.
  • the pixel unit 101 is separated from other unit pixels by a partition portion 106.
  • the partition portion 106 may be called a trench.
  • the back-illuminated imaging element of the present disclosure may have a trench provided between the pixel units.
  • the partition 106 is provided between a certain unit pixel and another unit pixel.
  • the partition 106 may be made of an insulator or a metal.
  • the partition 106 prevents the excitation light L1 that has entered the pixel unit 101 and the fluorescence generated from the analyte S1 in the pixel unit 101 from entering other unit pixels.
  • the partition 106 also prevents electrons in the photodiode 104 from entering the photodiode of another unit pixel.
  • the image sensor 100 is of a back-illuminated type, that is, a wiring layer is provided on the side opposite to the fluorescent light incident side of the photodiode.
  • a well 103 is provided on one side of the photodiode 104, and a wiring layer is provided on the opposite side of the photodiode 104. That is, the pixel unit 101 has a layered structure in which the wiring layer, the detection section (photodiode), and the analyte holding section (well) are arranged in this order.
  • the imaging element of the present disclosure is configured in this way, so that it can acquire a larger fluorescent signal, which contributes to improving the accuracy of fluorescent detection.
  • the imaging element 100 may have a configuration in which a plurality of pixel units 101 are arranged in a lattice pattern, as shown in FIG. 1.
  • the number of pixel units 101 (i.e., the number of pixels) of one imaging element 100 may be appropriately selected by a person skilled in the art depending on factors such as the size of the imaging element or the imaging target.
  • the number of pixels may be, for example, 500 pixels or more, and may be, in particular, 1,000 pixels or more, 5,000 pixels or more, 10,000 pixels or more, 50,000 pixels or more, or 100,000 pixels or more.
  • the upper limit of the number of pixels of the imaging element does not need to be specified, but may be, for example, 10,000,000 pixels or less, and in particular, 8,000,000 pixels or less, 6,000,000 pixels or less, 4,000,000 pixels or less, or 2,000,000 pixels or less.
  • the size of the imaging element 100 may be, for example, 3 mm or more, particularly 5 mm or more, 7 mm or more, or 10 mm or more, with respect to its lower limit.
  • the size may be, for example, 80 mm or less, particularly 70 mm or less or 60 mm or less, with respect to its upper limit.
  • the imaging element may have a size of, for example, 3 mm to 80 mm (size of one side of the rectangle) x 3 mm to 80 mm (size of the other side of the rectangle), particularly 10 mm to 60 mm x 10 mm to 60 mm.
  • the size of the imaging element may refer to the size of the light receiving surface on which pixel units are arranged.
  • the shape of the imaging element may be, for example, rectangular, and more specifically, rectangular or square. When the shape of the light receiving surface of the imaging element is rectangular, the size of the imaging element may refer to the long side of the light receiving surface (the short side may be shorter than the size). When the shape of the light receiving surface of the imaging element is square, the size of the imaging element may refer to one side of the light receiving surface.
  • the imaging element When the imaging element is incorporated into a biological sample analysis system, only one imaging element may be incorporated, or two or more imaging elements may be incorporated. For example, when two or more imaging elements are used, these imaging elements may be arranged, for example, in a tiled form.
  • the biological sample analysis system may have a plurality of imaging elements according to the present disclosure, and the plurality of imaging elements may be connected together by tiling.
  • the connected plurality of imaging elements may be used as one sensor, and in particular may form one imaging surface.
  • the plurality of imaging elements may be composed of one type of imaging element, or may be composed of two or more types of imaging elements.
  • a space may be formed to allow an analyte to reach and be held in the well.
  • the space may be a flow path through which the analyte flows.
  • a liquid sample containing an analyte flows through the space, and the analyte may be captured at the bottom surface of the well.
  • At least a part of the space may be formed by the well shape.
  • Another part of the space may be formed by the transparent substrate 108 as shown in FIG. 1.
  • the transparent substrate 108 is transparent, so that the excitation light can reach the inside of the well.
  • the material of the transparent substrate 108 may be, for example, glass, but may also be resin (e.g., acrylic resin or polycarbonate resin).
  • the imaging device 100 may have a space for allowing the analyte to reach the well, and may further have a transparent substrate 108 that forms the space.
  • Example 1-2 (row-structured wells)
  • the imaging element 100 described in Example 1-1 above is used so that the excitation light L1 is incident perpendicularly to the light receiving surface of the imaging element.
  • the excitation light traveling in a direction horizontal to the light receiving surface may be irradiated onto the analyte held in the well.
  • two or more wells may be connected to form a row structure.
  • An example of an imaging element in which such excitation light irradiation is performed will be described with reference to FIG. 3.
  • the figure is a schematic diagram of the structure of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • FIG. 1 On the left side of the figure, a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 111 of the image sensor is shown. The cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • (a) to (c) on the right side of the same figure are schematic diagrams showing a portion of the light receiving surface of the image sensor 110 in which pixel units 111 are arranged in a grid pattern, and more specifically, are schematic diagrams of cross sections as follows.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • FIG. 1 On the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (e) on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 111 of the imaging element.
  • the cross section is a cross section on a plane perpendicular to the light receiving surface of the imaging element and along the traveling direction of the excitation light L1.
  • the dashed line D-D' in (e) corresponds to the dashed line D-D' in (a) on the right side of the figure.
  • the dashed line E-E' in (e) corresponds to the dashed line E-E' in (a) on the right side of the figure.
  • the dashed line F-F' in (e) corresponds to the dashed line F-F' in (a) on the right side of the figure.
  • the pixel unit 111 has a well 113.
  • the well 113 may be covered with an insulating film 112 as shown in the figure.
  • the wells 113 of the pixel unit 111 have a column shape.
  • the wells 113 form one column together with the wells of two adjacent pixel units.
  • the excitation light L1 is irradiated so as to travel along the direction of the column.
  • the wells 113 (and the insulating film 112 covering the wells) may be configured to hold an analyte, i.e., correspond to an analyte holding portion.
  • the excitation light L1 can travel parallel to the row. This makes it possible to prevent the excitation light L1 from entering the photodiode 114. This makes it possible to reduce noise caused by the excitation light L1.
  • the sizes of the well 113 and the pixel unit 111 may be similar to those in Example 1-1 above, and the description thereof also applies to this example.
  • the width of the row at the opening of well 113 corresponds to size D1 of the opening of well 103.
  • the width of the row at the bottom of well 113 corresponds to size D2 of the bottom of well 103.
  • Well 113 may be configured to hold an analyte, similar to well 103 described in Example 1-1 above. That is, the surface configuration of well 113 may be similar to the surface configuration of well 103.
  • the pixel unit 111 has a photodiode 114.
  • the photodiode may be, for example, a Si photodiode, and may have, for example, an N region 114N and a P region 115P of Si. As shown in the figure, the N region 114N may be surrounded by the P region 115P.
  • the photodiode 114 is provided so as to cover the side surface of the well in addition to the bottom surface of the well, similar to the photodiode 104 described in Example 1-1 above.
  • the photodiode may be configured to cover the bottom and side surfaces of the well, i.e., the photodiode also has a well shape. This allows the fluorescence generated by irradiating the sample S1 with the excitation light L1 to be detected not only in the direction toward the bottom surface of the well, but also in the direction toward the side surface of the well. This improves the accuracy of fluorescence detection.
  • the pixel unit 111 has polysilicon (Poly-Si) 115 (also called TG).
  • the polysilicon functions as a gate electrode portion.
  • the pixel unit 111 further has a floating diffusion FD to which electrons stored in the photodiode are transferred, and a contact CS connected to the floating diffusion.
  • the TG, FD, and CS are also called an electron readout portion, as explained in Example 1-1 above.
  • the electron readout portion and the TG, FD, and CS are as explained in Example 1-1 above, and the explanation also applies to this example.
  • the pixel unit 111 is separated from other unit pixels by a partition portion 116.
  • the partition portion 116 may be called a trench.
  • the partition portion 116 may be configured in the same manner as the partition portion 106 described in Example 1-1 above.
  • the image sensor 110 is of a back-illuminated type, that is, a wiring layer is provided on the side opposite to the fluorescent light incident side of the photodiode.
  • a well 113 is provided on one side of the photodiode 114, and a wiring layer is provided on the opposite side of the photodiode 114. That is, the pixel unit 111 has a layered structure in which the wiring layer, the detection section (photodiode), and the analyte holding section (well) are arranged in this order.
  • the imaging element of the present disclosure is configured in this way, so that it can acquire a larger fluorescent signal, which contributes to improving the accuracy of fluorescent detection.
  • the number of pixel units that the image sensor 110 has and the size of the image sensor 110 may be as described for the image sensor 100 in Example 1 above, and that description also applies to this example.
  • a space may be formed to allow an analyte to reach and be held in the well. At least a part of the space may be formed by the shape of the well. Another part of the space may be formed by a transparent substrate 118 as shown in FIG. 3.
  • the transparent substrate 118 is transparent, so that excitation light can reach the inside of the well.
  • the material of the transparent substrate 118 may be, for example, glass, or may be a resin (e.g., an acrylic resin or a polycarbonate resin).
  • the imaging element 110 may have a space for allowing the analyte to reach the well, and may further have a transparent substrate 118 that forms the space.
  • an electrode pair may be provided in the imaging device according to the present disclosure.
  • the electrode pair may be a pair of a first electrode and a second electrode.
  • the first electrode and the second electrode constituting the electrode pair may both preferably be transparent electrode layers, or both may be metal electrode layers.
  • the first electrode and/or the second electrode may preferably be a transparent electrode layer. By using a transparent electrode layer, attenuation of light (excitation light and/or fluorescence) can be prevented.
  • an insulating film may be laminated on the transparent electrode layer or the metal electrode layer.
  • the electrode layer and the insulating film may be configured to transmit an electric field to the analyte by capacitive coupling. In this manner, the position of the analyte (biological material) may be controlled.
  • An example of the configuration of an image sensor provided with the electrode pair will be described with reference to Figures 4A to 4C. All of the image sensors shown in these figures have the same configuration as the image sensor described in Example 1-2 above, except that an electrode pair for holding the analyte at a predetermined position is added to the configuration of the image sensor described in Example 1-2 above. Therefore, the configuration of the electrode pair will be mainly described below.
  • FIG. 4A shows an example of a configuration in which both the first electrode and the second electrode constituting the electrode pair are provided above a well.
  • a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 121 of the image sensor is shown. The cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • (a) to (c) on the right side of the figure are schematic diagrams showing a portion of the light receiving surface of the image sensor 120 in which pixel units 121 are arranged in a grid pattern, and more specifically, are schematic diagrams of cross sections as follows.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • FIG. 1 On the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (e) on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 121 of the imaging element.
  • the cross section is a cross section on a plane perpendicular to the light receiving surface of the imaging element and along the traveling direction of the excitation light L1.
  • the dashed line D-D' in (e) corresponds to the dashed line D-D' in (a) on the right side of the figure.
  • the dashed line E-E' in (e) corresponds to the dashed line E-E' in (b) on the right side of the figure.
  • the dashed line F-F' in (e) corresponds to the dashed line F-F' in (c) on the right side of the figure.
  • (f) on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 121 of the imaging element.
  • the cross section is a cross section on a plane perpendicular to the light receiving surface of the imaging element and along the traveling direction of the excitation light L1.
  • the dashed line G-G' in (f) corresponds to the dashed line G-G' in (a) on the right side of the figure.
  • the dashed line H-H' in (f) corresponds to the dashed line H-H' in (b) on the right side of the figure.
  • the dashed line I-I' in (f) corresponds to the dashed line I-I' in (c) on the right side of the figure.
  • the pixel unit 121 has a first electrode 12EP and a second electrode 12EN.
  • the first electrode 12EP and the second electrode 12EN form a complementary electrode pair.
  • the first electrode 12EP is located directly below the position where the analyte S1 is to be retained, i.e., it is provided so as to pass through the center of the pixel unit.
  • the first electrode 12EP may be provided so as to traverse the column structure.
  • the second electrode 12EN is provided so as to pass between pixels, in particular, so as to pass through the boundaries between pixel units.
  • the first electrode 12EP is positive
  • the second electrode 12EN is negative
  • the analyte is DNA. Since DNA has a negative charge, applying a voltage between these two electrodes exerts a force on the DNA to move it closer to the first electrode 12EP and away from the second electrode EN. This keeps the DNA in the center of the pixel unit.
  • the first electrode 12EP may be a negative electrode and the second electrode 12EN may be a positive electrode.
  • the positive and negative electrodes may be appropriately changed depending on the type of analyte or the control method.
  • the voltage may be a DC voltage or an AC voltage.
  • FIG. 4B shows an example of a configuration in which a first electrode constituting the electrode pair is provided in a well and two second electrodes are provided on the well and on a transparent substrate.
  • the imaging element 130 and pixel unit 131 shown in the figure are the same as the imaging element 120 and pixel unit 121 described with reference to FIG. 4A, except that a second electrode 12EN2 is laminated on a transparent substrate 128.
  • the first electrode 12EP is a positive electrode
  • the second electrodes 12EN and 12EN2 are negative electrodes
  • the analyte is DNA. Since the DNA has a negative charge, applying a voltage between the first electrode 12EP and the second electrode 12EN causes a force to act on the DNA to move towards the first electrode 12EP and away from the second electrode EN, thereby maintaining the DNA at the centre of the pixel unit. Furthermore, by applying a voltage between the first electrode 12EP and the second electrode 12EN2, a force acts on the DNA to move it closer to the first electrode 12EP and away from the second electrode EN2, thereby keeping the DNA pressed against the bottom surface of the well.
  • the second electrode 12EN may be omitted, i.e., the imager 130 may be configured to have the first electrode 12EP and the second electrode 12EN2 without the second electrode 12EN. With such a configuration, the analyte can also be controlled.
  • the second electrode 12EN is a negative electrode, but the second electrode 12EN may be configured as a positive electrode.
  • the image sensor 130 may have two first electrodes 12EP and 12EN (also referred to as 12EP2) that are positive electrodes and one second electrode 12EN that is a negative electrode.
  • the first electrode and the second electrode may be configured to control the position of the analyte by applying a voltage (DC voltage or AC voltage).
  • the number of electrodes included in the first electrode may be one or two or more.
  • the number of electrodes included in the second electrode may be one or two or more.
  • the number, shape, and position of the first electrode and the second electrode may be appropriately changed by a person skilled in the art.
  • FIG. 4C shows an example of a configuration in which a first electrode constituting the electrode pair is provided in a well and two second electrodes are provided on a transparent substrate.
  • the imaging element 140 and pixel unit 141 shown in the same figure are the same as the imaging element 130 and pixel unit 131 described with reference to Figure 4B, except that a second electrode 12EN2 is laminated on a transparent substrate 128, but no second electrode is provided in the well.
  • first electrode 12EP is the positive electrode
  • 12EN2 is the negative electrode
  • the analyte is DNA.
  • DNA has a negative charge. Therefore, when a voltage is applied between the first electrode 12EP and the second electrode 12EN2, a force acts on the DNA to move it closer to the first electrode 12EP and away from the second electrode EN2. This keeps the DNA pressed against the bottom surface of the well. This keeps the DNA from moving away from the bottom surface of the well.
  • Example 1-4 structure without trench
  • the partition may be omitted. An example of a configuration in which the partition is omitted will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1D on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 151 of the image sensor 150.
  • This cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (c) on the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the pixel unit 151 is the same as the pixel unit 101 except that the pixel unit 151 does not have the partition portion 106 . That is, the insulating film 152, well 153, photodiode 154 (154N and 154P), gate electrode portion 155 (TG), floating diffusion FD, and contact CS that constitute the pixel unit 151 may all be similar to the insulating film 102, well 103, photodiode 104 (104N and 104P), gate electrode portion 105, floating diffusion FD, and contact CS described in Example 1-1 above, and the descriptions regarding these also apply to this example.
  • the imaging element 150 without a partition can reduce manufacturing costs compared to the imaging element 100 described in Example 1-1 above.
  • the fluorescent signals of adjacent pixels can be added.
  • Example 1-5 (Use of a multilayer reflective filter)
  • the well surface of the image sensor described in Example 1-1 above may be formed by a multilayer reflective filter.
  • a configuration example of an image sensor having a multilayer reflective filter will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1D shows a schematic cross-sectional view of a pixel unit 161 of the image sensor 160. This cross-section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (c) on the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the pixel unit 161 is the same as the pixel unit 101 , except that a multilayer reflective filter 162 is used instead of the well 103 and the insulating film 102 .
  • the photodiode 164 (164N and 164P), gate electrode portion 165 (TG), floating diffusion FD, contact CS, and transparent substrate 168 constituting the pixel unit 161 may all be similar to the photodiode 104 (104N and 104P), gate electrode portion 105 (TG), floating diffusion FD, contact CS, and transparent substrate 108 described in Example 1-1 above, and the descriptions relating to these also apply to this example.
  • the well surface is formed by the multilayer reflective filter 162, which prevents the excitation light L1 from entering the photodiode 164. This reduces noise caused by the excitation light L1, improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the multilayer reflective filter has a laminated structure in which layers H made of a high refractive index material (hereinafter also referred to as “high refractive index layers H”) and layers L made of a low refractive index material (hereinafter also referred to as “low refractive index layers H”) are alternately laminated.
  • the two outermost layers of the multilayer reflective filter may each be a high refractive index material layer H having a thickness of, for example, t H.
  • a low refractive index material layer L having a thickness of 2t L and a high refractive index material layer H having a thickness of 2t H may be alternately laminated.
  • the thickness of each layer may be on the order of nm.
  • the difference ⁇ T between "the average transmittance in the wavelength range of excitation light intended to be blocked by the multilayer reflection filter” and "the average transmittance in the wavelength range of fluorescence intended to be transmitted through the multilayer reflection filter” is represented by the following formula (I).
  • the dielectric multilayer may be configured so that the difference ⁇ T is, for example, 99% or more, and is particularly configured to maximize the difference ⁇ T.
  • the transmittance T in formula (I) can be calculated by a method known in the art, and the calculation method will be described later.
  • the multilayer reflective filter is configured so that the difference ⁇ T between the average transmittance Ave[T( ⁇ )
  • interface I(0) between multilayer film 162 and air there are interfaces I(1) to I(L-1) between each layer constituting multilayer film 162.
  • the material of the multilayer film i.e., the complex refractive index
  • the Fresnel coefficient of reflection at each interface the Fresnel coefficient of transmission at each interface, and the phase change and wave attenuation at each layer are determined.
  • the transmittance T can be calculated using these values determined based on the material of the multilayer film according to the calculation method described on pages 99 to 103 of the document "Basic Theory of Optical Thin Films, Revised and Enlarged Edition" (published by Optronics Co., Ltd. on February 25, 2011). More specifically, in this calculation method, the transmittance T is calculated using the following formula (II).
  • the above formula (II) is described on page 103 of the above document (particularly formula (4-50)).
  • ⁇ 0 ' is the Fresnel coefficient of transmission at a virtual interface I(0)' described later, and is as described in formula (4-48) on page 101 of the aforementioned document.
  • the method of calculating ⁇ 0 ' is described on pages 99 to 103 of the aforementioned document.
  • the Fresnel coefficient of virtual interface I(L-1)' is calculated from the Fresnel coefficients of interface I(L) and interface I(L-1)
  • the Fresnel coefficient of virtual interface I(L-2)' is calculated from the Fresnel coefficient of virtual interface I(L-1)' and the Fresnel coefficient of interface I(L-2).
  • the calculation of the Fresnel coefficients of similar virtual interfaces is repeated to obtain the Fresnel coefficient of virtual interface I(0)'.
  • Example 1-6 Multilayer Reflection Filter and Trench Extending to Part of the Filter
  • the well surface of the imaging element described in Example 6 above is formed by a multilayer reflective filter.
  • the multilayer reflective filter may be divided into pixels by partitions. That is, the partitions that define the pixel units may extend not only to the photodiode portion but also to the multilayer reflective filter portion. This configuration will be described with reference to FIG. 8.
  • FIG. 1D on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 171 of an image sensor 170.
  • This cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (c) on the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the partition 166 extends up to the position of the photodiode 164, but in the pixel unit 171 in this example, the partition 176 extends up to the multilayer reflective filter 172. In this way, the partition 176 is formed to prevent the excitation light L1 from entering other pixels, which contributes to reducing noise caused by the excitation light. This further improves the accuracy of fluorescence detection.
  • Example 1-7 Multilayer Reflection Filter and Trench Variations
  • the partitions extend all around the pixel unit (all four sides of the rectangle that defines the pixel unit) to the multilayer reflective filter.
  • the partitions may extend to the multilayer reflective filter in a portion of the periphery of the pixel unit, and may not extend to the multilayer reflective filter in the remaining portion of the periphery of the pixel unit, but may extend to the photodiode for detecting fluorescence. This configuration will be described with reference to FIG. 9.
  • FIG. 1D shows a schematic cross-sectional view of a pixel unit 181 of an image sensor 180.
  • the cross-section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (c) on the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the partition 186 extends from the photodiode 184 to the multilayer reflective filter 182 .
  • the partition 186 is provided up to the part of the photodiode 184, but is not provided in the part of the multilayer reflective filter 182. This makes it possible for the excitation light L1 in (a), (b), and (c) of the same figure to be irradiated so as to travel in the direction of the arrow. By irradiating the excitation light L1 so as to travel in this direction, it is possible to prevent the excitation light from traveling to the photodiode 184, and to reduce noise caused by the excitation light. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • an N region 183 for detecting the excitation light L1 may be provided on the side wall of the well, which makes it possible to read out the signal of the excitation light.
  • the N region 183 may be connected to a trench 186. This allows carriers (electrons or holes) to be read out.
  • the excitation light signal is also read out, and accordingly the pixel unit 181 may have two sets of electronic readouts, one for reading out the fluorescent signal and the other for reading out the excitation light signal.
  • the pixel unit 181 has a gate electrode portion 105 (TG), a floating diffusion FD, and a contact CS, which constitute an electronic readout portion that reads out a fluorescent signal. These are as described in Example 1-1 above, and the description also applies to this embodiment. As shown in the figure, the pixel unit 181 may further include a gate electrode portion TG2, a floating diffusion FD2, and a contact CS2. These constitute an electronic readout portion that reads out an excitation light signal. These are also as described in Example 1-1 above, and the description also applies to this embodiment. In the figure, TG2 is not connected to the N region 183, but TG2 may be configured to be connected to the N region 183. In this case, FD2 is not necessary, and CS2 may be connected to TG2.
  • the sidewall portion of the well may be transparent. Specifically, the sidewall portion may be transparent to the extent that it transmits excitation light. This configuration will be described with reference to FIG. 10.
  • FIG. 1D shows a schematic cross-sectional view of a pixel unit 191 of an image sensor 190.
  • the cross-section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • (a) to (c) on the right side of the figure are schematic diagrams showing a portion of the light receiving surface of an image sensor 190 in which pixel units 191 are arranged in a grid pattern, and more specifically, are schematic diagrams of cross sections as follows.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • (c) on the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the pixel unit 191 has a well 199 formed of a transparent material.
  • the upper surface of the well 199 may be covered by a sheet 192 formed of a non-transparent material, as shown in the figure.
  • the shape and size of well 199 may be as described in Example 1-1 above, and the description also applies to this example.
  • well 199 may be configured to hold an analyte as described in Example 1-1 above.
  • the pixel unit 191 has a photodiode 194.
  • the photodiode may be, for example, a Si photodiode, and may have, for example, an N region 194N and a P region 195P of Si. As shown in the figure, the N region 194N may be surrounded by the P region 195P.
  • the pixel unit 191 has a photodiode 194.
  • the photodiode 194 may be provided only on the bottom side of the well.
  • the pixel unit 101 also has polysilicon (Poly-Si) 195 (TG).
  • the polysilicon functions as a gate electrode portion.
  • the pixel unit 101 also has a floating diffusion FD and a contact CS. These are as described in Example 1-1 above.
  • the pixel unit 191 is separated from other unit pixels by a partition portion 196.
  • the partition portion 196 may be called a trench.
  • the partition portion 196 is provided between a certain unit pixel and another unit pixel.
  • the partition portion 196 may be made of an insulator or a metal.
  • the partition portion 196 is provided so as to cover the photodiode 194 portion, but does not need to extend to the well 199 portion. This allows the excitation light L1 to travel parallel to the light receiving surface. Furthermore, by allowing the excitation light L1 to travel parallel to the light receiving surface, the excitation light can be prevented from entering the photodiode 194. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the image sensor 190 is of a back-illuminated type, that is, a wiring layer is provided on the side opposite to the fluorescent light incident side of the photodiode.
  • a well 193 is provided on one side of the photodiode 194, and a wiring layer (not shown) is provided on the opposite side of the photodiode 194. That is, the unit pixel 191 has a layered structure in which the wiring layer, the detection section (photodiode), and the analyte holding section (well) are arranged in this order.
  • the imaging element of the present disclosure is configured in this way, so that it can acquire a larger fluorescent signal, which contributes to improving the accuracy of fluorescent detection.
  • a space may be formed to allow an analyte to reach and be held in the well.
  • the space may be a flow path through which the analyte flows.
  • a liquid sample containing an analyte may flow through the space, and the analyte may be captured at the bottom surface of the well.
  • At least a part of the space may be formed by the well shape.
  • Another part of the space may be formed by a transparent substrate 198 as shown in FIG. 10.
  • the transparent substrate 198 is transparent, so that excitation light can reach the inside of the well.
  • the material of the transparent substrate 198 may be, for example, glass, but may also be resin (e.g., acrylic resin or polycarbonate resin).
  • the imaging element 190 may have a space for allowing the analyte to reach the well, and may further have a transparent substrate 198 that forms the space.
  • Example 1-9 Transparent Wells and Trench
  • the well sidewall of the pixel unit described in Example 8 above is entirely transparent.
  • the part of the well sidewall through which the excitation light travels may be transparent, and the other part may be formed by a photodiode. This configuration will be described with reference to FIG. 11.
  • FIG. 1D on the left side of the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit 201 of the image sensor 200.
  • This cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • (a) to (c) on the right side of the figure are schematic diagrams showing a portion of the light receiving surface of an image sensor 200 in which pixel units 201 are arranged in a grid pattern, and more specifically, are schematic diagrams of cross sections as follows.
  • the right side of the figure (a) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line A-A' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • the right side of the figure (b) is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line B-B' in the figure (d), in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken along a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • FIG. 1 On the right side of the figure is a schematic diagram of a cross section taken along dashed line CC' in (d) of the figure, in which a plurality of pixel units are arranged in a lattice pattern, and the cross section is taken on a plane parallel to the light receiving surface of the image sensor.
  • dashed lines D-D', E-E', and F-F' in (a), (b), and (c) of the figure are shown, which are cross-sections taken along planes perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the pixel unit 201 has a well in which an analyte is held, as shown in (d) and (e) of the same figure.
  • the portion of the sidewall of the well through which the excitation light L1 passes i.e., the sidewall perpendicular to the traveling direction of the excitation light L1 is transparent, so that the progression of the excitation light is not impeded.
  • the transparent sidewall is not provided with a photodiode or a partition.
  • the sidewall of the well that is parallel to the traveling direction of the excitation light L1 is formed by a photodiode and is provided with a partition.
  • Example 2-1 (basic configuration example) In some examples of 1.1 above, a configuration in which a multilayer reflective filter is provided on the surface of a well has been described.
  • the multilayer reflective filter prevents the excitation light from traveling to the detection unit (photodiode). That is, the multilayer reflective filter is used as an excitation light blocking section, and the excitation light blocking section is provided on the analyte holding section (well). That is, each pixel unit may be provided with an excitation light blocking section that prevents the excitation light from reaching a detection section. Also, the excitation light blocking section is configured to transmit the fluorescence. It is okay to do so.
  • the excitation light blocking section may be provided between the analyte holding section (well) and the detection section (photodiode).
  • a back-illuminated imaging element according to the present disclosure will be described with reference to Fig. 12.
  • the figure shows a schematic cross-sectional view of a pixel unit of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure. The cross section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the element.
  • the pixel unit 301 has a well 303 and a photodiode 304.
  • the pixel unit 301 has an insulating film 302 and a multilayer reflective filter 307 between the well 303 and the photodiode 304.
  • the multilayer reflective filter 307 corresponds to the excitation light blocking section described above.
  • the pixel unit 301 may be configured to have a layered structure in which the photodiode 304, the multilayer reflective filter 307, the insulating film 302, and the well 303 are arranged in this order.
  • An imaging element according to the present disclosure may have a plurality of pixel units 301 arranged in a grid pattern, as described in Example 1-1 above.
  • the wells 303 may be configured to hold an analyte, ie, represent an analyte holder.
  • the shape of the well 303 in a plane parallel to the light receiving surface is rectangular as described in Example 1-1 above, but may be another polygonal shape, or may be circular or elliptical.
  • Well 303 may be configured to hold an analyte, ie, corresponds to an analyte holder, as described in Example 1-1 above.
  • the sizes of the well 303 and the pixel unit 301 may be as described for the well 103 and the pixel unit 101 in the above example 1-1, and the description also applies to this example.
  • Well 303 may be configured to hold an analyte.
  • a compound that holds an analyte may be immobilized on the surface (particularly the bottom surface) of well 303, as described in Example 1-1 above.
  • the photodiode 304 may be, for example, a Si photodiode, and may have, for example, an N region 304N and a P region 304P of Si. As shown in the figure, the N region 304N may be surrounded by the P region 304P. A photodiode 304 is provided at the bottom side of the well as shown in the figure.
  • the pixel unit 301 has a gate electrode portion 305.
  • the gate electrode portion 305 may be configured as a vertical transfer gate (VG). Alternatively, the gate electrode portion 305 may be configured as a transfer gate (TG).
  • the gate electrode portion may have polysilicon (Poly-Si).
  • a signal charge accumulated in the photodiode 304 is read out through the gate electrode portion.
  • the pixel unit 301 may further have a floating diffusion FD to which electrons accumulated in the photodiode are transferred and a contact CS connected to the floating diffusion.
  • the photodiode 304 may have a buried photodiode structure.
  • a gate electrode portion 305 is connected to the photodiode 304 having this structure, and electrons stored in the photodiode 304 are transferred from the gate electrode portion 305 to a floating diffusion FD and then read out from a contact CS.
  • a component provided for reading out electrons from a photodiode is also referred to as an electron readout section.
  • the electron readout section may have a gate electrode section 305 (VG), a floating diffusion FD, and a contact CS.
  • the FD and VG may or may not be in contact with each other, and the presence or absence of these contacts may vary depending on the ON voltage of the gate electrode section.
  • the floating diffusion is provided for each pixel unit, and the electron readout section has a so-called FD non-shared structure, but the electron readout section may have a FD non-shared structure as described in Example 1-1 above.
  • the insulating film 302 may be, for example, a silicon oxide film, a nitrogen-containing silicon oxide film, a silicon nitride film, an oxygen-containing silicon nitride film, or a metal oxide film.
  • the insulating film may be an insulating film that has been treated with high density plasma.
  • the multilayer reflective filter 307 has a laminated structure in which layers H made of a high refractive index material (hereinafter also referred to as “high refractive index layers H”) and layers L made of a low refractive index material (hereinafter also referred to as “low refractive index layers H”) are alternately laminated.
  • the multilayer reflection filter may be configured so as to maximize the difference ⁇ T expressed by the above formula (I).
  • the multilayer reflective filter may be provided between the well (analyte holding section) and the photodiode (detection section).
  • the multilayer reflective filter blocks the excitation light irradiated onto the well (and analyte) and transmits the fluorescence generated by the analyte. This makes it possible to reduce noise caused by the excitation light, which contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the thickness T5 of the multilayer reflective filter 307 may be, for example, 100 nm to 30 ⁇ m, preferably 150 nm to 20 ⁇ m, and more preferably 200 nm to 15 ⁇ m.
  • the pixel unit 301 is separated from other unit pixels by a partition portion 306.
  • the partition portion 306 may be called a trench.
  • the partition 306 is provided between a certain unit pixel and another unit pixel.
  • the partition 306 may be made of an insulator or a metal.
  • the partition 306 prevents the excitation light that has entered the unit pixel 301 and the fluorescence generated from the analyte S1 in the pixel unit 301 from entering another unit pixel.
  • the partition 306 also prevents electrons in the photodiode 304 from entering the photodiode of another unit pixel.
  • the imaging element of the present disclosure having a plurality of pixel units 301 is of a back-illuminated type, that is, a wiring layer is provided on the side opposite to the fluorescent light incidence side of the photodiode.
  • a well 303 is provided on one side of the photodiode 304, and a wiring layer is provided on the opposite side of the photodiode 304. That is, the pixel unit 201 has a layered structure in which the wiring layer, the detection section (photodiode), and the analyte holding section (well) are arranged in this order.
  • the imaging element of the present disclosure is configured in this way, so that it can acquire a larger fluorescent signal, which contributes to improving the accuracy of fluorescent detection.
  • the imaging element of the present disclosure having a plurality of pixel units 301 may have a configuration in which the plurality of pixel units 301 are arranged in a grid pattern, as described in 1.1 above.
  • the number of pixel units 301 in one imaging element and the size and shape of the imaging element are as described in 1.1 above, and this description also applies to this example.
  • a space may be formed to allow an analyte to reach and be held in the well.
  • the space may be a flow path through which the analyte flows.
  • a liquid sample containing an analyte may flow through the space, and the analyte may be captured at the bottom surface of the well.
  • At least a part of the space may be formed by the well shape.
  • Another part of the space may be formed by a transparent substrate 308 as shown in FIG. 12. Since the transparent substrate 308 is transparent, it is possible for excitation light to reach the inside of the well.
  • the material of the transparent substrate 308 may be, for example, glass, or may be resin (e.g., acrylic resin or polycarbonate resin).
  • the imaging element of the present disclosure may have a space for allowing the analyte to reach the well, and may further have a transparent substrate 308 that defines the space.
  • each pixel unit may further include an excitation light detection unit that detects the excitation light.
  • the back-illuminated image sensor of the present disclosure may be configured to process the signal acquired by the fluorescence detection unit using the signal acquired by the excitation light detection unit.
  • An example of the configuration of a pixel unit to which the photodiode is added will be described below with reference to Fig. 13.
  • the figure shows a schematic cross-sectional view of a pixel unit of a back-illuminated image sensor according to the present disclosure. The cross-section is taken along a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the pixel unit 311 has a well 313 and a fluorescence detection photodiode 314. Between the well 313 and the photodiode 314, the pixel unit 311 has an insulating film 312, a photodiode 319 for detecting excitation light, and a multilayer reflective filter 317.
  • the multilayer reflective filter 317 corresponds to the excitation light blocking section described above.
  • the pixel unit 311 may be configured to have a layered structure in which the fluorescence detection photodiode 314, the multilayer reflective filter 317, the excitation light detection photodiode 319, the insulating film 312, and the well 313 are arranged in this order.
  • An imaging element according to the present disclosure may have a plurality of pixel units 311 arranged in a grid pattern, as described in Example 1-1 above.
  • the fluorescence detection photodiode 314, gate electrode portion 315 (VG), floating diffusion FD, contact CS, multilayer reflective filter 317, insulating film 312, and well 313 may be the same as the fluorescence detection photodiode 304, multilayer reflective filter 307, insulating film 302, and well 303 described in Example 2-1 above, and the description in 2-1 above also applies to this example.
  • the excitation light detecting photodiode 319 may be, for example, a Si photodiode, and may have, for example, an N region 319N and a P region 319P of Si. As shown in the figure, the N region 319N may be surrounded by the P region 319P. As shown in the figure, the photodiode 319 for detecting excitation light may be provided between the well 313 and the multilayer reflective filter 317 .
  • the excitation light detection photodiode 319 may be provided with a gate electrode section 320.
  • the signal charge accumulated in the excitation light detection photodiode 319 is read out via the gate electrode section.
  • the gate electrode section 320 (VG2) is configured to read out electrons from the excitation light detection photodiode 319.
  • the gate electrode section 320 (VG2) has a portion that reads out electrons and a portion that passes through the multilayer film reflection filter 317 and the fluorescence detection photodiode 314.
  • the former portion may have polysilicon (Poly-Si).
  • the latter portion may be, for example, a metal electrode covered with an insulating film, and the metal electrode may be connected to a wiring layer.
  • the pixel unit 311 may further include a floating diffusion FD to which electrons accumulated in the photodiode for detecting excitation light are transferred, and a contact CS connected to the floating diffusion.
  • the photodiode 319 may have a buried photodiode structure.
  • a gate electrode portion 320 (VG2) is connected to the photodiode 319 having this structure, and electrons stored in the photodiode 319 are transferred from the gate electrode portion 320 to the floating diffusion FD and then read out from the contact CS.
  • the excitation light detection photodiode can detect the excitation light signal. Based on the excitation light signal, it is possible to reduce or eliminate excitation light noise that may be contained in the fluorescence signal. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • Example 2-3 (Two-tiered photodiode and absorption filter)
  • the pixel unit described in Example 1-1 above has a multilayer reflective filter provided between two photodiodes.
  • an absorption filter having optical properties of absorbing excitation light may be provided between the two photodiodes instead of the multilayer reflective filter.
  • the absorption filter has optical properties of transmitting fluorescence.
  • FIG. 14 shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit of a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • the cross section is a cross section in a plane perpendicular to the light receiving surface of the image sensor.
  • the pixel unit 321 has a well 323 and a fluorescence detection photodiode 324.
  • the pixel unit 321 has an insulating film 322-1, an excitation light detection photodiode 327, an absorption filter 326, and an insulating film 322-2 between the well 323 and the photodiode 324.
  • the absorption filter 326 corresponds to the excitation light blocking section described above.
  • the pixel unit 321 may be configured to have a layered structure in which the fluorescence detection photodiode 324, the absorption filter 326, the excitation light detection photodiode 327, and the well 323 are arranged in this order.
  • An imaging element according to the present disclosure may have a plurality of pixel units 321 arranged in a grid pattern, as described in Example 1-1 above.
  • the fluorescence detection photodiode 324, gate electrode portion 325, floating diffusion FD, contact CS, insulating films 322-1 and 322-2, and well 323 may be the same as the fluorescence detection photodiode 304, gate electrode portion 305, floating diffusion FD, contact CS, insulating film 302, and well 303 described in Example 2-1 above, and the description in Example 2-1 above also applies to this example.
  • the photodiode 327 for detecting excitation light, the gate electrode portion 329, the floating diffusion FD2, and the contact CS2 may be the same as the photodiode 319 for detecting excitation light, the gate electrode portion 320, the floating diffusion FD2, and the contact CS2 described in Example 2-2 above, and the description in Example 2-2 above also applies to this example.
  • the absorption filter 326 may be a filter having an optical property of selectively transmitting light in a specific wavelength range and absorbing light in other wavelength ranges.
  • the absorption filter 326 may be a filter having an optical property of selectively transmitting fluorescent light and absorbing at least excitation light.
  • such an absorption filter is provided between the excitation light detection photodiode and the fluorescence detection photodiode.
  • the absorption filter can prevent the excitation light from proceeding to the fluorescence detection photodiode, which contributes to improving the fluorescence detection accuracy.
  • the absorption filter since the absorption filter is disposed in front of the excitation light detection photodiode on the optical path of the excitation light, the absorption filter does not adversely affect the excitation light detection accuracy by the excitation light detection photodiode.
  • an N region 344N-1 for detecting fluorescence and an N region 344N-2 for detecting excitation light may be provided in one P region 344P.
  • the P region 344P and the N region 344N-1 function as a photodiode for detecting fluorescence. Electrons stored in the photodiode for detecting fluorescence are read out by an electron readout unit (including a gate electrode unit 345-1, a floating diffusion FD, and a contact CS).
  • the P region 344P and the N region 344N-2 function as a photodiode for detecting excitation light.
  • Electrons stored in the photodiode for detecting excitation light are read out by an electron readout section (including a gate electrode section 345-2, a floating diffusion FD2, and a contact CS2).
  • each pixel unit may be configured to have such a two-tiered photodiode structure. This configuration will be described in more detail in Example 4-1 onwards.
  • Example 2-4 (Use of photoelectric conversion film)
  • the pixel unit described in Example 2-3 above has a photodiode for detecting excitation light.
  • a photoelectric conversion film may be provided instead of the photodiode for detecting excitation light.
  • the photoelectric conversion film may be a photoelectric conversion film having wavelength selectivity, and in particular may be a photoelectric conversion film that selectively photoelectrically converts excitation light. In this manner, the excitation light may be detected by the photoelectric conversion film.
  • An example of the configuration of a pixel unit having the photoelectric conversion film will be described below with reference to FIG. 15. This figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • the cross section is a cross section in a plane perpendicular to the light receiving surface of the imaging element.
  • the pixel unit 331 has a well 333 and a fluorescence detection photodiode 334.
  • the pixel unit 331 has an insulating film 332-1, a photoelectric conversion film 337, an absorption filter 336, and an insulating film 322-2 between the well 333 and the photodiode 334.
  • the absorption filter 336 corresponds to the excitation light blocking section described above.
  • the pixel unit 331 may be configured to have a layered structure in which the fluorescence detection photodiode 334, the absorption filter 336, the photoelectric conversion film 337, and the well 333 are arranged in this order.
  • An imaging element according to the present disclosure may have a plurality of pixel units 331 arranged in a grid pattern, as described in Example 1-1 above.
  • the fluorescence detection photodiode 334, the gate electrode portion 335, the floating diffusion FD, the contact CS, the insulating films 332-1 and 332-2, and the well 333 may be the same as the fluorescence detection photodiode 304, the gate electrode portion 305, the floating diffusion FD, the contact CS, the insulating film 302, and the well 303 described in Example 2-1 above, and the description in Example 2-1 above also applies to this example.
  • the absorption filter 336 may be the same as the absorption filter 326 described in Example 2-3 above, and the description in Example 2-3 above also applies to this example.
  • the photoelectric conversion film 337 may be a photoelectric conversion film having wavelength selectivity, and in particular is a photoelectric conversion film that selectively photoelectrically converts the excitation light irradiated onto the analyte.
  • the photoelectric conversion film 337 does not have to photoelectrically convert the fluorescence generated by irradiating the analyte with the excitation light.
  • the photoelectric conversion film may be made of, for example, an inorganic material or an organic material.
  • the inorganic material may be, for example, an inorganic semiconductor material.
  • the inorganic semiconductor material may be a III-V semiconductor material, such as a gallium arsenide-based semiconductor and an indium phosphide-based semiconductor. More specifically, such materials may include InGaAs, GaAs, InP, and GaN, and in particular, the material may be InGaAs.
  • the inorganic material may be a two-dimensional semiconductor material, and the material may be MoS2 , or WS2 .
  • the inorganic material may be GaO3 .
  • the organic material may be, for example, an organic semiconductor material.
  • the photoelectric conversion film may have, for example, one or more layers selected from a p-type organic semiconductor layer, an n-type organic semiconductor layer, and a mixed layer of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor.
  • the photoelectric conversion film may have a single layer structure of a p-type organic semiconductor, or may have a single layer structure of an n-type organic semiconductor, or may have a single layer structure of a mixed layer of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor.
  • the photoelectric conversion film may have a laminated structure of a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer, that is, a laminated structure of "p-type organic semiconductor layer/n-type organic semiconductor layer".
  • the photoelectric conversion film may have a structure in which a p-type organic semiconductor layer and/or an n-type organic semiconductor layer and the mixed layer are laminated.
  • the photoelectric conversion film may have a laminated structure of "p-type organic semiconductor layer/mixed layer of p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor/n-type organic semiconductor layer", a laminated structure of "p-type organic semiconductor layer/mixed layer of p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor", or a laminated structure of "n-type organic semiconductor layer/mixed layer of p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor".
  • the p-type organic semiconductor may be one or more of these.
  • the p-type organic semiconductor may be one or more of these.
  • the p-type organic semiconductor may be one or more of these.
  • the p-type organic semiconductor may be one or more of these.
  • the n-type organic semiconductor may be fullerene or fullerene derivative (e.g., fullerenes such as C60, C70, C74 (higher fullerenes, endohedral fullerenes, etc.) or fullerene derivatives (e.g., fullerene fluorides, PCBM fullerene compounds, fullerene polymers, etc.)), organic semiconductors with larger (deeper) HOMO and LUMO than p-type organic semiconductors, or transparent inorganic metal oxides.
  • the n-type organic semiconductor may be one or more of these.
  • n-type organic semiconductor include organic molecules having heterocyclic compounds containing nitrogen atoms, oxygen atoms, or sulfur atoms as part of their molecular skeletons, such as pyridine derivatives, pyrazine derivatives, pyrimidine derivatives, triazine derivatives, quinoline derivatives, quinoxaline derivatives, isoquinoline derivatives, acridine derivatives, phenazine derivatives, phenanthroline derivatives, tetrazole derivatives, pyrazole derivatives, imidazole derivatives, thiazole derivatives, oxazole derivatives, imidazole derivatives, benzimidazole derivatives, benzotriazole derivatives, benzoxazole derivatives, benzoxazole derivatives, benzoxazole derivatives, carbazole derivatives, benzofuran derivatives, dibenzofuran derivatives, subporphyrazine derivatives, polyphenylenevinylene derivatives, polybenzothiadiazole derivatives, and
  • the groups contained in the fullerene derivative include halogen atoms; linear, branched, or cyclic alkyl groups or phenyl groups; groups having linear or condensed aromatic compounds; groups having halides; partial fluoroalkyl groups; perfluoroalkyl groups; silylalkyl groups; silylalkoxy groups; arylsilyl groups; arylsulfanyl groups; alkylsulfanyl groups; arylsulfonyl groups; alkylsulfonyl groups; arylsulfide groups; alkylsulfide groups; amino groups; alkylamino groups; arylamino groups; hydroxy groups; alkoxy groups; acylamino groups; acyloxy groups; carbonyl groups; carboxy groups; carboxamido groups; carboalkoxy groups; acyl groups; sulfonyl groups; cyano groups; nitro groups; groups having chalcogenides; phosphin
  • the thickness of the photoelectric conversion film may be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 8 m (meters) to 5 ⁇ 10 ⁇ 7 m, preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 8 m to 3 ⁇ 10 ⁇ 7 m, more preferably 2.5 ⁇ 10 ⁇ 8 m to 2 ⁇ 10 ⁇ 7 m, or even 1 ⁇ 10 ⁇ 7 m to 1.8 ⁇ 10 ⁇ 7 m.
  • Organic semiconductors are often classified as p-type and n-type, but p-type means that they easily transport holes and n-type means that they easily transport electrons, and are not limited to the interpretation that they have holes or electrons as thermally excited majority carriers like inorganic semiconductors.
  • Examples of materials constituting the photoelectric conversion film that photoelectrically converts light of a green wavelength include rhodamine-based dyes, melacyanine-based dyes, quinacridone derivatives, and subphthalocyanine-based dyes (subphthalocyanine derivatives).
  • Examples of materials constituting the photoelectric conversion film that converts blue light into electricity include coumaric acid dyes, tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), and melacyanine dyes.
  • examples of materials constituting the photoelectric conversion film that converts red light into electricity include phthalocyanine dyes and subphthalocyanine dyes (subphthalocyanine derivatives).
  • the photoelectric conversion film it is also possible to use a panchromatic photosensitive organic photoelectric conversion film that is sensitive to almost all visible light from the ultraviolet region to the red region.
  • a signal charge generated by photoelectric conversion by the photoelectric conversion film 337 may be read out, for example, by a gate electrode portion 339 provided on the photoelectric conversion film 337. Furthermore, a floating diffusion FD2 and a contact CS2 may be provided on the photoelectric conversion film 337.
  • the gate electrode portion 339, the floating diffusion FD2, and the contact CS2 may be the same as the gate electrode portion 320, the floating diffusion FD2, and the contact CS2 described in Example 2-2 above, and the description in Example 2-2 above also applies to this example.
  • noise reduction processing can be performed on the fluorescent light signal detected by the fluorescent light detection photodiode 334. In this way, the accuracy of fluorescent light detection can be improved.
  • Example 2-5 (Another configuration example of a two-tiered photodiode and an absorption filter)
  • the pixel units described in the above examples 2-1 to 2-4 have a photodiode for detecting fluorescence.
  • a quantum dot photoelectric conversion film may be used instead of the photodiode for detecting fluorescence, and for example, a multilayer film in which a plurality of quantum dot photoelectric conversion films are stacked may be used.
  • An example of a pixel unit configured in this manner will be described below with reference to FIG. 17.
  • the figure shows a schematic diagram of a cross section of a pixel unit of a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • the cross section is a cross section in a plane perpendicular to the light receiving surface of the imaging element.
  • the pixel unit 351 has a multilayer film in which quantum dot photoelectric conversion films 354-1 to 354-5 are stacked in addition to the well 353.
  • An insulating film 352 is provided between the well 353 and the multilayer film.
  • Each quantum dot photoelectric conversion film converts light of a specific wavelength into an electric current. That is, the multilayer film has a plurality of quantum dot photoelectric conversion films that convert light (particularly fluorescent light) of different wavelengths into an electric current. This makes it possible to detect fluorescent light of various wavelengths. Furthermore, one or more of the plurality of quantum dot photoelectric conversion films may perform photoelectric conversion of excitation light, thereby allowing the excitation light to be detected.
  • Each quantum dot photoelectric conversion film may be connected to an electronic readout unit 355-1 to 355-5. A signal in the quantum dot photoelectric conversion film connected to each electronic readout unit is read out from each electronic readout unit. Each electronic readout unit may have a gate electrode unit (TG or VG) as described above.
  • Each electronic readout unit may also have a floating diffusion FD and/or a contact CS.
  • the pixel unit in the figure has a multilayer film in which five quantum dot photoelectric conversion films are stacked, but the number of quantum dot photoelectric conversion films that the pixel unit has is not limited to 5.
  • the pixel unit may have one quantum dot photoelectric conversion film, or may have two or more quantum dot film photoelectric conversion films.
  • the wavelength of light that quantum dots convert photoelectrically changes depending on their particle size. Therefore, by changing the particle size of the quantum dots, it is possible to accommodate a variety of fluorescent lights.
  • Example 2-6 (Lamination of an absorption filter onto a transparent substrate)
  • the imaging element of the present disclosure is used in combination with a transparent substrate to form a flow path. That is, the present disclosure also provides a flow path unit including the imaging element and the transparent substrate, in which the imaging element and the transparent substrate form a flow path.
  • an absorption filter may be laminated on the transparent substrate. A configuration example of a transparent substrate on which an absorption filter is laminated will be described with reference to FIG.
  • a pixel unit 311 is shown in each of A to D in the figure.
  • the pixel unit 311 is as explained with reference to FIG. 13 in Example 2-2 above, and that explanation also applies to this example.
  • an absorption filter 361 may be laminated on one of the two main surfaces of the transparent substrate 318, the surface opposite the well side.
  • an absorption filter 362 may be laminated on one of the two main surfaces of the transparent substrate 318 opposite the well side, and the absorption filter 362 may be divided into pixels by partitions 363.
  • two absorption filters 364 and 365 may be laminated on the surface opposite to the well side of the two main surfaces of the transparent substrate 318. These two absorption filters 364 and 365 may be configured to absorb light of different wavelengths.
  • the number of absorption filters laminated on one main surface of the transparent substrate is not limited to one or two, but may be three or more.
  • an absorption filter 366 may be laminated on the well-side surface of the transparent substrate 318 .
  • one layer of an absorption filter is stacked on the surface, but two or more absorption filters may be stacked on the surface, and these two or more absorption filters may be configured to absorb light of different wavelengths.
  • an absorption filter As described above, by laminating an absorption filter on a transparent substrate, it is possible to absorb unnecessary light and allow only the necessary excitation light to reach the analyte. It is also possible to prevent unnecessary light from reaching the photodiode for detecting fluorescence. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection. Furthermore, by using an absorption filter, a biological sample analysis system can be constructed without using expensive narrow-band light sources such as LEDs or lasers.
  • Example 2-7 Modification of Well
  • the bottom surface of the well i.e., the surface on which the analyte is retained
  • partitions may be provided around the wells to define pixel units.
  • the pixel unit 311-1 of the imaging element shown in A of the same figure is the same as the pixel unit 311 of the imaging element described with reference to Figure 13 in Example 2-2 above, except that an uneven shape is provided on the well bottom surface 371 of the well 313.
  • the surface of the bottom of the well may be provided with an uneven shape.
  • the surface may be provided with a convex structure having a cone shape, a cylinder shape, a cube shape, a rectangular parallelepiped shape, or a pyramid shape (e.g., a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, or a pentagonal pyramid shape) in a regular or irregular manner.
  • a concave structure having a cone shape, a cylinder shape, a cube shape, a rectangular parallelepiped shape, or a pyramid shape may be provided in a regular or irregular manner.
  • a surface can prevent the fluorescence from being reflected on the bottom of the well, and therefore can generate more fluorescence, which contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the dimensions of these convex or concave structures may preferably be smaller than the wavelength of the fluorescence to be detected: structures with such small dimensions are particularly suitable for preventing reflection of the fluorescence.
  • the pixel unit 311-2 of the imaging element shown in B of the figure is the same as the pixel unit 311 of the imaging element described in Example 2-2 above with reference to Figure 13, except that a partition portion 372 is provided around the periphery of the well 313 so as to surround the well. That is, the pixel unit 311-2 has a partition portion 372 in a portion surrounded by a dashed line, but the pixel unit 311 does not have a partition portion in that portion. The pixel units are divided by the partition portion 372 even in the well portion.
  • the partition portion 372 may be formed of an insulator or a metal.
  • the well may be provided such that the bottom surface of the well is inclined with respect to the stacking surface of the fluorescence detection photodiode and the multilayer reflective filter.
  • an incline may be provided in the insulating film supporting the well.
  • a lens may be provided in the insulating film.
  • the lens may have optical properties that allow at least a portion of the fluorescence to be focused on a fluorescence detection photodiode.
  • the lens may have optical properties that allow at least a portion of the excitation light to be focused onto a photodiode for detecting the excitation light.
  • the pixel unit 381-1 of the image sensor shown in A in the figure has a fluorescence detection photodiode 384, a gate electrode portion 385 connected to the fluorescence detection photodiode, a floating diffusion FD, a contact CS, a partition portion 386, a multilayer reflective filter 387, an excitation light detection photodiode 389, a gate electrode portion 390 connected to the excitation light detection photodiode, a floating diffusion FD2, and a contact CS2.
  • the transparent substrate 388 is also the same as the transparent substrate 318 described with reference to FIG. 13 in Example 2-2 above.
  • Pixel unit 381-1 has a well 383.
  • the well is provided so as to be inclined with respect to the incident surface (i.e., the layered surface of the fluorescence detection photodiode 384 and the multilayer reflective filter 387) through which the fluorescence enters the fluorescence detection photodiode 384.
  • the bottom surface of the well on which the analyte is held is inclined with respect to the incident surface (i.e., the layered surface).
  • the pixel unit 381-1 is configured so that the insulating film 382 provided between the well 383 and the excitation light detection photodiode 389 has a tilt. That is, the two main surfaces of the insulating film are not parallel to each other but are arranged to intersect (i.e., to form an angle of more than 0 degrees). Alternatively, the upper surface (incident surface of the excitation light) of the excitation light photodiode may be inclined, and in this case, the two main surfaces of the insulating film may be parallel to each other.
  • tilting the well in this way can reduce the amount of excitation light that enters the fluorescence detection photodiode. This reduces noise caused by the excitation light, contributing to improved fluorescence detection accuracy.
  • An image sensor 381-2 shown in FIG. 2B is the same as the pixel unit 381-1 of the image sensor shown in FIG. 2A, except that a lens 391 is provided inside an insulating film 382.
  • the lens 391 may be configured to focus at least a portion of the fluorescence generated by irradiation of the analyte S1 with excitation light onto the fluorescence detection photodiode 384.
  • the shape of the lens 391 is not limited to a convex lens as shown in the figure, but may be a diffractive lens or the like.
  • the imaging element of the present disclosure may be configured so that the position of the well can be shifted relative to the position of the photodiode for detecting fluorescence.
  • An example of an imaging element configured in this manner will be described below with reference to FIG.
  • a in the figure shows an image sensor 400 in which a number of pixel units 401a, 401b, and 401c are arranged. These pixel units are the same as the pixel unit 311 described with reference to FIG. 13 in the insulating film example 2-2 above, except that the position of the well BR>S03 can be moved relative to the position of the fluorescence detection photodiode and that a color filter 404 is provided.
  • the color filter 404 has color filter regions 404a, 404b, and 404c.
  • the color filter region 404a provided in the pixel unit 401a, the color filter region 404b provided in the pixel unit 402b, and the color filter region 404c provided in the pixel unit 401c transmit light of different wavelengths. Note that the term "color filter region” may be simply referred to as "color filter” without the word "region” in view of focusing on each pixel unit.
  • FIG. 5A shows the state of the well 403 before it is moved.
  • FIG. 5B shows the state of the well 403 during its movement
  • FIG. 5C shows the state of the well 403 after it is moved.
  • the well 403 can move relative to the position of the photodiode for detecting fluorescence.
  • the photodiode for detecting excitation light and the multilayer reflective filter are fixed so as not to move relative to the position of the photodiode for detecting fluorescence.
  • the transparent substrate 408 may also be movable in conjunction with this movement.
  • the three types of pixel units 401a, 401b, and 401c shown in these figures are provided with color filters 404a, 404b, and 404c that transmit light of different wavelengths, respectively.
  • These color filters may be fixed so as not to move relative to the position of the fluorescence detection photodiode, similar to the excitation light detection photodiode and the multilayer film reflection filter. The position at which the color filter is provided may be appropriately selected.
  • the color filter may be provided on the insulating film 402 as shown in the figure, or may be provided between the insulating film and the excitation light detection photodiode, or may be provided between the excitation light detection photodiode and the multilayer film reflection filter, or may be provided between the multilayer film reflection filter and the fluorescence detection photodiode.
  • a of the figure before the well 403 is moved, the analyte Sb is held in the well of the central n-th pixel unit 401b.
  • the analyte Sb and the well holding the analyte Sb move onto the pixel unit 401c on the right.
  • the wavelength of light transmitted by the color filter 404b present on the pixel unit 401b is different from the wavelength of light transmitted by the color filter 404c present on the pixel unit 401c on the right.
  • light generated from the analyte may be detected by the central pixel unit 401b but not by the pixel unit 401c on the right after the movement.
  • light of two wavelengths can be confirmed in one sequence of light detection before and after the movement, thereby improving the analysis speed.
  • the color filter may be configured to transmit light of two different wavelengths depending on the position.
  • the color filter may be configured to transmit three or more different wavelengths of light depending on the position of the well, and further, by controlling the position of the well, three or more different wavelengths of light may be detected in one sequence.
  • the advantage of having such shiftable wells is that light generated from an analyte can be detected at multiple pixels.
  • the three color filters 404a, 404b, and 404c have optical properties that transmit light of different wavelengths, but the configuration of the color filters is not limited to this.
  • the color filters 404a and 404c may transmit light of the same wavelength, and the wavelength of light transmitted by the color filter 404b may be different from that of the color filters 404a and 404c.
  • the color filters 404a and 404b may transmit light of the same wavelength, and the wavelength of light transmitted by the color filter 404c may be different from that of the color filters 404a and 404b.
  • three types of color filter regions 404a, 404b, and 404c that transmit different wavelengths of light are shown, that is, three types of color filters having different optical properties are shown.
  • the number of types of optical properties of the color filter regions is not limited to three.
  • the color filter may have two or more types of color filter regions that transmit light of different wavelengths, for example, two to ten types, particularly two, three, or four types of color filter regions.
  • Example 2-10 (Use of waveguides, absorptive filters, plasmonic filters, metamaterials, or polarizers)
  • the imaging element of the present disclosure may include one or more of a waveguide, an absorption filter, a plasmon filter, a metamaterial, and a polarizer between the fluorescence detection photodiode and the well. Examples of imaging elements configured in this manner are described below with reference to FIGS. 22 to 29.
  • the pixel unit 411-1 shown in FIG. 22 has a well 413, a fluorescence detection photodiode 414, a gate electrode portion 415 connected to the fluorescence detection photodiode, a floating diffusion FD, a contact CS, a partition portion 416, a multilayer reflective filter 417, an excitation light detection photodiode 419, a gate electrode portion 420 connected to the excitation light detection photodiode, a floating diffusion FD2, and a contact CS2.
  • the transparent substrate 418 is also the same as the transparent substrate 318 described with reference to FIG. 13 in the above example 2-2.
  • the pixel unit 411-1 has an absorption filter 412 and a waveguide 421 between the fluorescence detection photodiode 414 and the well 413. More specifically, it has a layered structure in which the fluorescence detection photodiode 414, the multilayer film reflection filter 417, the waveguide 421, the absorption filter 412, the excitation light detection photodiode 419, and the well 413 are arranged in this order.
  • the absorption filter 412 may have optical properties, for example, that absorb excitation light. Furthermore, the absorption filter 412 may have optical properties that transmit fluorescence. The absorption filter 412 can prevent unnecessary light other than fluorescence from reaching the fluorescence detection photodiode 414. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the presence of the waveguide 421 between the absorption filter 412 and the multilayer reflective filter 417 allows the fluorescence to reach the fluorescence detection photodiode more reliably. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the pixel unit 411-2 shown in FIG. 23 has a waveguide. Instead of a waveguide, it may have a lens 422 or a diffraction grating as shown in the same figure.
  • the lens or the diffraction grating may be configured to collect the fluorescence, and in particular, may be configured to collect the fluorescence on a photodiode for detecting fluorescence. This improves the accuracy of fluorescence detection.
  • the lens or the grating may also be wavelength dependent, more specifically configured to focus light of a particular wavelength at a particular location and light of another particular wavelength at another particular location, i.e., the focusing point can be changed depending on the wavelength.
  • two or more N regions may be formed in one P region, i.e., two or more photodiodes may be formed.
  • the light collecting points differ according to the wavelength, and two or more photodiodes are formed, so that light can be separated.
  • the pixel unit 411-3 shown in FIG. 24 has waveguides 424 arranged in an array.
  • the pixel unit 411-3 is the same as the pixel unit 411-1 described above in FIG. 22, except that the waveguides are arranged in an array.
  • the waveguides may be formed in the insulating film 425.
  • the pixel unit 411-4 shown in FIG. 25 is the same as the pixel unit 411-3 described above in FIG. 24, except that it does not have an absorption filter 412.
  • the imaging element of the present disclosure does not need to have an absorption filter in this way, and may have a waveguide and a multilayer reflection filter.
  • a lens structure is formed between the multilayer reflective filter 417 and the photodiode for detecting excitation light.
  • the lens structure may be a lens structure configured to function as a lens by adjusting the shape of the absorption filter 426, for example.
  • a recess is formed in the absorption filter 426, and this recess structure is configured to function as a lens.
  • Such a concave lens shape can prevent color mixing.
  • the pixel unit 411-7 shown in Fig. 28 has a plasmon filter 427 between the multilayer reflective filter 417 and the photodiode for detecting excitation light.
  • the plasmon filter has an optical property of transmitting only light of a specific wavelength. Therefore, the plasmon filter may be configured to transmit, for example, only fluorescent light.
  • the plasmon filter may contain metal particles (particularly nanoparticles), for example, gold (Au) particles.
  • the pixel unit may have a metamaterial instead of the plasmon filter 427. More particularly, the pixel unit may have a layer (also referred to as a "metamaterial layer") formed from a metamaterial between the multilayer reflective filter 417 and the excitation light detection photodiode.
  • the metamaterial layer may have optical properties that transmit only light of a specific wavelength, and may be configured to selectively transmit fluorescence to be detected by the fluorescence detection photodiode in particular.
  • the pixel unit 411-8 shown in FIG. 29 has a polarizer 428 between the multilayer reflective filter 417 and the photodiode for detecting excitation light.
  • the excitation light is preferably polarized light.
  • the polarizer may have optical properties that extinguish the polarized light that is the excitation light and transmit the fluorescence. An embodiment using a polarizer will be described in more detail later.
  • the above configuration can also improve the accuracy of fluorescence detection.
  • Example 2-11 (Fluorescence Reflecting Material Placed Over Wells)
  • a material that reflects fluorescence generated by irradiation of the analyte with excitation light may be disposed on top of the well.
  • the material may in particular be transparent to the excitation light.
  • the material may be, for example, a laminated film. This configuration will be described below with reference to FIG. 30.
  • the pixel unit 431 shown in the figure has a well 433, a fluorescence detection photodiode 434, a gate electrode portion 435 connected to the fluorescence detection photodiode, a floating diffusion FD, a contact CS, a partition portion 436, a multilayer reflective filter 437, an excitation light detection photodiode 439, a gate electrode portion 440 connected to the excitation light detection photodiode, a floating diffusion FD2, and a contact CS2.
  • a laminated film 441 is provided so as to be disposed immediately above the well, in particular immediately above the analyte. That is, the laminated film is provided so as to sandwich the analyte S1 between the laminated film 441 and the well 433.
  • the laminated film may be laminated, for example, on the transparent substrate described above.
  • the laminated film reflects fluorescence (dashed arrow) generated by irradiation of the analyte with excitation light, and also transmits the excitation light.
  • the irradiation of the excitation light generates fluorescence that travels toward the fluorescence detection photodiode, but fluorescence that travels in the opposite direction from the fluorescence detection photodiode (i.e., the well opening side) may also be generated.
  • the fluorescence traveling in the opposite direction is reflected by the laminated film and detected by the fluorescence detection photodiode. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • Example 2-12 (Pinhole structure)
  • a pinhole structure or a MEMS shutter may be provided above the well to reflect fluorescence generated by irradiation of the analyte with excitation light. This configuration will be described below with reference to FIG.
  • the pixel unit 451 shown in the figure has a well 453, a fluorescence detection photodiode 454, a gate electrode portion 455 connected to the fluorescence detection photodiode, a floating diffusion FD, a contact CS, a multilayer reflective filter 457, an excitation light detection photodiode 459, a gate electrode portion 460 connected to the excitation light detection photodiode, a floating diffusion FD2, and a contact CS2.
  • the opening of the well 453 is provided with a lid 461 having a pinhole H1.
  • a pinhole H1 is provided in the lid 461, so that excitation light (solid arrow in the figure) can be irradiated toward the analyte S1.
  • the inner surface (the surface facing the well) of the lid portion 461 may be formed, for example, from a material that reflects fluorescence (metal, for example, Al). This allows the fluorescence (dashed arrow in the same figure) generated by irradiation of the analyte S1 with excitation light to not exit the well, but to be reflected by the lid portion 461 as shown in the same figure and to proceed toward the fluorescence detection photodiode 454.
  • the partition 456 is extended to reach the lid.
  • the partition 456 may be configured, for example, as a light-guiding wall that guides the fluorescence to the fluorescence detection photodiode 454.
  • the partition 456 may be formed of a cladding material or metal with a low refractive index (e.g., a light-reflective material that is easy to embed, such as Cu, W, or Ti).
  • the partition 456 may be an air gap.
  • the lid and partition sections described above can increase the amount of fluorescence that reaches the fluorescence detection photodiode, which contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the lid portion 461 may also be a MEMS shutter.
  • a MEMS shutter An example of the case where a MEMS shutter is used will be described with reference to FIG. 32.
  • the pixel unit 371 of the image sensor has a configuration in which a MEMS shutter 372 is added to the lid portion of the pixel unit 361 of the image sensor shown in FIG. 31.
  • the opening and closing of the pinhole is controlled by the MEMS shutter 372 moving in the direction of the arrow D1 in the figure.
  • Example 2-13 (Excitation light blocking section provided on Si first-layer structure)
  • the pixel unit described with reference to Figures 22 to 27 in Example 2-11 above has a photodiode for detecting fluorescence and a photodiode for detecting excitation light, i.e., has a two-story Si structure, and further has an excitation light blocking section such as a multilayer reflection filter, an absorption filter, and a waveguide in addition to the two-story Si structure.
  • the pixel unit may be configured to have a photodiode for detecting fluorescence and an excitation light blocking portion, without having a photodiode for detecting excitation light, as will be described below with reference to Figures 33A and 33B.
  • the pixel units 471-1 to 471-6 shown in FIGS. 33A and 33B are similar to the pixel units 411-1 to 411-6 shown in FIGS. 22 to 27, except that they do not have a photodiode for detecting excitation light and a gate electrode portion connected thereto.
  • the pixel unit of the present disclosure may have a laminated structure of a fluorescence detection photodiode and an excitation light blocking section (including a multilayer reflective filter and an absorption filter, a waveguide, or a lens).
  • Example 2-14 (Excitation light blocking section provided on Si two-layer structure)
  • the pixel unit described in Example 2-11 above with reference to Figures 22 to 27 has an excitation light blocking section between the fluorescence detection photodiode and the excitation light detection photodiode.
  • the pixel unit may have some of the components of the excitation light blocking section provided between the fluorescence detection photodiode and the excitation light detection photodiode, and another part of the components of the excitation light blocking section provided between the excitation light detection photodiode and the well. This configuration will be described below with reference to Figures 34A and 34B.
  • the pixel units 481-1 to 481-6 shown in Figures 34A and 34B are similar to the pixel units 411-1 to 411-6 shown in Figures 22 to 27, except that some of the components of the excitation light blocking section are between the well and the excitation light detection photodiode, and the remaining components of the excitation light blocking section are between the well and the excitation light detection photodiode.
  • the pixel units of the present disclosure may be configured in this manner.
  • Example 2-15 (Trench Shape)
  • the multilayer reflective filters of two adjacent pixel units are separated by a partition portion as shown in region 490 on the left in Fig. 35.
  • the trench shape of the partition portion may have any one of the shapes shown in (a) to (c) on the right in the figure, for example. These shapes are described below.
  • the trench shape may have a shape in which a substantially rectangular parallelepiped shape in the high refractive index layer H and a substantially trapezoid shape in the low refractive index layer L are alternately stacked. That is, in the high refractive index layer H, the multilayer reflective filter may be dug vertically, and in the low refractive index layer L, the multilayer reflective filter may be dug to have a taper angle. Alternatively, the multilayer reflective filter may be dug to have a taper angle in both the high refractive index layer H and the low refractive index layer L.
  • the trench shape may have a shape in which the width becomes narrower from the shallow part to the deep part of the multilayer reflective filter, as shown in FIG.
  • the multilayer reflective filter may be trenched so as to have no taper angle in both the high refractive index layer H and the low refractive index layer L. This allows the trench shape to have a constant width at any depth in the multilayer reflective filter, as shown in FIG.
  • the back-illuminated image sensor according to the present disclosure may have an excitation light blocking portion as described in 1.2 above.
  • the excitation light blocking portion may include a polarizer.
  • the excitation light may be, for example, polarized light.
  • a high excitation light cutoff rate high S/N ratio
  • miniaturized pixel size high throughput
  • the pixel unit 301 described in Example 1.2 above is shown in Fig. 36A.
  • the pixel unit has a multilayer reflective filter 307 as a component for blocking excitation light.
  • it is necessary to increase the thickness of the multilayer reflective filter but as a trade-off, the thickness of the pixel structure increases, and the more miniaturized the structure is, the more likely optical crosstalk occurs.
  • the thickness T1 of the multilayer reflective filter 307 of the pixel unit 301 may be, for example, about several ⁇ m (particularly, about 3 ⁇ m to 4 ⁇ m).
  • a back-illuminated imaging element according to the present disclosure having a polarizer instead of the multilayer reflective filter may have a configuration as shown in FIG. 36B, for example, and the thickness T2 of the polarizer may be, for example, 1 ⁇ m or less (particularly, about 0.2 ⁇ m to 0.3 ⁇ m).
  • a polarizer as an excitation light blocking portion in the present disclosure, it is possible to reduce the height of the pixel, which is extremely advantageous for miniaturizing the pixel.
  • the use of a polarizer instead of a multilayer reflection filter can improve the S/N ratio, which contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the polarizer transmits either S-polarized or P-polarized light incident in the direction of the arrangement, and extinguishes the other.
  • the polarized light extinguished by the polarizer may be irradiated as excitation light to the analyte. This irradiation generates fluorescence.
  • the excitation light that has passed through the analyte holding portion (particularly the nanowell) is extinguished by the polarizer, and only the fluorescence passes through the polarizer.
  • the transmitted fluorescence is detected by a fluorescence detection photodiode.
  • the thickness of the polarizer is significantly smaller than the thickness of the multilayer reflective filter, it is possible to reduce the height of the pixels. Reducing the height of the pixels is also useful for suppressing optical crosstalk. Reducing the height of the pixels also makes it possible to form a structure that is advantageous for miniaturizing the pixels.
  • a back-illuminated imager having a polarizer according to the present disclosure will now be described with reference to Figures 36B and 36C.
  • a pixel unit 501 shown on the right side of the figure has a well 503 and a photodiode 504 for detecting fluorescence.
  • the pixel unit 501 has an insulating film 502-1, a polarizer 507, and an insulating film 502-2 between the well 503 and the photodiode 504.
  • the polarizer 507 corresponds to the excitation light blocking portion described above.
  • the pixel unit 501 may be configured to have a layered structure in which the photodiode 504, the polarizer 507, and the well 503 are arranged in this order.
  • the imaging element according to the present disclosure may have a plurality of pixel units 501 arranged in a grid pattern. That is, as shown in the plan view on the left of the figure, a back-illuminated imaging element 500 may be composed of a plurality of pixel units 501 arranged in a grid pattern.
  • the well 503, photodiode 504 (N region 504N and P region 504P), gate electrode portion 505, partition portion 506, and transparent substrate 508 may be the same as the well 303, photodiode 304 (N region 304N and P region 304P), gate electrode portion 305, partition portion 306, and transparent substrate 308 described in Example 2-1 above, and the description also applies to this example.
  • the pixel unit 501 has a polarizer 507 between a well 503 and a fluorescence detection photodiode 504.
  • the polarizer 507 may be laminated with the well 503 via an insulating film 502-1.
  • the polarizer 507 may be laminated with the fluorescence detection photodiode 504 via an insulating film 502-2.
  • These insulating films may be, for example, SiO2 .
  • excitation light L1 (solid arrow), which is polarized light, is irradiated onto an analyte S1.
  • a portion of the irradiated excitation light passes through the analyte S1, travels through the well 503, and reaches the polarizer 507.
  • the excitation light L1, which is polarized light is quenched by the polarizer 507.
  • Fluorescence L2 (dashed arrow) is generated by irradiating the analyte S1 with the excitation light L1.
  • the fluorescence L2 passes through the polarizer 507 and reaches the fluorescence detection photodiode 504.
  • the polarizer allows the fluorescent light to selectively reach the photodiode. This contributes to improving the accuracy of fluorescence detection.
  • the polarizer is not used to obtain polarization information. Therefore, one polarizer may be stacked in one pixel unit, or one polarizer may be stacked across multiple pixel units. That is, one polarizer may be provided so as to cover the detection units of two or more pixel units. In addition, the orientation of the polarizer with respect to the photodiode may be any orientation.
  • one polarizer for four photodiodes PD1 to PD4 may be arranged diagonally with respect to the pixel array direction, or as shown in (b) of the same figure, one polarizer for four photodiodes PD1 to PD4 may be arranged horizontally or vertically with respect to the pixel array direction. Furthermore, as shown in (c) and (d) of the same figure, one polarizer for each photodiode may be arranged in a diagonal direction, or in a horizontal or vertical direction with respect to the pixel array direction.
  • Example 3-3 (Example when unpolarized light is used)
  • the light emitted from the light source may be unpolarized light.
  • a polarizer that converts the unpolarized light into polarized light may be disposed on the optical path from the light source to the analysis unit. A configuration example in this case will be described with reference to FIG.
  • a polarizer may be laminated on a transparent substrate.
  • a polarizer 509 may be provided between transparent substrates 508-1 and 508-2, that is, a laminated structure of a transparent substrate, a polarizer, and a transparent substrate may be formed.
  • Unpolarized light L10 is normally irradiated from a light source and reaches the laminated structure.
  • light L11 is polarized light.
  • the polarized light L11 is irradiated to an analyte.
  • a polarizer may be laminated on one transparent substrate.
  • the pixel unit 511 shown in the figure is the same as the pixel unit 501 described in Example 3-1 above.
  • the polarizer 507 stacked on the photodiode 504 of the pixel unit 501 has the optical property of extinguishing the polarized light L11. This makes it possible to block the excitation light as described in Example 3-1 above.
  • a polarizer is mounted on the cover glass serving as the transparent substrate.
  • the polarizer laminated on the photodiode is configured so that its transmission/extinction characteristics are opposite to the transmission/extinction characteristics of the polarizer on the cover glass for polarized light. In other words, the polarized light transmitted by the polarizer on the cover glass is extinguished by the polarizer laminated on the photodiode.
  • a polarizer that transmits a specific polarized light is placed on the optical path between the light source and the well, and a polarizer that extinguishes the specific polarized light is placed on the optical path between the well and the fluorescence detection photodiode, making it possible to use a light source that emits unpolarized light.
  • Example 3-4 Combination of polarizer and excitation light absorbing filter
  • the pixel unit of the image sensor of the present disclosure may have an excitation light absorbing filter in addition to a polarizer. This combination can more reliably block the excitation light.
  • a configuration example of the pixel unit of the image sensor having such a combination will be described with reference to FIG.
  • the pixel unit 521 has an insulating film 522-1, an absorption filter (e.g., a multilayer reflective filter) 529, a polarizer 527, and an insulating film 522-2 between the well 523 and the photodiode 524.
  • the absorption filter 529 and the polarizer 527 correspond to the excitation light blocking section described above.
  • the pixel unit 521 may be configured to have a layered structure in which the photodiode 523, the polarizer 527, the absorption filter 529, and the well 523 are arranged in this order.
  • the well 523, photodiode 524 (N region 524N and P region 524P), gate electrode portion 525, partition portion 526, and transparent substrate 528 in the figure may be the same as the well 303, photodiode 304 (N region 304N and P region 304P), gate electrode portion 305, partition portion 306, and transparent substrate 308 described in Example 2-1 above, and the description also applies to this example.
  • the pixel unit 521 further includes an absorption filter 529 in addition to the polarizer 527. This allows the excitation light blocking rate to be further increased.
  • a pixel unit 521 may have a layered structure in which a photodiode 523, an absorption filter 529, a polarizer 527, and a well 523 are arranged in this order.
  • the pixel unit of the imaging element of the present disclosure has an analyte holding portion, and in particular has a well in which the analyte is held.
  • the analyte holding portion may be laminated on the excitation light blocking portion, for example, via an insulating film.
  • the material of the analyte holding portion and the insulating film may be any material that does not adversely affect the light to be analyzed, and may be appropriately selected by a person skilled in the art. Preferably, the material does not interfere with polarized light and is weather resistant to reagents.
  • the well 503 shown in FIG. 36B may be formed from a material such as SiO 2 , SiN, or a resin material.
  • the material of the bottom portion 543-2 of the well may be different from the material of the sidewall portion 543-1 of the well.
  • the material of the bottom portion 543-2 of the well may be SiN or glass.
  • the bottom portion 543-2 may be laminated to a polarizer 547 (or an absorption filter). That is, the bottom portion 543-2 may be used as an interlayer film between the well 543 (particularly the well sidewall) and the polarizer 547.
  • the photodiode 544 (N region 544N and P region 544P), gate electrode portion 545, partition portion 546, and transparent substrate 548 in the figure may be the same as the photodiode 304 (N region 304N and P region 304P), gate electrode portion 305, partition portion 306, and transparent substrate 308 described in Example 2-1 above, and the description also applies to this example.
  • the entire well 553 may be made of SiN or glass.
  • the components other than the well of the pixel unit 551 shown in FIG. 2B may be made of SiN or glass.
  • the pixel unit of the imaging element of the present disclosure may have a plasmon filter as an excitation light blocking unit.
  • the wavelength selectivity of the plasmon filter may be utilized to selectively block the excitation light and allow the fluorescence to reach the photodiode. A configuration example in which the plasmon filter is used will be described with reference to FIG.
  • the pixel unit 561 has an insulating film 562-1, a plasmon filter 567, and insulating films 562-2 to 562-4 between the well 563 and the photodiode 564.
  • the plasmon filter 567 corresponds to the excitation light blocking section described above.
  • the pixel unit 561 may be configured to have a layered structure in which the photodiode 564, the plasmon filter 567, and the well 563 are arranged in this order.
  • the well 563, photodiode 564 (N region 564N and P region 564P), gate electrode portion 565, partition portion 566, and transparent substrate 568 in the figure may be the same as the well 303, photodiode 304 (N region 304N and P region 304P), gate electrode portion 305, partition portion 306, and transparent substrate 308 described in Example 2-1 above, and the description also applies to this example.
  • the plasmon filter 567 is a filter that selectively blocks excitation light by the surface plasmon resonance effect and transmits fluorescence.
  • the filter may be made of, for example, a metal, such as, but not limited to, Al or Cu.
  • the filter may have holes (also called a hole array) arranged in an array, as shown in the cross-sectional schematic diagram shown in B of the same figure.
  • the wavelength of light to be blocked can be adjusted by adjusting the pitch and/or diameter of the holes.
  • the pitch and diameter may be the dimensions shown in B in the figure.
  • the pitch means the interval at which the unit structure of the holes appears. By adjusting these, it is possible to adjust the transmission characteristics for light in the wavelength range from visible light to near infrared light, for example.
  • the materials for the insulating films 562-1 to 562-4 may be appropriately selected by those skilled in the art.
  • three insulating layers are present between the well and the plasmon filter, but the number of insulating layers does not have to be 3.
  • the number of insulating layers provided between them may be one or more, for example, one, two, three, four, or five.
  • one insulating layer is present between the photodiode and the plasmon filter, but the number of insulating layers does not have to be 1.
  • the number of insulating layers provided between them may be one or more, for example, 1, 2, 3, 4, or 5 layers.
  • each insulating film may be, for example, a silicon oxide film, a nitrogen-containing silicon oxide film, a silicon nitride film, an oxygen-containing silicon nitride film, or a metal oxide film.
  • Each insulating film may be an insulating film that has been subjected to a high-density plasma treatment.
  • the pixel unit of the imaging element of the present disclosure may have a film having a Fabry-Perot structure (hereinafter also referred to as an FP structure) as an excitation light blocking portion.
  • a film having an FP structure is used as an excitation light blocking portion.
  • the film 577 having the FP structure selectively blocks the excitation light by wavelength separation using a Fabry-Perot resonator.
  • a film having a high refractive index material multilayer structure such as a TiO 2 /SiO 2 multilayer film and a PolySi/SiO 2 multilayer film may be used.
  • the film having the FP structure can selectively cut only the excitation light with a thickness thinner than that of a multilayer reflection filter.
  • optical properties of a film having an FP structure can be adjusted by adjusting the thickness and material of each layer that composes the film, as well as the number of layers. This will be explained below with reference to Figure 43.
  • a graph showing the transmittance of a TiO2 / SiO2 multilayer film at each wavelength (top) and a schematic cross-sectional view of the multilayer film (bottom) are shown in Fig. 1.
  • the horizontal axis ⁇ (nm) indicates the wavelength ⁇ of light incident on the multilayer film
  • the vertical axis T indicates the proportion of light transmitted through the multilayer film out of the light incident on the multilayer film (i.e., transmittance T).
  • the multilayer film is a film of 18 layers, and the thickness of each layer is shown to the right of each layer. The total thickness of the multilayer film is 1168 nm.
  • the transmittance of light traveling in the direction indicated by the arrow in the figure through a film having a laminated structure in the figure is plotted in the graph.
  • the transmittance of the multilayer film has a peak at about 550 nm, with a half-width of about 10 nm.
  • the transmittance of the multilayer film for excitation light of 530 nm is 1/60 or less of the transmittance of fluorescent light of 550 nm.
  • an analyte is irradiated with excitation light having a wavelength of 532 nm (half width: about 30 nm) to generate fluorescence having a wavelength of 553 nm.
  • the multilayer film can selectively transmit the fluorescence generated by irradiation of the analyte with the excitation light and selectively block the excitation light.
  • Fig. 1B a graph showing the transmittance of the PolySi/ SiO2 multilayer film at each wavelength (top) and a schematic cross-sectional view of the multilayer film (bottom) are shown.
  • the horizontal axis ⁇ (nm) indicates the wavelength ⁇ of light incident on the multilayer film
  • the vertical axis T indicates the ratio of light transmitted through the multilayer film to the light incident on the multilayer film (i.e., transmittance T).
  • the multilayer film is a nine-layer film, and the thickness of each layer is shown to the right of each layer. The total thickness of the multilayer film is 650 nm.
  • the transmittance of light traveling in the direction indicated by the arrow in the figure through a film having a laminated structure in the figure is plotted in the graph.
  • the transmittance of the multilayer film has a peak at about 550 nm, with a half-width of about 20 nm.
  • the transmittance of the multilayer film for excitation light of 530 nm is 1/10 or less of the transmittance of fluorescent light of 550 nm.
  • an analyte is irradiated with excitation light having a wavelength of 532 nm (half width: about 30 nm) to generate fluorescence having a wavelength of 553 nm.
  • the multilayer film can selectively transmit the fluorescence generated by irradiation of the analyte with the excitation light and selectively block the excitation light.
  • a film having an FP structure can selectively transmit fluorescence and selectively block excitation light. Furthermore, by adjusting the configuration of the film, it is possible to selectively transmit or block light of desired wavelengths.
  • the back-illuminated imaging element according to the present disclosure includes a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating an analyte with excitation light.
  • the fluorescence detection unit includes: The two or more photodiodes may be arranged to form a vertical stack structure between the analyte holder and a wiring layer.
  • two-color chemistry using two types of fluorescent substances or four-color chemistry using four types of fluorescent substances provides higher throughput than one-color chemistry using one type of fluorescent substance. This is because one-color chemistry requires washing away the fluorescent substances and blocking agents when using fluorescent substances that identify each base, necessitating more staining and image readings, whereas two-color or four-color chemistry can reduce these steps.
  • the fluorescence detection section of the back-illuminated imaging element according to the present disclosure has two or more photodiodes, making it possible to simultaneously detect light of two or more different wavelengths. This makes it possible to improve the throughput in biological sample analysis in which two or more fluorescent substances are used. For example, it is possible to determine the base sequence of nucleic acid (e.g., DNA or RNA) with fewer staining cycles, improving the throughput of base sequence determination.
  • nucleic acid e.g., DNA or RNA
  • the two or more photodiodes are arranged to form a vertically stacked structure between the analyte holding portion and the wiring layer.
  • This is particularly suitable for nucleic acid sequencing, for example.
  • nucleic acid sequencing the extension of DNA fixed at a specific position within the surface is detected by fluorescence, so by vertically stacking the photodiodes at the same position within the light-receiving surface (by stacking the photodiodes in the depth direction), it is easy to obtain fluorescent information indicating the extension of the DNA.
  • the vertically stacked structure makes it possible to reduce the size of the light-receiving surface per pixel.
  • the back-illuminated imaging element will be described below with reference to FIG. 44.
  • the figure shows a schematic cross-sectional view of an example of the back-illuminated imaging element.
  • the pixel unit 701 has a well 703.
  • the well 703 may be covered with an insulating film 702 as shown in the figure.
  • the well 703 is rectangular in this figure, but may be another polygonal shape, or may be circular or elliptical, etc.
  • the wells 703 (and the insulating film 702 covering the wells) may be configured to hold an analyte, i.e., correspond to an analyte holding portion.
  • the description regarding the well 103 and the insulating film 102 in the above section 1.1 also applies to the well 703 and the insulating film 702.
  • the pixel unit 701 has two photodiodes 704-1 and 704-2.
  • the photodiodes may be, for example, Si photodiodes.
  • the photodiode 704-1 is composed of an N region 704N1 and a P region 704P.
  • the photodiode 704-2 is composed of an N region 704N2 and a P region 704P.
  • the N region 704N1 of the photodiode 704-1 and the N region 704N2 of the photodiode 704-2 are in contact with each other, but these regions may be separated. In the latter case, these two N regions may be separated by a P region.
  • N regions 704N1 and 704N2 may be surrounded by a P region 704P.
  • the number of photodiodes in one pixel unit is not limited to two, and may be three or more, as described below.
  • the two photodiodes 704-1 and 704-2 are aligned in a direction perpendicular to the light receiving surface, i.e., stacked vertically. As described above, this stacked structure is particularly suitable for DNA sequencing, for example.
  • the pixel unit 701 may have an insulating film 707.
  • the well 703 and the photodiode 704 may be stacked with the insulating film 707 interposed therebetween.
  • a pixel unit may be separated from other unit pixels by a partition.
  • the explanation regarding the partition 106 in 1.1 above also applies to the partition in this example.
  • the pixel unit has a gate electrode portion connected to each of the photodiodes 704-1 and 704-2.
  • the gate electrode portion may be polysilicon as described in 1.1 above. An example of the configuration of the gate electrode portion will be described below in 4.2.
  • the pixel units 701 may be arranged in an array to form an image sensor.
  • the image sensor is of a back-illuminated type, that is, a wiring layer (not shown) is provided on the side opposite to the fluorescent light incident side of the photodiode.
  • a well 703 is provided on one side of the photodiode 704, and a wiring layer is provided on the opposite side of the photodiode 704. That is, the unit pixel 701 has a layered structure in which the wiring layer, the detection section (photodiode), and the analyte holding section (well) are arranged in this order.
  • the imaging element of the present disclosure is configured in this way, so that it can acquire a larger fluorescent signal, which contributes to improving the accuracy of fluorescent detection.
  • the top of the figure shows a schematic cross-sectional view of an image sensor pixel unit having two layers of photodiodes.
  • the cross-sectional view is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the light receiving surface.
  • the pixel unit 711 has a well 713 and insulating films 712 and 717. These are the same as the well 703 and insulating films 702 and 707 described in Example 4-1 above, and the description there also applies to this example.
  • a well 713 appears in the cross section taken along line AA'.
  • the cross-sectional view taken along line BB' shows a P region 714P and an N region 714N1 that constitute the photodiode 714-1.
  • the N region 714N1 appears in the cross section taken along line CC'.
  • the area of the N region 714N2 of the photodiode 714-2 is smaller than the area of the N region 714N1 of the photodiode 714-1. Taking advantage of this difference in area, the gate electrode portion 715-1 connected to the photodiode 714-1 is disposed, thereby preventing the size of the pixel unit from becoming large.
  • the gate electrode portion can be provided so that the pixel unit does not become large, which contributes to the miniaturization of the image sensor.
  • Example 4-3 Example of the configuration of an image sensor having three layers of photodiodes
  • the imaging elements described in Examples 4-1 and 4-2 above have two layers of photodiodes, which constitute a fluorescence detection unit.
  • the fluorescence detection unit of the pixel unit of the imaging element of the present disclosure may have three or more layers of photodiodes.
  • An imaging element pixel unit having a fluorescence detection unit with three layers of photodiodes will be described below with reference to FIG. 46.
  • the top of the figure shows a schematic cross-sectional view of an image sensor pixel unit having three layers of photodiodes.
  • This cross-sectional view is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the light receiving surface. Note that in this cross-sectional view, three gate electrode sections are shown, but these are shown for the sake of convenience to allow a better understanding of this example, and do not completely match the cross-sectional view shown below the figure.
  • the pixel unit 721 has a well 723 and insulating films 722 and 727. These are the same as the well 703 and insulating films 702 and 707 described in Example 4-1 above, and the description there also applies to this example.
  • the pixel unit has two photodiodes 724-1, 724-2, and 724-3, which may be, for example, Si photodiodes.
  • the photodiode 724-1 is composed of an N region 724N1 and a P region 724P.
  • the photodiode 724-2 is composed of an N region 724N2 and a P region 724P.
  • the photodiode 724-3 is composed of an N region 724N3 and a P region 724P.
  • N region 724N1 and N region 724N2 are adjacent to each other, or N region 724N2 and N region 724N3 are adjacent to each other. In the present disclosure, these N regions may be separated. When two N regions are separated, these N regions may be separated by a P region.
  • N regions 724N1, 724N2, and 724N3 may be surrounded by a P region 724P.
  • the three photodiodes 724-1 (particularly N region 724N1), 724-2 (particularly N region 714N2), and 724-3 (particularly N region 714N3) are arranged in a direction perpendicular to the light receiving surface, i.e., stacked vertically, as shown in the figure.
  • This stacked structure is particularly suitable for DNA sequencing, as described above.
  • Photodiode 724-1 is connected to gate electrode portion 725-1.
  • Photodiode 724-2 is connected to gate electrode portion 725-2.
  • Photodiode 724-3 is connected to gate electrode portion 725-3.
  • These gate electrode portions may be made of polysilicon as described in 1.1 above. These gate electrode portions are connected to a wiring layer.
  • the imaging element is a back-illuminated type, and the wiring layer is disposed at the bottom in the figure. In other words, the imaging element has a layered structure in which a well, a photodiode, and a wiring layer are arranged in this order.
  • a well 723 appears in a cross-sectional view taken along line AA'.
  • the cross-sectional view taken along line BB' shows a P region 724P and an N region 724N1 that constitute the photodiode 724-1.
  • an N region 724N1 appears in the cross section taken along line CC'.
  • N region 724N1 and an N region 724N2 appear.
  • the area of N region 724N2 of photodiode 724-2 is smaller than the area of N region 724N1 of photodiode 724-1.
  • the area of N region 724N3 of photodiode 724-3 is smaller than the area of N region 724N2 of photodiode 724-2. Utilizing this difference in area, gate electrode portions 725-1 and 725-2 are arranged, thereby preventing the size of the pixel unit from becoming large.
  • the gate electrode portion can be provided so that the pixel unit does not become large, which contributes to the miniaturization of the image sensor.
  • Example 4-4 sensitivity verification when having two layers of photodiodes
  • the sensitivity of each photodiode was verified for the pixel unit 711 described in Example 4-2 above.
  • the sensitivity verification was performed based on the integral value of the light intensity of light (red light (668 nm) and green light (545 nm)) in the fluorescent wavelength region of a commonly used fluorescent material up to a depth of 3 ⁇ m in Si.
  • the upper end of the upper layer photodiode PD1 (N region) is designated PD1s and the lower end is designated PD1e.
  • the upper end of the lower layer photodiode PD2 (N region) is designated PD2s and the lower end is designated PD2e.
  • Fig. 48 the light intensity of red light and the light intensity of green light are plotted against the Si depth.
  • the plot also shows the absorption of these lights.
  • the integral value of the light intensity at positions PD1s to PD1e of PD1 is obtained.
  • the integral value of the light intensity at positions PD2s to PD2e of PD2 is obtained.
  • the G/R rate was calculated when the position of PD1 was fixed and PD2 was moved to various positions.
  • the G/R rate was also calculated when the position of PD2 was fixed and PD1 was moved to various positions.
  • the calculated G/R ratio is shown in Fig. 49. From these results, when the position of PD1 is fixed, the deeper the position of PD2s, the higher the G/R ratio. Also, when the position of PD2 is fixed, the shallower the position of PD1e, the higher the G/R ratio. Therefore, it is considered desirable to separate the positions of the two PDs in the depth direction (direction perpendicular to the light receiving surface) within the Si in order to increase sensitivity.
  • the photodiode closer to the wiring layer may be configured to detect fluorescence with a longer wavelength.
  • Example 1 of Manufacturing Method (Image Sensor Including PD with Well Structure)
  • the imaging element according to the present disclosure can be manufactured, for example, by applying a technique known in the technical field related to imaging elements.
  • An example of a manufacturing method of an imaging element according to the present disclosure will be described below with reference to Figures 50A-B.
  • an example of a manufacturing flow of an imaging element 1100 having a structure similar to that of the imaging element 100 described in Example 1-1 above is shown.
  • 50A and 50B are schematic diagrams for explaining a manufacturing flow diagram of a back-illuminated image sensor according to the present disclosure.
  • a Si wafer 1104P for forming a photodiode is prepared, and a photoresist PR is applied to a surface S1 of the wafer so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR may be applied to areas other than the area for forming the sidewall portion of the well.
  • the N region 1104N of the photodiode is embedded by photolithography.
  • the shape of the N region 1104N to be formed may be appropriately designed by a person skilled in the art depending on, for example, the structure of the well to be formed or the position or shape of the FD or gate electrode portion 1105 described below.
  • Poly-Si is filled into the area where the partition portion is to be formed.
  • the filling may be performed by, for example, dry etching.
  • an FD is formed in a part of the P region 1104P, as shown in (e) of the same figure.
  • a Poly-Si layer is formed on the surface S1, and a photoresist PR is laminated on the Poly-Si layer.
  • the photoresist PR may be applied so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR may be laminated in an area other than the gate electrode portion.
  • tungsten is embedded in the poly-Si in the portion on the surface S2 of the wafer where the partition is to be formed, to form the partition 1106.
  • the embedding may be performed by, for example, wet etching.
  • photoresist PR is laminated on surface S2 so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist may be laminated, for example, in areas other than the areas where the wells are to be formed.
  • a color filter (or a multilayer reflective filter) 1103 that forms the well surface is deposited, and then an insulating film 1102 is deposited on the color filter 1103. In this manner, the image sensor 1100 is manufactured.
  • the imaging element 1100 is combined with various components that form a flow path unit, such as a transparent substrate 1108, to form a flow path unit 1110 for analyzing biological samples.
  • a flow path unit such as a transparent substrate 1108, to form a flow path unit 1110 for analyzing biological samples.
  • FIG. 50C A schematic cross-sectional view of an example of a flow path unit 1110 for biological sample analysis is shown in FIG. 50C.
  • the flow path unit 1110 for biological sample analysis has a back-illuminated imaging element 1100 and a transparent substrate 1108 according to the present disclosure, and the imaging element 1100 and the transparent substrate 1108 are arranged to form a flow path C.
  • the back-illuminated imaging element 1100 and the transparent substrate 1108 may be connected via a wall portion 1111.
  • Flow path C is a flow path through which a biological sample containing an analyte flows.
  • the analyte is captured in the well of the image sensor 1100 (particularly on the bottom of the well).
  • the analyte is then irradiated with excitation light, and the fluorescence generated by the irradiation of the excitation light is detected by the image sensor 1100.
  • Example 2 of Manufacturing Method (Image Sensor Having Multilayer Reflection Filter) An example of a method for manufacturing an image sensor according to the present disclosure will be described below with reference to Figures 51A to 51C.
  • the pixel unit 311 has a fluorescence detection photodiode 314 and an excitation light detection photodiode 319. Therefore, in order to form the pixel unit 311, these two photodiodes are manufactured using separate Si wafers. Then, after the structure of each photodiode is formed, the two photodiodes are stacked.
  • FIG. 51A and 51B a flow diagram for forming a fluorescence detection photodiode is shown in the Si1L row, and a flow diagram for forming an excitation light detection photodiode is shown in the Si2L row.
  • Figure 51C a flow diagram after these two photodiodes are bonded together is shown. Details of these flows will be described below.
  • a Si wafer 1314P for forming a photodiode for detecting fluorescence and a Si wafer 1319P for forming a photodiode for detecting excitation light are prepared.
  • a photoresist PR is applied to the surface S11 of the Si wafer 1314P so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR may be applied to areas other than the areas where the N regions are to be formed.
  • Photoresist PR is also applied to the surface S21 of the Si wafer 1319P so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR may be applied to areas other than the areas where the N regions are to be formed.
  • an N region 1314N is embedded by photolithography in a Si wafer 1314P for forming a photodiode for detecting fluorescence.
  • an N region 1319N is embedded in the Si wafer 1319P by photolithography.
  • a hard mask layer HM is formed so as to draw a predetermined pattern.
  • the hard mask layer HM is formed so as to cover the area other than the area where Poly-Si is to be embedded.
  • Poly-Si is embedded in both wafers.
  • the embedding may be performed by a dry etching process.
  • the hard mask is removed, and then, as shown in (d1) of the same figure, a photoresist PR for forming an FD is formed on each of the surfaces S11 and S21 of the wafer so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR is laminated in an area other than the area where the FD (Si1L row) or FD2 (Si2L row) is formed.
  • an ion implantation process is performed.
  • an FD (Si1L row) is formed in an area of the Si wafer 1314P where the photoresist is not laminated.
  • an FD2 Si2L row
  • the photoresist PR is removed.
  • the photoresist PR is laminated in the region other than the region where the gate electrode portion is to be embedded.
  • a dry etching process is performed to remove the region where the gate electrode portion is to be embedded. After that, the photoresist PR is removed.
  • photoresist PR for forming the gate electrode portion is formed on the wafer surfaces S11 and S21 so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR is laminated in areas other than the area where the gate electrode portion is to be embedded.
  • a dry etching process is performed to remove the area where the gate electrode portion is to be embedded.
  • the photoresist PR is then removed.
  • the photoresist PR is then removed, and the entire exposed Si surface is oxidized in the removal. Due to this oxidation, a thermal oxide film is formed in the area where the gate electrode portion is to be embedded. In this way, the inner surface of the trench is covered with a thermal oxide film.
  • a Poly-Si layer is formed on the surface S11 and the surface S21, and Poly-Si is also buried in the trench. Then, a photoresist is formed on the Poly-Si layer of each wafer, in the area where the gate electrode portion is to be formed.
  • the Poly-Si layer in the areas where the photoresist is not formed is removed by photolithography and dry etching processes, forming gate electrode portions 1315-1 and 1320-1, as shown in (g) of the same figure.
  • a contact CS and a wiring layer 1329 are formed on the surface S11 of the wafer of the fluorescence detection photodiode, thereby connecting the wiring layer 1329 and the gate electrode portion 1315-1.
  • An adhesive material to be used for bonding which will be described later, is applied to the surface S21 of the wafer of the photodiode for detecting excitation light.
  • the wafer of the fluorescence detection photodiode is turned over as shown in FIG.
  • the wafer may be turned over and the bonding process described below may be carried out in this state.
  • the Poly-Si embedded in the wafer is dry etched to embed tungsten. This forms the partition section 1316, and also forms a gate electrode section 1320-2 in the P region of the fluorescence detection photodiode.
  • a multilayer reflective filter 1317 is formed on surface S12 of the fluorescence detection photodiode (the surface opposite to the surface on which the wiring layer is formed).
  • a multilayer reflective filter two types of insulating films with different refractive indices may be alternately formed.
  • a hard mask HM is formed on the multilayer reflective filter, as shown in (l) of the same figure.
  • the hard mask HM is formed in areas other than the areas where the partition and gate electrode parts are to be formed.
  • dry etching is performed, and then tungsten is embedded.
  • the partition 1316 and the gate electrode part 1320-2 are formed in the multilayer reflective filter.
  • a contact CS2 that will be connected to FD2 in a later stage is also formed.
  • a photodiode for detecting excitation light is laminated on the multilayer reflective filter via the adhesive. This lamination connects gate electrode section 1320-1 and gate electrode section 1320-2. In addition, FD2 is connected to CS2.
  • an insulating film 1312 is formed on the excitation light detection photodiode.
  • a material 1313 for forming the well is layered on the insulating film 1312, and photoresist is layered on the material to form a predetermined pattern.
  • the photoresist is layered in areas other than the area where the well is to be formed.
  • the material 1313 is excavated by, for example, a dry etching process to form a well. In this way, an image sensor in which pixel units 1311 are arranged is manufactured.
  • the imaging element is combined with various components that form a flow path unit, such as a transparent substrate 1318, to form a flow path unit 1300 for analyzing biological samples.
  • a flow path unit such as a transparent substrate 1318
  • FIG. 51D A schematic cross-sectional view of an example of a flow path unit 1300 for analyzing biological samples is shown in FIG. 51D.
  • the flow path unit 1300 for analyzing biological samples has a back-illuminated image sensor 1331 and a transparent substrate 1318 according to the present disclosure, and the image sensor 13313 and the transparent substrate 1318 are arranged to form a flow path C.
  • the back-illuminated image sensor 1331 and the transparent substrate 1318 may be connected via a wall portion 1332.
  • the flow path C is a flow path through which a biological sample containing an analyte flows.
  • the analyte is captured in the well (particularly on the bottom surface of the well) of the image sensor 1331. Then, the analyte is irradiated with excitation light, and fluorescence generated by the irradiation of the excitation light is detected by the image sensor 1331.
  • Example 3 of Manufacturing Method (Image Sensor Having Multilayer Reflection Filter) An example of a method for manufacturing an image sensor according to the present disclosure will be described below with reference to Figures 52A to 52C. In this example, an example of a manufacturing flow of an image sensor 1341 having a plurality of pixel units 301 described in Example 2-1 above is shown. Details of these flows will be described below.
  • a Si wafer 1304P for forming a photodiode for detecting fluorescence is prepared.
  • a photoresist PR is applied to the surface S1 of the Si wafer 1304P so as to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR may be applied to areas other than the areas where the N regions are to be formed.
  • an N region 1314N is embedded by photolithography in a Si wafer 1314P for forming a photodiode for detecting fluorescence.
  • a hard mask layer HM is formed so as to draw a predetermined pattern.
  • the hard mask layer HM is formed so as to cover the area other than the area where Poly-Si is to be embedded.
  • Poly-Si is embedded in both wafers.
  • the embedding may be performed by a dry etching process.
  • the hard mask is removed, and then, as shown in (d1) of the figure, a photoresist PR for forming an FD is formed on the surface S11 of the wafer to draw a predetermined pattern.
  • the photoresist PR is layered in areas other than the area where the FD is to be formed.
  • an ion implantation process is performed. By the ion implantation process, an FD is formed in the area of the Si wafer 1304P where the photoresist is not layered, as shown in (d2) of the figure.
  • the photoresist PR is then removed.
  • a Poly-Si layer is formed on the surface S1, and Poly-Si is also buried in the trench. Then, a photoresist is formed on the Poly-Si layer in a portion where a gate electrode portion is to be formed.
  • the Poly-Si layer in the areas where the photoresist is not formed is removed by photolithography and dry etching processes, forming the gate electrode portion 1305, as shown in (g) of the same figure.
  • a wiring layer 1339 is formed on the surface S1 of the wafer of the fluorescence detection photodiode. This results in the formation of the wiring layer 1339, and also the formation of the contact CS connected to the FD.
  • the wafer containing the fluorescence detection photodiodes is flipped over, as shown in (i) of the same figure.
  • the Poly-Si embedded in the wafer is dry etched to embed tungsten.
  • a multilayer reflective filter 1307 is formed on surface S2 of the fluorescence detection photodiode (the surface opposite to the surface on which the wiring layer is formed).
  • a multilayer reflective filter two types of insulating films with different refractive indices may be alternately formed.
  • a hard mask HM is formed on the multilayer reflective filter, as shown in (l) of the same figure.
  • the hard mask HM is formed in areas other than the area where the partition is to be formed. Then, after the hard mask is formed, dry etching is performed, and then tungsten is embedded. As a result, the partition 1306 is formed in the multilayer reflective filter.
  • the insulating film 1302 on the multilayer reflective filter is formed, as shown in (n) of Figure 52C.
  • a material 1303 for forming a well is layered on the insulating film 1302, and photoresist is layered on the material to form a predetermined pattern.
  • the photoresist is layered in areas other than the area where the well is to be formed.
  • the material 1303 is excavated by, for example, a dry etching process to form a well. In this way, an image sensor in which pixel units 1301 are arranged is manufactured.
  • the imaging element is combined with various components that form a flow path unit, such as a transparent substrate 1308, to form a flow path unit 1400 for analyzing biological samples.
  • a flow path unit such as a transparent substrate 1308, to form a flow path unit 1400 for analyzing biological samples.
  • FIG. 52D A schematic cross-sectional view of an example of a flow path unit 1400 for biological sample analysis is shown in FIG. 52D.
  • the flow path unit 1200 for biological sample analysis has a back-illuminated image sensor 1341 and a transparent substrate 1308 according to the present disclosure, and the image sensor 1341 and the transparent substrate 1308 are arranged to form a flow path C.
  • the back-illuminated image sensor 1341 and the transparent substrate 1308 may be connected via a wall portion 1342.
  • Flow path C is a flow path through which a biological sample containing an analyte flows.
  • the analyte is captured in the well of the image sensor 1341 (particularly on the bottom of the well).
  • the analyte is then irradiated with excitation light, and the fluorescence generated by the irradiation of the excitation light is detected by the image sensor 1341.
  • the present disclosure provides a flow path unit having a back-illuminated imaging element according to the present disclosure.
  • the flow path unit may be used, for example, for biological sample analysis, but may also be used for other purposes.
  • the biological sample may be a sample containing an analyte.
  • the analyte may be one that generates fluorescence when irradiated with the excitation light described above.
  • the analyte may be, for example, a nucleic acid, and more specifically, DNA or RNA.
  • the flow path unit of the present disclosure may be a flow path unit for nucleic acid analysis.
  • the nucleic acid analysis may be a nucleic acid sequence analysis. That is, the flow path unit of the present disclosure may be a flow path unit for nucleic acid sequence analysis. The flow path unit is particularly suitable for determining the base sequence of a nucleic acid.
  • the analyte may be a biological material other than a nucleic acid, such as a protein, lipid, peptide, or sugar.
  • the analyte may be an antibody or an antigen.
  • the analyte may be a bioparticle, such as a cell or a non-cellular bioparticle.
  • the cell may be, for example, a blood cell, but may also be other cells.
  • the non-cellular bioparticle may also be an extracellular vesicle, in particular an exosome or a microvesicle.
  • the analyte may be a bacterium or a virus.
  • the flow path unit 2000 shown in the figure has a back-illuminated image sensor 100 according to the present disclosure, a sample supply flow path section 2001 that supplies a sample (particularly a liquid sample) to the image sensor 100, and a sample discharge flow path section 2002 that discharges the sample from the image sensor. These three elements are fluidly connected to form a flow path C.
  • the sample supply channel section 2001 may be fluidly connected to, for example, a container that contains a sample to be analyzed.
  • the sample discharge flow path section 2002 may be fluidly connected to, for example, a container for collecting waste liquid.
  • the sample flows through flow channel C, and the analyte (e.g., nucleic acid) contained in the sample is captured in the well of the image sensor 100.
  • analyte e.g., nucleic acid
  • a chemical or biological reaction utilizing the analyte may occur in the well.
  • a nucleic acid extension reaction may occur in the well.
  • the nucleic acid extension reaction may be a reaction for base sequence sequencing.
  • the sequencing may be Sanger sequencing or next generation sequencing.
  • the next generation sequencing may be pyrosequencing, sequencing by synthesis, or sequencing by ligation.
  • the flow channel C is configured to allow the biological sample S to flow.
  • the flow channel C may be formed in a flow channel structure such as a microchip (a chip having a flow channel on the order of micrometers) or a flow cell.
  • the width of the flow channel C may be, for example, 1 mm or less, particularly 10 ⁇ m or more and 1 mm or less, for example, 20 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the flow channel C and the flow channel structure including the flow channel C may be formed from a material such as plastic or glass.
  • At least a part of the flow channel may be transparent so that the excitation light can be irradiated onto the analyte in the well of the image sensor, and in particular, the flow channel portion through which L1 in the figure passes may be transparent.
  • the flow channel unit and image sensor according to the present disclosure may have transparent portions through which the excitation light and the fluorescence pass.
  • the present disclosure also provides a biological sample analysis system including a back-illuminated imaging element according to the present disclosure or a flow path unit according to the present disclosure.
  • the back-illuminated imaging element or flow path unit according to the present disclosure may be replaceably incorporated into the system.
  • the back-illuminated imaging element or flow path unit according to the present disclosure may be used as a disposable element in the system.
  • the biological sample analysis system 3000 shown in the figure includes a flow path unit 2000 according to the present disclosure (or a back-illuminated image sensor according to the present disclosure), as well as an information processing unit 3100, a process control system 3200, an optical system control system 3300, a fluid control system 3300, and a fluid storage system 3400.
  • the flow path unit 2000 according to the present disclosure and the imaging element included therein are as described in 1. and 2. above.
  • the information processing unit 3100 includes, for example, a processing unit that processes various data (e.g., fluorescence data) and a storage unit that stores various data.
  • the processing unit can perform analysis processing based on the fluorescence data acquired by the imaging element of the flow path unit.
  • the analysis processing may be, for example, a base sequence determination process, but may also be other processing.
  • the information processing unit 3100 may be configured to be able to output various data (e.g., optical data or images). For example, the information processing unit 3100 may output various data (e.g., base sequence data or analyte identification data) generated based on the fluorescence data. The information processing unit 3100 may also be configured to be able to accept input of various data, for example, analysis instruction data from a user.
  • the information processing unit 3100 may include an output unit (e.g., a display) or an input unit (e.g., a keyboard) for executing the output or input.
  • the information processing unit 3100 may be configured as a general-purpose computer, for example as an information processing device equipped with a CPU (or GPU), RAM, and ROM.
  • the information processing unit 3100 may be included in a housing that houses one or more of the process control system 3200, the optical system control system 3300, the fluid control system 3400, and the fluid storage system 3500, or may be located outside the housing.
  • various processes or functions by the information processing unit 3100 may be realized by a server computer or a cloud connected via a network.
  • the process control system 3200 may be a system that controls a process (particularly a biological or chemical process) performed in the flow path unit.
  • the system performs, for example, temperature control in the flow path unit and/or control of the supply or discharge of samples or reagents into the flow path unit.
  • the process control system 3200 may include a temperature regulation system.
  • the process control system 3200 may also control other elements 3300, 3400, or 3500.
  • the optical system control system 3300 may be configured to control the irradiation of the excitation light to the analyte and the acquisition of fluorescence data generated by the irradiation of the excitation light.
  • the optical system control system 3300 may include, for example, a light irradiation unit.
  • the light irradiation unit may include a light source unit that emits light and a light guiding optical system that guides the light to an irradiation position (for example, an analyte in a well provided in an image sensor).
  • the light source unit includes one or more light sources.
  • the type of light source may be, for example, a laser light source or an LED.
  • the light source unit emits excitation light.
  • the light source unit may also emit non-polarized light or may emit polarized light.
  • the wavelength of the light emitted from each light source may be appropriately selected so as to generate the desired fluorescence.
  • the light may be, for example, any of ultraviolet light, visible light, or infrared light.
  • the light guiding optical system includes optical components such as, for example, a beam splitter group, a mirror group, or an optical fiber.
  • the light guiding optical system may also include a lens group for collecting light, for example, an objective lens.
  • the fluid control system 3400 controls the supply of fluid to the flow path unit 2000 and/or the discharge of fluid from the flow path unit 2000.
  • the fluid control system 3400 may include, for example, one or more pump units.
  • the fluid control system 3400 may include a pump unit that controls the supply of fluid to the flow path unit 2000 and/or a pump unit that controls the discharge of fluid from the flow path unit 2000.
  • the fluid storage system 3500 may include containers for containing samples, containers for containing reagents, and containers for containing waste fluids, and may be further configured to control these containers, for example a temperature control device for detecting and/or controlling the temperature within these containers.
  • the detection unit 6102 includes at least one photodetector that detects light generated by irradiating the bioparticles with light.
  • the light to be detected is, for example, fluorescence or scattered light (for example, one or more of forward scattered light, back scattered light, and side scattered light).
  • Each photodetector includes one or more light receiving elements, and has, for example, a light receiving element array.
  • Each photodetector may include, as a light receiving element, one or more PMTs (photomultiplier tubes) and/or photodiodes such as APDs and MPPCs.
  • the photodetector includes, for example, a PMT array in which a plurality of PMTs are arranged in a one-dimensional direction.
  • the detection unit 6102 may also include an imaging element such as a CCD or CMOS.
  • the detection unit 6102 may acquire an image of the bioparticle (for example, a bright field image, a dark field image, and a fluorescent image) using the imaging
  • the detection unit 6102 includes a detection optical system that allows light of a specific detection wavelength to reach a corresponding photodetector.
  • the detection optical system includes a spectroscopic section such as a prism or a diffraction grating, or a wavelength separation section such as a dichroic mirror or an optical filter.
  • the detection optical system is configured to disperse light generated by irradiating a bioparticle with light, for example, and detect the dispersed light by a number of photodetectors greater than the number of fluorescent dyes with which the bioparticles are labeled.
  • a flow cytometer that includes such a detection optical system is called a spectral flow cytometer.
  • the detection optical system is also configured to separate light corresponding to the fluorescent wavelength range of a specific fluorescent dye from the light generated by irradiating a bioparticle with light, for example, and detect the separated light by a corresponding photodetector.
  • the detection unit 6102 may also include a signal processing unit that converts the electrical signal obtained by the photodetector into a digital signal.
  • the signal processing unit may include an A/D converter as a device that performs the conversion.
  • the digital signal obtained by the conversion by the signal processing unit may be transmitted to the information processing unit 6103.
  • the digital signal may be handled by the information processing unit 6103 as data related to light (hereinafter also referred to as "light data").
  • the light data may be light data including, for example, fluorescent light data. More specifically, the light data may be light intensity data, and the light intensity may be light intensity data of light including fluorescent light (which may include feature quantities such as Area, Height, Width, etc.).
  • the present disclosure may also be configured as follows. [1] an analyte holder configured to hold an analyte; a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the analyte with excitation light; A back-illuminated imaging element having a plurality of pixel units each including at least one of the above. [2] the analyte holder has the shape of a well; The detection unit is provided so as to cover the side surface of the well in addition to the bottom surface of the well. The back-illuminated imaging element according to [1]. [3] The back-illuminated imaging element according to [1] or [2], wherein a trench is provided between pixel units in the back-illuminated imaging element.
  • the excitation light blocking unit includes a multilayer reflective filter; The back-illuminated imaging element according to [6].
  • each pixel unit further includes an excitation light detection unit that detects the excitation light.
  • each pixel unit further includes an excitation light detection unit that detects the excitation light.
  • the excitation light blocking portion includes a polarizer, a plasmon filter, a metamaterial, or a multilayer film having a Fabry-Perot structure.
  • the back-illuminated imaging element is a semiconductor laser.
  • the excitation light blocking unit includes a polarizer, The excitation light is polarized light. [6] to [12].
  • the excitation light blocking unit includes a polarizer, One polarizer is provided to cover two or more pixel unit detection units. [6] to [12].
  • a back-illuminated imaging element having a plurality of pixel units, each pixel unit including at least an analyte holding unit configured to hold an analyte and a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the analyte with excitation light; and a flow path for supplying a biological sample to the analyte holder;
  • a flow path unit for biological sample analysis comprising: [20] A back-illuminated imaging element having a plurality of pixel units, each pixel unit including at least an analyte holding unit configured to hold an analyte and a fluorescence detection unit that detects fluorescence generated by irradiating the analyte with excitation light; and a flow path for supplying a biological sample to the analyte
  • Image sensor 101 Pixel unit 102: Insulating film 103: Well 104: Photodiode 105: Gate electrode portion 106: Partition portion 108: Transparent substrate

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Abstract

本開示は、生体試料分析における蛍光検出精度の向上をもたらす技術を提供することを目的とする。　本開示は、分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子を提供する。また、本開示は、前記裏面照射型撮像素子を有する生体試料分析用流路ユニットも提供する。また、本開示は、前記生体試料分析用流路ユニットを用いて生体試料を分析する生体試料分析システムも提供する。

Description

裏面照射型撮像素子、生体試料分析用流路ユニット、及び生体試料分析システム
　本開示は、裏面照射型撮像素子、生体試料分析用流路ユニット、及び生体試料分析システムに関する。
　生体物質の検出又は解析のための装置に関して、種々の提案が行われている。このような装置では、しばしば生体物質からの光が検出される。当該光はしばしば微弱であり、検出精度を高めることが望ましい。このような装置に関して、例えば下記特許文献１には、「複数の画素から構成され、前記画素は、生体由来物質を保持する保持表面と、前記保持表面の下方に設けられ、半導体基板に設けられた光電変換部と、を少なくとも備え、前記画素間には混色抑制部が設けられた、生体由来物質検出用チップ。」（請求項１）が開示されている。
　また、検出対象として、ＤＮＡが対象となることがしばしばある。ＤＮＡの塩基配列を解析する装置として、ＤＮＡシーケンサが挙げられる。ＤＮＡシーケンサは、例えばＤＮＡを構成する塩基の種類を蛍光で判別する。ＤＮＡシーケンサは、励起光を照射可能に構成されており、さらに、例えば励起光を透過させる透明ガラス、試料が流れる流路、ナノウェル、光フィルタ、及び光ダイオードを備えた検出ユニットを有しうる。前記ナノウェルは、例えば断片化されたＤＮＡが入る大きさを有する井戸型形状をしている。
特開２０２０－８５６６６号公報
　ＤＮＡシーケンサの処理スピードを上げるために、例えば蛍光を検出する撮像素子の画素数を増やすことが考えられるが、例えばコストなどの観点から、撮像素子のサイズを大きくすることは望ましくない。そこで、単位画素（特にはフォトダイオード）のサイズを微細化することが考えられる。
　しかしながら、単位画素のサイズの微細化によって画素間の距離が近くなり、これは、光学的クロストークの発生をもたらしてノイズを生成し、当該ノイズによってＤＮＡ由来の蛍光信号が埋もれてしまう。これは、蛍光検出精度の低下をもたらしうる。
　また、励起光カットするためのフィルタ膜厚が厚いことも、光学的クロストークに起因する蛍光検出精度低下をもたらしうる。例えば、フィルタ膜厚が厚い場合は検出部と蛍光体との間の距離が離れることになり、これにより、斜め方向へ拡散する蛍光が隣接画素に入りノイズとなる。このような光学的クロストークによって、Ｓ／Ｎ比が悪化する。
　また、蛍光を発生させるための励起光も、蛍光検出精度の低下をもたらしうる。例えば、励起光の主光線がセンサへ直接入射することによって、励起光成分はノイズとなり、これも蛍光検出精度の低下をもたらしうる。
　そこで、本開示は、生体試料分析における蛍光検出精度の向上をもたらす技術を提供することを目的とする。
　本開示は、
　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、
　前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、
　を少なくとも備えている画素単位を複数有する
　裏面照射型撮像素子を提供する。
　前記分析物保持部は、ウェルの形状を有しており、
　前記検出部が、前記ウェルの底部に加え前記ウェルの側面を覆うように設けられてよい。
　前記裏面照射型撮像素子は、画素単位の間にトレンチが設けられてよい。
　前記撮像素子において、２以上のウェルが、列状構造を形成するように連結されてよい。
　各画素単位に、分析物の位置を調整するように電圧が印加される電極対が設けられてよい。
　各画素単位には、前記励起光が検出部へ到達することを防ぐ励起光遮断部が設けられてよい。
　前記励起光遮断部は、多層膜反射フィルタを含んでよい。
　前記多層膜反射フィルタは、前記分析物保持部と前記検出部との間に配置されてよい。　各画素単位は、前記励起光を検出する励起光検出部をさらに備えてよい。
　前記裏面照射型撮像素子は、前記励起光検出部が取得した信号を用いて、前記蛍光検出部が取得した信号の処理が行われるように構成されてよい。
　前記励起光遮断部は、偏光子、プラズモンフィルタ、メタマテリアル、又は、ファブリーペロー構造の多層膜を含んでよい。
　前記励起光遮断部は、前記蛍光を透過させるように構成されてよい。
　前記励起光遮断部は、偏光子を含んでよく、
　前記励起光は、偏光光であってよい。
　前記励起光遮断部は、偏光子を含み、
　１つの偏光子が、２以上の画素単位の検出部をカバーするように設けられてよい。
　前記蛍光検出部は、２以上のフォトダイオードを有してよい。
　前記２以上のフォトダイオードは、前記分析物保持部と配線層との間に、縦積み構造を形成するように配置されてよい。
　前記２以上のフォトダイオードのうち、前記配線層により近いフォトダイオードが、より長い波長の蛍光を検出するように構成されてよい。
　前記２以上のフォトダイオードは、２層構造又は３層構造を形成していてよい。
　また、本開示は、
　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子、及び、
　前記分析物保持部へ生体試料を供給する流路、
　を有する生体試料分析用流路ユニットも提供する。
　また、本開示は、
　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子、及び、
　前記分析物保持部へ生体試料を供給する流路、
　を有する生体試料分析用流路ユニットを用いて生体試料を分析する生体試料分析システムも提供する。
本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 ウェル及び画素単位のサイズを説明するための図である。 ウェル及び画素単位のサイズを説明するための図である。 電子読み出し部の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 多層膜反射フィルタを有する本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 多層膜反射フィルタの構成例を説明するための模式図である。 多層膜反射フィルタの構成例を説明するための模式図である。 多層膜反射フィルタを有する本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 多層膜反射フィルタを有する本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す断面模式図である。 トレンチの構成例を示す図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 偏光子のパターンの例を示す図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 ＦＰ構造を有する膜の例を示す図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を示す模式図である。 感度の検証結果を示す図である 感度の検証結果を示す図である 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法を説明するための模式図である。 本開示に従う流路ユニットの構成例を示す模式図である。 本開示に従う生体試料分析用システムの構成例を示すブロック図である。 多層膜反射フィルタを光が透過する状況の模式図である。 透過率Ｔの算出方法を説明するための模式図である。 透過率Ｔの算出方法を説明するための模式図である。 透過率Ｔの算出方法を説明するための模式図である。
　以下、本開示を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本開示の代表的な実施形態を示したものであり、本開示の範囲がこれらの実施形態のみに限定されることはない。なお、本開示の説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施形態（裏面照射型撮像素子）
１．１　ＰＤのウェル構造に関する構成例
１．２　励起光遮断部に関する構成例
１．３　偏光子を有する励起光遮断部に関する構成例
１．４　ＰＤ縦積み構造に関する構成例
２．第２の実施形態（生体試料分析用流路ユニット）
３．第３の実施形態（生体試料分析システム）
１．第１の実施形態（裏面照射型撮像素子）
　本発明者らは、特定の構成を有する撮像素子が蛍光検出精度の向上のために有用であることを見出した。すなわち、本開示は、特定の構成をする画素単位を複数有する特定のタイプの撮像素子を提供する。一実施態様において、当該画素単位は、分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えており、且つ、当該撮像素子は、裏面照射型である。　各画素が前記分析物保持部と前記蛍光検出部とを有していること及び前記撮像素子が裏面照射型であることが、蛍光検出精度の向上に貢献する。例えば、各画素が、前記分析物保持部と前記蛍光検出部とを有していることにより、微小な生体分子由来の蛍光を精度よく検出できる。
　また、例えば、表面照射型の撮像素子は、配線層がフォトダイオードの直上にあるため、蛍光が配線層によって散乱し、フォトダイオードに入射しないので、信号が失われうる。本開示の撮像素子は、裏面照射型として構成されているので、配線層による蛍光の散乱を防ぐことができる。
　以下１．１～１．４において、主な４種の構成例を記載する。これら構成例の技術は、本開示において単独で利用されてよく、又は、組み合わせて利用されてもよい。一実施態様において、以下１．１において説明する構成例に、以下１．３又は１．４における構成が組み合わされてよい。他の実施態様において、以下１．２において説明する構成例に、１．３又は１．４における構成が組み合わされてよい。
１．１　ＰＤのウェル構造に関する構成例
１．１．１　例１－１（基本構成例）
　一実施態様において、前記分析物保持部は、ウェルの形状を有しており、前記検出部が、前記ウェルの底部に加え前記ウェルの側面を覆うように設けられてよい。この実施態様における裏面照射型撮像素子の構成例を、以下で図１を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の構造の模式図である。
　同図の左側の（ｄ）には、当該撮像素子の画素単位１０１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）～（ｃ）は、画素単位１０１が格子状に配列されている撮像素子１００の受光面の一部を示す模式図であり、より具体的には、以下のとおりの断面の模式図である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　画素単位１０１は、ウェル１０３を有する。ウェル１０３は、同図に示されるように、絶縁膜１０２によって覆われていてよい。
　ウェル１０３の開口部の形状（特には受光面と平行な面における形状）は、同図（ａ）においては、矩形であるが、他の多角形であってよく、又は、円形又は楕円形などであってもよい。
　ウェル１０３（及びウェルを被覆する絶縁膜１０２）は、分析物を保持するように構成されてよく、すなわち分析物保持部に相当する。
　ウェル１０３及び画素単位１０１のサイズを、図２Ａを参照しながら説明する。
　同図に示されるとおり、ウェル１０３の開口部のサイズＤ１は、例えば５０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、又は３００ｎｍ以上であってよい。サイズＤ１は、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下、１２０μｍ以下、又は１００μｍ以下であってよい。サイズＤ１は、例えば分析物のサイズに応じて当業者により適宜設定されてよい。前記分析物が細胞（サイズは数十μｍ程度）である場合などにおいて、サイズＤ１は、例えば１μｍ～２００μｍ、特には１０μｍ～１００μｍであってよい。前記分析物が核酸又はタンパク質などの細胞構成成分である場合などにおいて、サイズＤ１は、例えば５０ｎｍ～１０００ｎｍ、特には１００ｎｍ～９００ｎｍであってよい。サイズＤ１は、例えば当該ウェルの開口部形状が正方形である場合は一辺の長さ、開口部形状が長方形である場合は長辺の長さ、開口部形状が他の矩形である場合は最大の辺の長さ、開口部形状が５角形以上の多角形である場合は最大の対角距離、開口部形状が円形である場合は直径、開口部形状が楕円形である場合は長径を意味してよい。
　ウェル１０３の底部のサイズＤ２は、例えば５０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、又は３００ｎｍ以上であってよい。サイズＤ２は、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下、１２０μｍ以下、又は１００μｍ以下であってよい。サイズＤ２は、例えば分析物のサイズに応じて当業者により適宜設定されてよい。前記分析物が細胞である場合などにおいて、サイズＤ２は、例えば１μｍ～２００μｍ、特には１０μｍ～１００μｍであってよい。前記分析物が核酸又はタンパク質などの細胞構成成分である場合などにおいて、サイズＤ２は、例えば５０ｎｍ～１０００ｎｍ、特には１００ｎｍ～９００ｎｍであってよい。サイズＤ２は、例えば当該ウェルの底部形状が正方形である場合は一辺の長さ、底部形状が長方形である場合は長辺の長さ、底部形状が他の矩形である場合は最大の辺の長さ、底部形状が５角形以上の多角形である場合は最大の対角距離、底部形状が円形である場合は直径、底部形状が楕円形である場合は長径を意味してよい。サイズＤ２は、サイズＤ１と異なっていてよく、又は、同じであってもよい。異なっている場合、好ましくは、同図に示されるように開口部のサイズＤ１が底部のＤ２より大きくてよいが、サイズＤ１がサイズＤ２より小さくてもよい。
　ウェル１０３の深さのサイズＤ３は、例えば５０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上、２００ｎｍ以上、又は３００ｎｍ以上であってよい。サイズＤ３は、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下、１２０μｍ以下、又は１００μｍ以下であってよい。サイズＤ３は、例えば分析物のサイズに応じて当業者により適宜設定されてよい。前記分析物が細胞である場合などにおいて、サイズＤ３は、例えば１μｍ～２００μｍ、特には１０μｍ～１００μｍであってよい。前記分析物が核酸又はタンパク質などの細胞構成成分である場合などにおいて、サイズＤ３は、例えば５０ｎｍ～１０００ｎｍ、特には１００ｎｍ～９００ｎｍであってよい。サイズＤ３は、開口部と底部との間の距離を意味してよい。
　また、画素単位１０１のサイズＤ４（セルサイズともいう）は、ウェルのサイズＤ１より大きくてよく、例えば１００ｎｍ以上、好ましくは２００ｎｍ以上、３００ｎｍ以上、又は４００ｎｍ以上であってよい。サイズＤ４は、例えば３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、１５０μｍ以下、又は１００μｍ以下であってよい。サイズＤ４は、例えば分析物のサイズに応じて当業者により適宜設定されてよい。前記分析物が細胞である場合などにおいて、サイズＤ４は、例えば２μｍ～４００μｍ、特には１０μｍ～２００μｍであってよい。前記分析物が核酸又はタンパク質などの細胞構成成分である場合などにおいて、サイズＤ４は、例えば１００ｎｍ～５０００ｎｍ、特には２００ｎｍ～３０００ｎｍであってよい。サイズＤ４は、画素単位の形状が正方形である場合は一辺の長さ、画素単位の形状が長方形である場合は長辺の長さ、画素単位の形状が他の矩形である場合は最大の辺の長さ、５角形以上の多角形画素単位の場合は最大の対角距離を意味してよい。
　ウェル１０３は、分析物が保持されるように構成されてよい。例えばウェル１０３の表面（特には底面）に、分析物を保持する化合物が固定化されていてよい。当該化合物は、分析物の種類に応じて当業者により適宜選択されてよい。当該化合物は、例えば核酸であるがこれに限定されず、タンパク質、ペプチド、糖、又は脂質などの他の化合物であってもよい。
　当該分析物がＤＮＡ又はＲＮＡなどの核酸である場合は、当該化合物も、ＤＮＡ又はＲＮＡなどの核酸であってよいがこれに限定されず、例えばタンパク質、ペプチド、糖、又は脂質であってもよい。
　当該分析物は、核酸以外の化合物又は生体粒子（例えば細胞又は小胞体など）であってもよい。このような場合において、当該化合物は、核酸、タンパク質、ペプチド、糖、又は脂質であってよいがこれらに限定されない。
　前記固定化される化合物は、例えばバイオレセプターをウェル内（特にはウェル底面）に捕捉するための化合物であってもよく、例えばＳＡＭ試薬、二価性試薬、活性化試薬（例えばカルボン酸活性化試薬）、又はビオチン化試薬であってもよい。
　画素単位１０１は、フォトダイオード１０４を有する。当該フォトダイオードは、蛍光検出用のフォトダイオードであってよい。当該フォトダイオードは、例えばＳｉフォトダイオードであってよく、例えばＳｉのＮ領域１０４Ｎ及びＰ領域１０４Ｐを有してよい。同図に示されるように、Ｎ領域１０４Ｎは、その周囲を、Ｐ領域１０４Ｐによって囲まれていてよい。
　フォトダイオード１０４は、前記ウェルの底部に加え前記ウェルの側面を覆うように設けられている。前記ウェルの側面を覆うフォトダイオードは、図２Ｂにおいて符号Ｗ１によって示される破線領域によって示されている（特には符号１０４Ｐと１０４Ｎの領域）。前記ウェルの底部を覆うフォトダイオードは、同図において符号Ｗ２によって示される破線領域によって示されている（特には符号１０４Ｐと１０４Ｎの領域）。このように、フォトダイオード１０４も、ウェル形状を有しており、フォトダイオード１０４は、ウェルの側壁部分Ｗ１及び底部部分Ｗ２を形成するように構成されている。
　本開示において、このように、フォトダイオードは、ウェルの底面及び側面を覆うように構成されていてよく、すなわちフォトダイオードもウェル形状を有している。これにより、試料Ｓ１へ励起光Ｌ１が照射されてことによって生じる蛍光のうち、ウェル底面方向へ進行した蛍光に加え、ウェル側面方向へ進行した蛍光も検出される。これにより、蛍光検出精度が向上する。
　画素単位１０１は、ゲート電極部１０５（ＴＧともいう）を有する。当該ゲート電極部は、例えばポリシリコン（Poly-Si）を有するものであってよい。また、当該ゲート電極部は、後段で説明するバーティカルトランスファーゲート（ＶＧ）として構成されてもよい。画素単位１０１は、さらに、フォトダイオードに蓄積された電子が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ、及び、当該フローティングディフュージョンに接続されたコンタクトＣＳを有する。
　同図に示されるとおり、フォトダイオード１０４は、埋め込み型フォトダイオード構造を有してよい。当該構造を有するフォトダイオード１０４に、ゲート電極部１０５が接続されてよい。フォトダイオード１０４に蓄積された電子は、ゲート電極部１０５からフローティングディフュージョンＦＤへ転送され、そして、コンタクトＣＳから読みだされる。
　本開示において、フォトダイオードから電子を読み出すために設けられる構成要素を電子読み出し部ともいう。当該電子読み出し部は、上記のとおり、ゲート電極部１０５（ＴＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、及びコンタクトＣＳを有してよい。同図においては、フローティングディフュージョンは、画素単位のそれぞれに設けられており、当該電子読み出し部は、いわゆるＦＤ非共有方式の構造を有する。
　本開示において、電子読み出し部は、フローティングディフュージョンが複数の画素単位で共有されている構造を有してもよく、いわゆるＦＤ共有方式の構造を有してもよい。１つのＦＤを共有する画素単位の数は例えば４つであってよい。
　ＦＤ非共有方式の電子読み出し部の構成例、及び、ＦＤ共有方式の電子読み出し部の構成例が、図２Ｃに示されている。
　同図の（ａ）は、ＦＤ共有方式の電子読み出し部２５１の例の模式的な構成例を示している（破線で囲まれた部分）。当該構成例は、図２Ａのものと同じである。図２Ｃの（ｂ）及び（ｃ）に、ＦＤ非共有方式の電子読み出し部の構成例が示されている（破線で囲まれた部分）。（ｂ）に示される電子読み出し部２５１は、（ａ）に示される電子読み出し部２５０と同様に、ゲート電極部ＴＧ、フローティングディフュージョンＦＤ、及びコンタクトＣＳを有するが、ＦＤ及びＣＳが隣の画素単位と共有される位置に設けられている。ＦＤ及びＣＳは、例えば４つの画素単位によって共有されてよい。また、（ｃ）に示される電子読み出し部２５２のように、ＦＤ共有方式の電子読み出し部において、Ｐｏｌｙ－Ｓｉコンタクトが利用されてもよい。
　なお、本開示において、フォトダイオード及び電子読み出し部の形状及び寸法及び配置は、当業者により適宜変更されてよく、これらの図面に記載されたものに限定されない。
　画素単位１０１は、仕切り部１０６によって、他の単位画素と区切られている。仕切り部１０６は、トレンチと呼ばれてもよい。このように、本開示の前記裏面照射型撮像素子は、画素単位の間にトレンチが設けられていてよい。
　仕切り部１０６は、或る単位画素と他の単位画素との間に設けられている。仕切り部１０６は、絶縁体又は金属によって構成されてよい。仕切り部１０６によって、画素単位１０１に進入した励起光Ｌ１及び画素単位１０１内の分析物Ｓ１から生じた蛍光が、他の単位画素へ進入することを防ぐ。また、仕切り部１０６は、フォトダイオード１０４内の電子が、他の単位画素のフォトダイオードへ進入することを防ぐ。
　撮像素子１００は、裏面照射型であり、すなわち、フォトダイオードの蛍光入射側とは反対側に配線層が設けられている。
　フォトダイオード１０４の一方の側にウェル１０３が設けられており、フォトダイオード１０４の反対側に配線層が設けられている。すなわち、画素単位１０１は、配線層、検出部（フォトダイオード）、及び分析物保持部（ウェル）がこの順に並んでいる積層構造を有する。本開示の撮像素子は、このように構成されていることで、より大きな蛍光信号を取得することができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
　撮像素子１００は、図１に示されるように、複数の画素単位１０１が格子状に配列されている構成を有してよい。１つの撮像素子１００が有する画素単位１０１の数（すなわち画素数）は、例えば撮像素子のサイズ又は撮像対象などの要因に応じて当業者により適宜選択されてよい。前記画素数は、例えば５００ピクセル以上であってよく、特には１，０００ピクセル以上、５，０００ピクセル以上、１０，０００ピクセル以上、５０，０００ピクセル以上、又は１００，０００ピクセル以上であってよい。前記撮像素子の画素数の上限値に関しては、特定される必要はないが、例えば１０，０００，０００ピクセル以下であってよく、特には８，０００，０００ピクセル以下、６，０００，０００ピクセル以下、４，０００，０００ピクセル以下、又は２，０００，０００ピクセル以下であってよいである。
　撮像素子１００のサイズは、その下限値に関しては、例えば３ｍｍ以上であってよく、特には５ｍｍ以上、７ｍｍ以上、又は１０ｍｍ以上であってよい。前記サイズは、その上限値に関しては、例えば８０ｍｍ以下であってよく、特には７０ｍｍ以下又は６０ｍｍ以下であってよい。一実施態様において、前記撮像素子は、例えば３ｍｍ～８０ｍｍ（矩形の一方の辺のサイズ）×３ｍｍ～８０ｍｍ（矩形の他方の辺のサイズ）のサイズを有してよく、特には１０ｍｍ～６０ｍｍ×１０ｍｍ～６０ｍｍのサイズを有してよい。撮像素子のサイズは、画素単位が配列されている受光面のサイズを意味してよい。
　前記撮像素子の形状は、例えば矩形であってよく、より具体的には長方形又は正方形であってよい。撮像素子の受光面の形状が長方形である場合は、撮像素子のサイズは、当該受光面の長辺を意味してよい（短辺は、当該サイズよりも短くてよい）。撮像素子の受光面の形状が正方形である場合は、撮像素子のサイズは、当該受光面の一辺を意味してよい。
　前記撮像素子が生体試料分析システムに組み込まれる場合において、当該撮像素子は１つだけが組み込まれてよく、又は、２つ以上の当該撮像素子が組み込まれてもよい。例えば、２つ以上の当該撮像素子が用いられる場合において、これら撮像素子は、例えばタイル状に配列されてよい。例えば、前記生体試料分析システムは、本開示に従う撮像素子を複数有してよく、当該複数の撮像素子は、タイリングにより繋ぎ合わされてよい。当該繋ぎ合わされた複数の撮像素子が、１つのセンサとして用いられてよく、特には１つの撮像面を形成してよい。当該複数の撮像素子は、１種の撮像素子から構成されてよく、又は、２種以上の撮像素子から構成されてもよい。
　撮像素子１００を生体試料分析のために用いる場合、分析物をウェル内に到達させ且つ保持するために、空間が形成されてよい。当該空間は、分析物が流れる流路であってよい。例えば、分析物を含む液状試料が当該空間を流れて、当該分析物が、ウェル底面で捕捉されうる。当該空間の少なくとも一部はウェル形状によって形成されてよい。当該空間の他の一部は、図１に示されるように透明基板１０８によって形成されてよい。透明基板１０８は、透明であるので、励起光をウェル内へ到達させることができる。透明基板１０８の材料は、例えばガラスであってよいが、樹脂（例えばアクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂など）であってもよい。
　このように、撮像素子１００は、分析物をウェル内へ到達させるための空間を有してよく、さらに、当該空間を形成する透明基板１０８を有してよい。
１．１．２　例１－２（列状構造のウェル）
　上記例１－１において説明した撮像素子１００は、撮像素子の受光面に垂直に励起光Ｌ１が入射するように用いられる。本開示において、受光面と水平方向に進行する励起光が、ウェル中に保持された分析物に照射されてもよい。当該照射のために、２以上のウェルが、列状構造を形成するように連結されていてよい。このような励起光照射が行われる撮像素子の例を、図３を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の構造の模式図である。
　同図の左側の（ｄ）には、当該撮像素子の画素単位１１１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）～（ｃ）は、画素単位１１１が格子状に配列されている撮像素子１１０の受光面の一部を示す模式図であり、より具体的には、以下のとおりの断面の模式図である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の左側の（ｅ）には、当該撮像素子の画素単位１１１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直であり且つ励起光Ｌ１の進行方向に沿った面における断面である。（ｅ）における破線Ｄ－Ｄ’は、同図の右側の（ａ）における破線Ｄ－Ｄ’に相当する。（ｅ）における破線Ｅ－Ｅ’は、同図の右側の（ａ）における破線Ｅ－Ｅ’に相当する。（ｅ）における破線Ｆ－Ｆ’は、同図の右側の（ａ）における破線Ｆ－Ｆ’に相当する。
　画素単位１１１は、ウェル１１３を有する。ウェル１１３は、同図に示されるように、絶縁膜１１２によって覆われていてよい。
　画素単位１１１のウェル１１３は、列形状を有する。ウェル１１３は、隣の２つの画素単位のウェルと一緒になって１つの列を形成する。励起光Ｌ１は、この列の方向に沿って進行するように照射される。
　ウェル１１３（及びウェルを被覆する絶縁膜１１２）は、分析物を保持するように構成されてよく、すなわち分析物保持部に相当する。
　複数の画素単位のウェルがこのように列を形成していることで、励起光Ｌ１を当該列と平行に進行させることができる。これにより、励起光Ｌ１が、フォトダイオード１１４へ進入することを防ぐことができる。これにより、励起光Ｌ１に起因するノイズを減少することができる。
　ウェル１１３及び画素単位１１１のサイズは、上記例１－１と同様であってよく、その説明が本例においてもあてはまる。
　なお、ウェル１１３の開口部における列の幅が、ウェル１０３の開口部のサイズＤ１に相当する。また、ウェル１１３の底面における列の幅が、ウェル１０３の底部のサイズＤ２に相当する。
　ウェル１１３は、上記例１－１において説明したウェル１０３と同様に、分析物が保持されるように構成されてよい。すなわち、ウェル１１３の表面の構成は、ウェル１０３の表面の構成と同様であってよい。
　画素単位１１１は、フォトダイオード１１４を有する。当該フォトダイオードは、例えばＳｉフォトダイオードであってよく、例えばＳｉのＮ領域１１４Ｎ及びＰ領域１１５Ｐを有してよい。同図に示されるように、Ｎ領域１１４Ｎは、その周囲を、Ｐ領域１１５Ｐによって囲まれていてよい。
　フォトダイオード１１４は、上記例１－１において説明したフォトダイオード１０４と同様に、前記ウェルの底部に加え前記ウェルの側面を覆うように設けられている。
　本開示において、このように、フォトダイオードは、ウェルの底面及び側面を覆うように構成されていてよく、すなわちフォトダイオードもウェル形状を有している。これにより、試料Ｓ１へ励起光Ｌ１が照射されてことによって生じる蛍光のう
ち、ウェル底面方向へ進行した蛍光に加え、ウェル側面方向へ進行した蛍光も検出される。これにより、蛍光検出精度が向上する。
　画素単位１１１は、ポリシリコン（Poly-Si）１１５（ＴＧともいう）を有する。当該ポリシリコンは、ゲート電極部として機能する。画素単位１１１は、さらに、フォトダイオードに蓄積された電子が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ、及び、当該フローティングディフュージョンに接続されたコンタクトＣＳを有する。これらＴＧ、ＦＤ、及びＣＳは、上記例１－１において説明したとおり電子読み出し部とも呼ばれる。当該電子読み出し部及び当該ＴＧ、ＦＤ、及びＣＳは、上記例１－１において説明したとおりであり、その説明が本例においてもあてはまる。
　画素単位１１１は、仕切り部１１６によって、他の単位画素と区切られている。仕切り部１１６は、トレンチと呼ばれてもよい。仕切り部１１６は、上記例１－１において説明した仕切り部１０６と同様に構成されてよい。
　撮像素子１１０は、裏面照射型であり、すなわち、フォトダイオードの蛍光入射側とは反対側に配線層が設けられている。
　フォトダイオード１１４の一方の側にウェル１１３が設けられており、フォトダイオード１１４の反対側に配線層が設けられている。すなわち、画素単位１１１は、配線層、検出部（フォトダイオード）、及び分析物保持部（ウェル）がこの順に並んでいる積層構造を有する。本開示の撮像素子は、このように構成されていることで、より大きな蛍光信号を取得することができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
　撮像素子１１０が有する画素単位の数及び撮像素子１１０のサイズは、上記で例１において撮像素子１００について説明したとおりであってよく、その説明が本例についても当てはまる。
　撮像素子１１０を生体試料分析のために用いる場合、分析物をウェル内に到達させ且つ保持するために、空間が形成されてよい。当該空間の少なくとも一部はウェル形状によって形成されてよい。当該空間の他の一部は、図３に示されるように透明基板１１８によって形成されてよい。透明基板１１８は、透明であるので、励起光をウェル内へ到達させることができる。透明基板１１８の材料は、例えばガラスであってよいが、樹脂（例えばアクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂など）であってもよい。
　このように、撮像素子１１０は、分析物をウェル内へ到達させるための空間を有してよく、さらに、当該空間を形成する透明基板１１８を有してよい。
１．１．３　例１－３（電極による分析物の位置制御）
　上記例１－２において説明した列状構造において分析物が保持される位置を制御するために、本開示に従う撮像素子には電極対が設けられてもよい。当該電極対は、第一電極及び第二電極の対であってよい。当該電極対を構成する第一電極及び第二電極は、好ましくは、いずれも透明電極層であってよく、又は、いずれも金属電極層であってもよい。
　前記第一電極及び／又は前記第二電極は、好ましくは透明電極層であってよい。透明電極層であることによって、光（励起光及び／又は蛍光）の減少を防ぐことができる。
　一実施態様において、前記透明電極層又は前記金属電極層には、絶縁膜が積層されてよい。この実施態様において、前記電極層及び前記絶縁膜は、静電容量のカップリングにより電場を分析物へ伝えるように構成されてよい。このようにして、分析物（生体由来物質）の位置が制御されてよい。
　当該電極対が設けられた撮像素子の構成例を、図４Ａ～図４Ｃを参照しながら説明する。これら図に示される撮像素子はいずれも、上記例１－２において説明した撮像素子の構成に分析物を所定の位置へ保持するための電極対が追加されていること以外は、上記例１－２において説明した撮像素子と同様の構成を有する。そのため、以下では、主に当該電極対の構成について説明する。
　図４Ａに、当該電極対を構成する第一電極が及び第二電極のいずれもがウェル上に設けられている構成の例を示す。
　同図の左側の（ｄ）には、当該撮像素子の画素単位１２１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）～（ｃ）は、画素単位１２１が格子状に配列されている撮像素子１２０の受光面の一部を示す模式図であり、より具体的には、以下のとおりの断面の模式図である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の左側の（ｅ）には、当該撮像素子の画素単位１２１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直であり且つ励起光Ｌ１の進行方向に沿った面における断面である。（ｅ）における破線Ｄ－Ｄ’は、同図の右側の（ａ）における破線Ｄ－Ｄ’に相当する。（ｅ）における破線Ｅ－Ｅ’は、同図の右側の（ｂ）における破線Ｅ－Ｅ’に相当する。（ｅ）における破線Ｆ－Ｆ’は、同図の右側の（ｃ）における破線Ｆ－Ｆ’に相当する。
　同図の左側の（ｆ）には、当該撮像素子の画素単位１２１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直であり且つ励起光Ｌ１の進行方向に沿った面における断面である。（ｆ）における破線Ｇ－Ｇ’は、同図の右側の（ａ）における破線Ｇ－Ｇ’に相当する。（ｆ）における破線Ｈ－Ｈ’は、同図の右側の（ｂ）における破線Ｈ－Ｈ’に相当する。（ｆ）における破線Ｉ－Ｉ’は、同図の右側の（ｃ）における破線Ｉ－Ｉ’に相当する。
　画素単位１２１は、第一電極１２ＥＰ及び第二電極１２ＥＮを有する。第一電極１２ＥＰ及び第二電極１２ＥＮは、相補電極対を形成している。
　第一電極１２ＥＰは、分析物Ｓ１が保持されるべき位置の直下に存在しており、すなわち、画素単位の中心を通過するように設けられている。第一電極１２ＥＰは、列状構造を横切るように設けられていてよい。
　第二電極１２ＥＮは、画素と画素との間を通過するように、特には画素単位の境目を通過するように設けられている。
　ここで、例えば第一電極１２ＥＰが正極であり、第二電極１２ＥＮが負極であり且つ分析物がＤＮＡである場合を想定する。ＤＮＡは負の電荷を有するので、これら２つの電極間に電圧を印加することによって、ＤＮＡに対して、第一電極１２ＥＰに近づくように且つ第二電極ＥＮから離れるように力が作用する。これにより、当該ＤＮＡは、画素単位の中心に維持される。
　なお、第一電極１２ＥＰが負極であり、且つ、第二電極１２ＥＮが正極であってもよい。これら電極の正負は、分析物の種類又は制御手法に応じて、適宜変更されてよい。
　また、前記電圧は、直流電圧であってよく、又は、交流電圧であってもよい。
　図４Ｂに、当該電極対を構成する第一電極がウェルに設けられ且つ及び２つの第二電極がウェル上及び透明基板に設けられている構成の例を示す。
　同図に示される撮像素子１３０及び画素単位１３１は、透明基板１２８に第二電極１２ＥＮ２が積層されていること以外は、図４Ａを参照して説明した撮像素子１２０及び画素単位１２１と同じである。
　上記図４Ａに関して説明したように、第一電極１２ＥＰが正極であり、第二電極１２ＥＮ及び１２ＥＮ２が負極であり且つ分析物がＤＮＡである場合を想定する。
　ＤＮＡは負の電荷を有するので、第一電極１２ＥＰ及び第二電極１２ＥＮの間に電圧を印加することによって、ＤＮＡに対して、第一電極１２ＥＰに近づくように且つ第二電極ＥＮから離れるように力が作用する。これにより、当該ＤＮＡは、画素単位の中心に維持される。
　さらに、第一電極１２ＥＰ及び第二電極１２ＥＮ２の間に電圧が印可されることによって、ＤＮＡに対して、第一電極１２ＥＰに近づくように且つ第二電極ＥＮ２から離れるように力が作用する。これにより、当該ＤＮＡは、ウェル底面に押し付けられるように維持される。
　以上のとおり、ＤＮＡに対して画素単位の中心に維持する力及びウェル底面に押し付ける力が作用するので、ＤＮＡがより確実に所望の位置に維持される。
　一実施態様において、第二電極１２ＥＮは省略されてもよく、すなわち、撮像素子１３０は、第二電極１２ＥＮを有さず、且つ、第一電極１２ＥＰ及び第二電極１２ＥＮ２を有するように構成されてもよい。このような構成によっても、分析物を制御することができる。
　また、上記構成例において、第二電極１２ＥＮは負極であるが、当該第二電極１２ＥＮが、正極として構成されてもよい。すなわち、撮像素子１３０は、正極である２つの第一電極１２ＥＰ及び１２ＥＮ（１２ＥＰ２ともいう）及び負極である１つの第二電極１２ＥＮを有してもよい。
　このように、本開示において、前記第一電極及び前記第二電極は、電圧（直流電圧又は交流電圧）が印可されることによって、分析物の位置を制御することができるように構成されてよい。前記第一電極に含まれる電極の数は、１つであってよく又は２つ以上であってよい。また、前記第二電極に含まれる電極の数は、１つであってよく又は２つ以上であってよい。前記第一電極及び前記第二電極の数、形状、及び位置は、当業者により適宜変更されてよい。
　図４Ｃに、当該電極対を構成する第一電極がウェルに設けられ且つ及び２つの第二電極が透明基板に設けられている構成の例を示す。
　同図に示される撮像素子１４０及び画素単位１４１は、透明基板１２８に第二電極１２ＥＮ２が積層されているがウェルには第二電極が設けられていないこと以外は、図４Ｂを参照して説明した撮像素子１３０及び画素単位１３１と同じである。
　上記図４Ｂに関して説明したように、第一電極１２ＥＰが正極であり、１２ＥＮ２が負極であり且つ分析物がＤＮＡである場合を想定する。
　ＤＮＡは負の電荷を有する。そのため、第一電極１２ＥＰ及び第二電極１２ＥＮ２の間に電圧が印可されることによって、ＤＮＡに対して、第一電極１２ＥＰに近づくように且つ第二電極ＥＮ２から離れるように力が作用する。これにより、当該ＤＮＡは、ウェル底面に押し付けられるように維持される。これにより、ＤＮＡがウェル底面から離れないように維持される。
１．１．４　例１－４（トレンチが設けられていない構造）
　上記例１－１において説明した撮像素子の構成要素のうち、仕切り部は省略されてもよい。仕切り部が省略された構成の例を、図５を参照しながら説明する。
　同図の左側の（ｄ）には、撮像素子１５０の画素単位１５１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　画素単位１５１は、仕切り部１０６を有さないこと以外は、画素単位１０１と同じである。
　すなわち、画素単位１５１を構成する絶縁膜１５２、ウェル１５３、フォトダイオード１５４（１５４Ｎ及び１５４Ｐ）、ゲート電極部１５５（ＴＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、及び、コンタクトＣＳは、いずれも上記例１－１において説明した絶縁膜１０２、ウェル１０３、フォトダイオード１０４（１０４Ｎ及び１０４Ｐ）、ゲート電極部１０５、フローティングディフュージョンＦＤ、及び、コンタクトＣＳと同様であってよく、これらに関する説明が、本例においても当てはまる。
　仕切り部が無い撮像素子１５０は、上記例１－１において説明した撮像素子１００と比べて、製造コストを下げることができる。また、蛍光シグナルが弱すぎるときに、隣接する画素の蛍光シグナルを加算することができる。
１．１．５　例１－５（多層膜反射フィルタの利用）
　上記例１－１において説明した撮像素子のウェル表面が、多層膜反射フィルタによって形成されてもよい。多層膜反射フィルタを有する撮像素子の構成例を、図６を参照しながら説明する。
　同図の左側の（ｄ）には、撮像素子１６０の画素単位１６１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　画素単位１６１は、ウェル１０３及び絶縁膜１０２の代わりに、多層膜反射フィルタ１６２が用いられていること以外は、画素単位１０１と同じである。
　すなわち、画素単位１６１を構成するフォトダイオード１６４（１６４Ｎ及び１６４Ｐ）、ゲート電極部１６５（ＴＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、及び透明基板１６８は、いずれも上記例１－１において説明したフォトダイオード１０４（１０４Ｎ及び１０４Ｐ）、ゲート電極部１０５（ＴＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、及び透明基板１０８と同様であってよく、これらに関する説明が、本例においても当てはまる。
　多層膜反射フィルタ１６２によってウェル表面が形成されていることによって、励起光Ｌ１がフォトダイオード１６４へ進入することを防ぐことができる。これにより、励起光Ｌ１に起因するノイズを低減することができ、蛍光検出精度を向上させることができる。
　当該多層膜反射フィルタの構成例を、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら説明する。
　図７Ａは、当該フィルタの積層構造の模式図である。同図に示されるとおり、当該多層膜反射フィルタは、高屈折率材料から形成された層Ｈ（以下「高屈折率層Ｈ」ともいう）と低屈折率材料から形成された層Ｌ（以下「低屈折率層Ｈ」ともいう）とが交互に積層された積層構造を有する。
　同図に示されるように、当該多層膜反射フィルタの２つの最外層はいずれも、例えば厚みｔＨの高屈折材料層Ｈであってよい。これら２つの間に、同図に示されるように、厚み２ｔＬの低屈折率材料層Ｌ及び厚み２ｔＨの高屈折率材料層Ｈが交互に積層されていてよい。各層の厚みはｎｍオーダーであってよい。
　「当該多層膜反射フィルタによって遮断することが意図される励起光の波長範囲に平均透過率」と、「当該多層膜反射フィルタを透過することが意図される蛍光の波長範囲に平均透過率」との差ΔＴが、以下の式（Ｉ）で表される。本開示において、誘電体多層膜は、例えば差ΔＴが９９％以上であるように構成されてよく、特には差ΔＴを最大化するように構成される。式（Ｉ）中の透過率Ｔについては、当技術分野において知られている方法により算出することができ、当該算出方法については後段で説明する。
 
　上記式（Ｉ）の前提条件は以下のとおりである。
励起光：Ｘnm（考慮範囲：Ｘ－Ｘ’＜λ＜Ｘ－Ｘ”）
（当該考慮範囲は、遮断することが意図される励起光の波長範囲に相当する。）
蛍光：Ｙnm（考慮範囲：Ｙ－Ｙ’＜λ＜Ｙ＋Ｙ”）
（当該考慮範囲は、透過することが意図される蛍光の波長範囲に相当する。）
高屈折率材料：屈折率ＮＨ、膜厚ｔＨ  
低屈折率材料：屈折率ＮＬ、膜厚ｔＬ
繰り返し数：Ｎ（Ｎは１超の整数である）
当該多層膜反射フィルタが有する層の総数：Ｌ＝２Ｎ＋１層（Ｌは３超の整数である）当該多層膜反射フィルタの総厚：２Ｎ（ｔＨ＋ｔＬ）ｎｍ
　前記ΔＴの最大化は、例えば図７Ｂに示される波長に対する透過率の模式的なグラフに基づき説明される。同図に示されるように、波長λがＹ－Ｙ’～Ｙ＋Ｙ”である範囲における平均透過率Ave[T(λ)|Ｙ－Ｙ’＜λ＜Ｙ＋Ｙ”]及び波長λがＸ－Ｘ’～Ｘ－Ｘ”である範囲におけるAve[T(λ)|Ｘ－Ｘ’＜λ＜Ｘ－Ｘ”]との差ΔＴが最大化されるように、多層膜反射フィルタは構成される。　
（式（Ｉ）の透過率Ｔの算出方法）
　図５５Ａに、前記多層膜反射フィルタを光が透過する状況の模式図が示されている。同図に示されるように、当該状況において、空気（Ａｉｒ、屈折率ｎ０＝１)から多層膜１６２の面内方向に対して垂直に入射した光が、Ｌ層の多層膜（第ｊ層の複素屈折率：Ｎｊ＝ｎｊ＋ｉｋｊ)を通過し、フォトダイオード１６４（Ｓｉ、複素屈折率：Ｎｍ＝ｎｍ＋ｉｋｍ)へ射出する。
　多層膜１６２と空気との間の界面Ｉ（０）、及び、多層膜１６２と空気との間のフォトダイオード１６４との界面Ｉ（Ｌ）に加え、多層膜１６２を構成する各層の間の界面Ｉ（１）～界面Ｉ（Ｌ－１）が存在する。
　多層膜の材料（すなわち複素屈折率）が決まれば、各界面の反射のフレネル係数、各界面の透過のフレネル係数、及び各層での位相変化と波の減衰が決定される。透過率Ｔは、多層膜の材料に基づき決定されたこれらの値を使って、文献「光学薄膜の基礎理論　増補改訂版」（オプトロニクス社、2011年2月25日発行）の第９９～１０３頁に記載された算出方法に従い求めることができる。当該算出方法において、より具体的には以下の式（ＩＩ）を用いて、透過率Ｔが得られる。
 
　上記式（ＩＩ）は、前記文献の第１０３頁（特には数式（４－５０））に記載されている。
　上記式（ＩＩ）中の各要素は以下のとおりである。
　Ｒｅ（Ｎｍ）は、上記のとおり、Ｓｉの複素屈折率の実部（＝ｎｍ）である。
　ｎ０は、上記のとおり、空気の屈折率（＝１）である。
　τ０’は、後述する仮想界面Ｉ（０）’における透過のフレネル係数であり、前記文献第１０１頁の数式（４－４８）に記載されたとおりである。τ０’の算出方法は、前記文献の第９９～１０３頁に記載されている。
　当該算出方法においては、図５５Ｂに示されるように、界面I（Ｌ）及び界面Ｉ（Ｌ－１）のフレネル係数から仮想界面Ｉ（Ｌ－１）’のフレネル係数を求め、さらに、図５５Ｃに示されるように、仮想界面Ｉ（Ｌ－１）’のフレネル係数及び界面Ｉ（Ｌ－２）のフレネル係数から仮想界面Ｉ（Ｌ－２）’のフレネル係数を求め、さらに、図５５Ｄに示されるように、同様の仮想界面のフレネル係数の算出を繰り返して、仮想界面Ｉ（０）’のフレネル係数が得られる。
１．１．６　例１－６（多層膜反射フィルタと当該フィルタの部分へ延長されたトレンチ）
　上記例６において説明した撮像素子のウェル表面は、多層膜反射フィルタによって形成されている。本開示おいて、多層膜反射フィルタが、仕切り部によって画素毎に区分けされていてもよい。すなわち、画素単位を規定する仕切り部が、フォトダイオード部分だけでなく、多層膜反射フィルタ部分に延長されていてもよい。この構成について、図８を参照しながら説明する。
　同図の左側の（ｄ）には、撮像素子１７０の画素単位１７１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　上記例５において説明した画素単位１６１においては、仕切り部１６６は、フォトダイオード１６４の位置までであるが、本例における画素単位１７１においては、仕切り部１７６が多層膜反射フィルタ１７２の部分まで延長されている。このように、仕切り部１７６が形成されることで、励起光Ｌ１が他の画素へ進入することを防ぐことができ、これは励起光によるノイズの低減に貢献する。そのため、蛍光検出精度をさらに高めることができる。
１．１．７　例１－７（多層膜反射フィルタとトレンチのバリエーション）
　上記例６において説明した撮像素子は、画素単位の周囲の全て（画素単位を規定する矩形の４辺の全て）にわたって仕切り部が多層膜反射フィルタの部分まで延長されている。本開示において、仕切り部は、画素単位の周囲のうちの一部においては仕切り部が多層膜反射フィルタの部分まで延長され、画素単位の周囲のうちの残りにおいては仕切り部が多層膜反射フィルタの部分まで延長されず、蛍光検出用のフォトダイオードの部分まで存在していてよい。この構成について、図９を参照しながら説明する。
　同図の左側の（ｄ）には、撮像素子１８０の画素単位１８１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の左側の（ｅ）には、同図の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）における破線Ｄ－Ｄ’、破線Ｅ－Ｅ’ 、及び破線Ｆ－Ｆ’における断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の（ｄ）に示される断面においては、仕切り部１８６は、フォトダイオード１８４の部分から多層膜反射フィルタ１８２の部分まで延長されている。
　一方で、同図の（ｅ）に示される断面においては、仕切り部１８６は、フォトダイオード１８４の部分まで設けられているが、多層膜反射フィルタ１８２の部分には設けられていない。これにより、同図の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）の励起光Ｌ１が、その矢印の方向に進行するように照射されることが可能となる。この方向に進行するように励起光Ｌ１が照射されることで、励起光がフォトダイオード１８４に進行することを防ぐことができ、励起光に起因するノイズを低減することができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　また、同図に示されるように、ウェルの側壁部分に、励起光Ｌ１を検出するためのＮ領域１８３が設けられていてよい。これにより、励起光のシグナルを読み出すことが可能となる。
　また、同図に示されるように、Ｎ領域１８３は、トレンチ１８６と接続されていてよい。これにより、キャリア（電子またはホール）の読み出しが可能となる。
　この実施態様において、蛍光シグナルに加え、励起光シグナルも読み出される。これに伴い、画素単位１８１は、２セットの電子読み出し部を有してよく、その一方が、蛍光シグナルを読み出すものであり、他方が励起光シグナルを読み出すものである。
　同図に示されるように、画素単位１８１は、ゲート電極部１０５（ＴＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、及び、コンタクトＣＳを有し、これらが蛍光シグナルを読み出す電子読み出し部を構成する。これらは、上記例１－１において説明したとおりであり、その説明が本実施態様においても当てはまる。
　また、同図に示されるように、画素単位１８１は、さらに、ゲート電極部ＴＧ２、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２が設けられてよい。これらは、励起光シグナルを読み出す電子読み出し部を構成する。これらも、上記例１－１において説明したとおりであり、その説明が本実施態様においても当てはまる。なお、同図においては、ＴＧ２はＮ領域１８３と接続されていないが、ＴＧ２はＮ領域１８３と接続するように構成されてもよい。この場合は、ＦＤ２は不要であり、ＣＳ２がＴＧ２へ接続されてもよい。
１．１．８　例１－８（透明ウェル）
　本開示において、ウェルの側壁部分は、透明であってよい。具体的には、当該側壁部分は、励起光を透過させる程度に透明であってよい。この構成について、図１０を参照しながら説明する。
　同図の左側の（ｄ）には、撮像素子１９０の画素単位１９１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）～（ｃ）は、画素単位１９１が格子状に配列されている撮像素子１９０の受光面の一部を示す模式図であり、より具体的には、以下のとおりの断面の模式図である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　　画素単位１９１は、透明材料で形成されたウェル１９９を有する。ウェル１９９の上面は、同図に示されるように、透明でない材料から形成されたシート１９２によって覆われていてよい。
　ウェル１９９の形状及びサイズは、上記例１－１において説明したとおりであってよく、その説明が本例についても当てはまる。また、ウェル１９９は、上記例１－１において説明したとおり、分析物が保持されるように構成されてよい。
　画素単位１９１は、フォトダイオード１９４を有する。当該フォトダイオードは、例えばＳｉフォトダイオードであってよく、例えばＳｉのＮ領域１９４Ｎ及びＰ領域１９５Ｐを有してよい。同図に示されるように、Ｎ領域１９４Ｎは、その周囲を、Ｐ領域１９５Ｐによって囲まれていてよい。
　画素単位１９１は、フォトダイオード１９４を有する。フォトダイオード１９４は、前記ウェルの底部側にだけ設けられていてよい。
　また、画素単位１０１は、ポリシリコン（Poly-Si）１９５（ＴＧ）を有する。当該ポリシリコンは、ゲート電極部として機能する。さらに、画素単位１０１は、フローティングディフュージョンＦＤ及びコンタクトＣＳを有する。これらは、上記例１－１において説明したとおりである。
　画素単位１９１は、仕切り部１９６によって、他の単位画素と区切られている。仕切り部１９６は、トレンチと呼ばれてもよい。
　仕切り部１９６は、或る単位画素と他の単位画素との間に設けられている。仕切り部１９６は、絶縁体又は金属によって構成されてよい。仕切り部１９６は、フォトダイオード１９４の部分をカバーするように設けられているが、ウェル１９９の部分へは延長されていなくてよい。これにより、励起光Ｌ１を、受光面と平行に進行させることができる。また、励起光Ｌ１が受光面と平行に進行させることで、励起光が、フォトダイオード１９４へ進入することを防ぐことができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　撮像素子１９０は、裏面照射型であり、すなわち、フォトダイオードの蛍光入射側とは反対側に配線層が設けられている。
　フォトダイオード１９４の一方の側にウェル１９３が設けられており、フォトダイオード１９４の反対側に配線層（図示されていない）が設けられている。すなわち、単位画素１９１は、配線層、検出部（フォトダイオード）、及び分析物保持部（ウェル）がこの順に並んでいる積層構造を有する。本開示の撮像素子は、このように構成されていることで、より大きな蛍光信号を取得することができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
　撮像素子１９０を生体試料分析のために用いる場合、分析物をウェル内に到達させ且つ保持するために、空間が形成されてよい。当該空間は、分析物が流れる流路であってよい。例えば、分析物を含む液状試料が当該空間を流れて、当該分析物が、ウェル底面で捕捉されうる。当該空間の少なくとも一部はウェル形状によって形成されてよい。当該空間の他の一部は、図１０に示されるように透明基板１９８によって形成されてよい。透明基板１９８は、透明であるので、励起光をウェル内へ到達させることができる。透明基板１９８の材料は、例えばガラスであってよいが、樹脂（例えばアクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂など）であってもよい。
　このように、撮像素子１９０は、分析物をウェル内へ到達させるための空間を有してよく、さらに、当該空間を形成する透明基板１９８を有してよい。
１．１．９　例１－９（透明ウェルとトレンチ）
　上記例８において説明した画素単位のウェル側壁は、その全体が透明であるものである。本開示において、ウェル側壁のうち、励起光が進行する部分は透明であってよく、その他の部分はフォトダイオードによって形成されていてよい。この構成について、図１１を参照しながら説明する。
　同図の左側の（ｄ）には、撮像素子２００の画素単位２０１の断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　同図の右側の（ａ）～（ｃ）は、画素単位２０１が格子状に配列されている撮像素子２００の受光面の一部を示す模式図であり、より具体的には、以下のとおりの断面の模式図である。
　同図の右側の（ａ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ａ－Ａ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｂ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｂ－Ｂ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の右側の（ｃ）には、同図の（ｄ）のうち、破線Ｃ－Ｃ’の位置における断面の模式図であり、この模式図では、複数の画素単位が、格子状に配列されている状態が示されている。また、当該断面は、当該撮像素子の受光面に平行な面における断面である。
　同図の左側の（ｅ）には、同図の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）における破線Ｄ－Ｄ’、破線Ｅ－Ｅ’ 、及び破線Ｆ－Ｆ’における断面の模式図が示されている。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　画素単位２０１は、同図の（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、分析物が保持されるウェルを有する。
　同図の（ｅ）に示されるように、当該ウェルの側壁のうち励起光Ｌ１が通過する部分（すなわち励起光Ｌ１の進行方向と直行する側壁）は、透明であり、これにより励起光の進行が妨げられない。当該透明側壁は、フォトダイオードが設けられておらず、また、仕切り部も設けられていない。
　一方で、同図の（ｄ）に示されるように、当該ウェルの側壁のうち励起光Ｌ１の進行方向と平行な側壁は、フォトダイオードによって形成され、且つ、仕切り部が設けられている。
　このように、本開示の撮像素子の画素単位が有するウェルは、その一部が透明であり、残りが透明でなくてよい。そして、透明でない部分は、例えばフォトダイオードによって形成されてよい。これにより、励起光を受光面と平行に進行させることができ、且つ、励起光照射により生じた蛍光をより多く受光することができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．２　励起光遮断部に関する構成例
１．２．１　例２－１（基本構成例）
　上記１．１のいくつかの例において、多層膜反射フィルタをウェルの表面に設ける構成を説明した。これらの例では、多層膜反射フィルタは、励起光が検出部（フォトダイオード）へ進行することを防ぐための構成要素として用いられている。すなわち、当該多層膜反射フィルタは、励起光遮断部として用いられており、当該励起光遮断部は、分析物保持部（ウェル）上に設けられている。すなわち、各画素単位には、前記励起光が検出部へ到達することを防ぐ励起光遮断部が設けられていてよい。また、前記励起光遮断部は、前記蛍光を透過させるように構成されてよい。
　本開示において、励起光遮断部は、分析物保持部（ウェル）と検出部（フォトダイオード）との間に設けられてもよい。以下で、このように設けられた励起光遮断部を有する本開示に従う裏面照射型撮像素子の構成例を、図１２を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の画素単位の断面の模式図を示す。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　画素単位３０１は、ウェル３０３及びフォトダイオード３０４を有する。画素単位３０１は、ウェル３０３及びフォトダイオード３０４の間に、絶縁膜３０２及び多層膜反射フィルタ３０７を有している。多層膜反射フィルタ３０７は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位３０１は、フォトダイオード３０４、多層膜反射フィルタ３０７、絶縁膜３０２、及びウェル３０３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　本開示に従う撮像素子は、上記例１－１において説明したように、格子状に配列された複数の画素単位３０１を有してよい。
　ウェル３０３は、分析物を保持するように構成されてよく、すなわち分析物保持部に相当する。
　ウェル３０３の受光面と平行な面における形状は、上記例１－１において説明したように、矩形であっておいが、他の多角形であってもよく、又は、円形又は楕円形などであってもよい。
　ウェル３０３は、上記例１－１において説明したように、分析物を保持するように構成されてよく、すなわち分析物保持部に相当する。
　ウェル３０３及び画素単位３０１のサイズは、上記例１－１においてウェル１０３及び画素単位１０１について説明したとりであってよく、その説明が本例においても当てはまる。
　ウェル３０３は、分析物が保持されるように構成されてよい。例えばウェル３０３の表面（特には底面）には、上記例１－１において説明したように、分析物を保持する化合物が固定化されていてよい。
　フォトダイオード３０４は、例えばＳｉフォトダイオードであってよく、例えばＳｉのＮ領域３０４Ｎ及びＰ領域３０４Ｐを有してよい。同図に示されるように、Ｎ領域３０４Ｎは、その周囲を、Ｐ領域３０４Ｐによって囲まれていてよい。
　フォトダイオード３０４は、同図に示されるように、前記ウェルの底部側に設けられている。
　画素単位３０１は、ゲート電極部３０５を有する。当該ゲート電極部３０５は、バーティカルトランスファーゲート（ＶＧ：Vertical Transfer Gate）として構成されてよい。代替的には、当該ゲート電極部３０５は、トランスファーゲート（ＴＧ）として構成されてもよい。当該ゲート電極部は、ポリシリコン（Poly-Si）を有するものであってよい。当該ゲート電極部を介して、フォトダイオード３０４に蓄積された信号電荷が読み出される。画素単位３０１はさらに、フォトダイオードに蓄積された電子が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ及び該フローティングディフュージョンに接続されたコンタクトＣＳを有してよい。
　同図に示されるとおり、フォトダイオード３０４は、埋め込み型フォトダイオード構造を有してよい。当該構造を有するフォトダイオード３０４に、ゲート電極部３０５が接続されており、フォトダイオード３０４に蓄積された電子は、ゲート電極部３０５からフローティングディフュージョンＦＤへ転送され、そして、コンタクトＣＳから読みだされる。
　本開示において、フォトダイオードから電子を読み出すために設けられる構成要素を電子読み出し部ともいう。当該電子読み出し部は、上記のとおり、ゲート電極部３０５（ＶＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、及びコンタクトＣＳを有してよい。ＦＤ及びＶＧは、互いに接触していてよく又は互いと接触していなくてもよく、これらの接触の有無はゲート電極部のＯＮ電圧により変わりうる。同図においては、フローティングディフュージョンは、画素単位のそれぞれに設けられており、当該電子読み出し部は、いわゆるＦＤ非共有方式の構造を有するが、当該電子読み出し部は、上記例１－１において説明したように、ＦＤ非共有方式の構造を有してもよい。
　絶縁膜３０２は、例えば酸化珪素膜、窒素含有酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素含有窒化珪素膜、又は金属酸化物膜であってよい。絶縁膜は、高密度プラズマ処理された絶縁膜であってもよい。
　多層膜反射フィルタ３０７は、上記で図７Ａ及びＢを参照して説明したとおりであってよく、その説明が本例においても当てはまる。すなわち、当該多層膜反射フィルタは、高屈折率材料から形成された層Ｈ（以下「高屈折率層Ｈ」ともいう）と低屈折率材料から形成された層Ｌ（以下「低屈折率層Ｈ」ともいう）とが交互に積層された積層構造を有する。
　当該多層膜反射フィルタは、上記式（Ｉ）で表される差ΔＴが最大化されるように構成されてよい。
　本開示において、このように多層膜反射フィルタが、ウェル（分析物保持部）とフォトダイオード（検出部）との間に設けられてよい。当該多層膜反射フィルタは、ウェル（及び分析物）へ照射された励起光を遮断し、且つ、分析物から生じた蛍光を透過させる。これにより、励起光に起因するノイズを低減することができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　多層膜反射フィルタ３０７の厚みＴ５は、例えば１００ｎｍ～３０μｍ、好ましくは１５０ｎｍ～２０μｍ、より好ましくは２００ｎｍ～１５μｍであってよい。
　画素単位３０１は、仕切り部３０６によって、他の単位画素と区切られている。仕切り部３０６は、トレンチと呼ばれてもよい。
　仕切り部３０６は、或る単位画素と他の単位画素との間に設けられている。仕切り部３０６は、絶縁体又は金属によって構成されてよい。仕切り部３０６によって、単位画素３０１に進入した励起光及び画素単位３０１内の分析物Ｓ１から生じた蛍光が、他の単位画素へ進入することを防ぐ。また、仕切り部３０６は、フォトダイオード３０４内の電子が、他の単位画素のフォトダイオードへ進入することを防ぐ。
　複数の画素単位３０１を有する本開示の撮像素子は、裏面照射型であり、すなわち、フォトダイオードの蛍光入射側とは反対側に配線層が設けられている。
　フォトダイオード３０４の一方の側にウェル３０３が設けられており、フォトダイオード３０４の反対側に配線層が設けられている。すなわち、画素単位２０１は、配線層、検出部（フォトダイオード）、及び分析物保持部（ウェル）がこの順に並んでいる積層構造を有する。本開示の撮像素子は、このように構成されていることで、より大きな蛍光信号を取得することができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
　複数の画素単位３０１を有する本開示の撮像素子は、上記１．１において説明したように、当該複数の画素単位３０１が格子状に配列されている構成を有してよい。１つの撮像素子が有する画素単位３０１の数並びに撮像素子のサイズ及び形状は、上記１．１において説明したとおりであり、その説明が本例においても当てはまる。
　複数の画素単位３０１を有する本開示の撮像素子を生体試料分析のために用いる場合、分析物をウェル内に到達させ且つ保持するために、空間が形成されてよい。当該空間は、分析物が流れる流路であってよい。例えば、分析物を含む液状試料が当該空間を流れて、当該分析物が、ウェル底面で捕捉されうる。当該空間の少なくとも一部はウェル形状によって形成されてよい。当該空間の他の一部は、図１２に示されるように透明基板３０８によって形成されてよい。透明基板３０８は、透明であるので、励起光をウェル内へ到達させることができる。透明基板３０８の材料は、例えばガラスであってよいが、樹脂（例えばアクリル樹脂又はポリカーボネート樹脂など）であってもよい。
　このように、本開示の撮像素子は、分析物をウェル内へ到達させるための空間を有してよく、さらに、当該空間を規定する透明基板３０８を有してよい。
１．２．２　例２－２（２階構造のフォトダイオード）
　上記例１－１において説明した画素単位に、さらに励起光を検出するためのフォトダイオードが追加されてもよい。すなわち、本開示において、各画素単位は、前記励起光を検出する励起光検出部をさらに備えていてよい。そして、本開示の裏面照射型撮像素子は、前記励起光検出部が取得した信号を用いて、前記蛍光検出部が取得した信号の処理が行われるように構成されていてよい。
　当該フォトダイオードが追加された画素単位の構成例について、以下で、図１３を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の画素単位の断面の模式図を示す。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　画素単位３１１は、ウェル３１３及び蛍光検出用フォトダイオード３１４を有する。画素単位３１１は、ウェル３１３及びフォトダイオード３１４の間に、絶縁膜３１２、励起光を検出するためのフォトダイオード３１９、及び多層膜反射フィルタ３１７を有している。多層膜反射フィルタ３１７は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位３１１は、蛍光検出用フォトダイオード３１４、多層膜反射フィルタ３１７、励起光検出用フォトダイオード３１９、絶縁膜３１２、及びウェル３１３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　本開示に従う撮像素子は、上記例１－１において説明したように、格子状に配列された複数の画素単位３１１を有してよい。
　蛍光検出用フォトダイオード３１４、ゲート電極部３１５（ＶＧ）、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、多層膜反射フィルタ３１７、絶縁膜３１２、及びウェル３１３は、上記例２－１において説明した蛍光検出用フォトダイオード３０４、多層膜反射フィルタ３０７、絶縁膜３０２、及びウェル３０３と同じであってよく、上記２－１における当該説明が本例においてもあてはまる。
　励起光検出用フォトダイオード３１９は、例えばＳｉフォトダイオードであってよく、例えばＳｉのＮ領域３１９Ｎ及びＰ領域３１９Ｐを有してよい。同図に示されるように、Ｎ領域３１９Ｎは、その周囲を、Ｐ領域３１９Ｐによって囲まれていてよい。
　励起光検出用フォトダイオード３１９は、同図に示されるように、ウェル３１３と多層膜反射フィルタ３１７との間に設けられてよい。
　励起光検出用フォトダイオード３１９には、ゲート電極部３２０が設けられていてよい。当該ゲート電極部を介して、励起光検出用フォトダイオード３１９に蓄積された信号電荷が読み出される。
　ゲート電極部３２０（ＶＧ２）は、励起光検出用フォトダイオード３１９の電子を読み出すように構成されている。ゲート電極部３２０（ＶＧ２）は、電子を読み出す部分と、多層膜反射フィルタ３１７及び蛍光検出用フォトダイオード３１４を通過する部分とを有する。前者の部分は、ポリシリコン（Poly-Si）を有するものであってよい。後者の部分は、例えば絶縁膜に覆われた金属電極であってよく、当該金属電極が配線層と接続されうる。
　また、画素単位３１１はさらに、励起光検出用フォトダイオードに蓄積された電子が転送されるフローティングディフュージョンＦＤ及び該フローティングディフュージョンに接続されたコンタクトＣＳを有してよい。
　同図に示されるとおり、フォトダイオード３１９は、埋め込み型フォトダイオード構造を有してよい。当該構造を有するフォトダイオード３１９に、ゲート電極部３２０（ＶＧ２）が接続されており、フォトダイオード３１９に蓄積された電子は、ゲート電極部３２０からフローティングディフュージョンＦＤへ転送され、そして、コンタクトＣＳから読みだされる。
　前記励起光検出用フォトダイオードによって、励起光のシグナルを検出することができる。励起光シグナルに基づき、蛍光シグナルに含まれうる励起光ノイズを軽減又は除去することができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．２．３　例２－３（２階構造のフォトダイオードと吸収フィルタ）
　上記例１－１において説明した画素単位は、２つのフォトダイオードの間に多層膜反射フィルタが設けられている。本開示において、２つのフォトダイオードの間に、多層膜反射フィルタの代わりに、励起光を吸収する光学特性を有する吸収フィルタが設けられてもよい。当該吸収フィルタは、蛍光を透過させる光学特性を有する。当該吸収フィルタを有する画素単位の構成例について、以下で、図１４を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の画素単位の断面の模式図を示す。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　画素単位３２１は、ウェル３２３及び蛍光検出用フォトダイオード３２４を有する。画素単位３２１は、ウェル３２３及びフォトダイオード３２４の間に、絶縁膜３２２－１、励起光検出用フォトダイオード３２７、吸収フィルタ３２６、及び絶縁膜３２２－２を有している。吸収フィルタ３２６は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位３２１は、蛍光検出用フォトダイオード３２４、吸収フィルタ３２６、励起光検出用フォトダイオード３２７、及びウェル３２３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　本開示に従う撮像素子は、上記例１－１において説明したように、格子状に配列された複数の画素単位３２１を有してよい。
　蛍光検出用フォトダイオード３２４、ゲート電極部３２５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、絶縁膜３２２－１及び絶縁膜３２２－２、及びウェル３２３は、上記例２－１において説明した蛍光検出用フォトダイオード３０４、ゲート電極部３０５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、絶縁膜３０２、及びウェル３０３と同じであってよく、上記例２－１における当該説明が本例においてもあてはまる。
　励起光検出用フォトダイオー３２７、ゲート電極部３２９、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２は、上記例２－２において説明した励起光検出用フォトダイオード３１９、ゲート電極部３２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２と同じであってよく、上記例２－２における当該説明が本例においてもあてはまる。
　吸収フィルタ３２６は、特定の波長域の光を選択的に透過し且つその他の波長域の光を吸収する光学特性を有するフィルタであってよい。吸収フィルタ３２６は、蛍光を選択的に透過し且つ少なくとも励起光を吸収する光学特性を有するフィルタであってよい。
　本開示において、このような吸収フィルタが、励起光検出用フォトダイオードと蛍光検出用フォトダイオードのとの間に設けられる。前記吸収フィルタにより、蛍光検出用フォトダイオードへ励起光が進行することを防ぐことができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。また、励起光の光路上において、前記吸収フィルタは励起光検出用フォトダイオードの前に配置されているので、前記吸収フィルタは、励起光検出用フォトダイオードによる励起光検出精度に悪影響を及ぼさない。
　また、本開示において、図１６に示されるように、１つのＰ領域３４４Ｐ内に、蛍光検出用のＮ領域３４４Ｎ－１及び励起光検出用のＮ領域３４４Ｎ－２が設けられてもよい。　Ｐ領域３４４ＰとＮ領域３４４Ｎ－１とが蛍光検出用フォトダイオードとして機能する。当該蛍光検出用フォトダイオードに蓄積した電子は、電子読み出し部（ゲート電極部３４５－１、フローティングディフュージョンＦＤ、及びコンタクトＣＳを含む）によって読み出される。
　Ｐ領域３４４ＰとＮ領域３４４Ｎ－２とが励起光検出用フォトダイオードとして機能する。当該励起光検出用フォトダイオードに蓄積した電子は、電子読み出し部（ゲート電極部３４５－２、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２を含む）によって読み出される。
　本開示において、各画素単位は、このような２階構造のフォトダイオードを有するように構成されてよい。当該構成に関して、後段の例４－１以降においてより詳細に説明する。
１．２．４　例２－４（光電変換膜の利用）
　上記例２－３において説明した画素単位は、励起光検出用フォトダイオードを有している。本開示において、励起光検出用フォトダイオードの代わりに、光電変換膜が設けられてもよい。当該光電変換膜は、波長選択性を有する光電変換膜であってよく、特には励起光を選択的に光電変換する光電変換膜であってよい。このように、励起光は、光電変換膜によって検出されてもよい。当該光電変換膜を有する画素単位の構成例について、以下で、図１５を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の画素単位の断面の模式図を示す。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　画素単位３３１は、ウェル３３３及び蛍光検出用フォトダイオード３３４を有する。画素単位３３１は、ウェル３３３及びフォトダイオード３３４の間に、絶縁膜３３２－１、光電変換膜３３７、吸収フィルタ３３６、及び絶縁膜３２２－２を有している。吸収フィルタ３３６は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位３３１は、蛍光検出用フォトダイオード３３４、吸収フィルタ３３６、光電変換膜３３７、及びウェル３３３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　本開示に従う撮像素子は、上記例１－１において説明したように、格子状に配列された複数の画素単位３３１を有してよい。
　蛍光検出用フォトダイオード３３４、ゲート電極部３３５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、絶縁膜３３２－１及び絶縁膜３３２－２、及びウェル３３３は、上記例２－１において説明した蛍光検出用フォトダイオード３０４、ゲート電極部３０５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、絶縁膜３０２、及びウェル３０３と同じであってよく、上記例２－１における当該説明が本例においてもあてはまる。
　吸収フィルタ３３６は、上記例２－３において説明した吸収フィルタ３２６と同じであってよく、上記例２－３における当該説明が本例においてもあてはまる。
　光電変換膜３３７は、波長選択性を有する光電変換膜であってよく、特には分析物に照射される励起光を選択的に光電変換する光電変換膜である。光電変換膜３３７は、分析物への励起光照射により生じた蛍光を光電変換するものでなくてよい。当該光電変換膜は、例えば無機材料又は有機材料によって構成されてよい。
　前記無機材料は、例えば無機半導体材料であってよい。一実施態様において、当該無機半導体材料は、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料であってよく、例えばガリウムひ素系半導体及びインジウムリン系半導体であってよい。このような材料として、より具体的には、InGaAs、GaAs、InP、及びGaNを挙げることができ、特に、当該材料はInGaAsであってよい。他の実施態様において、前記無機材料は、二次元半導体材料であってもよく、当該材料は、MoS2、又はWS2、であってよい。さらに他の実施態様において、前記無機材料は、GaO3であってもよい。
　前記有機材料は、例えば有機半導体材料であってよい。光電変換膜が、前記有機半導体材料から形成される場合、前記光電変換膜は、例えばｐ型有機半導体の層、ｎ型有機半導体の層、及びｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層から選ばれる１以上の層を有してよい。
　例えば、前記光電変換膜は、ｐ型有機半導体の単層構造を有してよく、又は、ｎ型有機半導体の単層構造を有してよく、又は、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層の単層構造を有してよい。
　また、前記光電変換膜は、ｐ型有機半導体層とｎ型有機半導体層との積層構造を有してよく、すなわち「ｐ型有機半導体層／ｎ型有機半導体層」という積層構造を有してよい。　また、前記光電変換膜は、ｐ型有機半導体層及び／又はｎ型有機半導体層と前記混合層とが積層された構造を有してもよい。例えば、前記光電変換膜は、「ｐ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層／ｎ型有機半導体層」という積層構造、「ｐ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層」という積層構造、または、「ｎ型有機半導体層／ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合層」の積層構造を有してもよい。
　前記ｐ型有機半導体としては、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、チオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体、トリアリルアミン誘導体、カルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ポリチオフェン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を挙げることができる。前記ｐ型有機半導体は、これらのうちの１つまたは２以上であってよい。
　前記ｎ型有機半導体としては、フラーレン及びフラーレン誘導体〈例えば、Ｃ６０や、Ｃ７０，Ｃ７４等のフラーレン（高次フラーレン、内包フラーレン等）又はフラーレン誘導体（例えば、フラーレンフッ化物やＰＣＢＭフラーレン化合物、フラーレン多量体等）〉、ｐ型有機半導体よりもＨＯＭＯ及びＬＵＭＯが大きい（深い）有機半導体、透明な無機金属酸化物を挙げることができる。前記ｎ型有機半導体は、これらのうちの１つまたは２以上であってよい。
　前記ｎ型有機半導体として、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する複素環化合物、例えば、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、イソキノリン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、フェナントロリン誘導体、テトラゾール誘導体、ピラゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、サブポルフィラジン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリベンゾチアジアゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体等を分子骨格の一部に有する有機分子、有機金属錯体やサブフタロシアニン誘導体を挙げることができる。
　前記フラーレン誘導体に含まれる基等として、ハロゲン原子；直鎖、分岐若しくは環状のアルキル基若しくはフェニル基；直鎖若しくは縮環した芳香族化合物を有する基；ハロゲン化物を有する基；パーシャルフルオロアルキル基；パーフルオロアルキル基；シリルアルキル基；シリルアルコキシ基；アリールシリル基；アリールスルファニル基；アルキルスルファニル基；アリールスルホニル基；アルキルスルホニル基；アリールスルフィド基；アルキルスルフィド基；アミノ基；アルキルアミノ基；アリールアミノ基；ヒドロキシ基；アルコキシ基；アシルアミノ基；アシルオキシ基；カルボニル基；カルボキシ基；カルボキソアミド基；カルボアルコキシ基；アシル基；スルホニル基；シアノ基；ニトロ基；カルコゲン化物を有する基；ホスフィン基；ホスホン基；これらの誘導体を挙げることができる。
　前記光電変換膜の膜厚は、例えば１×１０－８ｍ（メートル）～５×１０－７ｍ、好ましくは２．５×１０－８ｍ～３×１０－７ｍ、より好ましくは２．５×１０－８ｍ～２×１０－７ｍ、さらには１×１０－７ｍ～１．８×１０－７ｍであってよい。なお、有機半導体は、ｐ型、ｎ型と分類されることが多いが、ｐ型とは正孔を輸送し易いという意味であり、ｎ型とは電子を輸送し易いという意味であり、無機半導体のように熱励起の多数キャリアとして正孔又は電子を有しているという解釈に限定されるものではない。
  緑色の波長の光を光電変換する光電変換膜を構成する材料としては、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン誘導体、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）等を挙げることができる。
  また、青色の光を光電変換する光電変換膜を構成する材料としては、例えば、クマリン酸色素、トリス－８－ヒドリキシキノリアルミニウム（Ａｌｑ３）、メラシアニン系色素等を挙げることができる。
  さらに、赤色の光を光電変換する光電変換膜を構成する材料としては、例えば、フタロシアニン系色素、サブフタロシアニン系色素（サブフタロシアニン誘導体）を挙げることができる。
  さらにまた、前記光電変換膜としては、紫外域から赤色域にかけて略全ての可視光に対して感光するパンクロマチックな感光性有機光電変換膜を用いることも可能である。
　光電変換膜３３７による光電変換によって生じた信号電荷は、例えば、光電変換膜３３７に設けられたゲート電極部３３９によって読み出されてよい。さらに、光電変換膜３３７には、フローティングディフュージョンＦＤ２及びコンタクトＣＳ２が設けられてよい。ゲート電極部３３９、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２は、上記例２－２において説明したゲート電極部３２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２と同じであってよく、上記例２－２における当該説明が本例においてもあてはまる。
　読み出された信号電荷に基づき、蛍光検出用フォトダイオード３３４によって検出された蛍光信号のノイズ低減処理が行われうる。このようにして、蛍光検出精度が向上されうる。
１．２．５　例２－５（２階構造のフォトダイオードと吸収フィルタの他の構成例）
　上記例２－１～２－４において説明した画素単位は、蛍光検出用フォトダイオードを有している。本開示において、蛍光検出用フォトダイオードの代わりに、量子ドット光電変換膜が用いられてよく、例えば複数の量子ドット光電変換膜が積層された多層膜が用いられてもよい。以下でこのように構成された画素単位の例を、図１７を参照しながら説明する。同図は、本開示に従う裏面照射型撮像素子の画素単位の断面の模式図を示す。当該断面は、当該撮像素子の受光面に垂直な面における断面である。
　画素単位３５１は、ウェル３５３に加え、量子ドット光電変換膜３５４－１～３５４－５が積層された多層膜を有している。ウェル３５３と前記多層膜との間には、絶縁膜３５２が設けられている。
　量子ドット光電変換膜のそれぞれは、特定の波長の光を光電変換する。すなわち、前記多層膜は、互いに異なる波長の光（特には蛍光）を光電変換する複数の量子ドット光電変換膜を有する。これにより、種々の波長の蛍光を検出することができる。
　また、前記複数の量子ドット光電変換膜の一つ以上が、励起光を光電変換するものであってもよい。これにより、励起光が検出されてもよい。
　各量子ドット光電変換膜は、それぞれ電子読み出し部３５５－１～３５５－５と接続されてよい。各電子読み出し部から、各電子読み出し部に接続された量子ドット光電変換膜における信号が読み出される。各電子読み出し部は、上記で説明したように、ゲート電極部（ＴＧ又はＶＧ）を有してよい。また、各電子読み出し部は、フローティングディフュージョンＦＤ及び／又はコンタクトＣＳを有するものであってもよい。
　なお、同図の画素単位は、５つの量子ドット光電変換膜が積層された多層膜を有するが、画素単位が有する量子ドット光電変換膜の数は５つに限定されない。本開示において、画素単位は、量子ドット光電変換膜を１つ有してもよく、又は、２以上の量子ドット膜光電変換膜を有してよい。
　量子ドットは、その粒径に応じて、光電変換する光の波長が変わる。そこで、量子ドットの粒径を変更することで、種々の蛍光に対応することができる。
１．２．６　例２－６（透明基板への吸収フィルタの積層）
　本開示の撮像素子は、上記で説明したとおり、透明基板と組み合わされて流路を形成するために用いられる。すなわち、本開示は、当該撮像素子と当該透明基板とを備えており、当該撮像素子と当該透明基板とが流路を形成している流路ユニットも提供する。
　本開示において、当該透明基板に、吸収フィルタが積層されてもよい。吸収フィルタが積層された透明基板に関する構成例を、図１８を参照しながら説明する。
　同図のＡ～Ｄのいずれにおいても、画素単位３１１が示されている。当該画素単位３１１は、上記例２－２において図１３を参照して説明したとおりのものであり、その説明が本例においても当てはまる。
　一実施態様において、同図のＡにおいて示されるとおり、透明基板３１８の２つの主面のうち、ウェル側の面とは反対側の面に吸収フィルタ３６１が積層されてよい。
　他の実施態様において、同図のＢに示されるとおり、透明基板３１８の２つの主面のうち、ウェル側の面とは反対側の面に吸収フィルタ３６２が積層され、且つ、当該吸収フィルタ３６２は仕切り部３６３によって画素毎に区分けされていてよい。
　さらに他の実施態様において、同図のＣに示されるとおり、透明基板３１８の２つの主面のうち、ウェル側の面とは反対側の面に、２の吸収フィルタ３６４及び３６５が積層されてよい。これら２つの吸収フィルタ３６４及び３６５は、互いに異なる波長の光を吸収するように構成されてよい。
　なお、透明基板の１つの主面に積層される吸収フィルタの数は、１又は２に限定されず、３以上であってもよい。
　さらに他の実施態様において、同図のＤに示されるとおり、透明基板３１８の２つの主面のうち、ウェル側の面に、吸収フィルタ３６６が積層されてよい。
　なお、同図のＤでは１層の吸収フィルタが当該面に積層されているが、当該面に、２以上の吸収フィルタが積層されてもよく、これら２以上の吸収フィルタは、互いに異なる波長の光を吸収するように構成されてよい。
　以上のように、吸収フィルタを透明基板に積層することによって、不要な光を吸収させて、必要な励起光だけを分析物に到達させることができる。また、不要な光が、蛍光検出用フォトダイオードに到達することも防ぐことができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　さらに、吸収フィルタを利用することで、ＬＥＤやレーザなどの高価且つナローバンドな光源を使わずとも、生体試料分析システムを構築できる
１．２．７　例２－７（ウェルの変形例）
　本開示において、ウェルの底面（すなわち分析物が保持される面）に、凹凸形状が設けられてよい。
　また、本開示において、ウェルの周囲に、画素単位を規定するように仕切り部が設けられていてもよい。
　これらの構成例について、図１９を参照しながら説明する。
　同図のＡに示されている撮像素子の画素単位３１１－１は、ウェル３１３のウェル底面３７１に凹凸形状が設けられていること以外は、上記例２－２において図１３を参照して説明した撮像素子の画素単位３１１と同じである。
　本開示において、撮像素子の画素単位３１１－１のように、ウェルの底の表面に凹凸形状が設けられてよい。例えば、当該表面に、例えば円錐形状、円柱形状、立方体形状、直方体形状、角錐形状（例えば三角錐、四角錘、又は五角錘形状）の凸状構造が規則的に又は不規則的に設けられてよい。代替的には、円錐形状、円柱形状、立方体形状、直方体形状、角錐形状（例えば三角錐、四角錘、又は五角錘形状）の凹状構造が規則的に又は不規則的に設けられてよい。
　このような表面によって、ウェル底面での、蛍光の表面反射を防ぐことができる。そのため、このような表面は、より多くの蛍光を生じさせることができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
　これら凸状構造又は凹状構造の寸法は、好ましくは検出されるべき蛍光の波長よりも小さくてよい。このように小さい寸法を有する構造体は、蛍光の反射を防ぐために特に適している。
　同図のＢに示されている撮像素子の画素単位３１１－２は、ウェル３１３の周囲に仕切り部３７２がウェルを囲むように設けられていること以外は、上記例２－２において図１３を参照して説明した撮像素子の画素単位３１１と同じである。すなわち、画素単位３１１－２は、破線によって囲まれている部分の仕切り部３７２を有するが、画素単位３１１はその部分に仕切り部を有さない。仕切り部３７２によって、ウェル部分においても、画素単位が区分けされている。仕切り部３７２は、絶縁体又は金属によって形成されてよい。
　本開示において、仕切り部がウェルの周囲に設けられていることによって、ウェル内の分析物から生じた蛍光やウェルに照射された励起光が、他の画素単位のフォトダイオードへと進行することを防ぐことができる。これにより、他の画素単位における光に起因するノイズを低減することができ、これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．２．８　例２－８（ウェルの傾き）
　本開示において、蛍光検出用フォトダイオードと多層膜反射フィルタとの積層面に対してウェルの底面が傾斜されているように、ウェルが設けられていてよい。このように傾斜させてウェルを設けるために、例えばウェルを支持する絶縁膜に傾斜が設けられていてよい。
　また、このように傾斜させてウェルを設ける場合に、絶縁膜中にレンズが設けられてよい。当該レンズは、蛍光の少なくとも一部を、蛍光検出用フォトダイオードにおいて集光させる光学特性を有するレンズであってよい。
　なお、当該レンズは、励起光の少なくとも一部を、励起光検出用フォトダイオードに集光させる光学特性を有してもよい。
　以下で、ウェルが傾斜されているところの構成例について、図２０を参照しながら説明する。
　同図のＡに示されている撮像素子の画素単位３８１－１は、蛍光検出用フォトダイオード３８４、当該蛍光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部３８５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、仕切り部３８６、多層膜反射フィルタ３８７、励起光検出用フォトダイオード３８９、当該励起光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部３９０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２を有する。これらは、上記例２－２において図１３を参照して説明した蛍光検出用フォトダイオード３１４、ゲート電極部３１５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、仕切り部３１６、多層膜反射フィルタ３１７、励起光検出用フォトダイオード３１９、ゲート電極部３２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２と同じであり、その説明が本例にもあてはまる。また、透明基板３８８も、上記例２－２において図１３を参照して説明した透明基板３１８と同じである。
　画素単位３８１－１は、ウェル３８３を有する。当該ウェルは、蛍光検出用フォトダイオード３８４へ蛍光が進入する入射面（すなわち、蛍光検出用フォトダイオード３８４と多層膜反射フィルタ３８７との積層面）に対して傾斜するように設けられている。すなわち、分析物が保持されるウェル底面が、当該入射面（すなわち当該積層面）に対して傾斜されている。
　上記のとおりウェルを傾斜させるために、画素単位３８１－１は、ウェル３８３と励起光検出用フォトダイオード３８９との間に設けられている絶縁膜３８２が傾斜を有するように構成されている。すなわち、当該絶縁膜の２つの主面が、互いに平行でなく、交差するように（すなわち０度超の角度を形成するように）設けられる。
　なお、代替的に、励起光フォトダイオードの上面（励起光の入射面）が傾斜されていてもよく、この場合は、絶縁膜の２つの主面が、互いに平行であってよい。
　励起光として直進する光（例えばレーザ光）が用いられた場合に、このようにウェル（特には分析物が保持されるウェル底面）が傾斜されていることで、蛍光検出用フォトダイオードへ入射する励起光を減少させることができる。これは、励起光によるノイズの低減をもたらし、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　同図のＢに示されている撮像素子３８１－２は、絶縁膜３８２の内部にレンズ３９１が設けられていること以外は、同図のＡに示されている撮像素子の画素単位３８１－１と同じである。
　レンズ３９１は、分析物Ｓ１への励起光照射により生じた蛍光の少なくとも一部を、蛍光検出用フォトダイオード３８４に集光させるように構成されてよい。
　なお、レンズ３９１の形状は、同図に示されるような凸レンズに限られず、回折レンズなどであってもよい。
　当該レンズが設けられることで、より多くの蛍光をフォトダイオードへ入射させることができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．２．９　例２－９（ウェルのシフト）
　本開示の撮像素子は、蛍光検出用フォトダイオードの位置に対して、ウェルの位置がシフトできるように構成されてよい。以下で、このように構成された撮像素子の例について、図２１を参照しながら説明する。
　同図のＡには、複数の画素単位４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃが配列された撮像素子４００が示されている。これら画素単位は、蛍光検出用フォトダイオードの位置に対してウェル・BR>S０３の位置が移動可能であること及びカラーフィルタ４０４が設けられていること以外は、絶縁膜上記例２－２において図１３を参照して説明した画素単位３１１と同じである。カラーフィルタ４０４は、カラーフィルタ領域４０４ａ、４０４ｂ、及び４０４ｃを有する。画素単位４０１ａに設けられたカラーフィルタ領域４０４ａ、画素単位４０２ｂに設けられたカラーフィルタ領域４０４ｂ、及び画素単位４０１ｃに設けられたカラーフィルタ領域４０４ｃは、互いに異なる波長の光を透過させる。なお、用語「カラーフィルタ領域」は、各画素単位への着目という観点から、「領域」を省略し、単に「カラーフィルタ」と称されてもよい。
　同図のＡには、ウェル４０３の移動前の状態が示されている。同図のＢには、ウェル４０３の移動途中の状態が示されており、同図のＣには、ウェル４０３の移動後の状態が示されている。これらの図に示されるように、ウェル４０３は、蛍光検出用フォトダイオードの位置に対して移動することができる。一方で、励起光検出用フォトダイオード及び多層膜反射フィルタは、蛍光検出用フォトダイオードの位置に対して移動できないように固定されている。また、当該移動に伴い、透明基板４０８も移動可能であってよい。
　これらの図に示される３種の画素単位４０１ａ、４０１ｂ、及び４０１ｃには、互いに異なる波長の光を透過させるカラーフィルタ４０４ａ、４０４ｂ、及び４０４ｃがそれぞれ設けられている。これらカラーフィルタは、前記励起光検出用フォトダイオード及び前記多層膜反射フィルタと同じく、前記蛍光検出用フォトダイオードの位置に対して移動できないように固定されてよい。
　また、当該カラーフィルタが設けられる位置は適宜選択されてよい。当該カラーフィルタは、例えば同図に示されるように絶縁膜４０２上に設けられてよく、又は、前記絶縁膜と前記励起光検出用フォトダイオードとの間に設けられてよく、又は、前記励起光検出用フォトダイオードと前記多層膜反射フィルタとの間に設けられてよく、又は、前記多層膜反射フィルタと前記蛍光検出用フォトダイオードとの間に設けられてもよい。
　同図のＡに示されるように、ウェル４０３の移動前においては、分析物Ｓｂは、中央おｎ画素単位４０１ｂ状のウェルに保持されている。同図のＣに示されるように、ウェル４０３の移動後においては、分析物Ｓｂ及び分析物Ｓｂを保持するウェルは、右側の画素単位４０１ｃ上に移動する。ここで、画素単位４０１ｂ上に存在するカラーフィルタ４０４ｂが透過させる光の波長は、右側の画素単位４０１ｃ上に存在するカラーフィルタ４０４ｃが透過させる光の波長と異なる。これにより、当該分析物Ｓｂから生じた光が、例えば前記中央の画素単位４０１ｂによっては検出されないが、当該移動後の前記右側の画素単位４０１ｃによっては検出されてよい。反対に、当該分析物から生じた光が、前記中央の画素単位４０１ｂによっては検出されるが、当該移動後の前記右側の画素単位４０１ｃによっては検出されなくてよい。これにより、分析物がどの波長帯の光を生成しているかを区別することができる。また、移動前の状態での光検出及び移動後の状態での光検出という１シーケンスにおいて、２つの波長の光を確認することができる。これにより分析速度が向上される。
　以上の説明における実施態様では、１つのウェルが、前記移動によって２つの画素上を移動する。この場合、カラーフィルタは、位置に応じて異なる２つの波長の光を透過させるように構成されてよい。
　また、カラーフィルタは、ウェルの位置に応じて異なる３つ以上の波長の光を透過させるように構成されてよく、さらに、ウェルの位置を制御することによって、１シーケンスで異なる３以上の波長の光が検出されてもよい。
　このようにウェルがシフト可能であることによって、分析物から生じる光を、複数の画素で検出することができるという効果が発揮される。
　なお、上記で説明した図においては、３つのカラーフィルタ４０４ａ、４０４ｂ、及び４０４ｃは、互いに異なる波長の光を透過させる光学特性を有するものであるが、カラーフィルタの構成はこれに限定されない。例えばカラーフィルタ４０４ａ及びカラーフィルタ４０４ｃは同じ波長の光を透過させるものであり、且つ、カラーフィルタ４０４ｂが透過させる光の波長が、カラーフィルタ４０４ａ及びカラーフィルタ４０４ｃと異なってもよい。また、カラーフィルタ４０４ａ及びカラーフィルタ４０４ｂは同じ波長の光を透過させるものであり、且つ、カラーフィルタ４０４ｃが透過させる光の波長が、カラーフィルタ４０４ａ及びカラーフィルタ４０４ｂと異なってもよい。
　また、上記で説明した図においては、透過させる光の波長が異なる３種のカラーフィルタ領域４０４ａ、４０４ｂ、及び４０４ｃが示されており、すなわち互いに異なる光学特性を有する３種のカラーフィルタが示されている。本開示において、カラーフィルタ領域の光学特性の種類の数は、３種に限定されない。例えば、カラーフィルタは、互いに異なる波長の光を透過させる２種以上のカラーフィルタ領域を有してよく、例えば２種～１０種、特には２種、３種、又は４種のカラーフィルタ領域を有してよい。
１．２．１０　例２－１０（導波路、吸収フィルタ、プラズモンフィルタ、メタマテリアル、又は偏光子の利用）
　本開示の撮像素子は、蛍光検出用フォトダイオードとウェルとの間に、導波路、吸収フィルタ、プラズモンフィルタ、メタマテリアル、及び偏光子のうちの１つ以上を備えられていてもよい。以下で、このように構成された撮像素子の例について、図２２～図２９を参照しながら説明する。
　図２２に示される画素単位４１１－１は、ウェル４１３、蛍光検出用フォトダイオード４１４、当該蛍光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部４１５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、仕切り部４１６、多層膜反射フィルタ４１７、励起光検出用フォトダイオード４１９、当該励起光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部４２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２を有する。これらは、上記例２－２において図１３を参照して説明したウェル３１３、蛍光検出用フォトダイオード３１４、ゲート電極部３１５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、仕切り部３１６、多層膜反射フィルタ３１７、励起光検出用フォトダイオード３１９、ゲート電極部３２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２と同じであり、その説明が本例にもあてはまる。また、透明基板４１８も、上記例２－２において図１３を参照して説明した透明基板３１８と同じである。
　画素単位４１１－１は、蛍光検出用フォトダイオード４１４とウェル４１３との間に、吸収フィルタ４１２及び導波路４２１を有する。より具体的には、蛍光検出用フォトダイオード４１４、多層膜反射フィルタ４１７、導波路４２１、吸収フィルタ４１２、励起光検出用フォトダイオード４１９、及びウェル４１３が、この順に並んでいる積層構造を有している。
　吸収フィルタ４１２は、例えば、励起光を吸収する光学特性を有してよい。さらに、吸収フィルタ４１２は、蛍光を透過させる光学特性を有してよい。吸収フィルタ４１２によって、蛍光以外の不要な光が、蛍光検出用フォトダイオード４１４に到達することを防ぐことができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　また、導波路４２１が、吸収フィルタ４１２と多層膜反射フィルタ４１７との間に存在することで、蛍光を、より確実に蛍光検出用フォトダイオードに到達させることができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　図２３に示される画素単位４１１－２は、導波路を有する。導波路の代わりに、同図に示されるようにレンズ４２２又は回折格子を有してよい。当該レンズ又は当該回折格子は、蛍光を集光するように構成されてよく、特には蛍光検出用フォトダイオードで集光するように構成されてよい。これにより、蛍光検出精度が高められる。
　また、当該レンズ又は当該回折格子は、波長依存性を有してよい。より具体的には、特定の波長の光を特定の位置で集光し、且つ、他の特定の波長の光を他の特定の位置で集光するように構成されてよい。すなわち、波長に応じて集光ポイントを変えることができる。
　また、同図に示されるように、１つのＰ領域中に２以上のＮ領域が形成されてよく、すなわち２以上のフォトダイオードが形成されてよい。そして、波長に応じて集光ポイントが異なり、且つ、２以上のフォトダイオードが形成されることで、分光することができる。
　図２４に示される画素単位４１１－３は、アレイ状に配列された導波路４２４を有している。画素単位４１１－３は、導波路がアレイ状に配列されていること以外は、上記で説明した図２２に記載の画素単位４１１－１と同じである。また、当該導波路は、絶縁膜４２５内に形成されてよい。
　図２５に示される画素単位４１１－４は、吸収フィルタ４１２を有さないこと以外は、上記で説明した図２４に記載の画素単位４１１－３と同じである。本開示の撮像素子は、このように吸収フィルタを有さなくてよく、導波路と多層膜反射フィルタを有するものであってもよい。
　図２６に示される画素単位４１１－５は、吸収フィルタ４１２、導波路４２４、及び多層膜反射フィルタ４１７の積層順序が異なること以外は、図２４に記載の画素単位４１１－３と同じである。すなわち、画素単位４１１－５は、蛍光検出用フォトダイオード４１４、吸収フィルタ４１２、導波路４２４、多層膜反射フィルタ４１７、励起光検出用フォトダイオード４１９、及びウェル４１３が、この順に並んでいる積層構造を有している。
　図２７に示される画素単位４１１－６は、多層膜反射フィルタ４１７と励起光検出用フォトダイオードとの間に、レンズ構造が形成されている。当該レンズ構造は、例えば吸収フィルタ４２６の形状を調整することによってレンズとして機能するように構成されたレンズ構造であってよい。同図においては、模式的に吸収フィルタ４２６に、凹部が形成されており、この凹部の構造がレンズとして機能するように構成されている。このような凹レンズ形状によって、混色を防ぐことができる。
　図２８に示される画素単位４１１－７は、多層膜反射フィルタ４１７と励起光検出用フォトダイオードとの間に、プラズモンフィルタ４２７を有している。当該プラズモンフィルタは、特定の波長の光だけを透過させる光学特性を有する。そのため、当該プラズモンフィルタは、例えば蛍光だけを透過させるように構成されてよい。当該プラズモンフィルタは、金属粒子（特にはナノ粒子）の含むものであってよく、例えば金（Au）粒子を含むものであってよい。
　代替的には、当該画素単位は、プラズモンフィルタ４２７の代わりに、メタマテリアルを有してもよい。より特には、当該画素単位は、多層膜反射フィルタ４１７と励起光検出用フォトダイオードとの間に、メタマテリアルから形成された層（「メタマテリアル層」ともいう）を有してもよい。当該メタマテリアル層は、特定の波長の光だけを透過させる光学特性を有してよく、特には蛍光検出用フォトダイオードによって検出されるべき蛍光を選択的に透過させるように構成されてよい。
　図２９に示される画素単位４１１－８は、多層膜反射フィルタ４１７と励起光検出用フォトダイオードとの間に、偏光子４２８を有している。当該偏光子を利用する場合は、好ましくは、励起光は偏光光である。当該偏光子は、励起光である偏光光を消光させ且つ蛍光を透過させる光学特性を有するものであってよい。なお、偏光子を利用する実施態様については、後段でより詳細に説明する。
　以上のような構成によっても、蛍光検出精度を向上させることができる。
１．２．１１　例２－１１（ウェル上に配置される蛍光反射材料）
　本開示において、ウェルの上部に、分析物への励起光照射によって生じた蛍光を反射する材料が配置されてよい。当該材料は、特には、当該励起光を透過させるものであってよい。当該材料は、例えば積層膜であってよい。この構成について、以下で図３０を参照しながら説明する。
　同図に示される画素単位４３１は、ウェル４３３、蛍光検出用フォトダイオード４３４、当該蛍光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部４３５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、仕切り部４３６、多層膜反射フィルタ４３７、励起光検出用フォトダイオード４３９、当該励起光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部４４０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２を有する。これらは、上記例２－２において図１３を参照して説明したウェル３１３、蛍光検出用フォトダイオード３１４、ゲート電極部３１５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、仕切り部３１６、多層膜反射フィルタ３１７、励起光検出用フォトダイオード３１９、ゲート電極部３２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２と同じであり、その説明が本例にもあてはまる。
　同図に示されるように、積層膜４４１が、ウェルの直上、特には分析物の直上に配置するように設けられている。すなわち、積層膜４４１及びウェル４３３によって分析物Ｓ１を挟むように、当該積層膜は設けられる。当該積層膜は、例えば上記で述べた透明基板に積層されてよい。
　当該積層膜は、分析物への励起光照射によって生じた蛍光（破線矢印）を反射し、且つ、励起光を透過させる。当該励起光照射によって、蛍光検出用フォトダイオードへ向かって進行する蛍光が生じるが、蛍光検出用フォトダイオードと反対側（すなわちウェル開口部側）へと進行する蛍光も生じうる。当該積層膜によって、当該反対側へ進行する蛍光が反射されて、蛍光検出用フォトダイオードによって検出される。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．２．１２　例２－１２（ピンホール構造）
　本開示において、ウェルの上部に、分析物への励起光照射によって生じた蛍光を反射するためのピンホール構造又はＭＥＭＳシャッターが設けられてもよい。この構成について、以下で図３１を参照しながら説明する。
　同図に示される画素単位４５１は、ウェル４５３、蛍光検出用フォトダイオード４５４、当該蛍光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部４５５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、多層膜反射フィルタ４５７、励起光検出用フォトダイオード４５９、当該励起光検出用フォトダイオードに接続されたゲート電極部４６０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２を有する。これらは、上記例２－２において図１３を参照して説明したウェル３１３、蛍光検出用フォトダイオード３１４、ゲート電極部３１５、フローティングディフュージョンＦＤ、コンタクトＣＳ、多層膜反射フィルタ３１７、励起光検出用フォトダイオード３１９、ゲート電極部３２０、フローティングディフュージョンＦＤ２、及びコンタクトＣＳ２と同じであり、その説明が本例にもあてはまる。
　同図に示されるように、ウェル４５３の開口部には、ピンホールＨ１が空いている蓋部４６１が設けられている。
　蓋部４６１にピンホールＨ１が設けられていることで、励起光（同図の実線矢印）を分析物Ｓ１に向けて照射することができる。
　蓋部４６１は、例えば蛍光を反射させる材料（金属、例えばＡｌによって、その内面（ウェル側の面）が形成されてよい。これにより、分析物Ｓ１への励起光照射によって生じた蛍光（同図の破線矢印）が、ウェル外へ出ることなく、同図に示されるように蓋部４６１によって反射されて、蛍光検出用フォトダイオード４５４へ向かって進行する。
　また、同図に示されるように、仕切り部４５６が、当該蓋部に到達するように延長されている。仕切り部４５６は、例えば、蛍光を蛍光検出用フォトダイオード４５４へと導く導光壁として構成されてよい。例えば、仕切り部４５６は、屈折率が低いクラッド材料又は金属（例えばＣｕ、Ｗ、又はＴｉなどの、埋め込み易い光反射性材料）によって形成されてよい。また、いくつかの実施態様においては、仕切り部４５６は、エアギャップであってもよい。
　以上のとおりの蓋部及び仕切り部によって、蛍光検出用フォトダイオードへ到達する蛍光の量を増やすことができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
　また、前記蓋部４６１は、ＭＥＭＳシャッターであってもよい。ＭＥＭＳシャッターが用いられる場合の例を、図３２を参照しながら説明する。同図に示されるように撮像素子の画素単位３７１は、図３１において示された撮像素子の画素単位３６１の蓋部に、ＭＥＭＳシャッター３７２が追加された構成を有する。ＭＥＭＳシャッター３７２が、同図の矢印Ｄ１の方向に移動することで、ピンホールの開閉が制御される。
１．２．１３　例２－１３（Ｓｉ１階構造上に設けられた励起光遮断部）
　上記例２－１１において図２２～２７を参照して説明した画素単位は、蛍光検出用フォトダイオード及び励起光検出用フォトダイオードを有し、すなわちＳｉ２階構造を有し、さらにして、当該Ｓｉ２階構造に加えて、多層膜反射フィルタ及び吸収フィルタや導波路などの励起光遮断部を有する。
　本開示において、画素単位は、励起光検出用フォトダイオードを有さず、蛍光検出用フォトダイオードと励起光遮断部を有するように構成されてもよい。この構成について、以下で図３３Ａ及びＢを参照しながら説明する。
　図３３Ａ及びＢに示される画素単位４７１－１～４７１－６は、励起光検出用フォトダイオード及びそれに接続されたゲート電極部を有さないこと以外は、図２２～２７に示される画素単位４１１－１～４１１～６と同様である。
　このように、本開示の画素単位は、蛍光検出用フォトダイオードと励起光遮断部（多層膜反射フィルタと吸収フィルタ、導波路、又はレンズとを含む）との積層構造を有してもよい。
１．２．１４　例２－１４（Ｓｉ２階構造上に設けられた励起光遮断部）
　上記例２－１１において図２２～２７を参照して説明した画素単位は、蛍光検出用フォトダイオード及び励起光検出用フォトダイオードの間に、励起光遮断部を有している。　本開示において、画素単位は、蛍光検出用フォトダイオードと励起光検出用フォトダイオードとの間に、励起光遮断部の構成要素の一部が設けられており、且つ、励起光検出用フォトダイオードとウェルとの間に励起光遮断部の構成要素の他の一部が設けられてもよい。この構成について、以下で図３４Ａ及びＢを参照しながら説明する。
　図３４Ａ及びＢに示される画素単位４８１－１～４８１－６は、励起光遮断部の構成要素の一部が、ウェルと励起光検出用フォトダイオードとの間にあり且つ当該励起光遮断部の構成要素の残りが、ウェルと励起光検出用フォトダイオードとの間に存在すること以外は、図２２～２７に示される画素単位４１１－１～４１１～６と同様である。本開示の画素単位は、このように構成されてもよい。
１．２．１５　例２－１５（トレンチの形状）
　上記例２－１において説明した画素単位が複数配列された撮像素子において、隣り合う２つの画素単位の多層膜反射フィルタは、図３５の左の領域４９０において示されるように、仕切り部によって区切られる。当該仕切り部のトレンチ形状は、例えば同図の右の（ａ）～（ｃ）のいずれかの形状を有してよい。これらの形状について以下で説明する。
　当該トレンチ形状は、同図（ａ）に示されるように、高屈折率層Ｈにおける略直方体形状及び低屈折率層Ｌにおける略台形形状が交互に積層された形状を有してよい。すなわち、高屈折率層Ｈにおいては、垂直に多層膜反射フィルタが掘られ、低屈折率層Ｌにおいては、テーパー角を有するように多層膜反射フィルタが掘られてよい。
　代替的には、高屈折率層Ｈ及び艇屈折率層Ｌの両方において、テーパー角を有するように多層膜反射フィルタが掘られてよい。これにより、当該トレンチ形状は、同図（ｂ）に示されるように、多層膜反射フィルタの浅い部分から深い部分に向かうにつれ幅が狭くなるような形状を有してよい。
　代替的には、高屈折率層Ｈ及び艇屈折率層Ｌの両方において、テーパー角を有さないように多層膜反射フィルタが掘られてよい。これにより、当該トレンチ形状は、同図（ｃ）に示されるように、多層膜反射フィルタのいずれの深さにおいても一定の幅を有する形状であってよい。
１．３　偏光子を有する励起光遮断部に関する構成例
１．３．１　例３－１（基本構成例）
　本開示に従う裏面照射型撮像素子は、上記１．２において述べたように励起光遮断部を有してよい。一実施態様において、当該励起光遮断部は偏光子を含んでよい。この場合において、前記励起光は、例えば偏光光であってよい。
　以下で、偏光子を有する本開示の裏面照射型撮像素子の構成例について、以下で図面を参照しながら説明する。
　生体由来物質等の試料を検出する固体撮像装置において、高い励起光カット率（高Ｓ／Ｎ比）及び画素サイズの微細化（高スループット）が求められている。
　上記例１．２において説明した画素単位３０１が、図３６Ａに示されている。当該画素単位は、励起光を遮断するための構成要素として、多層膜反射フィルタ３０７を有する。高い励起光カット率を得るためには多層膜反射フィルタの膜厚を高くすることが必要であるが、トレードオフとして画素構造の厚さが増し、微細化を進めるほど光学的クロストークが発生しやすくなる。
　画素単位３０１の多層膜反射フィルタ３０７の厚みＴ１は、励起光の透過をより確実に防ぐためには、例えば数μｍ程度（特には３μ～４μｍ程度）とすることが考えられる。　当該多層膜反射フィルタの代わりに偏光子を有する本開示の裏面照射型撮像素子は、例えば図３６Ｂに示されるような構成を有し、当該偏光子の厚みＴ２は、例えば１μｍ以下（特には０．２μｍ～０．３μｍ程度）とすることができる。
　このように、本開示において励起光遮断部として偏光子を用いることで、画素の低背化が可能である。これは、画素の微細化のために非常に有利である。
　また、偏光子は高い励起光カット率を有するので、多層膜反射フィルタの代わりに偏光子を用いることによって、Ｓ／Ｎ比の向上を実現することができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
　偏光子はその並びの方向に対して入射してくるＳ偏光またはＰ偏光のどちらか一方の偏光光を透過させ、他方を消光する。そこで、本開示において、偏光子によって消光される偏光光が励起光として分析物に照射されてよい。当該照射によって、蛍光が生成される。　分析物保持部（特にはナノウェル）を透過した励起光は、偏光子で消光され、蛍光のみが当該偏光子を透過する。透過した蛍光は、蛍光検出用フォトダイオードによって検知される。このように、偏光子を用いることによって、偏光選択的に励起光をカットすることができ、すなわち高い励起光カット率を実現することが可能である。また多層膜反射フィルタの厚みと比べて偏光子の厚みは大幅に小さいため、画素の低背化が可能である。画素の低背化は、光学的クロストークの抑制のためにも有用である。また、画素の低背化は、画素の微細化に有利な構造を形成することも可能とする。
　以下で、偏光子を有する本開示に従う裏面照射型撮像素子について図３６Ｂ及びＣを参照しながら説明する。
　同図の右に示される画素単位５０１は、ウェル５０３及び蛍光検出用フォトダイオード５０４を有する。
　画素単位５０１は、ウェル５０３及びフォトダイオード５０４の間に、絶縁膜５０２－１、偏光子５０７、及び絶縁膜５０２－２を有している。偏光子５０７は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位５０１は、フォトダイオード５０４、偏光子５０７、及びウェル５０３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　本開示に従う撮像素子は、上記例１－１において説明したように、格子状に配列された複数の画素単位５０１を有してよい。すなわち、同図の左の平面図に示されるように、裏面照射型撮像素子５００が、格子状に配列された複数の画素単位５０１から構成されてよい。
　同図において、ウェル５０３、フォトダイオード５０４（Ｎ領域５０４Ｎ及びＰ領域５０４Ｐ）、ゲート電極部５０５、仕切り部５０６、及び透明基板５０８は、上記例２－１において説明したウェル３０３、フォトダイオード３０４（Ｎ領域３０４Ｎ及びＰ領域３０４Ｐ）、ゲート電極部３０５、仕切り部３０６、及び透明基板３０８と同じであってよく、その説明が本例についてもあてはまる。
　画素単位５０１は、ウェル５０３と蛍光検出用フォトダイオード５０４との間に偏光子５０７を有する。偏光子５０７は、絶縁膜５０２－１を介してウェル５０３と積層されてよい。また、偏光子５０７は、絶縁膜５０２－２を介して蛍光検出用フォトダイオード５０４と積層されてよい。これら絶縁膜は、例えばＳｉＯ２であってよい。
　図３６Ｃに示されるように、偏光光である励起光Ｌ１（実線矢印）が、分析物Ｓ１へ照射される。
　当該照射された励起光のうち、一部は、分析物Ｓ１を通過して、ウェル５０３内を進行し、偏光子５０７へ到達する。偏光光である励起光Ｌ１は、偏光子５０７によって消光される。これにより、励起光Ｌ１は、蛍光検出用フォトダイオード５０４へ到達しない。　励起光Ｌ１の分析物Ｓ１への照射によって、蛍光Ｌ２（破線矢印）が生じる。蛍光Ｌ２は、偏光子５０７を透過して、蛍光検出用フォトダイオード５０４へ到達する。
　以上のように偏光子によって蛍光を選択的にフォトダイオードへ到達させることができる。これは、蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．３．２　例３－２（偏光子のパターン）
　本開示において、偏光子は偏光情報を取得するために用いられるものでない。そのため、１つの画素単位に１つの偏光子が積層されていてもよいが、複数の画素単位にわたって１つの偏光子が積層されていてもよい。すなわち、１つの偏光子が、２以上の画素単位の検出部をカバーするように設けられてよい。また、フォトダイオードに対する偏光子の向きは、いずれの向きであってもよい。
　例えば図３７の（ａ）に示されるように、４つのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４に対して１つの偏光子が、画素配列方向に対して斜め方向に配置されてよく、又は、同図の（ｂ）にしめされるように、４つのフォトダイオードＰＤ１～ＰＤ４に対して１つの偏光子が、画素配列方向に対して水平又は垂直方向に配置されてもよい。
　また、同図の（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、各フォトダイオードに対して１つの偏光子が、画素配列方向に対して斜め方向に又は水平若しくは垂直方向に配置されてもよい。
１．３．３　例３－３（非偏光光が用いられる場合の例）
　本開示において、光源から出射される光は、非偏光光であってもよい。この場合において、光源から分析部まで光路上に、当該非偏光光を偏光光とする偏光子が配置されてよい。この場合の構成例を、図３８を参照しながら説明する。
　一実施態様において、透明基板に偏光子が積層されてよい。例えば同図に示されるように、透明基板５０８－１及び５０８－２の間に偏光子５０９が設けられてよく、すなわち透明基板、偏光子、及び透明基板の積層構造体が形成されてよい。通常光源から非偏光光Ｌ１０が照射されて、当該積層構造体へ到達する。当該非偏光光Ｌ１０が、当該積層構造体を通過した光Ｌ１１は偏光光である。当該偏光光Ｌ１１が、分析物へ照射される。
　なお、１つの透明基板に偏光子が積層されてもよい。
　同図に示される画素単位５１１は、上記例３－１において説明した画素単位５０１と同じである。画素単位５０１のフォトダイオード５０４上に積層された偏光子５０７は、偏光光Ｌ１１を消光する光学特性を有する。これにより、上記例３－１において述べたとおりの励起光遮断が可能となる。
　例えば、前記透明基板としてのカバーガラスに偏光子が搭載される。そして、フォトダイオード上に積層された偏光子は、その透過／消光特性が、カバーガラス上の当該偏光子の偏光光に対する透過／消光特性と反対になるように構成される。すなわち、カバーガラス上の偏光子が透過させる偏光光は、フォトダイオード上に積層された偏光子により消光される。
　このように、特定の偏光光を透過させる偏光子を光源とウェルとの間の光路上に配置し、且つ、当該特定の偏光光を消光する偏光子をウェルと蛍光検出用フォトダイオードとの間の光路上に配置することで、非偏光光を出射する光源を用いることができる。
１．３．４　例３－４（偏光子と励起光吸収フィルタとの組合せ）
　本開示の撮像素子の画素単位は、偏光子に加え、励起光吸収フィルタを有してもよい。これらの組合せにより、励起光をより確実に遮断することができる。このような組合せを有する撮像素子画素単位の構成例を、図３９を参照しながら説明する。
　同図のＡに示される撮像素子の画素単位５２１は、ウェル５２３及び蛍光検出用フォトダイオード５２４を有する。
　画素単位５２１は、ウェル５２３及びフォトダイオード５２４の間に、絶縁膜５２２－１、吸収フィルタ（例えば多層膜反射フィルタ）５２９、偏光子５２７、及び絶縁膜５２２－２を有している。吸収フィルタ５２９及び偏光子５２７は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位５２１は、フォトダイオード５２３、偏光子５２７、吸収フィルタ５２９、及びウェル５２３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　同図におけるウェル５２３、フォトダイオード５２４（Ｎ領域５２４Ｎ及びＰ領域５２４Ｐ）、ゲート電極部５２５、仕切り部５２６、及び透明基板５２８は、上記例２－１において説明したウェル３０３、フォトダイオード３０４（Ｎ領域３０４Ｎ及びＰ領域３０４Ｐ）、ゲート電極部３０５、仕切り部３０６、及び透明基板３０８と同じであってよく、その説明が本例についてもあてはまる。
　画素単位５２１は、偏光子５２７に加えて、吸収フィルタ５２９をさらに有する。そのため、励起光カット率をさらに高めることができる。
　また、偏光子５２７の位置及び吸収フィルタ５２９の位置は、ウェル５２３と蛍光検出用フォトダイオード５２４との間（特にはウェル５２３と蛍光検出用フォトダイオード５２４との間の励起光の光路上）であればよく、適宜変更されてもよい。
　例えば同図のＢに示される撮像素子５３１のように、画素単位５２１は、フォトダイオード５２３、吸収フィルタ５２９、偏光子５２７、及びウェル５２３がこの順に並んでいる積層構造を有してもよい。
１．３．５　例３－５（分析物保持部の材料）
　本開示の撮像素子の画素単位は、上記のとおり分析物保持部を有し、特には分析物が保持されるウェルを有する。当該分析物保持部は、励起光遮断部に積層されてよく、例えば絶縁膜を介して積層される。分析物保持部及び絶縁膜の材料は、分析対象となる光に悪影響を及ぼさない材料であればよく、当業者により適宜選択されうる。好ましくは、当該材料は、偏光に干渉せず、且つ、試薬に対する耐候性を有する材料である。
　例えば図３６Ｂに示されるウェル５０３は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、又は樹脂材料などの材料から形成されてよい。
　また、図４０のＡに示される画素単位５４１のように、ウェルの底面部分５４３－２の材料は、ウェルの側壁部分５４３－１の材料と異なるものであってよい。例えばウェルの底面部分５４３－２の材料、ＳｉＮ又はガラスであってよい。
　また、同図に示されるように、底面部分５４３－２が、偏光子５４７（又は吸収フィルタ）に積層されてもよい。すなわち、底面部分５４３－２がウェル５４３（特にはウェル側壁）と変更子５４７との間の層間膜として用いられてもよい。
　なお、同図におけるフォトダイオード５４４（Ｎ領域５４４Ｎ及びＰ領域５４４Ｐ）、ゲート電極部５４５、仕切り部５４６、及び透明基板５４８は、上記例２－１において説明したフォトダイオード３０４（Ｎ領域３０４Ｎ及びＰ領域３０４Ｐ）、ゲート電極部３０５、仕切り部３０６、及び透明基板３０８と同じであってよく、その説明が本例についてもあてはまる。
　また、同図のＢに示される画素単位５５１のように、ウェルの全体５５３が、ＳｉＮ又はガラスから形成されてもよい。
　なお、同図のＢに示される画素単位５５１のウェル以外の構成要素は、同図のＡと同じである。　
１．３．６　例３－６（プラズモンフィルタ）
　本開示の撮像素子の画素単位は、励起光遮断部としてプラズモンフィルタを有してもよい。本開示において、プラズモンフィルタの波長選択性を利用して、励起光を選択的に遮断し、蛍光をフォトダイオードに到達させてもよい。プラズモンフィルタが用いられる構成例を、図４１を参照しながら説明する。
　同図のＡに示される撮像素子の画素単位５６１は、ウェル５６３及び蛍光検出用フォトダイオード５６４を有する。
　画素単位５６１は、ウェル５６３及びフォトダイオード５６４の間に、絶縁膜５６２－１、プラズモンフィルタ５６７、及び絶縁膜５６２－２～５６２－４を有している。プラズモンフィルタ５６７は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位５６１は、フォトダイオード５６４、プラズモンフィルタ５６７、及びウェル５６３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　同図におけるウェル５６３、フォトダイオード５６４（Ｎ領域５６４Ｎ及びＰ領域５６４Ｐ）、ゲート電極部５６５、仕切り部５６６、及び透明基板５６８は、上記例２－１において説明したウェル３０３、フォトダイオード３０４（Ｎ領域３０４Ｎ及びＰ領域３０４Ｐ）、ゲート電極部３０５、仕切り部３０６、及び透明基板３０８と同じであってよく、その説明が本例についてもあてはまる。
　プラズモンフィルタ５６７は、表面プラズモン共鳴効果によって励起光を選択的に遮断し、且つ、蛍光は透過させるフィルタである。当該フィルタは、例えば金属から形成されてよく、例えばＡｌ又はＣｕから形成されてよいが、これらに限定されない。当該フィルタは、同図のＢに示される断面模式図に示されるように、アレイ状に配置されたホール（ホールアレイともいう）を有してよい。
　遮断される光の波長は、ホールのピッチ及び／又は直径を調整することによって調整することができる。ピッチおよび直径は、同図のＢに示される寸法であってよい。ピッチは、ホールの単位構造が表れる間隔を意味する。これらの調整によって、例えば可視光～近赤外光の波長範囲の光についての透過特性を調整することができる。
　絶縁膜５６２－１～５６２－４の材料は当業者により適宜選択されてよい。
　同図において、ウェルとプラズモンフィルタとの間に３層の絶縁膜が存在するが、絶縁膜の数は、３層でなくてもよい。これらの間に設けられる絶縁膜の層の数は、１層以上であってよく、例えば１層、２層、３層、４層、又は５層であってよい。
　同図において、フォトダイオードとプラズモンフィルタとの間に１層の絶縁膜が存在するが、絶縁膜の数は、１層でなくてもよい。これらの間に設けられる絶縁膜の層の数は、１層以上であってよく、例えば１層、２層、３層、４層、又は５層であってよい。
　各絶縁膜の材料に関して、上記で述べたように、各絶縁膜は、例えば酸化珪素膜、窒素含有酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸素含有窒化珪素膜、又は金属酸化物膜であってよい。各絶縁膜は、高密度プラズマ処理された絶縁膜であってもよい。
１．３．７　例３－７（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ共振器分光）
　本開示の撮像素子の画素単位は、励起光遮断部としてＦａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ構造（以下ＦＰ構造ともいう）を有する膜を有してもよい。本開示において、ＦＰ構造を有する膜の波長選択性を利用して、励起光を選択的に遮断し、蛍光をフォトダイオードに到達させてもよい。ＦＰ構造を有する膜が用いられる構成例を、図４
２を参照しながら説明する。
　同図に示される撮像素子５７１は、ウェル５７３及び蛍光検出用フォトダイオード５７４を有する。
　画素単位５７１は、ウェル５７３及びフォトダイオード５７４の間に、ＦＰ構造を有する膜５７７を有する。ＦＰ構造を有する膜５７７は、上記で述べた励起光遮断部に相当する。このように、画素単位５７１は、フォトダイオード５７４、ＦＰ構造を有する膜５７７、及びウェル５７３がこの順に並んでいる積層構造を有するように構成されてよい。
　同図におけるウェル５７３、フォトダイオード５７４（Ｎ領域５７４Ｎ及びＰ領域５７４Ｐ）、ゲート電極部５７５、仕切り部５７６、及び透明基板５７８は、上記例２－１において説明したウェル３０３、フォトダイオード３０４（Ｎ領域３０４Ｎ及びＰ領域３０４Ｐ）、ゲート電極部３０５、仕切り部３０６、及び透明基板３０８と同じであってよく、その説明が本例についてもあてはまる。
　ＦＰ構造を有する膜５７７は、ＦＰ構造を有する膜は、Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ共振器分光により波長選択的に励起光を遮断する。ＦＰ構造を有する膜として、例えばＴｉＯ２／ＳｉＯ２系多層膜及びＰｏｌｙＳｉ／ＳｉＯ２系多層膜などの高屈折材料多層膜構造を有する膜が用いられてよい。ＦＰ構造を有する膜は、多層膜反射フィルタよりも薄い膜厚で励起光のみを選択的にカットすることができる。
　ＦＰ構造を有する膜は、当該膜を構成する各層の厚み及び材料並びに層の数などを調整することによって、その光学特性を調整することができる。これに関して、以下で図４３を参照しながら説明する。
　同図のＡには、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２系多層膜の各波長での透過率を示すグラフ（上）と当該多層膜の断面模式図（下）が示されている。当該グラフにおいて、横軸λ（ｎｍ）は当該多層膜に入射する光の波長λを示し、縦軸Ｔは、当該多層膜に入射した光のうち当該多層膜を透過した光の割合（すなわち透過率Ｔ）示す。
　当該多層膜は、同図に示されるように、１８層の膜であり、各層の厚みは各層の右に示されている。当該多層膜の全厚は１１６８ｎｍである。
　同図の積層構造を有する膜へ、同図中の矢印に示される方向へ進行する光の透過率（Ｓｉへ到達する光の割合）が、当該グラフにプロットされている。
　当該多層膜の透過率は、５５０ｎｍ付近にピークを有する。当該ピークにおける半値幅は約１０ｎｍである。
　当該多層膜の５３０ｎｍの励起光の透過率は、５５０ｎｍの蛍光の透過率に対して１／６０以下である。
　波長５３２ｎｍの励起光（半値幅約３０ｎｍ）の分析物への照射により波長５５３ｎｍの蛍光が生じる場合を想定する。この場合に関して、当該多層膜は、当該分析物への励起光照射により生じる蛍光を選択的に透過させ、当該励起光を選択的に遮断することができる。
　同図のＢには、ＰｏｌｙＳｉ／ＳｉＯ２系多層膜の各波長での透過率を示すグラフ（上）と当該多層膜の断面模式図（下）が示されている。当該グラフにおいて、横軸λ（ｎｍ）は当該多層膜に入射する光の波長λを示し、縦軸Ｔは、当該多層膜に入射した光のうち当該多層膜を透過した光の割合（すなわち透過率Ｔ）示す。
　当該多層膜は、同図に示されるように、９層の膜であり、各層の厚みは各層の右に示されている。当該多層膜の全厚は６５０ｎｍである。
　同図の積層構造を有する膜へ、同図中の矢印に示される方向へ進行する光の透過率（Ｓｉへ到達する光の割合）が、当該グラフにプロットされている。
　当該多層膜の透過率は、５５０ｎｍ付近にピークを有する。当該ピークにおける半値幅は約２０ｎｍである。
　当該多層膜の５３０ｎｍの励起光の透過率は、５５０ｎｍの蛍光の透過率に対して１／１０以下である。
　波長５３２ｎｍの励起光（半値幅約３０ｎｍ）の分析物への照射により波長５５３ｎｍの蛍光が生じる場合を想定する。この場合に関して、当該多層膜は、当該分析物への励起光照射により生じる蛍光を選択的に透過させ、当該励起光を選択的に遮断することができる。
　以上のとおり、ＦＰ構造を有する膜によって、蛍光を選択的に透過させ、且つ、励起光を選択的に遮断することができる。また、当該膜の構成を調整することで、所望の波長の光を選択的に透過又は遮断することができる。
１．４　ＰＤ縦積み構造に関する構成例
１．４．１　例４－１（基本構成例）
　本開示に従う裏面照射型撮像素子は、上記１．において述べたように、分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部を有する。一実施態様において、当該蛍光検出部は、２以上のフォトダイオードを含んでよい。前記２以上のフォトダイオードは、前記分析物保持部と配線層との間に、縦積み構造を形成するように配置されてよい。
　当該２以上のフォトダイオードを有する蛍光検出部を含む本開示の裏面照射型撮像素子の構成例について、以下で図面を参照しながら説明する。
　生体試料を分析するために、２以上の蛍光物質を用いることが望ましい場合がある。例えば、ＤＮＡシーケンシングに関して、１種類の蛍光物質が用いられる１色法ケミストリーを採用する場合よりも、２種類の蛍光物質を用いる２色法ケミストリー又は４種類の蛍光物質を用いる４色法ケミストリーを採用するほうが、スループットが高い。これは、１色法ケミストリーの場合は、各塩基を特定する蛍光物質を使用する際に、蛍光物質とブロック剤を洗い流す作業が必要であり、より多くの回数の染色及びイメージ読み込みが必要であるためであるが、２色法又は４色法ではこれらの回数を減らすことができる。
　本開示に従う裏面照射型撮像素子の蛍光検出部が２以上のフォトダイオードを有することで、異なる２種以上の波長の光を同時に検出することができる。これにより、２以上の蛍光物質が用いられる生体試料分析におけるスループットを改善することができる。例えばより少ない回数の染色で核酸（例えばＤＮＡ又はＲＮＡ）の塩基配列を決定することができ、塩基配列決定のスループットを改善することができる。
　好ましくは、前記２以上のフォトダイオードは、前記分析物保持部と配線層との間に、縦積み構造を形成するように配置されている。これは、例えば核酸シーケンシングのために特に適している。核酸シーケンシングにおいては、面内の特定の位置に固定されたＤＮＡの伸長を蛍光によって検出するので、受光面内における同じ位置にフォトダイオードが縦積みされていることによって（フォトダイオードが深さ方向に積層されていることによって）、当該ＤＮＡの伸長を示す蛍光情報を取得しやすい。また、縦積み構造によって、画素単位の受光面におけるサイズを小さくすることができる。
　前記裏面照射型撮像素子について、以下で図４４を参照しながら説明する。同図は、当該裏面照射型撮像素子の一例の断面模式図を示す。
　画素単位７０１は、ウェル７０３を有する。ウェル７０３は、同図に示されるように、絶縁膜７０２によって覆われていてよい。
　ウェル７０３は、同図においては、矩形であるが、他の多角形であってよく、又は、円形又は楕円形などであってもよい。
　ウェル７０３（及びウェルを被覆する絶縁膜７０２）は、分析物を保持するように構成されてよく、すなわち分析物保持部に相当する。
　上記１．１において説明したウェル１０３及び絶縁膜１０２に関する説明が、ウェル７０３及び絶縁膜７０２についてもあてはまる。
　画素単位７０１は、２つのフォトダイオード７０４－１及び７０４－２を有する。当該フォトダイオードは、例えばＳｉフォトダイオードであってよい。
　フォトダイオード７０４－１は、Ｎ領域７０４Ｎ１及びＰ領域７０４Ｐから構成される。
　フォトダイオード７０４－２は、Ｎ領域７０４Ｎ２及びＰ領域７０４Ｐから構成される。
　同図において、フォトダイオード７０４－１のＮ領域７０４Ｎ１及びフォトダイオード７０４－２のＮ領域７０４Ｎ２は接しているが、これら領域は分離されていてもよい。後者の場合、これら２つのＮ領域は、Ｐ領域によって分離されていてよい。
　同図に示されるとおり、Ｎ領域７０４Ｎ１及び７０４Ｎ２は、その周囲を、Ｐ領域７０４Ｐによって囲まれていてよい。
　本開示において、画素単位がこのように２つのフォトダイオードを有することで、互いに異なる波長を有する２つの光を、１つの画素単位において検出することができる。
　本開示において、１つの画素単位が有するフォトダイオードの数は２つに限定されず、後述のとおり３つ又はそれ以上であってもよい。
　前記２つのフォトダイオード７０４－１及び７０４－２は、同図に示されるとおり、受光面に垂直な方向に並んでおり、すなわち縦積みされている。当該縦積み構造は、上記のとおり例えばＤＮＡシーケンシングにおいて特に適している。
　画素単位７０１は、絶縁膜７０７を有してよい。ウェル７０３とフォトダイオード７０４とは、絶縁膜７０７を介して積層されてよい。
　同図に示されていないが、画素単位は、仕切り部によって他の単位画素と区切られていてよい。上記１．１において説明した仕切り部１０６に関する説明が、本例における仕切り部についてもあてはまる。
　同図に示されていないが、画素単位は、フォトダイオード７０４－１及び７０４－２にそれぞれ接続されたゲート電極部を有する。当該ゲート電極部は、上記１．１において説明したようにポリシリコンであってよい。当該ゲート電極部の構成例は、以下４．２において説明する。
　画素単位７０１はアレイ状に配列されて撮像素子が形成されてよい。当該撮像素子は、裏面照射型であり、すなわち、フォトダイオードの蛍光入射側とは反対側に配線層（図示されていない）が設けられている。
　フォトダイオード７０４の一方の側にウェル７０３が設けられており、フォトダイオード７０４の反対側に配線層が設けられている。すなわち、単位画素７０１は、配線層、検出部（フォトダイオード）、及び分析物保持部（ウェル）がこの順に並んでいる積層構造を有する。本開示の撮像素子は、このように構成されていることで、より大きな蛍光信号を取得することができ、これは蛍光検出精度の向上に貢献する。
１．４．２　例４－２（２層のフォトダイオードを有する撮像素子の構成例）
　上記例４－１において説明した撮像素子は、２層のフォトダイオードそれぞれに接続されたゲート電極部を有する。当該２層のフォトダイオードが縦積み構造を形成している場合、ウェルからより遠いフォトダイオード（下層のフォトダイオード）の受光面積は、ウェルにより近いフォトダイオード（上層のフォトダイオード）の受光面積よりも小さい。これにより、これら２つのフォトダイオードにそれぞれ割り当てられるゲート電極を形成しやすく、特には画素単位の面積（受光面に平行な面の面積）を小さくすることができる。これに関して、以下で図４５を参照しながら説明する。
　同図の上には、二層のフォトダイオードを有する撮像素子画素単位の模式的な断面図が示されている。当該断面図は、受光面と垂直な平面の模式的な断面図である。
　画素単位７１１は、ウェル７１３及び絶縁膜７１２及び７１７を有する。これらは、上記例４－１において述べたウェル７０３及び絶縁膜７０２及び７０７と同じであり、その説明が本例においてもあてはまる。
　画素単位は、２つのフォトダイオード７１４－１及び７１４－２を有する。これらフォトダイオードは、例えばＳｉフォトダイオードであってよい。
　フォトダイオード７１４－１は、Ｎ領域７１４Ｎ１及びＰ領域７１４Ｐから構成される。
　フォトダイオード７１４－２は、Ｎ領域７１４Ｎ２及びＰ領域７１４Ｐから構成される。
　同図において、Ｎ領域７１４Ｎ１及びＮ領域７１４Ｎ２は接しているが、これら領域は分離されていてもよい。後者の場合、これら２つのＮ領域は、Ｐ領域によって分離されていてよい。
　同図に示されるとおり、Ｎ領域７１４Ｎ１及び７１４Ｎ２は、その周囲を、Ｐ領域７１４Ｐによって囲まれていてよい。
　前記２つのフォトダイオード７１４－１（特にはＮ領域７１４Ｎ１）及びフォトダイオード７１４－２（特にはＮ領域７１４Ｎ２）は、同図に示されるとおり、受光面に垂直な方向に並んでおり、すなわち縦積みされている。当該縦積み構造は、上記のとおり例えばＤＮＡシーケンシングにおいて特に適している。
　フォトダイオード７１４－１は、ゲート電極部７１５－１と接続されている。フォトダイオード７１４－２は、ゲート電極部７１５－２と接続されている。これらゲート電極部は、上記１．１において説明したようにポリシリコンから形成されてよい。これらゲート電極部は、配線層と接続されている。また、前記撮像素子は裏面照射型であり、当該配線層は、同図における下方に配置されている。すなわち、当該撮像素子は、ウェル、フォトダイオード、及び配線層がこの順に並んでいる積層構造を有する。
　同図の上のＡ－Ａ’線、Ｂ－Ｂ’線、及びＣ－Ｃ’線における断面の模式図が、同図の下のＡ図、Ｂ図、及びＣ図にそれぞれ示されている。これら断面模式図は、複数の上記画素単位７１１がアレイ状に配列されて撮像素子を形成している場合における断面模式図である。
　Ａ図に示されるように、Ａ－Ａ’線における断面図にはウェル７１３が表れる。
　Ｂ図に示されるように、Ｂ－Ｂ’線における断面図には、フォトダイオード７１４－１を構成するＰ領域７１４Ｐ及びＮ領域７１４Ｎ１が表れる。
　Ｃ図に示されるように、Ｃ－Ｃ’線における断面図には、フォトダイオード７１４－２を構成するＰ領域７１４Ｐ及びＮ領域７１４Ｎ２に加え、Ｎ領域７１４Ｎ１が表れる。　また、Ｂ図及びＣ図から分かるとおり、フォトダイオード７１４－２のＮ領域７１４Ｎ２の面積は、フォトダイオード７１４－１のＮ領域７１４Ｎ１の面積よりも小さい。この面積の差を利用して、フォトダイオード７１４－１に接続されたゲート電極部７１５－１が配置されており、これにより、画素単位のサイズが大きくならないように構成されている。
　以上のとおり、２層のフォトダイオードが縦積み構造を形成するように設けられることによって、互いに異なる波長を有する２つの蛍光を１つの画素単位で検出することができる。
　また、当該縦積み構造において、下層に位置するフォトダイオードの受光面積を上層に位置するフォトダイオードよりも小さくすることによって、画素単位が大きくならないようにゲート電極部を設けることができる。これは、撮像素子の小型化に貢献する。
１．４．３　例４－３（３層のフォトダイオードを有する撮像素子の構成例）
　上記例４－１及び４－２において説明した撮像素子は、２層のフォトダイオードを有し、これらが蛍光検出部を構成している。本開示の撮像素子の画素単位の蛍光検出部は、３層又はそれより多いフォトダイオードを有してもよい。３層のフォトダイオードを有する蛍光検出部を有する撮像素子画素単位に関して、以下で図４６を参照しながら説明する。
　同図の上には、３層のフォトダイオードを有する撮像素子画素単位の模式的な断面図が示されている。当該断面図は、受光面と垂直な平面の模式的な断面図である。なお、当該断面図において、３つのゲート電極部が示されているが、これらは本例のより良い理解のために便宜上示されているものであり、同図の下に示されている断面図と完全には整合していない。
　画素単位７２１は、ウェル７２３及び絶縁膜７２２及び７２７を有する。これらは、上記例４－１において述べたウェル７０３及び絶縁膜７０２及び７０７と同じであり、その説明が本例においてもあてはまる。
　画素単位は、２つのフォトダイオード７２４－１、７２４－２、及び７２４－３を有する。これらフォトダイオードは、例えばＳｉフォトダイオードであってよい。
　フォトダイオード７２４－１は、Ｎ領域７２４Ｎ１及びＰ領域７２４Ｐから構成される。
　フォトダイオード７２４－２は、Ｎ領域７２４Ｎ２及びＰ領域７２４Ｐから構成される。
　フォトダイオード７２４－３は、Ｎ領域７２４Ｎ３及びＰ領域７２４Ｐから構成される。
　同図において、Ｎ領域７２４Ｎ１及びＮ領域７２４Ｎ２は接しており、またはＮ領域７２４Ｎ２及びＮ領域７２４Ｎ３は接している。本開示において、これらＮ領域は分離されていてもよい。２つのＮ領域が分離されている場合、これらＮ領域は、Ｐ領域によって分離されていてよい。
　同図に示されるとおり、Ｎ領域７２４Ｎ１、７２４Ｎ２、及び７２４Ｎ３は、その周囲を、Ｐ領域７２４Ｐによって囲まれていてよい。
　前記３つのフォトダイオード７２４－１（特にはＮ領域７２４Ｎ１）及びフォトダイオード７２４－２（特にはＮ領域７１４Ｎ２）及びフォトダイオード７２４－３（特にはＮ領域７１４Ｎ３）は、同図に示されるとおり、受光面に垂直な方向に並んでおり、すなわち縦積みされている。当該縦積み構造は、上記のとおり例えばＤＮＡシーケンシングにおいて特に適している。
　フォトダイオード７２４－１は、ゲート電極部７２５－１と接続されている。フォトダイオード７２４－２は、ゲート電極部７２５－２と接続されている。フォトダイオード７２４－３は、ゲート電極部７２５－３と接続されている。これらゲート電極部は、上記１．１において説明したようにポリシリコンから形成されてよい。これらゲート電極部は、配線層と接続されている。また、前記撮像素子は裏面照射型であり、当該配線層は、同図における下方に配置されている。すなわち、当該撮像素子は、ウェル、フォトダイオード、及び配線層がこの順に並んでいる積層構造を有する。
　同図の上のＡ－Ａ’線、Ｂ－Ｂ’線、Ｃ－Ｃ’線、及びＤ－Ｄ’線における断面の模式図が、同図の下のＡ図、Ｂ図、Ｃ図、及びＤ図にそれぞれ示されている。これら断面模式図は、複数の上記画素単位７２１がアレイ状に配列されて撮像素子を形成している場合における断面模式図である。
　Ａ図に示されるように、Ａ－Ａ’線における断面図にはウェル７２３が表れる。
　Ｂ図に示されるように、Ｂ－Ｂ’線における断面図には、フォトダイオード７２４－１を構成するＰ領域７２４Ｐ及びＮ領域７２４Ｎ１が表れる。
　Ｃ図に示されるように、Ｃ－Ｃ’線における断面図には、フォトダイオード７２４－２を構成するＰ領域７２４Ｐ及びＮ領域７２４Ｎ２に加え、Ｎ領域７２４Ｎ１が表れる。　Ｄ図に示されるように、Ｄ－Ｄ’線における断面図には、フォトダイオード７２４－３を構成するＰ領域７２４Ｐ及びＮ領域７２４Ｎ３に加え、Ｎ領域７２４Ｎ１及びＮ領域７２４Ｎ２が表れる。
　また、Ｂ図、Ｃ図、及びＤ図から分かるとおり、フォトダイオード７２４－２のＮ領域７２４Ｎ２の面積は、フォトダイオード７２４－１のＮ領域７２４Ｎ１の面積よりも小さい。また、フォトダイオード７２４－３のＮ領域７２４Ｎ３の面積は、フォトダイオード７２４－２のＮ領域７２４Ｎ２の面積よりも小さい。この面積の差を利用して、ゲート電極部７２５－１及び７２５－２が配置されており、これにより、画素単位のサイズが大きくならないように構成されている。
　以上のとおり、３層のフォトダイオードが縦積み構造を形成するように設けられることによって、互いに異なる波長を有する３つの蛍光を１つの画素単位で検出することができる。
　また、当該縦積み構造において、下層に位置するフォトダイオードの受光面積を上層に位置するフォトダイオードよりも小さくすることによって、画素単位が大きくならないようにゲート電極部を設けることができる。これは、撮像素子の小型化に貢献する。
１．４．４　例４－４（２層のフォトダイオードを有する場合の感度検証）
　上記例４－２において説明した画素単位７１１について、各フォトダイオードの感度の検証を行った。当該感度検証は、一般的に用いられる蛍光物質の蛍光波長領域の光（赤色光（６６８ｎｍ）及び緑色光（５４５ｎｍ））の、Ｓｉの深さ３μｍまでの光強度の積分値に基づき行われた。
　図４７に示されるように、上層のフォトダイオードＰＤ１（Ｎ領域）の上側端をＰＤ１ｓとし且つ下側端をＰＤ１ｅとする。同様に、下層のフォトダイオードＰＤ２（Ｎ領域）の上側端をＰＤ２ｓとし且つ下側端をＰＤ２ｅとする。
　図４８に、赤色光の光強度及び緑色光の光強度とＳｉ深さとの関係がプロットされている。当該プロットには、これらの光の吸収についても示されている。当該プロットに示されるように、深さが深くなるにつれて、赤色光及び緑色光の光強度は低下する。これに伴い、これらの光の吸収は増加する。
　当該プロットから、ＰＤ１のＰＤ１ｓ～ＰＤ１ｅまでの位置における光強度の積分値が得られる。同様に、当該プロットから、ＰＤ２のＰＤ２ｓ～ＰＤ２ｅまでの位置における光強度の積分値が得られる。本検証においては、ＰＤ１が緑色光の検出のために用いられ且つＰＤ２が赤色光の検出のために用いられると想定された。
　ＰＤ１の位置を固定し且つＰＤ２を種々の位置に移動させた場合におけるＧ／Ｒ比（G/R Rate）を算出した。また、ＰＤ２の位置を固定し且つＰＤ１を種々の位置に移動させた場合におけるＧ／Ｒ比を算出した。
　算出されたＧ／Ｒ比が、図４９に示されている。これらの結果より、ＰＤ１の位置を固定した場合において、ＰＤ２ｓの位置がより深くなるほど、Ｇ／Ｒ比が高い。また、ＰＤ２の位置を固定した場合いおいて、ＰＤ１ｅの位置をより浅くなるほど、Ｇ／Ｒ比が高い。そんため、２つのＰＤの位置をＳｉ内で深さ方向（受光面と垂直な方向）において離すことが、感度を高めるために望ましいと考えられる。
　また、Ｓｉの深さ３μｍに関する本ケースにおいて、感度比１．３２が達成されることも分かる。
　また、これらの結果に基づき、本開示において、前記２以上のフォトダイオードのうち、前記配線層により近いフォトダイオードが、より長い波長の蛍光を検出するように構成されてよい。
１．５　製造方法
１．５．１　製造方法の例１（ウェル構造を有するＰＤを含む撮像素子）
　本開示に従う撮像素子は、例えば撮像素子に関する技術分野において知られている技術を適用することによって製造することができる。本開示に従う撮像素子の製造方法の例を以下で、図５０Ａ～Ｂを参照しながら説明する。当該例においては、上記例１－１において説明した撮像素子１００と同様の構造を有する撮像素子１１００の製造フローの一例が示されている。
　図５０Ａ及びＢに、本開示に従う裏面照射型撮像素子の製造方法フロー図を説明するための模式図が示されている。
　図５０Ａの（ａ）に示されるように、フォトダイオードを形成するＳｉウェハー１１０４Ｐが用意され、そして、当該ウェハーの面Ｓ１に、フォトレジストＰＲが所定のパターンを描くように塗布される。例えば同図に示されるように、ウェルの側壁部分を形成する領域以外にフォトレジストＰＲが塗布されてよい。
　当該塗布後、同図の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、フォトリソグラフィーによって、フォトダイオードのＮ領域１１０４Ｎの埋め込みが行われる。形成されるＮ領域１１０４Ｎの形状は、例えば形成されるウェルの構造又は後述のＦＤ若しくはゲート電極部１１０５の位置若しくは形状などに応じて、当業者により適宜設計されてよい。
　次に、同図の（ｃ）に示されるように、面Ｓ１に、ハードマスクＨＭが形成される。
　ハードマスクＨＭ形成後、同図の（ｄ）に示されるように、仕切り部を形成する領域に、Ｐｏｌｙ－Ｓｉが埋め込まれる。当該埋め込みは、例えばドライエッチングにより行われてよい。
　次に、ハードマスクＨＭの除去後、同図の（ｅ）に示されるように、Ｐ領域１１０４Ｐの一部にＦＤが形成される。その後、同図の（ｆ）に示されるように、面Ｓ１にＰｏｌｙ－Ｓｉ層が形成され、そして、当該Ｐｏｌｙ－Ｓｉ層上にフォトレジストＰＲが積層される。当該フォトレジストＰＲは、所定のパターンを描くように塗布されてよい。例えば同図に示されるように、ゲート電極部以外の領域に、フォトレジストＰＲが積層されうる。
　当該積層後、同図の（ｇ）に示されるように、フォトリソグラフィー及びドライエッチングによって、ゲート電極部１１０５となるＰｏｌｙ－Ｓｉだけを残し、他のＰｏｌｙ－Ｓｉ層が除去される。その後、面Ｓ１上に配線層１１０９が設けられ、ＦＤと接続するコンタクトＣＳも形成される。
　次に、図５０Ｂの（ｈ）に示されるように、ウェハーがひっくり返される。
　次に、同図の（ｉ）に示されるように、ウェハーの面Ｓ２に、仕切り部を形成する部分のＰｏｌｙ－Ｓｉに、タングステンが埋め込まれて、仕切り部１１０６が形成される。当該埋め込みは、例えばウェットエッチングによって行われてよい。
　仕切り部１１０６の形成後、同図の（ｊ）に示されるように、面Ｓ２に、フォトレジストＰＲが、所定のパターンを描くように積層される。当該フォトレジストは、例えば、ウェルが形成されるべき部分以外に積層されてよい。
　次に、同図の（ｋ）に示されるように、ドライエッチングが行われてウェル構造がＰ領域に形成される。
　ウェル構造の形成後、同図の（ｌ）に示されるように、ウェル表面を形成するカラーフィルタ（又は多層膜反射フィルタ）１１０３が成膜され、さらに、カラーフィルタ１１０３上に絶縁膜１１０２が成膜される。このようにして、撮像素子１１００が製造される。
　撮像素子１１００は、同図の（ｍ）に示されるように、例えば透明基板１１０８など、流路ユニットを形成する各種部材と組み合わされて、生体試料分析用流路ユニット１１１０が形成される。
　生体試料分析用流路ユニット１１１０の一例の断面模式図が図５０Ｃに示されている。生体試料分析用流路ユニット１１１０は、同図に示されるように、本開示に従う裏面照射型撮像素子１１００及び透明基板１１０８を有し、これら撮像素子１１００及び透明基板１１０８は、流路Ｃを形成するように配置されている。流路Ｃの空間を形成するために、裏面照射型撮像素子１１００及び透明基板１１０８は、壁部１１１１を介して接続されてよい。
　流路Ｃは、分析物を含む生体試料が流れる流路である。流路Ｃ内を、当該生体試料が流されることで、撮像素子１１００のウェル内に（特にはウェル底面）に、分析物が捕捉される。そして、当該分析物に励起光が照射され、当該励起光照射によって生じた蛍光が、撮像素子１１００によって検出される。
１．５．２　製造方法の例２（多層膜反射フィルタを有する撮像素子）
　本開示に従う撮像素子の製造方法の例を以下で、図５１Ａ～Ｃを参照しながら説明する。当該例においては、上記例２－２において説明した画素単位３１１を複数有する撮像素子の製造フローの一例が示されている。
　画素単位３１１は、蛍光検出用フォトダイオード３１４及び励起光検出用フォトダイオード３１９を有する。そこで、画素単位３１１を形成するために、これら２つのフォトダイオードはそれぞれ別のＳｉウェハーを用いて製造される。そして、各フォトダイオードの構造が形成された後に、２つのフォトダイオードが積層される。以下の図５１Ａ及びＢにおいて、蛍光検出用フォトダイオードを形成するためのフロー図がＳｉ１Ｌの行に示されており、励起光検出用フォトダイオードを形成するためのフロー図がＳｉ２Ｌの行に示されている。図５１Ｃにおいては、これら２つのフォトダイオードが貼り合わせられた後のフロー図が示されている。以下で、これらのフローの詳細を説明する。
　図５１Ａの（ａ）に示されるように、蛍光検出用フォトダイオードを形成するためのＳｉウェハー１３１４Ｐ、及び、励起光検出用フォトダイオードを形成するためのＳｉウェハー１３１９Ｐが用意される。
　Ｓｉウェハー１３１４Ｐの面Ｓ１１に、フォトレジストＰＲが所定のパターンを描くように塗布される。例えば同図に示されるように、Ｎ領域を形成する領域以外にフォトレジストＰＲが塗布されてよい。
　Ｓｉウェハー１３１９Ｐの面Ｓ２１にも、フォトレジストＰＲが所定のパターンを描くように塗布される。例えば同図に示されるように、Ｎ領域を形成する領域以外にフォトレジストＰＲが塗布されてよい。
　同図の（ｂ）に示されるように、蛍光検出用フォトダイオードを形成するためのＳｉウェハー１３１４Ｐに、フォトリソグラフィーによって、Ｎ領域１３１４Ｎの埋め込みが行われる。
　同様に、Ｓｉウェハー１３１９Ｐにも、フォトリソグラフィーによって、Ｎ領域１３１９Ｎの埋め込みが行われる。
　Ｎ領域の形成後、所定のパターンを描くように、ハードマスク層ＨＭの形成が行われる。当該ハードマスク層ＨＭは、Ｐｏｌｙ－Ｓｉの埋め込みが行われる領域以外を覆うように形成される。
　同図の（ｃ）に示されるように、いずれのウェハーについても、Ｐｏｌｙ－Ｓｉの埋め込みが行われる。当該埋め込みはドライエッチング処理によって行われてよい。
　当該埋め込み後、ハードマスクが除去され、そして、同図の（ｄ１）に示されるように、ＦＤ形成用のフォトレジストＰＲが所定のパターンを描くようにウェハーの面Ｓ１１及びＳ２１にそれぞれ形成される。当該フォトレジストＰＲは、同図に示されるように、ＦＤ（Ｓｉ１Ｌ行）又はＦＤ２（Ｓｉ２Ｌ行）が形成される領域以外の領域に積層される。そして次に、イオンインプランテーション処理行われる。当該イオンインプランテーション処理によって、同図の（ｄ２）に示されるように、Ｓｉウェハー１３１４Ｐのうちの、当該フォトレジストが積層されていない領域に、ＦＤ（Ｓｉ１Ｌ行）が形成される。同様に、イオンインプランテーション処理によって、Ｓｉウェハー１３１９ＰにＦＤ２（Ｓｉ２Ｌ行）が形成される。その後、前記フォトレジストＰＲは除去される。
ゲート電極部の埋め込みが行われる領域以外の領域に積層される。そして次に、同図の（ｄ２）に示されるように、ドライエッチング処理が行われて、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域が削られる。その後、前記フォトレジストＰＲは除去される。
　次に、同図の（ｅ１）に示されるように、ゲート電極部形成用のフォトレジストＰＲが所定のパターンを描くようにウェハーの面Ｓ１１及びＳ２１にそれぞれ形成される。当該フォトレジストＰＲは、同図に示されるように、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域以外の領域に積層される。そして次に、同図の（ｅ２）に示されるように、ドライエッチング処理が行われて、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域が削られる。その後、前記フォトレジストＰＲは除去される。その後、前記フォトレジストＰＲが除去され、当該除去において、露出しているＳｉの表面全部が酸化される。当該酸化によって、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域に、熱酸化膜が形成される。このようにして、トレンチ内面が、熱酸化膜によって被覆される。
　次に、同図の（ｆ）に示されるように、面Ｓ１１及び面Ｓ２１に、Ｐｏｌｙ－Ｓｉ層が形成される。これに伴い、前記トレンチ内も、Ｐｏｌｙ－Ｓｉが埋め込まれる。
　その後、各ウェハーのＰｏｌｙ－Ｓｉ層上にフォトレジストが形成される。当該フォトレジストは、ゲート電極部が形成される部分に形成される。
　当該フォトレジスト形成後、フォトリソグラフィー及びドライエッチング処理によって、当該フォトレジストが形成されていない領域のＰｏｌｙ－Ｓｉ層が除去されて、同図の（ｇ）に示されるように、ゲート電極部１３１５－１及び１３２０－１が形成される。
　その後、図５１Ｂの（ｈ）に示されるとおり、蛍光検出用フォトダイオードのウェハーの面Ｓ１１上に、コンタクトＣＳ及び配線層１３２９が形成される。これにより、配線層１３２９とゲート電極部１３１５－１が接続される。
　また、励起光検出用フォトダイオードのウェハーの面Ｓ２１には、後述の貼り合わせのために用いられる接着材料が施与される。
　配線層の形成後、同図の（ｉ）に示されるとおり、蛍光検出用フォトダイオードのウェハーがひっくり返される。
　励起光検出用フォトダイオードについても、ウェハーがひっくり返されてよく、この状態で、後述の貼り合わせが行われてよい。
　次に、同図の（ｊ）に示されるとおり、蛍光検出用フォトダイオード及び励起光検出用フォトダイオードのいずれについても、ウェハー内に埋め込まれたＰｏｌｙ－Ｓｉが、ドライエッチング処理されてタングステンが埋め込まれる。これにより、仕切り部１３１６が形成されるとともに、蛍光検出用フォトダイオードのＰ領域内にゲート電極部１３２０－２も形成される。
　その後、同図の（ｋ）に示されるとおり、多層膜反射フィルタ１３１７が、蛍光検出用フォトダイオードの面Ｓ１２（配線層が形成されいる面とは反対側の面）に形成される。当該多層膜反射フィルタを形成するために、屈折率の異なる２種の絶縁膜が交互に成膜されてよい。
　当該多層膜反射フィルタの形成後、同図の（ｌ）に示されるとおり、多層膜反射フィルタ上にハードマスクＨＭが形成される。当該ハードマスクＨＭは、仕切り部及びゲート電極部が形成される領域以外の領域に形成される。そして、当該ハードマスク形成後、ドライエッチング加工が行われ、その後、タングステンが埋め込まれる。これにより、仕切り部１３１６及びゲート電極部１３２０－２が多層膜反射フィルタ内に形成される。また、後段でＦＤ２と接続されることになるコンタクトＣＳ２も形成される。
　次に、同図の（ｍ）に示されるとおり、ハードマスクＨＭが除去される。
　ハードマスク除去後、同図の（ｎ）に示されるとおり、励起光検出用フォトダイオードが、前記接着剤量を介して、多層膜反射フィルタ上に積層される。当該積層によって、ゲート電極部１３２０－１及びゲート電極部１３２０－２が接続される。また、ＦＤ２がＣＳ２に接続される。
　次に、図５１Ｃの（ｏ）に示されるとおり、励起光検出用フォトダイオード上に絶縁膜１３１２が形成される。
　その後、同図の（ｐ）に示されるとおり、ウェルを形成するための材料１３１３が絶縁膜１３１２上に積層され、さらに、当該材料上にフォトレジストが所定のパターンを描くように形積層される。当該フォトレジストは、ウェルが形成される領域以外の領域に積層される。
　その後、同図の（ｑ）に示されるとおり、例えばドライエッチング処理によって材料１３１３が掘削されて、ウェルが形成される。このようにして、画素単位１３１１が配列された撮像素子が製造される。
　当該撮像素子は、同図の（ｒ）に示されるように、例えば透明基板１３１８など、流路ユニットを形成する各種部材と組み合わされて、生体試料分析用流路ユニット１３００が形成される。
　生体試料分析用流路ユニット１３００の一例の断面模式図が図５１Ｄに示されている。生体試料分析用流路ユニット１３００は、同図に示されるように、本開示に従う裏面照射型撮像素子１３３１及び透明基板１３１８を有し、これら撮像素子１３３１３及び透明基板１３１８は、流路Ｃを形成するように配置されている。流路Ｃの空間を形成するために、裏面照射型撮像素子１３３１及び透明基板１３１８は、壁部１３３２を介して接続されてよい。
　流路Ｃは、分析物を含む生体試料が流れる流路である。流路Ｃ内を、当該生体試料が流されることで、撮像素子１３３１のウェル内に（特
にはウェル底面）に、分析物が捕捉される。そして、当該分析物に励起光が照射され、当該励起光照射によって生じた蛍光が、撮像素子１３３１によって検出される。
１．５．３　製造方法の例３（多層膜反射フィルタを有する撮像素子）
　本開示に従う撮像素子の製造方法の例を以下で、図５２Ａ～Ｃを参照しながら説明する。当該例においては、上記例２－１において説明した画素単位３０１を複数有する撮像素子１３４１の製造フローの一例が示されている。以下で、これらのフローの詳細を説明する。
　図５２Ａの（ａ）に示されるように、蛍光検出用フォトダイオードを形成するためのＳｉウェハー１３０４Ｐが用意される。
　Ｓｉウェハー１３０４Ｐの面Ｓ１に、フォトレジストＰＲが所定のパターンを描くように塗布される。例えば同図に示されるように、Ｎ領域を形成する領域以外にフォトレジストＰＲが塗布されてよい。
　同図の（ｂ）に示されるように、蛍光検出用フォトダイオードを形成するためのＳｉウェハー１３１４Ｐに、フォトリソグラフィーによって、Ｎ領域１３１４Ｎの埋め込みが行われる。
　Ｎ領域の形成後、所定のパターンを描くように、ハードマスク層ＨＭの形成が行われる。当該ハードマスク層ＨＭは、Ｐｏｌｙ－Ｓｉの埋め込みが行われる領域以外を覆うように形成される。
　同図の（ｃ）に示されるように、いずれのウェハーについても、Ｐｏｌｙ－Ｓｉの埋め込みが行われる。当該埋め込みはドライエッチング処理によって行われてよい。
　当該埋め込み後、ハードマスクが除去され、そして、同図の（ｄ１）に示されるように、ＦＤ形成用のフォトレジストＰＲが所定のパターンを描くようにウェハーの面Ｓ１１に形成される。当該フォトレジストＰＲは、同図に示されるように、ＦＤが形成される領域以外の領域に積層される。そして次に、イオンインプランテーション処理行われる。当該イオンインプランテーション処理によって、同図の（ｄ２）に示されるように、Ｓｉウェハー１３０４Ｐのうちの、当該フォトレジストが積層されていない領域に、ＦＤが形成される。その後、前記フォトレジストＰＲは除去される。
　次に、同図の（ｅ１）に示されるように、ゲート電極部形成用のフォトレジストＰＲが所定のパターンを描くようにウェハーの面Ｓ１に形成される。当該フォトレジストＰＲは、同図に示されるように、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域以外の領域に積層される。そして次に、同図の（ｅ２）に示されるように、ドライエッチング処理が行われて、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域が削られる。その後、前記フォトレジストＰＲが除去され、当該除去において、露出しているＳｉの表面全部が酸化される。当該酸化によって、ゲート電極部の埋め込みが行われる領域に、熱酸化膜が形成される。このようにして、トレンチ内面が、熱酸化膜によって被覆される。
　次に、同図の（ｆ）に示されるように、面Ｓ１にＰｏｌｙ－Ｓｉ層が形成される。これに伴い、前記トレンチ内も、Ｐｏｌｙ－Ｓｉが埋め込まれる。
　その後、Ｐｏｌｙ－Ｓｉ層上にフォトレジストが形成される。当該フォトレジストは、ゲート電極部が形成される部分に形成される。
　当該フォトレジスト形成後、フォトリソグラフィー及びドライエッチング処理によって、当該フォトレジストが形成されていない領域のＰｏｌｙ－Ｓｉ層が除去されて、同図の（ｇ）に示されるように、ゲート電極部１３０５が形成される。
　その後、図５１Ｂの（ｈ）に示されるとおり、蛍光検出用フォトダイオードのウェハーの面Ｓ１上に、配線層１３３９が形成される。これにより、配線層１３３９が形成され、また、ＦＤと接続されたコンタクトＣＳも形成される。
　配線層の形成後、同図の（ｉ）に示されるとおり、蛍光検出用フォトダイオードのウェハーがひっくり返される。
　次に、同図の（ｊ）に示されるとおり、蛍光検出用フォトダイオード及び励起光検出用フォトダイオードのいずれについても、ウェハー内に埋め込まれたＰｏｌｙ－Ｓｉが、ドライエッチング処理されてタングステンが埋め込まれる。
　その後、同図の（ｋ）に示されるとおり、多層膜反射フィルタ１３０７が、蛍光検出用フォトダイオードの面Ｓ２（配線層が形成されいる面とは反対側の面）に形成される。当該多層膜反射フィルタを形成するために、屈折率の異なる２種の絶縁膜が交互に成膜されてよい。
　当該多層膜反射フィルタの形成後、同図の（ｌ）に示されるとおり、多層膜反射フィルタ上にハードマスクＨＭが形成される。当該ハードマスクＨＭは、仕切り部が形成される領域以外の領域に形成される。そして、当該ハードマスク形成後、ドライエッチング加工が行われ、その後、タングステンが埋め込まれる。これにより、仕切り部１３０６が多層膜反射フィルタ内に形成される。
　次に、同図の（ｍ）に示されるとおり、ハードマスクＨＭが除去される。
　ハードマスク除去後、図５２Ｃの（ｎ）に示されるとおり、多層膜反射フィルタ上絶縁膜１３０２が形成される。
　その後、同図の（ｏ）に示されるとおり、ウェルを形成するための材料１３０３が絶縁膜１３０２上に積層され、さらに、当該材料上にフォトレジストが所定のパターンを描くように形積層される。当該フォトレジストは、ウェルが形成される領域以外の領域に積層される。
　その後、同図の（ｐ）に示されるとおり、例えばドライエッチング処理によって材料１３０３が掘削されて、ウェルが形成される。このようにして、画素単位１３０１が配列された撮像素子が製造される。
　当該撮像素子は、同図の（ｑ）に示されるように、例えば透明基板１３０８など、流路ユニットを形成する各種部材と組み合わされて、生体試料分析用流路ユニット１４００が形成される。
　生体試料分析用流路ユニット１４００の一例の断面模式図が図５２Ｄに示されている。生体試料分析用流路ユニット１２００は、同図に示されるように、本開示に従う裏面照射型撮像素子１３４１及び透明基板１３０８を有し、これら撮像素子１３４１及び透明基板１３０８は、流路Ｃを形成するように配置されている。流路Ｃの空間を形成するために、裏面照射型撮像素子１３４１及び透明基板１３０８は、壁部１３４２を介して接続されてよい。
　流路Ｃは、分析物を含む生体試料が流れる流路である。流路Ｃ内を、当該生体試料が流されることで、撮像素子１３４１のウェル内に（特にはウェル底面）に、分析物が捕捉される。そして、当該分析物に励起光が照射され、当該励起光照射によって生じた蛍光が、撮像素子１３４１によって検出される。
２．第２の実施形態（生体試料分析用流路ユニット）
　本開示は、本開示に従う裏面照射型撮像素子を有する流路ユニットを提供する。当該流路ユニットは、例えば生体試料分析のために用いられてよいが、他の用途で用いられてもよい。
　前記生体試料は、分析物を含む試料であってよい。当該分析物は、上記で述べた励起光照射によって蛍光が生じるものであってよい。当該分析物は、例えば核酸であり、より具体的にはＤＮＡ又はＲＮＡであってよい。すなわち、本開示の流路ユニットは、核酸分析用流路ユニットであってよい。
　当該核酸分析は、核酸の配列分析であってよい。すなわち、本開示の流路ユニットは、核酸配列分析用流路ユニットであってよい。当該流路ユニットは、核酸の塩基配列を決定するために特に適している。
　当該分析物は、核酸以外の生体物質であってよく、例えばタンパク質、脂質、ペプチド、又は糖であってもよい。当該分析物は、抗体又は抗原であってもよい。
　当該分析物は、生体粒子であってもよく、例えば細胞又は非細胞性生体粒子であってよい。当該細胞は、例えば、血液細胞であってよいが、他の細胞であってもよい。また、前記非細胞性生体粒子として、細胞外小胞、特にはエクソソーム及びマイクロベシクルなどを挙げることができる。
　当該分析物は、細菌又はウィルスであってもよい。
　本開示に従う流路ユニットの構成例を、図５３を参照しながら説明する。同図に示される流路ユニット２０００は、本開示に従う裏面照射型撮像素子１００と、当該撮像素子１００へ試料（特には液状試料）を供給する試料供給流路部２００１、及び、当該撮像素子から試料を排出する試料排出流路部２００２を有している。これら３つの要素は、流体的に接続されており、流路Ｃを形成している。
　試料供給流路部２００１は、例えば分析対象となる試料を収容している容器と流体的に接続されていてよい。
　試料排出流路部２００２は、例えば廃液を回収する容器と流体的に接続されていてよい。
　流路Ｃ内を試料が流れて、当該試料中に含まれる分析物（例えば核酸）が、撮像素子１００のウェル内に捕捉される。
　当該ウェル内で、当該分析物を利用する化学的又は生物学的な反応が起こってよい。例えば、当該ウェル内において、核酸伸長反応が起こってよい。当該核酸伸長反応は、塩基配列シーケンシングのための反応であってよい。当該シーケンシングは、サンガーシーケンシング又は次世代シーケンシングであってよい。当該次世代シーケンシングは、パイロシーケンシング、合成によるシーケンシング、又はライゲーションによるシーケンシングであってよい。
　流路Ｃは、生体試料Ｓが流れるように構成される。流路Ｃは、マイクロチップ（マイクロメートルオーダーの流路を有するチップ）又はフローセルなどの流路構造体（flow channel structure）中に形成されてよい。流路Ｃの幅は、例えば１ｍｍ以下でってよく、特には１０μｍ以上１ｍｍ以下、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。流路Ｃ及びそれを含む流路構造体は、プラスチック又はガラスなどの材料から形成されてよい。
　撮像素子のウェル内の分析物に、励起光が照射されるように、前記流路はその少なくとも一部が透明であってよく、特には、同図のＬ１が通過する流路部分は透明であってよい。このように、本開示に従う流路ユニット及び撮像素子は、励起光及び蛍光が通過する部分は透明であってよい。
３．第３の実施形態（生体試料分析システム）
　本開示は、本開示に従う裏面照射型撮像素子又は本開示に従う流路ユニットを含む生体試料分析システムも提供する。当該システムにおいて、本開示に従う裏面照射型撮像素子又は流路ユニットは、交換可能に当該システムに組み込まれてよい。すなわち、本開示に従う裏面照射型撮像素子又は流路ユニットは、当該システムにおいてディスポーザブルな要素として利用されてよい。
　当該システムの構成例を、図５４を参照しながら説明する。同図に示される生体試料分析システム３０００は、本開示に従う流路ユニット２０００（又は本開示に従う裏面照射型撮像素子）に加え、情報処理部３１００、プロセス制御システム３２００、光学系制御システム３３００、流体制御システム３３００、及び流体貯蔵システム３４００を含む。
　本開示に従う流路ユニット２０００及びそれに含まれる撮像素子は、上記１．及び２．において説明したとおりである。
　情報処理部３１００は、例えば各種データ（例えば蛍光データ）の処理を実行する処理部及び各種データを記憶する記憶部を含む。処理部は、前記流路ユニットの撮像素子によって取得された蛍光データに基づき、分析処理を実行しうる。当該分析処理は、例えば塩基配列の決定処理であってよいが、他の処理であってもよい。
　情報処理部３１００は、各種データ（例えば光データや画像）を出力することができるように構成されていてよい。例えば、情報処理部３１００は、当該蛍光データに基づき生成された各種データ（例えば塩基配列データ又は分析物の同定データなど）を出力しうる。また、情報処理部３１００は、各種データの入力を受け付けることができるように構成されていてよく、例えばユーザからの分析指示データを受け付ける。情報処理部３１００は、当該出力又は当該入力を実行させるための出力部（例えばディスプレイなど）又は入力部（例えばキーボードなど）を含みうる。
　情報処理部３１００は、汎用のコンピュータとして構成されてよく、例えばＣＰＵ（又はＧＰＵ）、ＲＡＭ、及びＲＯＭを備えている情報処理装置として構成されてよい。情報処理部３１００は、プロセス制御システム３２００、光学系制御システム３３００、流体制御システム３４００、及び流体貯蔵システム３５００のうちの１以上が備えられている筐体内に含まれていてよく、又は、当該筐体の外にあってもよい。また、情報処理部３１００による各種処理又は機能は、ネットワークを介して接続されたサーバコンピュータ又はクラウドにより実現されてもよい。
　プロセス制御システム３２００は、流路ユニット内で実行される処理（特には生物的又は化学的な処理）を制御するシステムであってよい。当該システムは、例えば当該流路ユニット内の温度制御、及び／又は、当該流路ユニット内への試料又は試薬の供給又は排出の制御を実行する。当該制御を実行するために、プロセス制御システム３２００は、温度調節システムを含んでよい。また、当該制御を実行するために、プロセス制御システム３２００は、他の要素３３００、３４００、又は３５００を制御してもよい。
　光学系制御システム３３００は、分析物への励起光照射及び当該励起光照射によって生じた蛍光データの取得を制御するように構成されてよい。光学系制御システム３３００は、例えば光照射部を含んでよい。当該光照射部は、光を出射する光源部と、当該光を照射位置（例えば撮像素子に設けられたウェル内の分析物）へと導く導光光学系とを含んでよい。前記光源部は、１又は複数の光源を含む。光源の種類は、例えばレーザ光源又はＬＥＤであってよい。前記光源部は、励起光を出射する。また、前記光源部は、非偏光光を出射してよく、又は、偏光光を出射してもよい。各光源から出射される光の波長は、所望の蛍光を生じさせるように適宜選択されてよい。当該光は、例えば紫外光、可視光、又は赤外光のいずれかの波長であってよい。導光光学系は、例えばビームスプリッター群、ミラー群又は光ファイバなどの光学部品を含む。また、導光光学系は、光を集光するためのレンズ群を含んでよい、例えば対物レンズを含んでよい。
　流体制御システム３４００は、流路ユニット２０００への流体供給及び／又は流路ユニット２０００からの流体排出を制御する。流体制御システム３４００は、例えば１以上のポンプユニットを含んでよい。流体制御システム３４００は、流路ユニット２０００への流体供給を制御するポンプユニット、及び／又は、流路ユニット２０００からの流体排出を制御するポンプユニットを含んでよい。
　流体貯蔵システム３５００は、試料を収容する容器、試薬を収容する容器、及び廃液を収容する容器を含んでよく、さらに、これらの容器を制御するように構成されてよい。例えばこれらの容器内の温度を検出及び／又は制御する温度制御装置を含んでよい。
（検出部）
　検出部６１０２は、生体粒子への光照射により生じた光を検出する少なくとも一つの光検出器を備えている。検出する光は、例えば蛍光又は散乱光（例えば前方散乱光、後方散乱光、及び側方散乱光のいずれか１つ以上）である。各光検出器は、１以上の受光素子を含み、例えば受光素子アレイを有する。各光検出器は、受光素子として、１又は複数のＰＭＴ（光電子増倍管）及び／又はＡＰＤ及びＭＰＰＣ等のフォトダイオードを含んでよい。当該光検出器は、例えば複数のＰＭＴを一次元方向に配列したＰＭＴアレイを含む。また、検出部６１０２は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳなどの撮像素子を含んでもよい。検出部６１０２は、当該撮像素子により、生体粒子の画像（例えば明視野画像、暗視野画像、及び蛍光画像など）を取得しうる。
　検出部６１０２は、所定の検出波長の光を、対応する光検出器に到達させる検出光学系を含む。検出光学系は、プリズムや回折格子等の分光部又はダイクロイックミラーや光学フィルタ等の波長分離部を含む。検出光学系は、例えば生体粒子への光照射により生じた光を分光し、当該分光された光が、生体粒子が標識された蛍光色素の数より多い複数の光検出器にて検出されるよう構成される。このような検出光学系を含むフローサイトメータをスペクトル型フローサイトメータと呼ぶ。また、検出光学系は、例えば生体粒子への光照射により生じた光から特定の蛍光色素の蛍光波長域に対応する光を分離し、当該分離された光を、対応する光検出器に検出させるよう構成される。
　また、検出部６１０２は、光検出器により得られた電気信号をデジタル信号に変換する信号処理部を含みうる。当該信号処理部が、当該変換を行う装置としてＡ／Ｄ変換器を含んでよい。当該信号処理部による変換により得られたデジタル信号が、情報処理部６１０３に送信されうる。前記デジタル信号が、情報処理部６１０３により、光に関するデータ（以下「光データ」ともいう）として取り扱われうる。前記光データは、例えば蛍光データを含む光データであってよい。より具体的には、前記光データは、光強度データであってよく、当該光強度は、蛍光を含む光の光強度データ（Ａｒｅａ、Ｈｅｉｇｈｔ、Ｗｉｄｔｈ等の特徴量を含んでもよい）であってよい。
　なお、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
〔１〕
　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、
　前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、
　を少なくとも備えている画素単位を複数有する
　裏面照射型撮像素子。
〔２〕
　前記分析物保持部は、ウェルの形状を有しており、
　前記検出部が、前記ウェルの底部に加え前記ウェルの側面を覆うように設けられている、
　〔１〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔３〕
　前記裏面照射型撮像素子は、画素単位の間にトレンチが設けられている、〔１〕又は〔２〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔４〕
　２以上のウェルが、列状構造を形成するように連結されている、〔１〕～〔３〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔５〕
　各画素単位に、分析物の位置を調整するように電圧が印加される電極対が設けられている、〔１〕～〔４〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔６〕
　各画素単位には、前記励起光が検出部へ到達することを防ぐ励起光遮断部が設けられている、〔１〕～〔５〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔７〕
　前記励起光遮断部は、多層膜反射フィルタを含む、
　〔６〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔８〕
　前記多層膜反射フィルタは、前記分析物保持部と前記検出部との間に配置されている、　〔７〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔９〕
　各画素単位は、前記励起光を検出する励起光検出部をさらに備えている、〔１〕～〔８〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１０〕
　前記裏面照射型撮像素子は、前記励起光検出部が取得した信号を用いて、前記蛍光検出部が取得した信号の処理が行われるように構成されている、〔９〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔１１〕
　前記励起光遮断部は、偏光子、プラズモンフィルタ、メタマテリアル、又は、ファブリーペロー構造の多層膜を含む、
　〔６〕～〔１０〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１２〕
　前記励起光遮断部は、前記蛍光を透過させるように構成されている、〔６〕～〔１１〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１３〕
　前記励起光遮断部は、偏光子を含み、
　前記励起光は、偏光光である、
　〔６〕～〔１２〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１４〕
　前記励起光遮断部は、偏光子を含み、
　１つの偏光子が、２以上の画素単位の検出部をカバーするように設けられている、
　〔６〕～〔１２〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１５〕
　前記蛍光検出部は、２以上のフォトダイオードを有する、〔１〕～〔１４〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１６〕
　前記２以上のフォトダイオードは、前記分析物保持部と配線層との間に、縦積み構造を形成するように配置されている、〔１５〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔１７〕
　前記２以上のフォトダイオードのうち、前記配線層により近いフォトダイオードが、より長い波長の蛍光を検出するように構成されている、〔１５〕又は〔１６〕に記載の裏面照射型撮像素子。
〔１８〕
　前記２以上のフォトダイオードは、２層構造又は３層構造を形成している、〔１５〕～〔１７〕のいずれか一つに記載の裏面照射型撮像素子。
〔１９〕
　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子、及び、
　前記分析物保持部へ生体試料を供給する流路、
　を有する生体試料分析用流路ユニット。
〔２０〕
　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子、及び、
　前記分析物保持部へ生体試料を供給する流路、
　を有する生体試料分析用流路ユニットを用いて生体試料を分析する生体試料分析システム。
１００　撮像素子
１０１　画素単位
１０２　絶縁膜
１０３　ウェル
１０４　フォトダイオード
１０５　ゲート電極部
１０６　仕切り部
１０８　透明基板
 
 
  

Claims (20)

  1. 　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、
    　前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、
    　を少なくとも備えている画素単位を複数有する
    　裏面照射型撮像素子。
  2. 　前記分析物保持部は、ウェルの形状を有しており、
    　前記検出部が、前記ウェルの底部に加え前記ウェルの側面を覆うように設けられている、
    　請求項１に記載の裏面照射型撮像素子。
  3. 　前記裏面照射型撮像素子は、画素単位の間にトレンチが設けられている、請求項２に記載の裏面照射型撮像素子。
  4. 　２以上のウェルが、列状構造を形成するように連結されている、請求項２に記載の裏面照射型撮像素子。
  5. 　各画素単位に、分析物の位置を調整するように電圧が印加される電極対が設けられている、請求項２に記載の裏面照射型撮像素子。
  6. 　各画素単位には、前記励起光が検出部へ到達することを防ぐ励起光遮断部が設けられている、請求項１に記載の裏面照射型撮像素子。
  7. 　前記励起光遮断部は、多層膜反射フィルタを含む、
    　請求項６に記載の裏面照射型撮像素子。
  8. 　前記多層膜反射フィルタは、前記分析物保持部と前記検出部との間に配置されている、　請求項７に記載の裏面照射型撮像素子。
  9. 　各画素単位は、前記励起光を検出する励起光検出部をさらに備えている、請求項１に記載の裏面照射型撮像素子。
  10. 　前記裏面照射型撮像素子は、前記励起光検出部が取得した信号を用いて、前記蛍光検出部が取得した信号の処理が行われるように構成されている、請求項９に記載の裏面照射型撮像素子。
  11. 　前記励起光遮断部は、偏光子、プラズモンフィルタ、メタマテリアル、又は、ファブリーペロー構造の多層膜を含む、
    　請求項６に記載の裏面照射型撮像素子。
  12. 　前記励起光遮断部は、前記蛍光を透過させるように構成されている、請求項１１に記載の裏面照射型撮像素子。
  13. 　前記励起光遮断部は、偏光子を含み、
    　前記励起光は、偏光光である、
    　請求項６に記載の裏面照射型撮像素子。
  14. 　前記励起光遮断部は、偏光子を含み、
    　１つの偏光子が、２以上の画素単位の検出部をカバーするように設けられている、
    　請求項６に記載の裏面照射型撮像素子。
  15. 　前記蛍光検出部は、２以上のフォトダイオードを有する、請求項１に記載の裏面照射型撮像素子。
  16. 　前記２以上のフォトダイオードは、前記分析物保持部と配線層との間に、縦積み構造を形成するように配置されている、請求項１５に記載の裏面照射型撮像素子。
  17. 　前記２以上のフォトダイオードのうち、前記配線層により近いフォトダイオードが、より長い波長の蛍光を検出するように構成されている、請求項１６に記載の裏面照射型撮像素子。
  18. 　前記２以上のフォトダイオードは、２層構造又は３層構造を形成している、請求項１５に記載の裏面照射型撮像素子。
  19. 　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子、及び、
    　前記分析物保持部へ生体試料を供給する流路、
    　を有する生体試料分析用流路ユニット。
  20. 　分析物を保持するように構成された分析物保持部と、前記分析物への励起光照射により生じた蛍光を検出する蛍光検出部と、を少なくとも備えている画素単位を複数有する裏面照射型撮像素子、及び、
    　前記分析物保持部へ生体試料を供給する流路、
    　を有する生体試料分析用流路ユニットを用いて生体試料を分析する生体試料分析システム。
     
      
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