JP2022119782A - 光学フィルタアレイ - Google Patents

Abstract

【解決手段】デバイスは基板に配置されたフィルタアレイを含むことができる。フィルタアレイは、基板に配置された第１ミラーを含むことができる。フィルタアレイは第１ミラーに配置された複数のスペーサを含むことができる。複数のスペーサの中の第１スペーサは第１厚さを含むことができる。複数のスペーサの中の第２スペーサは、第１厚さと異なる第２厚さを含むことができる。第１スペーサに対応する第１チャネル及び第２スペーサに対応する第２チャネルは約１０μｍ未満の分離幅を含むことができる。フィルタアレイは複数のスペーサに配置された第２ミラーを含むことができる。【効果】低減された角度シフトと向上された透過率を提供し感知システムに使用することができる。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、光学フィルタアレイに関する。

センサ素子アレイなどの光学デバイスにおいて、センサ素子は特定の間隔を有する場合がある。例えば、第１センサ素子は第２センサ素子からの特定の間隔を有する場合がある。センサ素子は約５０μｍ～２００μｍの大きさを持つ場合がある。一組のセンサ素子間の間隔は、約２０μｍよりも大きい場合がある。センサ素子アレイは３Ｄ奥行き感知システムなどの感知システムに使用することができる。

いくつかの可能な実施形態によれば、デバイスは基板に配置されたフィルタアレイを含むことができる。フィルタアレイは基板に配置させた第１ミラーを含むことができる。フィルタアレイは第１ミラーに配置された複数のスペーサを含むことができる。複数のスペーサの中の第１スペーサは第１厚さを有することができる。複数のスペーサの中の第２スペーサは、第１厚さとは異なる第２厚さを有することができる。第１スペーサに対応する第１チャネル及び第２スペーサに対応する第２チャネルは、約１０μｍ未満の分離幅を有することができる。フィルタアレイは複数のスペーサに配置された第２ミラーを含むことができる。

いくつかの可能な実施形態によれば、デバイスは基板に配置されたフィルタアレイを含むことができる。フィルタアレイは基板に配置された第１ミラーを含むことができる。フィルタアレイは第１ミラーに配置されたスペーサを含むことができる。スペーサは複数のスペーサ層を含むことができる。複数のスペーサ層の中の第１スペーサ層は、第１ミラーを覆うように配置させることができる。複数のスペーサ層の中の第２スペーサ層は、第１スペーサ層に配置させることができる。第１スペーサ層に対応する第１チャネル及び第２スペーサ層に対応する第２チャネルは、約５μｍ未満の分離幅を有することができる。フィルタアレイはスペーサに配置された第２ミラーを含むことができる。

いくつかの可能な実施形態によれば、デバイスは基板に配置されたフィルタアレイを含むことができる。基板はセンサ素子アレイに接着されるガラス基板又はセンサ素子アレイを含むシリコン基板とすることができる。フィルタアレイは基板に配置された第１ミラーを含むことができる。フィルタアレイは複数のスペーサ層を含むことができる。複数のスペーサ層の中の第１スペーサ層を第１ミラーに配置して、センサ素子アレイの一組のセンサ素子を覆うようにしてもよい。複数のスペーサ層の中の第２スペーサ層を第１スペーサ層に配置して、一組のセンサ素子のサブセットを覆うようにしてもよい。複数のスペーサ層の中の第３スペーサ層を第２スペーサ層に配置して、センサ素子のサブセットのサブセットを覆うようにしてもよい。一組のセンサ素子の各センサ素子は約１μｍ未満の間隔を有することができる。フィルタアレイは複数のスペーサ層に配置された第２ミラーを含んでもよい。第２ミラーは一組のセンサ素子と整列させてもよい。

本明細書に記載する、誘電体ベース光学フィルタコーティングの例を示す図である。 本明細書に記載する、誘電体ベース光学フィルタコーティングの例を示す図である。 本明細書に記載する、誘導透過フィルタ（ＩＴＦ）ベース光学フィルタコーティングの例を示す図である。 本明細書に記載する実施例の概要図である。 本明細書に記載する光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する奥行き感知システムへの光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する奥行き感知システムへの光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する奥行き感知システムへの光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する奥行き感知システムへの光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。 本明細書に記載する奥行き感知システムへの光学フィルタコーティングの実施例を示す図である。

実施例に対する詳細の説明を、添付の図面を参照して以下に説明する。種々の図面において使用されている同じ参照符号は、同じ又は類似した要素を特定するものである。

センサ素子アレイなどの光学デバイスにおいて、センサ素子間は特定の距離で離間させることができる。センサ素子は約５０μｍ～２００μｍの大きさとすることができる。一対のセンサ素子間の距離は約２０μｍより大きくてもよい。しかしながら１つの光学デバイスに含まれるセンサ素子の数が増える、及び／又は光学デバイスのパッケージサイズが小さくなるにつれ、センサ素子のセンサ素子アレイを約２０μｍ未満、約１０μｍ未満、約１μｍ未満などの間隔を空けて製造するのは有利であり得る。本明細書に記載する実施例は、約２０μｍ未満、約１０μｍ未満、約１μｍ未満などの閾値未満の間隔の設けられたセンサ素子のセンサ素子アレイを可能にする光学フィルタを提供する。

図１Ａ及び図１Ｂは、本明細書に記載する誘電体ベース光学フィルタコーティングの実施例１００を示す図である。図１Ａに示す様に、実施例１００は、基板１１０、フォトダイオード１２０、フォトレジスト層１３０、フィルタコーティング層１４０及び遷移領域１５０を含んでいる。

図１Ａに関して、誘電体ベース光学フィルタコーティングは、リフトオフプロセスを用いて基板１１０上に製造される。基板１１０はアクティブデバイスウエハとすることができる。リフトオフプロセスは化学的エッチング、物理的エッチングなどの難易度に基づいて選択することができる。フォトレジスト層１３０はフィルタコーティング層１４０の堆積されていない基板１１０の領域に堆積させる。例えば、フォトダイオード１２０又は他のタイプのセンサ素子を覆うために堆積させるように意図されているフィルタコーティング層１４０に基づき、フォトレジスト層１３０を、フォトダイオード１２０に整列されていない基板１１０の一部に配置させる。フィルタコーティング層１４０をフォトレジスト層１３０、及びフォトダイオード１２０と整列された基板１１０の露出された部分に堆積した後、リフトオフプロセスを実行してフォトレジスト層１３０を除去すると、フォトダイオード１２０と整列された基板１１０の一部にフィルタコーティング層１４０が残る。しかしながらリフトオフプロセスにより、フィルタコーティング層１４０が物理的厚さの減少していくテーパ状のエッジを有する遷移領域１５０が生じる。遷移領域１５０はフィルタコーティング層１４０の厚さの約２～３倍の幅を有することがある。

図１Ｂに示す様に、上面図１６０‐１及び側面図１６０‐２では、一組のフォトダイオード１２０‐１及び１２０‐２が基板１１０に置かれ、これを一組のフィルタコーティング層１４０‐１及び１４０‐２で、これらの層が重なるように覆うことができる。フィルタコーティング層１４０を重ねることにより、フィルタコーティング層１４０間を離す場合と比較して、フォトダイオード１２０‐１とフォトダイオード１２０‐２の間隔を減少させることができる。この場合、フィルタコーティング層１４０は、厚さ１７２、フォトダイオード領域１７４（例えば、対応するフォトダイオード１２０と整列する領域）及び機能領域１７６（例えば、特定のフィルタコーティング層１４０のテーパ状のエッジ間に配置される領域）を有する。フォトダイオード１２０は分離幅１７８（例えば、フォトダイオード１２０とフォトダイオードの間の間隔）を有することができる。分離幅１７８は厚さ１７２の３倍よりも大きくすることができる。この場合、厚さ１７２は約５μｍよりも大きいため、分離幅１７８は約１５μｍよりも大きくなる。しかしながら、フォトダイオード間の分離幅は、１５μｍ未満、１０μｍ未満、５μｍ未満、１μｍ未満などとすることは有利である。

上述の図１Ａ及び１Ｂは単なる例として示したものである。その他の例も可能であり、図１Ａ及び１Ｂに関して説明したものと異なるものであってもよい。

図２は本明細書に記載する誘導透過フィルタ（ＩＴＦ）ベースの光学フィルタコーティングの実施例２００を示す図である。図２に示す様に、実施例２００は、基板２１０、フォトダイオード２２０、フォトレジスト層２３０、金属層２４０’を含むフィルタコーティング層２４０及び遷移領域２５０を含んでいる。

図２に関して、金属層２４０’には銀（Ａｇ）層、アルミニウム（Ａｌ）層などがある。金属層２４０’は、金属層２４０’の露出に対する腐食の可能性を低減させる、フィルタコーティング層２４０の誘電体部分によって包み込む（encapsulated）ことができる。この場合、保護的な包み込みを提供するようにフィルタコーティング層２４０を製造するには、フィルタコーティング層２４０のテーパ状のエッジは、例えば約５°未満の閾値内角（threshold internal angle）２６０を有するように製造される。ＩＴＦベースの光学フィルタコーティングは厚さ約１０００ナノメートル（ｎｍ）未満、例えば約５００ｎｍとすることができるが、閾値内角（threshold internal angle）を約５°未満にすると、遷移領域２５０は約１０μｍ～２０μｍとすることができ、これはフォトダイオード２２０間の間隔である、約１０μｍ～２０μｍに対応する。これは、約２μｍ～５０μｍの大きさで、約０．５μｍ～１０μｍの間隔を有するフォトダイオード２２０などのセンサ素子を含むセンサ素子アレイにとって有利なものより大きい場合もある。

上述の図２は単なる例として示したものである。その他の例も可能であり、図２に関して説明したものと異なるものであってもよい。

図３は実施例３００の概要図である。実施例３００は、約１０μｍ未満、約５μｍ未満、約１μｍ未満などの間隔などの、センサ素子アレイのセンサ素子における閾値未満の間隔を有する、本明細書に記載するシングルキャビティファブリ・ペローフィルタベースの光学フィルタコーティングを示している。図３に示す様に、実施例３００は、基板３１０、一組のフォトダイオード３２０、第１ミラー層３３０、一組のスペーサ層３４０及び第２ミラー層３５０を含んでいる。フォトダイオード３２０は分離幅３６０の間隔を有する。

いくつかの実施形態において、基板３１０は約５０ｍｍ～５００ｍｍ、例えば約１００ｍｍ、約１５０ｍｍ、約２００ｍｍ、約３００ｍｍ、約４５０ｍｍなどのウエハ幅を有す
ることができる。いくつかの実施形態において、基板３１０は約５０μｍ～１．０ｍｍの厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、基板３１０が裏面照射型フォトダイオード３２０を有する場合、基板３１０の厚さを約５μｍ～７０μｍ、約２５μｍ～５０μｍなどとし、例えば他の厚さのキャリアウエハと一時的に接着させてもよい。

いくつかの実施形態において、フォトダイオード３２０は約１μｍ～２０μｍの幅を有することができる。いくつかの実施形態において、第１ミラー層３３０又は第２ミラー層３５０などのミラーは、約２０ナノメートル（ｎｍ）～８０ｎｍの厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、スペーサ層３４０は約１５ｎｍ～３００ｎｍの厚さを有することができる。

図３に関して、第１ミラー層３３０及び第２ミラー層３５０は一組のスペーサ層３４０を挟んでいる。スペーサ層３４０は物理蒸着工程、化学蒸着工程などを用いて堆積させ、一組のスペーサ層３４０及びそれによって形成されたチャネルの厚さを変えることができる。一組のスペーサ層３４０の厚さの変化に基づき、各フォトダイオード３２０又は別のタイプのセンサ素子は、対応して変化する光の中心波長に露出される。このようにして、分離幅３６０を閾値未満、例えば１０μｍ未満、５μｍ未満、１μｍ未満、５００ｎｍ未満などとすることのできる光学フィルタコーティングを製造することができる。いくつかの実施形態において、分離幅３６０は約０．５μｍ～１０μｍであってもよい。いくつかの実施形態において、分離幅３６０は約１５０ｎｍであってもよい。

上述の図３は単なる例として示したものである。その他の例も可能であり、図３に関して説明したものと異なるものであってもよい。

図４Ａ～４Ｅは、本明細書に記載するシングルキャビティファブリ・ペローフィルタベースの光学フィルタコーティング実施例４００／４００’／４００”を示す図である。図４Ａに示す様に、実施例４００は、基板４１０、一組のフォトダイオード４２０‐１～４２０‐４、第１ミラー層４３０、一組のスペーサ層４４０‐１～４４０‐４及び第２ミラー層４５０を含んでいる。

図４Ａに関して、第１ミラー層４３０及び第２ミラー層４５０は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び水酸化ケイ素（Ｓｉ：Ｈ又はＳｉ＿Ｈ）の層を用いた１／４波長積層であってもよい。別の例において、１／４波長積層は、別の一組の材料、例えば他の高屈折率材料（例えば、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）及びこれらの組み合わせなど）、他の低屈折材料（例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）など）などであってもよい。いくつかの実施形態において、堆積の困難性を低減させるには非フッ化系材料が好適である。いくつかの実施形態において、比較的高い有効指数を有する材料は、角度シフトの低減、ブロッカー又はミラーの層数の低減のために好適である。スペーサ層４４０は１つ又は複数の水素化ケイ素の層を使って製造されたスペーサであってもよい。別の例において、スペーサ層４４０は、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２などの他の材料、他のタイプの酸化物、これらの組み合わせなどを含むことができる。第１ミラー層４３０及び／又は第２ミラー層４５０は、フォトダイオード４２０などのセンサ素子と整列させて配置させることができる。

本明細書に記載する別の例においては、１／４波長堆積に代えて半透過金属ミラーを使用することができる。例えば、銀（Ａｇ）層を含む金属ミラーを、紫外線（ＵＶ）‐Ａスペクトル領域、可視スペクトル領域、近赤外領域（ＮＩＲ）などにおいて使用することができる。同様に、アルミニウム（Ａｌ）層を含む金属ミラーをＵＶスペクトル領域など（約２００ｎｍ～４００ｎｍ）に使用することができる。

いくつかの実施形態において、第１ミラー層４３０は、第１ミラー層４３０の表面に配置されたブロッカー層、第１ミラー層４３０の表面に配置された保護層などを含むことができる。各スペーサ層４４０は、対応するフォトダイオード４２０又は別のタイプのセンサ素子を通過する光の特定の中心波長に対応する特定の厚さを有する。例えば、表４６０に示す様に、スペーサ層４４０‐１は約９６．６ｎｍの厚さを有することができ、スペーサ層４４０‐２は約１１５．３ｎｍの厚さを有することができ、スペーサ層４４０‐３は約１３１．５ｎｍの厚さを有することができ、スペーサ層４４０‐４は約１４７．６ｎｍの厚さを有することができる。この場合、各スペーサ層４４０は、各スペーサ層４４０に対するパターニング及びコーティングのステップを用いて第１ミラー層４３０に堆積させることができる。図に示す様に、第２ミラー層４５０を第１ミラー層４３０及びスペーサ層４４０の露出された部分に堆積させ、そうすることによってスペーサ層４４０を第１ミラー層４３０で包み込んでもよい。このようにして、フォトダイオード２２０間又はその他のセンサ素子間の間隔を約６００ｎｍ～１０μｍ、約６００ｎｍ未満などとすることができる。

いくつかの実施形態において、スペーサ層４４０は物理蒸着（ＰＶＤ）工程によって堆積させることができる。例えば、スペーサ層４４０及び／又は本明細書に記載する実施例のその他の部分を、マグネトロンスパッタ工程、電子ビーム及び熱蒸発工程などによって製造することができる。いくつかの実施例において、スペーサ層４４０は化学蒸着（ＣＶＤ）工程によって堆積することができる。いくつかの実施例において、スペーサ層４４０の厚さは、ＵＶスペクトル領域（例えば約２００ｎｍ～４００ｎｍ）、可視スペクトル領域（例えば約４００ｎｍ～７００ｎｍ）、ＮＩＲスペクトル領域（例えば約７００ｎｍ～２０００ｎｍ）、中波長ＩＲ（ＭＷＩＲ）スペクトル領域（例えば約２μｍ～６μｍ）、低波長ＩＲ（ＬＷＩＲ）スペクトル領域（例えば約６μｍ～１４μｍ）などの特定のスペクトル領域を実現させるように選択することができる。層の厚さは所望のスペクトル領域と関連させてもよい。例えば、約２μｍ～６μｍ又は約６μｍ～１４μｍのスペクトル領域に対して、ミラー層４３０又は４５０の厚さは約２０ｎｍ～４００ｎｍとしてもよく、スペーサ層４４０の厚さは約１５ｎｍ～１５００ｎｍなどとしてもよい。いくつかの実施例において、スペーサ層４４０を堆積させて、シリコンベース検出器、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）ベース検出器などを製造してもよい。いくつかの実施例において、スペーサ層４４０をハイパースペクトル画像センサに堆積させてもよい。いくつかの実施例において、スペーサ層４４０を裏面照射センサ又は表面照射センサに堆積させてもよい。

図４Ｂに示す類似の実施例４００’は、基板４１０、一組のフォトダイオード４２０‐１～４２０‐４、第１ミラー層４３０、一組のスペーサ層４４０‐１～４４０‐４及び第２ミラー層４５０を含んでいる。

図４Ｂにおいては、第１ミラー層４３０及び各々のフォトダイオード４２０を全て覆うようにスペーサ層４４０‐１を堆積させ、その他のスペーサ層４４０をそれぞれスペーサ層４４０‐１に堆積させている。このように、実施例４００’においては、実施例４００においてスペーサ層４４０を堆積するために行われるパターニング及びコーティングのステップ数を減らすことができる。いくつかの実施例において、ミラー層４３０などのミラー層が金属ミラー層（例えば銀系材料）である場合、スペーサ層４４０‐１などのスペーサ層は金属ミラー層の保護コーティングを提供することができる。別の例において、スペーサ層４４０‐２～４４０‐４の各々を第１ミラー層４３０上にパターン化してコーティングしてもよく、スペーサ層４４０‐１は、第２ミラー層４５０に堆積させる前に、第１ミラー層４３０及びスペーサ層４４０‐２～４４０‐４の各々の露出部に堆積させることができる。すなわち、第１スペーサ層４４０‐１の全表面は、第１ミラー層４３０ではな
く第２ミラー層４５０の表面に隣接させて堆積させる。表４６０’に示す様に、スペーサ層４４０‐２～４４０‐４の各々は、スペーサ層４４０‐１の厚さ（例えば約９６．６ｎｍ）に加え、特定の厚さを有している。例えば、スペーサ層４４０‐２は約１８．７ｎｍの付加的な厚さを有し、スペーサ層４４０‐３は約３４．９ｎｍの付加的な厚さを有し、スペーサ層４４０‐４は約５１ｎｍの付加的な厚さを有している。

図４Ｃに示す様に、類似の実施例４００”は、基板４１０、一組のフォトダイオード４２０‐１～４２０‐４、第１ミラー層４３０、一組のスペーサ層４４０‐１～４４０‐４及び第２ミラー層４５０を含んでいる。

図４Ｃにおいて、スペーサ層４４０‐１は第１ミラー層４３０に堆積され、フォトダイオード４２０‐１～４２０‐４の各々を覆っている。同様に、スペーサ層４４０‐２はスペーサ層４４０‐１の一部に堆積され、フォトダイオード４２０‐２～４２０‐４の各々を覆っている。同様に、スペーサ層４４０‐３はスペーサ層４４０‐２の一部に堆積され、フォトダイオード４２０のサブセット（例えば、フォトダイオード４２０‐３～４２０‐４の各々）を覆っている。同様に、スペーサ層４４０‐４はスペーサ層４４０‐３の一部に堆積され、フォトダイオード４２０‐４を覆っている。このように実施例４００”では、実施例４００においてスペーサ層４４０を堆積させるために行われるパターニングとコーティングのステップの数を低減することができる。表４６０”に示す様に、スペーサ層４４０‐２～４４０‐４の各々は、先のスペーサ層４４０の厚さに対する付加的な厚さを有している。例えば、スペーサ層４４０‐２は、（例えば約９６．６ｎｍの厚さを有する）スペーサ層４４０‐１に堆積される約１８．７ｎｍの付加的な厚さを有しており、スペーサ層４４０‐３はスペーサ層４４０‐２に堆積される約１６．２ｎｍの付加的な厚さを有し、スペーサ層４４０‐４はスペーサ層４４０‐３に堆積される約１６．１ｎｍの付加的な厚さを有している。このように、フォトダイオード２２０間又はその他のセンサ素子間の間隔を、約１５０ｎｍ～２μｍ、約１５０ｎｍ未満などとすることができる。

図４Ｄに示すグラフ４７０は実施例４００／４００’／４００”のチャネルに関する一組の光学的特性を示している。例えば、スペーサ層４４０‐１及びフォトダイオード４２０‐１と関連する第１チャネルに対して、スペーサ層４４０‐１の厚さは約７９５ｎｍの中心波長となっている。同様に、スペーサ層４４０‐２及びフォトダイオード４２０‐２と関連する第２チャネルにおいて、スペーサ層４４０‐２の厚さは約８７０ｎｍの中心波長となっている。同様に、スペーサ層４４０‐３及びフォトダイオード４２０‐３と関連する第３チャネルにおいて、スペーサ層４４０‐３の厚さは約９３５ｎｍの中心波長となっている。同様に、スペーサ層４４０‐４及びフォトダイオード４２０‐４と関連する第４チャネルにおいて、スペーサ層４４０‐４の厚さは約１０００ｎｍの中心波長となっている。ここでは特定の一組の中心波長を示したが、その他の中心波長も可能であり、図４Ｄに関して記載したものと異なるものであってもよい。

図４Ｅに示す様に、表４８０は実施例４００／４００’／４００”に関する一組の物理的特性を示している。例えば、ミラー層４３０又はミラー層４５０などのミラーは約４０ｎｍ～５００ｎｍの厚さを有している。同様に、スペーサ層４４０‐４などのスペーサ層は約１４７．６１ｎｍの厚さを有している。いくつかの実施形態において、ミラー層４３０又はミラー層４５０などのミラー層は複数の層を有している。例えば、ミラー層はＳｉ：Ｈ層、ＳｉＯ２層などを含むことができる。

上述の図４Ａ～図４Ｅは単なる例として示したものである。その他の例も可能であり、図４Ａ～図４Ｅに示したものと異なるものであってもよい。

図５Ａ～図５Ｅは、本明細書に記載する奥行き感知システムの光学フィルタコーティン
グの実施例５００を示している。図５Ａに示す様に、実施例５００は、基板５１０（例えば窒化ケイ素（Ｓ３Ｎ４）、又はその他の例においてはＳｉＯ２若しくはＳｉ）、一組の酸化亜鉛（ＺｎＯ）層５２０‐１～５２０‐４、一組の銀（Ａｇ）層５３０‐１～５３０‐２、一組の酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）層５４０‐１～５４０‐３及び一組の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層５５０‐～５５０‐２を含んでいる。いくつかの実施形態において、実施例５００の光学フィルタコーティングは、ファブリ・ペロー光学フィルタであってもよい。いくつかの実施形態において、別の実施例は、センサデバイスに接着される透明基板５１０を含むことができる。

図５Ａに関して、ＺｎＯ層５２０はそれぞれ約１．５ｎｍの厚さを有することができる。ＮｂＴｉＯｘ ５４０‐１によって形成される一組のスペーサ層を囲む一組の半透過金
属ミラーであるＡｇ層５３０は、約４０ｎｍの厚さを有している。ＮｂＴｉＯｘ５４０‐１は図４Ａ～図４Ｃのスペーサ４４０に対応するので、所望されるスペーサの厚さに応じてＮｂＴｉＯｘ５４０‐１の厚さは変化してしまう。表５６０に示す様に、ＮｂＴｉＯｘ５４０‐１は撮像のための可視光（例えば、赤／緑／青（ＲＧＢ）光）検出用の一組の３つのチャネルと奥行き感知（例えば３Ｄ奥行き感知）用の第４のチャネル（例えばＩＲ及び青の光）とを形成することができる。全部で４つのチャネルが図４Ａ～４Ｃに示すスペーサ４４０‐１～４４０‐４に対応することができる。青の可視光検出用の第１チャネルは約４４．８ｎｍの総厚を有し、緑の可視光検出用の第２チャネルは総厚約６０．５ｎｍを有し、赤の可視光検出用の第３チャネルは総厚約８２．９ｎｍを有し、ＩＲ及び青の光検出（奥行き感知）用の第４チャネルは総厚約１３４．５ｎｍを有する。いくつかの実施形態において、ＮｂＴｉＯｘ５４０‐１の層を図４Ａ～４Ｃに示す形態で堆積させることができる。例えば、各チャネルは個々のフィルタ層の積層であってもよく、共通の第１フィルタ層を共有してもよく、先に堆積されたフィルタ層の一部に堆積させてもよい。この場合、図４Ｂ及び４Ｃに示す様に、各チャネルに共通の少なくとも１つの層を堆積することにより、保護層を提供してＡｇ層５３０の耐久性を向上させることができる。

更に図５Ａを参照すると、 ＮｂＴｉＯｘ層５４０‐２は約５０ｎｍの厚さを有し、Ｓ
ｉＯ２層５５０‐１は約１８ｎｍの厚さを有し、ＮｂＴｉＯｘ層５４０‐３は約１６ｎｍの厚さを有し、ＳｉＯ２層５５０‐２は約１０１ｎｍの厚さを有することができる。層５４０‐２、５５０‐１、５４０‐３及び５５０‐２は共に、基板５１０に埋め込まれた、又は基板５１０に配置されたセンサ素子の反射防止膜を形成することができる。

図５Ｂに示すグラフ５７０は実施例５００のチャネルに関する一組の光学特性を示している。例えば、赤い可視光の感知に関係する第１チャネルは、約６２０ｎｍの中心波長を有している。同様に、緑の可視光の感知に関係する第２チャネルは約５２０ｎｍの中心波長を有している。同様に、青い可視光の感知に関係する第３チャネルは約４５０ｎｍの中心波長を有している。同様に、奥行き感知（例えば青い光とＩＲ光の感知）に関係する第４チャネルは約４５０ｎｍ（青い光）及び８５０ｎｍ（ＩＲ光）の中心波長を有している。本明細書には特定の一組の中心波長を示すが、その他の中心波長も可能であり、図５Ｂに関して記載したものと異なるものであってもよい。

図５Ｃに示す表５８０は、実施例５００に関するセンサ素子のセンサ素子アレイを示している。例えば、センサ素子アレイ（例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術、電荷結合素子（ＣＣＤ）技術など）は、一組の第１チャネル（例えばＲで示される赤い光チャネル）、一組の第２チャネル（例えばＧで示される緑の光チャネル）、一組の第３チャネル（例えばＢで示される青い光チャネル）及び一組の第４チャネル（例えＩＲ／Ｂで示されるＩＲ及び青い光のチャネル）を含む。この場合、センサ素子アレイのスペーサ層は、図４Ｃに関して本明細書に記載する様に、各スペーサ層を先のスペーサ層の一部に堆積させることによって製造される。これにより、ＩＲ／Ｂチャネルは他のチャネルと比
べて、約５１．６ｎｍの最大厚さを持つようになる。その厚さに基づき、センサ素子アレイにおけるセンサ素子の間隔を約１５０ｎｍとすることができる。

いくつかの実施形態において、センサ素子を裏面照射型センサ素子として、別の構成のセンサ素子よりも向上した量子効率及びスペクトル反応再現性を提供することができる。いくつかの実施形態において、誘電体ブロッカーを約７５０ｎｍの厚さを有するＩＲ／Ｂチャネルに適用して、間隔を約２μｍとすることができる。本明細書では、チャネルの４つのスペクトル領域を配置させる特定のパターンに関して説明しがが、その他のチャネルパターン及び／又は数量であってもよい。例えば、表５８０は６４のチャネルを有するセンサ素子アレイを示しているが、本明細書に記載する実施例においては、例えば６４以下（例えば、６４、６３、６２．．．２つのチャネル）、３２以下、１６以下、８以下、４以下などの閾値以下のチャネル数としてもよい。別の実施例においては、センサ素子の別の数量（例えば画素）であってもよい。例えば、本明細書に記載する実施例は、約１０００万～４０００万画素、約２５万～４０００万画素などのカウントに使用することができる。これに加えて、又はこれに代えて、本明細書に記載する実施例は、約２５万、約１００万、約４００万、約２０００万よりも大きな画素数のカウントに使用することもできる。

図５Ｄに示すグラフ５９０及び５９０’は、センサ素子の角度シフトに関する例示的光学特性を認識するために設けたものである。グラフ５９０及び５９０’はセンサ素子の角度シフトを示している。例えば、グラフ５９０は近赤外フィルタの混合スペーサ構成体（例えば約４４．８ｎｍの酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）及び約４２ｎｍのＳｉ：Ｈスペーサ）の使用に関するものである。別の例において、混合スペーサ構成体は、１つ又は複数の第１層の別の第１材料（例えば別の酸化物）と１つ又は複数の第２層の別の第２材料とを含むことができる。グラフ５９０は図５Ｅの表５９５に示されている一組のコーティングを使った光学フィルタに関するものである。図５９０’は実施例５００と同様のスペーサ構成体の使用に関するものである。図５９０’は図５Ｅの表５９５’に示す一組のコーティングを使った光学フィルタに関するものである。図５Ｅに示す様に、グラフ５９０の光学フィルタ及びグラフ５９０’の光学フィルタは、赤いチャネル、緑のチャネル及び青のチャネルの類似した積層を有しているが、ＮＩＲチャネル用の異なる積層も含んでいる。例えば、グラフ５９０の光学フィルタは、本明細書に記載する第２オーダーのピークをブロックする水素化シリコンを有する。

図５Ｄに示す様に、ＮＩＲ（例えば約８５０ｎｍ）スペクトルにおける０°の入射角（ＡＯＩ）から３０°のＡＯＩへのシフトでは、ＮＩＲ光を受光するグラフ５９０の光学フィルタと関連するセンサ素子は、グラフ５９０’の光学フィルタと関連するセンサ素子と比較して、角度シフトの低減及び透過率の向上を呈している。同様に、青い光のスペクトル領域（例えば約４５０ｎｍ）における０°から３０°へのＡＯＩのシフトにおいて、グラフ５９０の光学フィルタを用いたセンサ素子は、グラフ５９０’の光学フィルタを用いたセンサ素子と比較して、角度シフトの低減及び透過率の向上を呈している。更に、ブロッカーはグラフ５９０の光学フィルタを用いてセンサ素子の第２オーダーのピークを制御する必要はない。

上述の図５Ａ～５Ｅは単なる例として示したものである。その他の例も可能であり、図５Ａ～５Ｅに示すものと異なるものであってもよい。

このようにして、約１０μｍ未満、５μｍ未満、１μｍ未満、５００ｎｍ未満、２００ｎｍ未満、１５０ｎｍ未満などの間隔を持つセンサ素子アレイ用の光学フィルタを製造することができる。更に、光学フィルタは、別のタイプの光学フィルタと比較して低減された角度シフトと向上された透過率とを有している。

上述の開示は例示及び説明を提供するものであるが、全てを網羅している訳ではなく、実施例を開示された形態に厳密に制限することを意図するものではない。変更及び変形は、上述の開示に照らして行うことができる、又は実施例の実施から取得することができる。

本明細書で使用するコンポーネントという用語は、ハードウェア、ファームウェア及び／又はハードウェアとファームウェアの組み合わせとして広く解釈されることを意図している。

本明細書に記載するいくつかの実施形態は閾値に関するものである。本明細書に記載する、閾値を満足させるとは、閾値よりも大きい値、閾値を超える値、閾値よりも高い値、閾値以上の値、閾値未満の値、閾値よりも少ない値、閾値よりも低い値、閾値以下の値、閾値と等しい値などを指す。

本明細書に記載するシステム及び／又は方法は、ハードウェア、ファームウェア及び／又はハードウェアとファームウェアの組み合わせの異なる形態で実施することができる。これらのシステム及び／又は方法を実施するために使用される、実際の専用制御ハードウェア又はソフトウェアコードは実施例を制限するものではない。従って、本明細書に記載するシステム及び／又は方法の操作及び挙動は特定のソフトウェアコードを参照したものではなく、ソフトウェア及びハードウェアは、本明細書の記載に基づいてシステム及び／又は方法を実施するように設計することができると理解されたい。

特性の特別な組み合わせを請求項に記載し、及び／又は明細書に開示したが、これらの組み合わせは可能な実施形態の開示を制限することを意図するものではない。実際、これらの特性の多くは、請求項に具体的に記載されていない方法、及び／又は明細書に開示されていない方法で組み合わせることができる。以下に記載する各々の従属請求項は１つの請求項のみに従属させることができるが、可能な実施例の開示は、各々の従属請求項と請求項の範囲における他の全ての請求項との組み合わせを含んでいる。

本明細書で使用される要素、行為又は命令は、明示的な記載のない限り、重要又は必須であると解釈してはならない。また、本明細書で使用する「ａ」及び「ａｎ」の冠詞は１つ又は複数のアイテムを含むものとし、「１つ又は複数の」と代替可能に使用することができる。更に、本明細書で使用する「組（set）」という用語は、１つ又は複数のアイテ
ム（例えば関連アイテム、非関連アイテム、関連アイテムと非関連アイテムの組み合わせなど）を含むものとし、「１つ又は複数の」と代替可能に使用することができる。１つのアイテムのみが意図される場合、「１つの」という用語又は類似の言葉が使用される。また、本明細書で使用する「有する（has, have, having）」などの用語は開放型用語であ
るものとする。更に、「に基づく（based on）」という言い回しは、特に断りのない限り、「少なくとも部分的に～に基づく」ことを意味するものとする。

Claims (20)

1. 基板に配置されたフィルタアレイを備えるデバイスであって、該フィルタアレイは、
   前記基板に配置された第１ミラーと、
   前記第１ミラーに配置された複数のスペーサと、
   前記複数のスペーサに配置された第２ミラーとを含み、
   前記複数のスペーサの中の第１スペーサは第１厚さを有し、
   前記複数のスペーサの中の第２スペーサは前記第１厚さと異なる第２厚さを有し、
   前記第１スペーサに対応する第１チャネル及び前記第２スペーサに対応する第２チャネルは約１０μｍ未満の分離幅を有するデバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスにおいて、前記第２ミラーは一組のセンサ素子の中の２つ以上のセンサ素子と整列されるデバイス。
3. 請求項１又は２に記載のデバイスにおいて、前記複数のスペーサは前記基板に、
   物理蒸着（ＰＶＤ）工程、
   化学蒸着（ＣＶＤ）工程、又は
   リフトオフプロセスの中の少なくとも１つを用いて堆積されるデバイス。
4. 請求項１～３の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第１厚さ又は前記第２厚さは光の特定のスペクトル領域を通過するように選択され、前記特定のスペクトル領域は、
   紫外線（ＵＶ）スペクトル領域、
   可視スペクトル領域、
   近赤外（ＮＩＲ）スペクトル領域、
   中波長赤外（ＭＷＩＲ）スペクトル領域、又は
   低波長赤外（ＬＷＩＲ）スペクトル領域の中の少なくとも１つを含むデバイス。
5. 請求項１～４の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記デバイスはシリコン系検出器又はインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）系検出器であるデバイス。
6. 請求項１～５の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記デバイスは閾値数量未満のチャネルを持つハイパースペクトル画像センサであるデバイス。
7. 請求項１～６の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第１ミラー又は前記第２ミラーは銀層又はアルミニウム層を含む金属ミラーであるデバイス。
8. 請求項１～７の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第１ミラー又は前記第２ミラーは低屈折材料及び高屈折率材料を含む１／４積層であり、
   前記低屈折材料は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）層又は酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の中の少なくとも１つを含むデバイス。
9. 請求項１～８の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記第１ミラー又は前記第２ミラーは低屈折材料及び高屈折率材料を含む１／４積層であり、
   前記高屈折率材料は、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）層、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）層、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）層、二酸化チタン（ＴｉＯ２）層、又は二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層の中の少なくとも１つを含むデバイス。
10. 請求項１～９の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記複数のスペーサは、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）層，五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）層、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５
    ）層、二酸化チタン（ＴｉＯ２）層、又は二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）層の中の少なくとも１つを含むデバイス。
11. 基板に配置されたフィルタアレイを備えるデバイスであって、該フィルタアレイは、
    前記基板に配置された第１ミラーと、
    前記第１ミラーに配置されたスペーサと、
    約５μｍ未満の分離幅を有する、前記第１スペーサ層に対応する第１チャネル及び前記第２スペーサ層に対応する第２チャネルと、
    前記スペーサに配置された第２ミラーとを含み、
    前記スペーサは複数のスペーサ層を含み、
    前記複数のスペーサ層の中の第１スペーサ層は前記第１ミラーを覆うように配置され、
    前記複数のスペーサ層の中の第２スペーサ層は前記第１スペーサに配置されるデバイス。
12. 請求項１１に記載のデバイスにおいて、前記スペーサは 前記第１スペーサ層に配置さ
    れた、前記複数のスペーサ層の中の第３スペーサ層を更に備え、該第３スペーサ層と前記第２スペーサ層とは隣接していないデバイス。
13. 請求項１１又は１２に記載のデバイスにおいて、前記フィルタアレイはセンサ素子アレイと整列され、前記センサ素子アレイは複数のセンサ素子を含むハイパースペクトル画像センサであり、前記複数のセンサ素子は約２５万画素～４０００万画素を有するデバイス。
14. 請求項１１～１３の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記分離幅は約５００ｎｍ未満であるデバイス。
15. 請求項１１～１４の何れか一項に記載のデバイスにおいて、前記フィルタアレイは、ブロッカー層、又は反射防止膜の中の少なくとも１つを含むデバイス。
16. 基板に配置されたフィルタアレイを備えるデバイスであって、
    前記基板はセンサ素子アレイに接着されるガラス基板、又は前記センサ素子アレイを含むシリコン基板であり、
    前記フィルタアレイは、
    前記基板に配置された第１ミラーと、
    複数のスペーサ層と、
    前記複数のスペーサ層に配置された第２ミラーとを含み、
    前記複数のスペーサ層の中の第１スペーサ層は前記第１ミラーに配置され、前記センサ素子アレイの一組のセンサ素子を覆い、
    前記複数のスペーサ層の中の第２スペーサ層は前記第１スペーサ層に配置され、前記一組のセンサ素子のサブセットを覆い、
    前記複数のスペーサ層の中の第３スペーサ層は前記第２スペーサ層に配置され、前記センサ素子のサブセットを覆い、
    前記一組のセンサ素子の各センサ素子は約１μｍ未満の間隔を有するデバイス。
17. 請求項１６に記載のデバイスにおいて、前記一組のセンサ素子は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術、又は電荷結合素子（ＣＣＤ）技術を備えるデバイス。
18. 請求項１６又は１７に記載のデバイスにおいて、前記第３スペーサ層に配置され、セン
    サ素子の前記サブセットの前記サブセットのサブセットを覆う、前記複数のスペーサ層の第４スペーサ層を更に備えるデバイス。
19. 請求項１８に記載のデバイスにおいて、該デバイスは赤‐緑‐青‐赤外（ＲＧＢ、ＩＲ／Ｂ）奥行き感知システムであり、該ＲＧＢ、ＩＲ／Ｂ奥行き感知システムは、前記複数のスペーサ層によって構成される一組の赤チャネル、一組の緑チャネル、一組の青チャネル及び一組の赤外チャネルを含むデバイス。
20. 請求項１９に記載のデバイスにおいて、前記一組の赤外チャネルは混合スペーサ構成を有し、該混合スペーサ構成は、１つ又は複数の酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）ベース層及び１つ又は複数の水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）ベース層を含むデバイス。

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