(57)【要約】  本発明は、トラバーススロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）の回折格子によって構造化された少なくとも１つの金属層（１０１）を含むスペクトルフィルター（１００）に関する。回折格子が、互いに垂直に交差するトラバーススロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）の少なくとも２つのサブ回折格子から構成される。
2009534700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラバーススロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）の回折格子によって構造化された少なくとも１つの金属層（１０１）を含み、
前記回折格子が、互いに垂直に交差するトラバーススロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）の少なくとも２つの第一サブ回折格子から構成されるスペクトルフィルター（１００）。
【請求項２】
前記２つの第一サブ回折格子の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）と交差するトラバーススロット（１０９）の少なくとも１つの第三サブ回折格子をさらに含む請求項１に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項３】
前記第三サブ回折格子の前記スロット（１０９）が、約４５°に等しい角度で前記２つの第一サブ回折格子の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）と交差する請求項２に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項４】
前記２つの第一サブ回折格子の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）及び前記第三サブ回折格子の前記スロット（１０９）と交差するトラバーススロット（１１２）の少なくとも１つの第四サブ回折格子をさらに含む請求項２又は３に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項５】
前記第四サブ回折格子の前記スロット（１１２）が、前記第三サブ回折格子の前記スロット（１０９）と垂直に交差する請求項４に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項６】
１つ又はそれぞれの前記サブ回折格子の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ、１０９、１１２）が、一定の間隙を介し及び／又はそれぞれが同じ幅を含む請求項１から５のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項７】
それぞれのサブ回折格子が、規則的なパターンの繰り返しによって形成され、
前記規則的なパターンが、前記サブ回折格子の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）の１つ及び前記サブ回折格子の２つの隣り合ったスロットを分離する前記金属層（１０１）の一部（１０６、１０７）を含む請求項１から６のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項８】
１つ又はそれぞれの前記サブ回折格子の前記規則的なパターンの幅が、約３５０ｎｍ未満である請求項７に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項９】
１つ又はそれぞれの前記サブ回折格子の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ）のそれぞれの幅が、この又はこれらのサブ回折格子の前記規則的なパターンの幅の約１０％から５０％の間である請求項７又は８に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１０】
前記金属層（１０１）の厚さは、約５０ｎｍから数百ｎｍの間である請求項１から９のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１１】
前記金属層（１０１）は、アルミニウム、及び／又は銀、及び／又は金をベースにする請求項１から１０のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１２】
前記金属層（１０１）内の前記スロット（１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ、１０９、１１２）によって形成される間隙が、誘電材料（１０８）で満たされる請求項１から１１のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１３】
前記構造化された金属層（１０１）の上に配列された少なくとも１つの第一誘電体層（１０５）及び／又は前記構造化された金属層（１０１）の下に配列された少なくとも１つの第二誘電体層（１０４）をさらに含む請求項１から１２のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１４】
前記第一（１０５）及び／又は前記第二（１０４）誘電体層の厚さは、約５０ｎｍから数百ｎｍの間である請求項１３に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１５】
前記誘電体（１０４、１０５、１０８）が、約１．６未満の屈折率を有する請求項１２から１４のいずれか一項に記載のスペクトルフィルター（１００）。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の、同一水平面に配列される少なくとも１つの第一（１００ａ）及び１つの第二（１００ｂ）スペクトルフィルター、並びに
前記スペクトルフィルター（１００ａ、１００ｂ）の下に配列される少なくとも２つの光検出器（２０２）を含む画像センサー（２００）。
【請求項１７】
前記フィルター（１００ａ、１００ｂ）が、互いに接続される請求項１６に記載の画像センサー（２００）。
【請求項１８】
前記第一スペクトルフィルター（１００ａ）の前記金属層（１０１ａ）の厚さが、前記第二スペクトルフィルター（１００ｂ）の前記金属層（１０１ｂ）の厚さと異なる請求項１６又は１７に記載の画像センサー（２００）。
【請求項１９】
前記第一スペクトルフィルター（１００ａ）の前記金属層（１０１ａ）の厚さが、前記第二スペクトルフィルター（１００ｂ）の前記金属層（１０１ｂ）の厚さと同一であり、
前記２つのスペクトルフィルター（１００ａ、１００ｂ）の前記規則的なパターンの幅及び／又は前記スロットの幅が、異なる請求項１６又は１７に記載の画像センサー（２００）。
【請求項２０】
前記スペクトルフィルター（１００ａ、１００ｂ）を覆う保護層（２０４）をさらに含む請求項１６から１９のいずれか一項に記載の画像センサー（２００）。
【請求項２１】
第三（１００ｃ）及び第四（１００ｄ）スペクトルフィルターをさらに含み、
前記４つのスペクトルフィルター（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）が、Ｂａｙｅｒフィルターを形成し、
少なくとも２つの他の光検出器（２０２）が、前記第三（１００ｃ）及び第四（１００ｄ）スペクトルフィルターの一方の下にそれぞれ配列され、
前記Ｂａｙｅｒフィルター（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）及び前記４つの光検出器（２０２）が、前記画像センサー（２００）のピクセルを形成する請求項１６から２０のいずれか一項に記載の画像センサー（２００）。
【請求項２２】
前記光検出器（２０２）が、基板（２０１）上に形成される請求項１６から２１のいずれか一項に記載の画像センサー（２００）。
【請求項２３】
前記光検出器（２０２）と前記スペクトルフィルター（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ）との間に配列された支持層（２０３）をさらに含む請求項１６から２２のいずれか一項に記載の画像センサー（２００）。
【請求項２４】
誘電体層（１０４）内にスロットの回折格子を形成する段階であって、ここで、前記回折格子が、互いに垂直に交差するスロットの少なくとも２つのサブ回折格子から構成される段階、
前記誘電体層（１０４）内に形成された前記スロットの回折格子内に金属層（１０１）を堆積する段階、及び
前記金属層（１０１）を平坦化する段階を含むスペクトルフィルター（１２０）の製造方法。
【請求項２５】
誘電体層（１０４）上に金属層（１０１）を堆積する段階、
前記金属層（１０１）内において、スロットの回折格子を形成する前記金属層（１０１）のインプレッション段階であって、ここで、前記スロットの回折格子が、互いに垂直に交差するスロットの少なくとも２つのサブ回折格子から構成される段階、
前記スロットが、それらをトラバースするレベルにまで、前記金属層（１０１）をエッチングする段階、
前記金属層（１０１）上に誘電体層（１０５）を堆積する段階、及び
前記誘電体層（１０５）を平坦化する段階を含むスペクトルフィルター（１３０）の製造方法。
【請求項２６】
前記平坦化する段階の後に、前記スペクトルフィルター（１２０、１３０）の前記誘電体層（１０５）の中間物を介して、前記スペクトルフィルター（１２０、１３０）を、他の誘電体の層（１４２）の上に転写する段階を含む請求項２４又は２５に記載のスペクトルフィルター（１２０、１３０）の製造方法。
【請求項２７】
請求項１から１５の一項に記載の少なくとも１つのスペクトルフィルター（１２０、１３０）を形成する前に、少なくとも１つの光検出器（２０２）上に支持層（２０３）を堆積する段階を含み、ここで、前記スペクトルフィルター（１２０、１３０）が、前記支持層（２０３）上に形成される又は転写される画像センサー（２２０、２３０）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフィルタリング技術の分野に係り、特に、画像センサーに使用されるスペクトルフィルターの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に携帯電話及びデジタルカメラに備えられる画像センサーは、主に光検出器及び焦点調節光学素子のマトリクスから構成される。これらの光学素子は、オブジェクトの画像を光検出器のマトリクス上に形成させることが出来る。カラーの画像を得るために、センサーのピクセル上に色フィルターの回折格子２０を整列させることが知られている。この回折格子２０のマトリクス化は、図１Ａに表されるような、赤フィルター２、２つの緑フィルター４、６、及び青フィルター８をマトリクス化する、“ＢＡＹＥＲ”として知られている方式によって実行される。これらのフィルターの下に配列されたそれぞれの光検出器は、サブ−ピクセルを構成する。これらの４つのサブ−ピクセルのセットは、光検出器のマトリクスのピクセル１０を構成する。画像の色は、光検出器のマトリクスのピクセルによって受け取られる“モノカラー”信号からデジタル処理によって再構成される。図１Ｂに表されるように、これらのフィルターは、光検出器１２、電気相互接続部１４及び誘電パッシベーション層１６の数マイクロメートル上に通常は配置される。
【０００３】
大量生産型の画像センサーの分野において、センサーは、広い開口のレンズの焦点に配置される：センサー上の光線の平均入射角は、センサーの２つのスポットの間において−２５°から＋２５°まで変化することが出来、センサーのそれぞれのピクセル上の開口角は、通常、約＋／−１０°である。それぞれのフィルターは、多角的な入射によって照射される。色のフィルタリングを達成するために、フィルターの特性（透過波長、透過レベル、スペクトル幅）が、どの入射角においても一定であることが重要である。特性が入射角に依存しないフィルターが、使用されなければならない。
【０００４】
このため、光をフィルタリングするために平行なスロットの回折格子を使用することが知られている：その幾何学的な特徴のおかげで、このフィルターは、波長の範囲に適応させられる。実際には、特許文献１は、色のフィルタリング機能を行うために、金属層内に開口部を作るスロットの一次元回折格子を開示している。この形状において、また、スロットが、金属層を介してフィルタリングされた光線の透過を確保することが予測される。また、これらは、スロットが可視光の波長未満の幅を有する場合に、フィルタリングがさらに選択的になることを示す。
【０００５】
しかしながら、光の１つの偏光だけがフィルタリングされ及び透過されるため、これらのフィルターの光の収率（ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ  ｙｉｅｌｄ）は極めて低く、これは、ターゲットとされる適応分野において、大きな欠点となる。
【０００６】
他の制限は、表面プラズモンとして知られている、スロットの回折格子を形成する金属層の表面における電磁モードの存在と関係がある。金属層のスロット上において入射光が回折する間、これらの電磁モードが励起されうる。波長及び角度に選択的な、この励起が、スロットによって行われるバンドパスフィルター機能を低下させる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０１０３１５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、波長フィルタリングを確保するデバイスを提供することであり、その透過特性は、いずれの光線入射角においても一定であり、高い光の収率を得ることを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明は、トラバーススロットの回折格子によって構造化される少なくとも１つの金属層を含むスペクトルフィルターを提案し、ここで、回折格子は、互いに垂直に交差するトラバーススロットの少なくとも２つの第一サブ回折格子から構成される。
【０００９】
従って、そのようなスペクトルフィルターを備え、受け取った光線のＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光モードとＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光モードの両方の透過及びフィルタリングを確保することが可能であり、特にＣＭＯＳ型画像センサーの入射条件において、フィルターの良好な光の収率を得ることを可能にする。
【００１０】
さらに、本発明は、フィルターによって透過される波長が、フィルターと関連するその幾何学的パラメータであって化学的ではないパラメータを用いて調整されることを可能にする。
【００１１】
スペクトルフィルターは、２つの第一サブ回折格子のスロットと交差するトラバーススロットの少なくとも１つの第三サブ回折格子をさらに含んでもよい。
【００１２】
第三サブ回折格子のスロットは、約４５°に等しい角度で２つの第一サブ回折格子のスロットと交差してよい。
【００１３】
スペクトルフィルターは、２つの第一サブ回折格子のスロット及び第三サブ回折格子のスロットと交差するトラバーススロットの少なくとも１つの第四サブ回折格子をさらに含んでもよい。
【００１４】
第四サブ回折格子のスロットは、第三サブ回折格子のスロットと垂直に交差してよい。従って、第三サブ回折格子のスロットが、約４５°に等しい角度で２つの第一サブ回折格子のスロットと交差する場合、第四サブ回折格子のスロットも、約４５°に等しい角度で２つの第一サブ回折格子のスロットと交差し、４５°で互いにオフセットするスロットの４つのサブ回折格子を形成する。
【００１５】
１つ又はそれぞれのサブ回折格子のスロットが、一定の間隙を介し及び／又はそれぞれが同じ幅を含む。
【００１６】
それぞれのサブ回折格子が、規則的なパターンの繰り返しによって形成されてよく、この規則的なパターンが、サブ回折格子のスロットの１つ及びサブ回折格子の２つの隣り合ったスロットを分離する金属層の一部を含む。
【００１７】
１つ又はそれぞれのサブ回折格子の規則的なパターンの幅は、約３５０ｎｍ未満でよい。
【００１８】
スペクトルフィルターが、構造化された金属層の上に配列された少なくとも１つの第一誘電体層及び／又は構造化された金属層の下に配列された少なくとも１つの第二誘電体層をさらに含んでもよい。
【００１９】
第一及び／又は第二誘電体層の厚さは、約５０ナノメートル（ｎｍ）から数百ｎｍの間でよい。
【００２０】
また、本発明は、本発明の主題であって同一水平面に配列される少なくとも１つの第一及び１つの第二スペクトルフィルター、並びにスペクトルフィルターの下に配列される少なくとも２つの光検出器を含む画像センサーに関する。
【００２１】
第一スペクトルフィルターの金属層の厚さは、第二スペクトルフィルターの金属層の厚さと異なる又は同じでよい。
【００２２】
２つのスペクトルフィルターの規則的なパターンの幅及び／又はスロットの幅は、同じ又は異なってよい。
【００２３】
画像センサーは、スペクトルフィルターを覆う保護層をさらに含んでもよい。
【００２４】
画像センサーは、第三及び第四スペクトルフィルターをさらに含んでよく、これら４つのスペクトルフィルターが、Ｂａｙｅｒフィルターを形成し、少なくとも２つの他の光検出器が、第三及び第四スペクトルフィルターの一方の下にそれぞれ配列され、Ｂａｙｅｒフィルター及び４つの光検出器が画像センサーのピクセルを形成する。
【００２５】
画像センサーが、光検出器とスペクトルフィルターの間に配列された支持層を含んでもよい。
【００２６】
また、本発明は、以下の段階を含むスペクトルフィルターの製造方法に関する。：
−誘電体層内にスロットの回折格子を形成する段階であって、ここで、回折格子が、互いに垂直に交差するスロットの少なくとも２つのサブ回折格子から構成される。
−誘電体層内に形成されたスロットの回折格子内に金属層を堆積する段階。
−金属層を平坦化する段階。
【００２７】
また、本発明は、以下の段階を含む、スペクトルフィルターを製造する他の方法を対象とする。：
−誘電体層上に金属層を堆積する段階。
−金属層内において、スロットの回折格子を形成する金属層のインプレッション段階であって、ここで、スロットの回折格子が、互いに垂直に交差するスロットの少なくとも２つのサブ回折格子から構成される。
−スロットが、それらをトラバースするレベルにまで、金属層をエッチングする段階。
−金属層上に誘電体層を堆積する段階。
−その誘電体層を平坦化する段階。
【００２８】
平坦化する段階の後に、この方法は、スペクトルフィルターの誘電体層の中間物を介して、スペクトルフィルターを、他の誘電体の層の上に転写する段階を含んでよい。
【００２９】
最後に、また本発明は、本発明の主題である少なくとも１つのスペクトルフィルターを形成する段階の前に、少なくとも１つの光検出器上に支持層を堆積する段階を含む画像センサーの製造方法に関し、ここで、スペクトルフィルターが、支持層上に形成される又は転写される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明が、添付の図面を参照し、単に表示の目的のために与えられ及びなんら制限するものではない実施形態の記述を読むことにより、さらに理解されるだろう。
【００３１】
１つの図から次の図への移動を容易にするため、以後、異なる図に記述された同一な、同様な又は同等な部位は、同じ参照符号を有する。
【００３２】
図をさらに読み易くするために、図に表された異なる部位は、必ずしも一定のスケールではない。
【００３３】
第一に、本発明の第一実施形態による、本発明の対象である、スペクトルフィルター１００を表す図２Ａを参照する。
【００３４】
このスペクトルフィルター１００は、構造化された金属層１０１を含む。この構造は、第一サブ回折格子を形成するスロット１０２ａから１０２ｅによって形成され、スロット１０３ａから１０３ｈが、第二サブ回折格子を形成する。これらのスロット１０２ａから１０２ｅ及び１０３ａから１０３ｈは、トラバースしており、換言すると、これらは、金属層１０１の全体の厚さにわたって形成されている。第一サブ回折格子のスロット１０２ａから１０２ｅは、第二サブ回折格子のスロット１０３ａから１０３ｈと垂直に交差している。
【００３５】
互いに垂直であるこれらの２つのサブ回折格子は、フィルタリング及び透過の確保を可能にし、ＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光モードとＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ）偏光モードの両方であって、これらの２つのモードは、互いに垂直である。従って、この２つのサブ回折格子の一方は、ＴＭ偏光のフィルタリング及び透過を確保する機能を有する、例えば、スロット１０３ａから１０３ｈであり、他のサブ回折格子のスロット１０２ａから１０２ｅは、ＴＥ偏光のフィルタリング及び透過を確保する。
【００３６】
フィルタリングされた光線の高い透過を得るために、金属層１０１が、透過波長の範囲内において最小限の吸収性を有する金属から形成される。可視波長に対し、この金属は、例えば、アルミニウム、及び／又は銀及び／又は金でよい。例えば、可視範囲のものよりも長い波長に対し、他の金属を使用することも可能である。
【００３７】
図２Ｂに表される代替案により、金属層１０１が形成されてもよい。層１０１内に形成されるスロット１０２ａ、１０２ｂ．．．及び１０３ａ、１０３ｂ、．．．の２つのサブ回折格子に加え、トラバーススロット１０９及び１１２の２つの他のサブ回折格子が、金属層１０１内に形成される。図２Ｂの実施例において、これらの２つの追加のサブ回折格子のスロット１０９及び１１２は、互いに垂直であり、約４５°と等しい角度に従って、２つの第一サブ回折格子のスロット１０２ａ、１０２ｂ．．．及び１０３ａ、１０３ｂ、．．．と交差する。結果として、スロット１０２ａから１０２ｅ、１０３ａから１０３ｈ、１０９及び１１２の４つのサブ回折格子が得られ、約４５°に等しい角度によって互いにオフセットする。このようにして、斜めの入射ＴＥ偏光及びＴＭ偏光の透過が、さらに対称的となる。
【００３８】
図２Ａ又は図２Ｂのそれぞれのサブ回折格子が、数回繰り返される規則的なパターンによって形成されるものとして想定されうる。結果として、それぞれのサブ回折格子において、全てのスロットが、同一の幅を有し、一定の間隙を介する。図２Ａの実施例において、スロット１０２ａから１０２ｅのサブ回折格子に対し、規則的なパターンは、例えば、スロット１０２ａ及び隣り合ったスロット１０２ａと１０２ｂを分離する金属層１０１の一部１０７を含んでよい。それから、サブ回折格子が、この規則的なパターンを６回繰り返すことにより形成される。スロット１０３ａから１０３ｈのサブ回折格子に対し、規則的なパターンは、例えば、スロット１０３ａ及び２つの隣り合ったスロット１０３ａと１０３ｂを分離する金属層１０１の一部１０６を含む。２つの規則的なパターンの距離は、換言すると、規則的なパターンの幅は、サブ回折格子のピッチ又はピリオドとして知られている。入射光の角度にほとんど依存しない、フィルター１００の良好な感応性を得るために、一方又はそれぞれのサブ回折格子のピリオドが、例えば３５０ｎｍ未満であってよい。結果として、このようなピリオドを備えた場合、金属層１０１上の表面プラズモンの共鳴励起が回避され、フィルター１００の角安定性が保証される。一般的に言えば、一方又はそれぞれのサブ回折格子のそれぞれのスロットの幅は、好ましくは、この又はこれらのサブ回折格子のピリオドの約１０％から５０％の間である。
【００３９】
また、図２Ａのスペクトルフィルター１００は、例えば薄いフィルムであり金属層１０１の上下にそれぞれ配置される誘電体層１０４及び１０５を含む。また、金属層１０１内においてスロット１０２ａから１０２ｅ及び１０３ａから１０３ｈによって形成された間隙が、例えば誘電体層１０４及び１０５のものと同様な誘電材料１０８によって満たされている。この誘電材料１０８は、スペクトルフィルター１００によって透過されることを目的としている波長を通す。誘電材料１０８の屈折率は、好ましくは１．６未満であってよく、それによって、金属層１０１上の表面プラズモンの共鳴励起を回避することにより、フィルター１００の角安定性の保証のために寄与する。この誘電材料は、例えば、シリコン酸化物、及び／又はＳｉＯＣ、及び／又はナノ多孔性ＳｉＯＣ、及び／又はナノ多孔性シリカ、及び／又はポリマーをベースにしてよい。一般的に言えば、第一及び第二誘電体層１０４及び１０５の厚さは、約５０ｎｍから数百ｎｍの間である。図２Ａにおいて、誘電体層１０４及び１０５は、約１００ｎｍの厚さを有する。また、これらの誘電体層１０４及び１０５は、例えばそれらの平均屈折率を減らすような構造を有してよい。これらの構造は、金属層１０１、換言すると、金属層１０１内に形成されたスロットのそれらと同様又は同様でなくてよい。誘電体層１０４及び１０５内に形成されたこれらの構造が、開いてよく、換言すると、これらは、誘電体層の厚さ全体に渡って形成される、又はされない。これらの構造は、例えば金属層１０１内に形成されたスロットと比較し、幅及び／又は間隙が異なるスロットであってもよい。最後に、誘電体層１０４及び１０５のこれらの構造は、次の１つの光検出器と異なってよい。
【００４０】
図３は、図２Ａに表されたものと同様なスペクトルフィルターのシミュレーション透過曲線を表す。ここで、透過係数は、透過された波長に応じて表現され、ナノメートル単位で表現される。ここで、スペクトルフィルターの金属層が、アルミニウムをベースにして形成され、約１５０ｎｍの厚さを有する。図２Ａのように、この金属層は、互いに垂直に交差するスロットの２つのサブ回折格子を含む。ここで、このスロットの幅は、約８５ｎｍであり、２つのサブ回折格子のピリオドは約３００ｎｍである。曲線３０１は、光線が、金属層の平面に関して０°の入射角でフィルターに達する場合におけるＴＥ及びＴＭ透過を表す。この場合、ＴＥ及びＴＭ透過は、同一である。ここで測定される値は、従来技術において述べられているような、金属層が、同じ方向に全て配向されたスロットの単一サブ回折格子のみを含む場合に得られるものと、あまり違わない。実際には、光子は、不利に配向されたスロットによって反射される前に、好ましく配向されたスロットによって主に透過される。非−偏光ビームがなければ、この構造は、従来技術のデバイスと比較して、透過における純益を可能にする。光線の入射角が約１５°である場合において、曲線３０２が、ＴＭ透過を表し、及び曲線３０３が、ＴＥ透過を表す。ＴＥ及びＴＭ透過の値が、０°入射において計算された透過とほとんど違わないため、フィルターの角度に関する挙動は、極めて安定しているように見られうる。
【００４１】
フィルターの金属層の厚さも、フィルターによって確保される透過に影響を与える。一般的に言うと、この厚さは、約５０ｎｍから数百ｎｍの間である。この厚さは、所望の透過される波長、金属層のスロットに使用される誘電体、及び所望のフィルターの選択性に応じて選択される。
【００４２】
図４は、フィルターの金属層の厚さに応じて、図２Ａに表されるものと同様なスペクトルフィルターによって確保される透過を表す。スロットの幅は、約８５ｎｍであり、サブ回折格子のピリオドは、約３００ｎｍである。ここで、スペクトルフィルターは、空気で囲まれる。透過係数の値は、透過される波長に応じて、ナノメートル単位で表現される。曲線３０４は、約１３０ｎｍの厚さに対応し、曲線３０５は、約１６０ｎｍの厚さに対応し、及び曲線３０６は、約２１０ｎｍの厚さに対応する。金属層の厚さの増加が、フィルターの選択性の減少、及び波長が長い方に向かう最大透過値のシフトをも引き起こすことが、これらの曲線において見られうる。従って、スロットの同じ回折格子によって構成される、Ｎ個の異なる高さの金属のＮ個の層を並置することにより、Ｎ個の異なる色のＮ個のフィルターを形成することが可能である。
【００４３】
従って、本発明の主題である、スペクトルフィルターによって確保されるフィルタリング及び透過が、２つの要因に主に依存する：スロットの回折格子の寸法（スロットの幅及び回折格子のピリオド）及びフィルターの金属層の高さである。
【００４４】
図５は、本発明の主題である画像センサー２００の実施形態を表す。この図においては、２つのサブ−ピクセルのみ、換言すると、２つの光検出器２０２並びに２つのスペクトルフィルター１００ａ及び１００ｂが表される。画像センサー２００は、実際には数千又は数百万のピクセルを含む。光検出器２０２が、例えばシリコンである基板２０１上に形成され、読取り回路とデジタル処理を統合することが出来る。
【００４５】
それぞれのフィルター１００ａ及び１００ｂは、それぞれ１０１ａ及び１０１ｂの金属層を含む。図２Ａの実施例のように、金属層１０１ａ及び１０１ｂは、互いに垂直に交差するトラバーススロットの２つのサブ回折格子から構成されるトラバーススロットの回折格子を含む。これらのスロットの寸法は、例えば、図２Ａのフィルター１００のものと同様であってよい。フィルター１００ａ及び１００ｂは、例えば、ＢＡＹＥＲスキームによって構成される４つのサブ−ピクセルを含むピクセルの上に配列され、ここで、フィルター１００ａは、例えば、緑色をフィルタリング及び透過することを目的とし、フィルター１００ｂは、青色をフィルタリング及び透過することを目的とする。このため、それぞれの層１０１ａ及び１０１ｂは、異なる厚さを有し、所望の波長のみがフィルタリングされることを可能にする。図２Ａの実施例のように、金属層１０１ａ及び１０１ｂは、例えば図２Ａの層１０４及び１０５と同様な２つの薄い誘電体フィルム１０４と１０５の間に配列され、金属層１０１ａ及び１０１ｂ内に形成されるスロットは、誘電材料１０８で満たされる。金属層１０１ａ及び１０１ｂは、例えば、金属の所望の高さ、換言するとフィルタリング及び透過するための波長に応じてエッチングされたユニークな金属層から形成される。金属層１０１ａ及び１０１ｂは、２つの誘電体層１０４、１０５を備え、センサー２００のフィルタリング層を形成する。
【００４６】
スペクトルフィルター１００ａ、１００ｂは、スペクトルフィルター１００ａ、１００ｂを支持する機能を果たす例えばシリコン窒化物又はシリコン酸化物のような誘電体をベースとした支持層２０３によって、光検出器２０２から分離される。この支持層２０３は、図には表されない光検出器２０２に入射光を集める機能を果たす焦点調節要素を含んでもよい。この層２０３は、得られた信号を集め、及び光検出器２０２の絶縁及びパッシベーションを確保するために、光検出器２０２と繋がる電気接点を含んでもよい。ここで、この支持層２０３は、センサー２００が検出する波長には透明である。
【００４７】
フィルター１００ａ及び１００ｂは、例えばポリマー材料をベースとし、スペクトルフィルター１００ａの化学的及び機械的保護及び光検出器２０２上に光線を集める機能を統合しうる保護層２０４によって覆われる。ここで、この保護層２０４は、センサー２００が検出する波長には透明である。
【００４８】
あるいは、フィルター１００ａ及び１００ｂの金属層１０１ａ及び１０１ｂが、同じ高さを有する。この場合、それぞれが、異なる波長における透過を確保するために（例えば、それぞれ緑色及び青色）、金属層１０１ａのスロットの寸法が、他の金属層１０１ｂのスロットの寸法と異なる。これらの寸法は、スロット及び／又は回折格子ピリオドの幅であってよい。
【００４９】
また、画像センサー２００は、図５には表されないが、第三１００ｃ及び第四１００ｄスペクトルフィルターを含み、これらは、２つの他のスペクトルフィルター１００ａ、１００ｂと共にＢａｙｅｒフィルターを形成し、少なくとも２つの他の光検出器２０２のそれぞれが、第三１００ｃ及び第四１００ｄスペクトルフィルターの一方の下に配列される。このようにして、４つの光検出器２０２が、画像センサー２００のピクセルを形成し、Ｂａｙｅｒフィルター１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄによって光のフィルタリングが確保される。
【００５０】
従って、異なる色のフィルターのマトリクスの形成は、２つの異なる方法が想定されうる：
−金属層の厚さが、１つのサブ−ピクセルとその隣とで変化する場合におけるフィルターのマトリクス化。回折格子のスロットのピリオド及び幅が、マトリクスの全てのフィルターに対して同じである。
−金属層の厚さが、同じであるが、スロット及びピリオドのサイズが、１つのフィルターとその隣とで異なる場合におけるフィルターのマトリクス化。
【００５１】
どちらの場合においても、マトリクスのフィルターが、互いに接続されてもよい。
【００５２】
また、本発明の主題である、スペクトルフィルターを形成するいくつかの方法が、これから記述される。これらの方法のそれぞれに対し、ＢＡＹＥＲスキームによって配列される、ピクセルの４つのスペクトルフィルター（青１つ、赤１つ及び緑２つ）を含む画像センサーの形成が、これから記述される。
【００５３】
第一の実施例が、スペクトルフィルター１１０及びこのスペクトルフィルター１１０を含む画像センサー２１０の製造方法の異なる段階を表す図６Ａから６Ｆに関連して記述される。これらの図において、フィルター１１０の形成のみが詳細に記述されるが、画像センサー２１０は、４つのスペクトルフィルターを含む。
【００５４】
図６Ａに表されるように、例えば、図５に表された支持層２０３と同様に、支持層２０３上の誘電体層１０４の堆積が、第一に実施される。ここで、誘電体層１０４の形成のために使用される材料の屈折率は、１．６未満である。この誘電体層１０４は、形成されるフィルターに応じた、高さのバリエーションを含む。従って、誘電体層１０４は、４つのパッドを形成する：青のサブ−ピクセル用のフィルターを形成することを目的とした第一パッド１０４ａ、緑のサブ−ピクセルのフィルターをそれぞれ対象とした第二及び第三パッド１０４ｂ、１０４ｄ、並びに赤のサブ−ピクセルのフィルターを対象とした第四パッド１０４ｃである。それぞれのパッドは、例えば、約０．５マイクロメートルから数十マイクロメートルの間の側面の長さ及び約５０ｎｍから２００ｎｍの間の高さを有する。２つのパッドの間の高さのバリエーションは、通常、０ｎｍから１００ｎｍの間である。これらのパッドは、例えば、フォト−リソエッチング又はナノ−インプレッション（ｎａｎｏ−ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）によって形成されてよい。従って、この段階は、赤、緑及び青のフィルタリング領域を画定及び整列させるために役立つ。
【００５５】
次に、図６Ｂに表されるように、金属層１０１が、誘電体パッド１０４ａから１０４ｄ上に堆積される。可視光フィルターの形成のために、使用される金属は、例えばアルミニウムである。この堆積は、例えば陰極スパッタによって実行される。
【００５６】
図６Ｃは、金属層１０１の平坦化段階を表す。化学機械研磨技術が、この平坦化に使用されてよい。残った金属層１０１は、約５０ｎｍから２００ｎｍの間の厚さを有する。
【００５７】
次に、図６Ｄに表されるように、エッチングマスク１１１の堆積が、金属層１０１上にて実行される。このエッチングマスク１１１が、互いに垂直に交差するトラバーススロットの２つのサブ回折格子を含むトラバーススロットの回折格子によって構造化される。通常、スロットのサブ回折格子のピリオドは、約１００ｎｍから４００ｎｍの間であり、スロットの幅は、３０ｎｍから１５０ｎｍの間である。このマスク１１１は、例えば、誘電性ポリマーをベースにしてよい。感光性ポリマーの固体層において、光学又は電子露光技術が、エッチングマスク１１１の形成に使用されてよい。低コスト大量生産のために、ナノ−インプレッション又はホログラフィック露光技術さえも、有利に使用されうる。
【００５８】
図６Ｅにおいて、次に、異方性エッチングのようなエッチングが、エッチングマスク１１１のような構造化されたポリマー層を使用する金属層１０１上において実行される。その結果、トラバーススロットを形成するように、垂直なスロットのパターンが、金属層１０１の全体の厚さにわたって、複写される。
【００５９】
最後に、図６Ｆに表されるように、例えば１．６未満の屈折率及び数百ｎｍの厚さである誘電体層１０５が、金属層１０１上に堆積される。この層１０５は、金属パターン間の間隙を誘電材料で満たし、及びフィルターの上部の誘電体層を形成することを可能にする。他の要素（特に光学の）がこの誘電体層１０５に追加される場合、化学機械研磨による平坦化段階が、実行される。
【００６０】
フィルター１１０が、画像センサー２１０のサブ−ピクセルを形成する光検出器２０２上に形成される。従って、画像センサー２１０は、フィルター１１０を含む４つのスペクトルフィルターから形成されるＢａｙｅｒフィルターを含む。表されないが、光検出器２０２が、それぞれのフィルターの下に存在し、これによって、画像センサー２１０のピクセルを形成する。
【００６１】
第二実施形態によるスペクトルフィルター及び画像センサーを製造する方法が、図７Ａ及び７Ｂに関連して、これから記述される。
【００６２】
第一に、１．６未満の屈折率の構造化された誘電体層１０４のインプレッションが実行される。この誘電体層１０４が、支持層２０３上に配列される。フィルターの金属層、及び垂直な回折格子の下に配列される第一誘電体層を同時に画定するために、このインプレッション段階は、ナノ−インプレッション技術を使用する。インプレッションが、構造化された金属層を形成するための金属を受け取ることを目的とする隙間を形成するために、反対のパターンが、ここで形成される。
【００６３】
次に、誘電体層１０４の構造に形成された隙間を満たすために、金属層１０１が、構造化された誘電体層１０４上に堆積される。例えば、陰極スパッタ技術が、使用されてよい。
【００６４】
図７Ａに表されるように、次に、誘電体層１０４の埋め込まれた誘電体パッドが現れるまで、金属層１０１の化学機械研磨による平坦化が、実行される。
【００６５】
最後に、１．６未満の屈折率及び約１００ｎｍから５００ｎｍの間の厚さの誘電体層１０５が、例えばＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｕｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、誘電体層１０４のパッド及び金属層１０１上に堆積される。
【００６６】
図８Ａから８Ｄは、本発明によるスペクトルフィルター及びまた本発明による画像センサーの製造方法の第三実施形態を表す。
【００６７】
図８Ａに表されるように、例えば１．６未満の屈折率の誘電体層１０４が、支持層２０３上に堆積される。この堆積は、例えばＰＶＤ堆積によって実行されてよい。
【００６８】
図８Ｂでは、誘電体層１０４上に堆積される金属層１０１内において、金属パッドのホットナノ−インプレッション（ｈｏｔ  ｎａｎｏ−ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）が、実行される。これらのパッドは、互いに垂直なスロットの回折格子を含む。形成されたパッドのそれぞれが、スペクトルフィルターの金属層を形成する。この段階では、スロットは、トラバースするように形成されず、サブ−金属層１３１が、スロットの下に形成されたまま残る。異なる色のフィルターを得るために、異なる高さのパッドが形成される。所望のフィルタリングに応じて、スロットの回折格子が、異なる幅のスロット及び／又はピリオドを含む場合には、同様な高さのパッドを形成することも可能である。
【００６９】
図８Ｃに表されるように、金属層１０１のエッチング段階は、サブ−金属層１３１をエッチングし、これにより、トラバーススロットが形成される。
【００７０】
最後に、図８Ｄにて、例えば、無機の及び１．６未満の屈折率の誘電体層１０５が、ＰＶＤ技術によって、金属層１０１上に堆積され、これにより、スロットが誘電材料によって満たされ及び上部の誘電体層が形成される。この上部の保護層は、平坦化ポリマーをベースにすることも、１．６未満の屈折率とすることも出来る。この場合、この堆積が、スピンコーティング（又は遠心分離による堆積）により実行されることが出来る。
【００７１】
最後に、保護層２０４が、誘電体層１０５上に堆積され、これにより、形成されたスペクトルフィルターを覆う。
【００７２】
これらの３つの実施形態の代わりに、スペクトルフィルター１１０、１２０、１３０を、例えば、シリコン又はガラスをベースとした一時的な及び／又は透明な支持層２０３上に形成し、次に、整列された分子結合技術により光検出器上に組み込まれることが可能である。
【００７３】
この場合、図９Ａに表されるように、例えば１．６未満の屈折率の誘電体層１４２の堆積が、支持層１４１上で実行される。
【００７４】
次に、前もって形成されたスペクトルフィルター１１０、１２０又は１３０が、この誘電体層１４２の上に転写される。それぞれのスペクトルフィルターが、支持層１４１の下に配置された光検出器と共に配列される。新たな誘電体層１４２と接触するのは、スペクトルフィルターの上部の誘電体層１０５である。
【００７５】
最後に、スペクトルフィルターの形成の間に使用される支持層２０３が、フィルターによって透過される波長に透明でない場合、スペクトルフィルターの最上部に配置されたこの支持層２０３が、除去されるためにエッチングされる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１Ａ】従来技術により、光検出器のマトリクス上に配列された色フィルターの回折格子を表す。
【図１Ｂ】従来技術により、光検出器のマトリクス上に配列された色フィルターの回折格子を表す。
【図２Ａ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルターを表す。
【図２Ｂ】第一実施形態の代替案による、本発明の主題であるスペクトルフィルターの金属層を表す。
【図３】光線の入射角に応じた、本発明の主題であるスペクトルフィルターの透過曲線を表す。
【図４】フィルターの金属層の厚さに応じた、本発明の主題であるスペクトルフィルターの透過曲線を表す。
【図５】また、本発明の主題である画像センサーの実施形態を表す。
【図６Ａ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図６Ｂ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図６Ｃ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図６Ｄ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図６Ｅ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図６Ｆ】第一実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図７Ａ】第二実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図７Ｂ】第二実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図８Ａ】第三実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図８Ｂ】第三実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図８Ｃ】第三実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図８Ｄ】第三実施形態による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図９Ａ】３つの実施形態の代替案による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【図９Ｂ】３つの実施形態の代替案による、本発明の主題であるスペクトルフィルター及び該フィルターを含む画像センサーを製造する方法の段階を表す。
【符号の説明】
【００７７】
２    赤フィルター
４、６    緑フィルター
８    青フィルター
１０    ピクセル
１２    光検出器
１４    電気相互接続部
１６    誘電パッシベーション層
２０    回折格子
１００    スペクトルフィルター
１０１    金属層
１０２、１０３、１０９、１１２    スロット
１０４、１０５、１０８    誘電体層
１０６、１０７    金属層１０１の一部
【図１Ａ】
2009534700.tif 000003
【図１Ｂ】
2009534700.tif 000004
【図２Ａ】
2009534700.tif 000005
【図２Ｂ】
2009534700.tif 000006
【図３】
2009534700.tif 000007
【図４】
2009534700.tif 000008
【図５】
2009534700.tif 000009
【図６Ａ】
2009534700.tif 000010
【図６Ｂ】
2009534700.tif 000011
【図６Ｃ】
2009534700.tif 000012
【図６Ｄ】
2009534700.tif 000013
【図６Ｅ】
2009534700.tif 000014
【図６Ｆ】
2009534700.tif 000015
【図７Ａ】
2009534700.tif 000016
【図７Ｂ】
2009534700.tif 000017
【図８Ａ】
2009534700.tif 000018
【図８Ｂ】
2009534700.tif 000019
【図８Ｃ】
2009534700.tif 000020
【図８Ｄ】
2009534700.tif 000021
【図９Ａ】
2009534700.tif 000022
【図９Ｂ】
2009534700.tif 000023
【国際調査報告】
2009534700.tif 000024
2009534700.tif 000025
2009534700.tif 000026
2009534700.tif 000027
2009534700.tif 000028
2009534700.tif 000029