(57)【要約】光学検出装置は、第１と第２の光検出器（Ｓ１、Ｓ２）を支持する基板（Ｓ１）と、基板上に配置されて光検出器アレイを覆うフィルタ積層体とを備える。フィルタ積層体は、バンドパスフィルタ（ＢＰ）と、バンドパスフィルタ（ＢＰ）上に配置された分離層（ＤＬ）と、分離層（ＤＬ）上に配置された下部誘電体ミラー（ＬＭ）と、を備えている。フィルタ積層体は、スペーサ積層体を備える。スペーサ積層体は、下部誘電体ミラー（ＬＭ）上に配置され、第１の誘電材料を含み、前記光検出器アレイを覆う主スペーサ層（ＳＰ）を備える。スペーサ積層体は、第１の誘電材料を含む第１のスペーサ層（Ｓ１）を備える。第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置されて、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う一方で前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆わない。フィルタ積層体は、スペーサ積層体上に配置された上部誘電体ミラー（ＵＭ）を備える。
2019508667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１及び第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）を備えた光検出器アレイを支持する半導体基板（Ｓ）と、前記半導体基板（Ｓ）上に配置されると共に、前記光検出器アレイを覆うフィルタ積層体と、を備えた光学検出装置であって、
前記フィルタ積層体は、
バンドパスフィルタ（ＢＰ）と、
前記バンドパスフィルタ上に配置された分離層（ＤＬ）と、
前記分離層上に配置された下部誘電体ミラー（ＬＭ）と、
スペーサ積層体と、
前記スペーサ積層体上に配置された上部誘電体ミラー（ＵＭ）と、
を備え、
前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）、前記分離層（ＤＬ）及び前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の各々が前記光検出器アレイを覆い、
前記スペーサ積層体は、
前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）上に配置され、第１の誘電材料を含み、前記光検出器アレイを覆う主スペーサ層（ＳＰ）と、
前記第１の誘電材料を含む第１のスペーサ層（Ｓ１）と、
を備え、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置され、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う一方で、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆わない、光学検出装置。
【請求項２】
前記分離層（ＤＬ）は、前記スペーサ積層体、前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）及び前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成されたフィルタ要素から前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）を分離するように構成されている、
請求項１に記載の光学検出装置。
【請求項３】
前記光検出器アレイは、第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）をさらに備え、
前記スペーサ積層体は、前記第１の誘電を材料含む第２のスペーサ層（Ｓ２）をさらに備え、
前記第２のスペーサ層（Ｓ２）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置され、前記第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）を覆う一方で、前記第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）のいずれも覆わず、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第２のセグメントは、前記第２のスペーサ層（Ｓ２）上に配置され、前記第４の光検出器（Ｐ４）を覆う一方で、前記第１、第２及び第３の光検出器（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）のいずれも覆わない、
請求項１または２に記載の光学検出装置。
【請求項４】
前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）及び上部誘電体ミラー（ＬＭ）の各々は、前記第１の誘電材料を含む複数のミラー層（Ｍ１）と、前記第１の誘電材料の第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電材料を含む複数の更なるミラー層（Ｍ２）から構成され、
前記複数のミラー層（Ｍ１）と前記複数の更なるミラー層（Ｍ２）は交互に配置されている、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項５】
前記複数のミラー層（Ｍ１）のうち少なくともいくつか及び前記複数の更なるミラー層（Ｍ２）のうち少なくともいくつかは、特定された中心波長の四分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する、請求項４に記載の光学検出装置。
【請求項６】
第１のフィルタ要素は、
前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の部分と、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記主スペーサ層（ＳＰ）の部分と、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成され、
第２のフィルタ要素は、
前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の部分と、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う前記主スペーサ層（ＳＰ）の部分と、前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントと、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成される、
請求項５に記載の光学検出装置。
【請求項７】
前記第１のフィルタ要素の第１の透過波長の値は、前記主スペーサ層（ＳＰ）の厚さによって決まり、
前記第２のフィルタ要素の第２の透過波長の値は、前記主スペーサ層（ＳＰ）と前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の合計の厚さによって決まる、
請求項６に記載の光学検出装置。
【請求項８】
前記第１の通過波長と前記第２の通過波長は、前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の阻止帯域内および前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の阻止帯域内にある、
請求項７に記載の光学検出装置。
【請求項９】
前記第１の通過波長と前記第２の通過波長は、前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）の通過帯域内にある、請求項７または８に記載の光学検出装置。
【請求項１０】
前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）は、
前記第１の誘電材料を含む複数のバンドパス層と、前記第２の誘電材料を含む複数の更なるバンドパス層からなり、
前記複数のバンドパス層と前記複数の更なるバンドパス層は交互に配置されている、
請求項４から９のうちのいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項１１】
前記第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）は、
前記光学検出装置に入射して、前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）、前記スペーサ積層体および前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）を通過する光を検出し、
前記検出された光に基づいて、第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号をそれぞれ生成する、
ように構成されている、請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項１２】
前記第１と第２のチャンネル信号に基づいて、入射光のスペクトル成分を示す少なくとも１つのスペクトル信号を生成するように構成された読み出し回路をさらに備えた、請求項１１に記載の光学検出装置。
【請求項１３】
前記光検出器アレイは少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を備え、
ここで、Ｍ＝２Ｎ（Ｎは正の整数）であり、
前記主スペーサ層（ＳＰ）は、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を覆い、
前記スペーサ積層体は、前記第１の誘電材料を含むＮ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を備え、
前記Ｎ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）はパターニングされ、Ｍ個のスペーサ要素を、前記主スペーサ層（ＳＰ）と共に形成し、
前記Ｍ個のスペーサ要素のうち第１のスペーサ要素は、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記主スペーサ層（ＳＰ）の部分からなり、
前記第１のスペーサ要素を除いた前記Ｍ個のスペーサ要素の各々は、前記Ｎ個のスペーサ要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２）のうちの異なるサブセットのセグメントを備えると共に、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）うち１つを覆う、
請求項１から１２のうちのいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項１４】
光学検出装置を製造する方法であって、
前記方法は、
半導体基板（Ｓ）を有する半導体ウェハを設ける工程と、ここで、前記基板（Ｓ）は、少なくとも第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）を備えた光検出器アレイを支持し、
バンドパスフィルタ（ＢＰ）を堆積する工程と、
前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）上に分離層（ＤＬ）を堆積する工程と、
前記分離層（ＤＬ）上に下部誘電体ミラー（ＬＭ）を堆積する工程と、
ここで、前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）、前記分離層（ＤＬ）及び前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の各々は、前記光検出器アレイを覆い、
スペーサ積層体を堆積する工程と、
を含み、
前記スペーサ積層体を堆積する工程は、
第１の誘電材料を含み、前記光検出器アレイを覆う主スペーサ層（ＳＰ）を前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）上に堆積する工程と、
第１のリフトオフシーケンスによって、前記第１の誘電材料を含む第１のスペーサ層（Ｓ１）を堆積して構築する工程と、ここで、前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置されると共に、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う一方で前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆わず、
前記スペーサ積層体上に上部誘電体ミラー（ＵＭ）を堆積する工程と、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記分離層（ＤＬ）は、前記スペーサ積層体、前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）及び前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成されたフィルタ要素から前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）を分離するように構成されている、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記光検出器アレイは、第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）をさらに備え、
前記スペーサ積層体を堆積する工程は、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）を堆積する工程の前に、第２のリフトオフシーケンスによって、前記第１の誘電材料を含む第２のスペーサ層（Ｓ２）を堆積して構築する工程をさらに含み、
前記第２のスペーサ層（Ｓ２）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置され、前記第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）を覆う一方で、前記第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ１）のいずれも覆わず、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第２のセグメントは、前記第２のスペーサ層（Ｓ２）上に配置され、前記第４の光検出器（Ｐ４）を覆う一方で、前記第１、第２および第３の光検出器（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）のいずれも覆わない、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記光検出器アレイは、少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を備え、
ここで、Ｍ＝２Ｎ（Ｎは正の整数）であり、
前記主スペーサ層（ＳＰ）は、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を覆い、
前記スペーサ積層体を堆積する工程は、
Ｎ回のリフトオフシーケンスによって、前記第１の誘電材料を含むＮ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を堆積して構築する工程を含み、
前記Ｎ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の各々は、前記Ｍ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）の異なるサブセットを覆い、各サブセットは、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）のうちのＭ／２個を含む、
請求項１４から１６のうちいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学検出装置に関し、特に、ハイパースペクトル光学検出装置、およびそのような光学検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイパースペクトル光学検出装置は、例えば、光のスペクトル組成を分析するために用いられ得る。このため、検出装置は、入射光を検出して、１つのより大きなスペクトル範囲内のいくつかの狭スペクトル帯域に対応する光強度の分布に関する情報を生成してよい。その場合、より大きなスペクトル範囲は百ナノメートル程度、または数百ナノメートル程度の幅を有し得るのに対し、より狭いスペクトル帯域は数ナノメートル程度の幅を有し得る。
【０００３】
ハイパースペクトル光学検出装置向けの既存の手法は、限られた精度、可動部品による脆弱性および／またはスペクトル情報を展開するための信号処理による高度な複雑性などの欠点があり得る。半導体に基づくハイパースペクトル検出装置を製造することは、高マスク総数、リソグラフィーのための深ＵＶ能力および／またはクリティカルディメンションの厳密な制御も要求する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本目的は、上記で説明した欠点を克服する光学検出装置の改良されたコンセプトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本目的は、独立項の発明主題によって達成される。さらなる実施形態は、従属請求項の発明主題である。
【０００６】
改良されたコンセプトによれば、ハイパースペクトル光学検出装置は、単一の半導体チップ上の光検出器アレイとともに一体化されたいくつかの誘電体フィルタ要素を用いる。フィルタ要素は、光検出器アレイのそれぞれの光検出器を覆うように配置される。各フィルタ要素は、下部および上部誘電体ミラーのそれぞれの部分を備え、スペーサ要素が誘電体ミラー間に配置されている。スペーサ要素はリフトオフ技法によって構築されたいくつかの誘電体スペーサ層によって形成される。そのうち、主スペーサ層は全ての光検出器を覆う。第１のスペーサ層は光検出器の半分を覆うセグメントを備える。第２のスペーサ層は２つのセグメントを備え、それらはそれぞれ光検出器の四分の一を覆い、以下同様である。バンドパスフィルタと分離層が下部誘電体ミラーの下方に配置されて、個々のフィルタ要素の通過帯域の望ましくない部分をカットオフする。
【０００７】
改良されたコンセプトによれば、光学検出装置、特にハイパースペクトル光学検出装置が提供される。光学検出装置は、少なくとも第１と第２の光検出器を備えた光検出器アレイを支持する半導体基板と、基板上に配置されて光検出器アレイを覆うフィルタ積層体を備えている。フィルタ積層体は、バンドパスフィルタと、バンドパスフィルタ上に配置された分離層と、分離層上に配置された下部誘電体ミラーを備えている。バンドパスフィルタ、分離層および下部誘電体ミラーそれぞれは光検出器アレイを覆い、特に、光検出器アレイによって含まれる全ての光検出器を覆う。
【０００８】
フィルタ積層体はさらにスペーサ積層体を備える。スペーサ積層体は、第１の誘電材料を含むかまたは第１の誘電材料からなり、特に、光検出器アレイによって含まれる全ての光検出器である光検出器アレイを覆う、下部誘電体ミラー上に配置された主スペーサ層を備える。スペーサ積層体はさらに、第１の誘電材料を含むかまたは第１の誘電材料からなる第１のスペーサ層を備え、第１のスペーサ層の第１のセグメントは主スペーサ層上に配置され、第２の光検出器を覆うが、第１の光検出器は覆わない。フィルタ積層体はさらに、スペーサ積層体上に配置された上部誘電体ミラーを備える。上部誘電体ミラーは、特に、光検出器アレイによって含まれる全ての光検出器である光検出器アレイを覆う。
【０００９】
上部および下部誘電体ミラーは、主スペーサ層および第１のスペーサ層とともに少なくとも２つのフィルタ要素を形成し、それらは、第１の光検出器の上方に配置されて第１の光検出器を覆う第１のフィルタ要素と、第２の光検出器の上方に配置されて第２の光検出器を覆う第２のフィルタ要素とを含むスペクトルセレクタと表示されてもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、第１のフィルタ要素は、第１の光検出器を覆う下部誘電体ミラーの部分と、第１のスペーサ要素と、第１の光検出器を覆う上部誘電体ミラーの部分によって形成される。第１のスペーサ要素は、第１の光検出器を覆う主スペーサ層の部分からなる。第２のフィルタ要素は、第２の光検出器を覆う下部誘電体ミラーの部分と、第２のスペーサ要素と、第２の光検出器を覆う上部誘電体ミラーの部分によって形成される。第２のスペーサ要素は、第２の光検出器を覆う主スペーサ層の部分と、第２の光検出器を覆う第１のスペーサ層の部分、すなわち、第１のスペーサ層の第１のセグメントからなる。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、第１のスペーサ層の各部分、特に、第１のスペーサ層の第１のセグメントは上部誘電体ミラーと直接接触している。第１の光検出器を覆う主スペーサ層の部分は上部誘電体ミラーと直接接触している。
【００１２】
部分という用語は、それぞれの層の別の部分と接続されても接続されなくてもよいそれぞれの層の部分を表す。セグメントという用語は、フォトリソグラフィー構造シーケンス、例えばリフトオフシーケンスによって画定され、該当する場合、それぞれの層の１つ以上の他の部分から分離された、それぞれの層の部分を表す。
【００１３】
誘電体ミラーという用語は、ブラッグミラーを指し、それはブラッグリフレクタ、分散型ブラッグミラーまたはリフレクタまたはブラッグスタックとも呼ばれる。そのような誘電体ミラーはそれぞれの阻止帯域を有する。それぞれのミラーに衝突する、阻止帯域内の波長を有する光は遮断される。しかしながら、阻止帯域は絶縁されたミラーの阻止帯域である。
【００１４】
光という用語は、赤外線、可視光および／または紫外線を含む電磁放射全般を指し得る。
【００１５】
阻止帯域の幅は、例えば、数十ナノメートル程度、百ナノメートル程度、および数百ナノメートル程度にある。
【００１６】
第１と第２のフィルタ要素はそれぞれファブリ・ペローエタロンまたは干渉計を表す。２つの誘電体ミラーと、フィルタ要素を構成する、ミラー間のそれぞれのスペーサ要素の配置は、第１のフィルタ要素の第１の通過帯域と、第２のフィルタ要素の第２の通過帯域が展開するという効果を有する。第１の通過帯域内の波長を有する光は、光の波長が、絶縁されたミラーの阻止帯域内にあっても第１のフィルタ要素を通過できる。同様に、第２の通過帯域内の波長を有する光は、光の波長が、絶縁されたミラーの阻止帯域内にあっても第２のフィルタ要素を通過できる。
【００１７】
第１と第２の通過帯域は各々、第１と第２の透過波長それぞれで透過ピークをそれぞれ備える。第１の透過波長の値は、主スペーサ層の厚さによって与えられる第１のスペーサ要素の厚さで決まる。第２の透過波長の値は、主スペーサ層と第１のスペーサ層の総厚さによって与えられる第２のスペーサ要素の厚さで決まる。それぞれ第１と第２の波長での透過ピークとは別に、フィルタ要素を通る透過は、下部および上部誘電体ミラーの阻止帯域に本質的に対応する波長範囲内に抑えられる。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、第１の透過波長と第２の透過波長は、下部誘電体ミラーの阻止帯域内および上部誘電体ミラーの阻止帯域内にある。
【００１９】
第１と第２のピークの幅は、下部誘電体ミラーの反射率および上部誘電体ミラーの反射率によって決まる。幅、例えば、第１と第２のピークの最大の半分での全幅は、１または数ナノメートル程度である。
【００２０】
第１のフィルタ要素によって覆われる第１の光検出器が、第１の通過帯域内の波長、特に、第１の透過波長にあるまたはそれに近い波長を備えた、光学検出装置に入射する光を検出するために用いられ得る。同様に、第２のフィルタ要素によって覆われる第２の光検出器が、第２の通過帯域内の波長、特に、第２の透過波長にあるまたはそれに近い波長を備えた、光学検出装置に入射する光を検出するために用いられ得る。
【００２１】
下部および上部誘電体ミラーは、それぞれの阻止帯域外にある波長を有する光の透過を増加することを特徴とする場合がある。その結果、第１のまたは第２の通過帯域外にある波長を有する光、特に、阻止帯域外にある波長の光はそれぞれ第１と第２のフィルタ要素を透過し得る。そのような光が光検出器アレイに到達することは望ましくないことがある。特に、そのような望ましくない光が光検出器アレイに到達すると、それは、入射光のスペクトル組成を決定するときにエラーを増やすことにつながる可能性があり、結果として光学検出装置の精度が減少することにつながり得る。しかしながら、バンドパスフィルタと分離層により、そのような望ましくない光は光検出器アレイに到達することを防止され得る。
【００２２】
いくつかの実施形態によれば、バンドパスフィルタは通過帯域を有し、バンドパスフィルタの通過帯域外にある波長の光を遮断する。
【００２３】
いくつかの実施形態によれば、少なくとも２つのフィルタ要素の通過帯域の透過波長、特に、第１の透過波長と第２の透過波長は、バンドパスフィルタの通過帯域内にある。
【００２４】
基板と下部誘電体ミラーの間に配置されたバンドパスフィルタと分離層は、望ましくない光が光検出器アレイに到達することを遮断するように適合される。
【００２５】
バンドパスフィルタは、例えば、バンドパスフィルタの通過帯域が下部および／または上部誘電体ミラーの阻止帯域に対応または概ね対応する波長範囲にわたって延在するように適合されてよい。バンドパスフィルタは、フィルタ要素、特に第１と第２のフィルタ要素のいずれの通過帯域内にも存在しない波長の光が、バンドパスフィルタの通過帯域外にあり、よって遮断されるように適合されてよい。
【００２６】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、バンドパスフィルタは誘電体フィルタとして実施される。
【００２７】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、バンドパスフィルタは、第１の誘電材料を含むバンドパス層と、第２の誘電材料を含むさらなるバンドパス層からなり、バンドパス層とさらなるバンドパス層は交互に配置される。
【００２８】
バンドパス層は必ずしも全て同じ厚さを有さなくてもよい。同様に、さらなるバンドパス層も必ずしも全て同じ厚さを有さなくてもよい。特に、個々の厚さはコンピュータシミュレーションプログラムによって決められてもよい。コンピュータシミュレーションプログラムは例えば、バンドパス層とさらなるバンドパス層の厚さを、望ましいバンドパスフィルタの通過帯域を達成するための最適な方式で決めるために、用いられ得る。
【００２９】
一般に、互いに装着された２つの光学素子は、それらの個々の透過の積とは異なる全透過を特徴とする可能性がある。
【００３０】
しかしながら、分離層はバンドパスフィルタをフィルタ要素から分離する。したがって、フィルタ要素およびバンドパスフィルタのうち１つの全透過は、バンドパスフィルタの透過とそれぞれのフィルタ要素の透過の積によって与えられるか、または概ね与えられる。
【００３１】
いくつかの実施形態によれば、分離層は第１の誘電材料、第２の誘電材料および／または二酸化ケイ素を含む。
【００３２】
改良されたコンセプトによる光学検出装置は、光検出器アレイを少なくとも２つのフィルタ要素とともに、１つの単一の半導体チップまたはダイに一体化してもよい。その結果、光学検出装置の利点は、脆弱さまたは磨耗の加速を引き起こし得る可動部品がないということである。
【００３３】
主スペーサ層と第１のスペーサ層は両方とも第１の誘電材料を備えている。しかしながら、これらの層は個別に堆積された個々の層であり、該当する場合、それぞれのフォトリソグラフィー構築シーケンスによって個別に構築される。例えば、第１のスペーサ層は例えば、第１のスペーサ層の第１のセグメントを画定するためのそれぞれのリフトオフシーケンスによって構築されてよい。さらに、主スペーサ層は例えばそれぞれのリフトオフシーケンスによって構築されてよい。
【００３４】
主スペーサ層と第１のスペーサ層を個別に堆積してそれらを例えばリフトオフシーケンスによって構築することは、主スペーサ層と第１のスペーサ層の厚さ、従って、第１と第２のスペーサ要素の厚さがこうして特によく制御され得るという利点を有する。例えば、厚さは、層堆積中に干渉計によって制御され得る。したがって、光学検出装置の改善された精度が達成され得る。対照的に、共通のスペーサ層を堆積して、選択的エッチングを実行することで個々のスペーサ要素を生成することは、スペーサ要素の厚さの比較的厳密な制御を可能にし得ない。
【００３５】
改良されたコンセプトによれば、下部および上部誘電体ミラーと誘電スペーサ要素の部分からなる全誘電体フィルタ要素が用いられる。主スペーサ層と第１のスペーサ層の個々の堆積に関しては、通常のフォトリソグラフィーが用いられ得る。特に、リソグラフィー装置の深ＵＶ能力および／または特に厳密なクリティカルディメンションの制御は要求されない。
【００３６】
本明細書では、オブジェクトが光検出器アレイの光検出器のうち１つを覆うということは、基板の主面に対して垂直な方向から見た場合に、主面へのオブジェクトの投影が、それぞれの光検出器を覆う、特に、完全に覆うことを意味する。オブジェクトは例えば、スペーサ要素であってよく、例えば第１のスペーサ要素、第２のスペーサ要素またはさらなるスペーサ要素であってよい。さらに、オブジェクトは、下部または上部誘電体ミラーの部分であってもよい。基板の主面は例えば、フィルタ積層体に対面する基板の表面である、光検出器アレイが配置される基板の表面に対応する。
【００３７】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、主スペーサ層の厚さと第１のスペーサ層の厚さは互いに異なっており、特に、第１のスペーサ層の厚さは主スペーサ層の厚さより少ない。
【００３８】
いくつかの実施形態によれば、光学検出装置はさらに、基板とバンドパスフィルタの間に配置されて光検出器アレイを覆うさらなる誘電層を備える。
【００３９】
いくつかの実施形態によれば、さらなる誘電層は二酸化ケイ素を含む。
【００４０】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、光検出器アレイはさらに、第３と第４の光検出器を備える。スペーサ積層体はさらに、第１の誘電材料を含む第２のスペーサ層を備え、第２のスペーサ層の第１のセグメントは主スペーサ層上に配置され、第３と第４の光検出器を覆うが、第１と第２の光検出器はいずれも覆わない。第１のスペーサ層の第２のセグメントは第２のスペーサ層上に配置され、第４の光検出器を覆うが、第１、第２および第３の光検出器のいずれも覆わない。
【００４１】
第３のフィルタ要素は、第３の光検出器を覆う下部誘電体ミラーの部分と、第３のスペーサ要素と、第３の光検出器を覆う上部誘電体ミラーの部分によって形成される。第３のスペーサ要素は、第３の光検出器を覆う主スペーサ層の部分と、第３の光検出器を覆う第２のスペーサ層の部分、すなわち、第３の光検出器を覆う第２のスペーサ層の第１のセグメントの部分からなる。
【００４２】
第４のフィルタ要素は、第４の光検出器を覆う下部誘電体ミラーの部分と、第４のスペーサ要素と、第４の光検出器を覆う上部誘電体ミラーの部分によって形成される。第４のスペーサ要素は、第４の光検出器を覆う主スペーサ層の部分と、第４の光検出器を覆う第２のスペーサ層の部分、すなわち、第４の光検出器を覆う第２のスペーサ層の第１のセグメントの部分と、第４の光検出器を覆う第１のスペーサ層の部分、すなわち、第１のスペーサ層の第２のセグメントからなる。
【００４３】
いくつかの実施形態によれば、第１のスペーサ層の第２のセグメントは上部誘電体ミラーと直接接触している。第３の光検出器を覆う第２のスペーサ層の部分は上部誘電体ミラーと直接接触している。
【００４４】
第３と第４のフィルタ要素は、それぞれ第３と第４の波長での透過ピークを特徴とする第３と第４の通過帯域を特徴とする。第１と第２の通過帯域に関する上記の説明は、第３と第４の通過帯域にも同様に当て嵌まる。特に、第３の波長の値は、主スペーサ層と第２のスペーサ層の総厚さによって与えられる第３のスペーサ要素の厚さによって決まる。第４の波長の値は、主スペーサ層、第１と第２のスペーサ層の総厚さによって与えられる第４のスペーサ要素の厚さによって決まる。
【００４５】
第２のスペーサ層は、例えば、第２のスペーサ層の第１のセグメントを画定するためのそれぞれのリフトオフシーケンスによって構築され得る。第１のスペーサ層を画定するためのリフトオフシーケンスは、同時に、第１のスペーサ層の第１と第２のセグメントを画定してもよい。
【００４６】
それぞれ第３と第４のフィルタ要素によって覆われる第３と第４の光検出器は、それぞれ第３と第４の通過帯域内の波長で光学検出装置に入射する光を検出するために用いられてよい。
【００４７】
結果として、さらなるスペーサ層を導入し、さらなるスペーサ層それぞれで光検出器の数を倍増することにより、Ｍ個のフィルタ要素と光検出器を備えた光学検出装置のさらなる実施が派生することができ、Ｍ＝２Ｎであり、Ｎは正の整数である。
【００４８】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、光検出器アレイは第１と第２の光検出器を含む少なくともＭ個の光検出器を含み、Ｍは２の累乗である、つまり、Ｍ＝２Ｎであり、Ｎは正の整数であり、例えばＮは２以上であり、例えば２より大きい。主スペーサ層は少なくともＭ個の光検出器を覆う。
【００４９】
スペーサ積層体は、第１と第２のスペーサ層を含み主スペーサ層を含まない、Ｎ個のスペーサ層を備える。Ｎ個のスペーサ層はそれぞれ第１の誘電材料を備える。Ｎ個のスペーサ層は、特にリフトオフ技法によって、パターニングされ、第１と第２のスペーサ要素を含むＭ個のスペーサ要素を、主スペーサ層と共に形成する。Ｍ個のスペーサ要素の第１のスペーサ要素は、第１の光検出器を覆う主スペーサ層の部分からなる。第１のスペーサ要素を除いて、Ｍ個のスペーサ要素それぞれはＮ個のスペーサ層の異なるサブセットのセグメントを備え、少なくともＭ個の光検出器のうち１つ、特に厳密に１つを覆う。特に、Ｍ個のスペーサ要素それぞれは、Ｎ個のスペーサ層のそれぞれのサブセットの各スペーサ層のセグメントを備え、それぞれのセブセットは異なるスペーサ要素に関して異なっている。Ｍ個のスペーサ要素それぞれは、少なくともＭ個の光検出器のうち異なる１つを覆う。
【００５０】
Ｎが２以上である、例えば、２より大きい実施において、Ｎ個のスペーサ層は第３と第４のスペーサ層も含む。
【００５１】
Ｍ個のスペーサ要素それぞれは、特に、Ｎ個のスペーサ層の異なるサブセットの少なくともＭ個の光検出器のうち１つを覆うセグメントであるセグメント、および特に、少なくともＭ個の光検出器のうち１つを覆う主スペーサ層の部分である、主スペーサの部分からなる。
【００５２】
一般に、Ｎ個の要素を備える任意のセットに関して、厳密にＭ−１＝２Ｎ−１個の異なるサブセットが存在し、空のセットはサブセットとは見做されないため、Ｎ個のスペーサ層の厳密にＭ−１個の異なるサブセットが存在する。その結果、Ｎ個のスペーサ層の任意の可能なサブセットに関して、第１のスペーサ要素ではないＭ個のスペーサ要素のうち１つは、Ｎ個のスペーサ層のそれぞれのサブセットの各スペーサ層のセグメントを備える。
【００５３】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーは、第１の誘電材料を含むミラー層と、第２の誘電材料を含むさらなるミラー層から構成される。第２の誘電材料は、第１の誘電材料の第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する。下部誘電体ミラーのミラー層とさらなるミラー層は交互に配置されている。同様に、上部誘電体ミラーは、第１の誘電材料を含むミラー層と、第２の誘電材料を含むさらなるミラー層から構成され、上部誘電体ミラーの第１のミラー層とさらなるミラー層は交互に配置されている。
【００５４】
それぞれのミラーのミラー層とさらなるミラー層の厚さと、それぞれのミラーによって含まれるミラー層とさらなるミラー層の総数が、それぞれのミラーの阻止帯域の幅と、阻止帯域の中心波長の値と、特にそれぞれのミラーの中心波長に対応する波長の光である、阻止帯域内の波長の光の反射率を決める。例えば中心波長が指定されてよい。
【００５５】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーの中心波長は、特に製造公差までは、上部誘電体ミラーの中心波長に等しい。
【００５６】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーの阻止帯域の幅は、特に製造公差までは、上部誘電体ミラーの阻止帯域の幅に等しい。
【００５７】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、スペーサ要素それぞれ、特に第１と第２のスペーサ要素は、下部誘電体ミラーのさらなるミラー層および上部誘電体ミラーのさらなるミラー層と直接接触している。
【００５８】
言い換えると、スペーサ要素が第１の誘電材料を備えるのに対し、スペーサ要素に接触している下部および上部ミラーの層は第２の誘電材料を備える。こうして、ファブリ・ペローエタロンが形成される。
【００５９】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、第１の屈折率は第２の屈折率より大きい。
【００６０】
そのような実施の利点は例えば、光学検出装置に入射する光に対する改良された角度依存性を含み得る。スペーサ要素の屈折率はより高いため、それらの総厚さはより小さくなる。したがって、垂直な光入射からの逸脱は、個々のスペーサ要素を通る光伝播に、より少ない影響を与え得る。
【００６１】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、第２の屈折率は第１の屈折率より大きい。
【００６２】
そのような実施において、スペーサ要素の総厚さはより大きくなり得る。したがって、スペーサ要素、特に、主スペーサ層、第１と第２のスペーサ層を形成する層は、より容易にまたは改良された精度で製造され得る。特にこの事例において、プロセス変動はより少ない影響を有し得る。
【００６３】
一般に、第１と第２の屈折率は波長に依存する可能性がある。すなわち、第１の屈折率が第２の屈折率より大きい、または第２の屈折率が第１の屈折率より大きいと言及することは、同じ波長での第１の屈折率と第２の屈折率の比較を要する。上記の事例では、指定された範囲内の波長、例えば、中心波長に対応する波長を有する光に関して、第１の屈折率は例えば第２の屈折率より大きい、または、第２の屈折率は第１の屈折率より大きい。代替的に、指定された範囲内の波長、例えば、上部および下部誘電体ミラーのうち一方の阻止帯域での光に関して、第１の屈折率は例えば第２の屈折率より大きい、または、第２の屈折率は第１の屈折率より大きい。
【００６４】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーのミラー層のうち少なくともいくつか、および下部誘電体ミラーのさらなるミラー層のうち少なくともいくつかは、中心波長の四分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する。上部誘電体ミラーのミラー層のうち少なくともいくつか、およびさらなるミラー層のうち少なくともいくつかは、中心波長の四分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する。
【００６５】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーのミラー層またはさらなるミラー層のうち少なくとも１つは、特にそれぞれの製造公差までは、中心波長の二分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する。
【００６６】
いくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーのミラー層またはさらなるミラー層のうち前記少なくとも１つのうち１つは、分離層に隣接して配置されている。
【００６７】
いくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーのミラー層またはさらなるミラー層のうち前記少なくとも１つのうち１つは、スペーサ積層体、特に主スペーサ層に隣接して配置されている。
【００６８】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、上部誘電体ミラーのミラー層またはさらなるミラー層のうち少なくとも１つは、特にそれぞれの製造公差までは、中心波長の二分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する。
【００６９】
いくつかの実施形態によれば、上部誘電体ミラーのミラー層またはさらなるミラー層のうち前記少なくとも１つのうち１つは、スペーサ積層体の反対側の上部誘電体ミラーの側に配置されている。
【００７０】
いくつかの実施形態によれば、上部誘電体ミラーのミラー層またはさらなるミラー層のうち前記少なくとも１つのうち１つは、スペーサ積層体に隣接して配置されている。
【００７１】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーおよび上部誘電体ミラーのミラー層とさらなるミラー層の全ては、特にそれぞれの製造公差までは、中心波長の四分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する。
【００７２】
そのような実施の利点は、中心波長での誘電体ミラーの反射率が、固定された総数のミラー層とさらなるミラー層に関して、この場合に最大になるということである。するとこれは、フィルタ要素の通過帯域の、減少された幅をもたらす。
【００７３】
上部誘電体ミラーおよび下部誘電体ミラーのうち１つによって含まれるミラー層およびさらなるミラー層の個数はさらに、それぞれのミラーの反射率に影響し、結果としてフィルタ要素の通過帯域の幅に影響する。特に、誘電体ミラーのミラー層およびさらなるミラー層の総数が少ないほど、ミラーの反射率が小さくなりフィルタ要素の通過帯域の透過ピークが大きくなる、または逆も成立する。
【００７４】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、下部誘電体ミラーのミラー層の個数は、下部誘電体ミラーのさらなるミラー層の個数に等しい。   
【００７５】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、上部誘電体ミラーのミラー層の個数は、上部誘電体ミラーのさらなるミラー層の個数に等しい。   
【００７６】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、第１の誘電材料は二酸化ケイ素を含み、第２の誘電材料は、五酸化ニオブ、二酸化チタン、酸化ハフニウム、窒化シリコン、アモルファスシリコンのうち少なくとも１つを含む。
【００７７】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、第２の誘電材料は二酸化ケイ素を含み、第１の誘電材料は五酸化ニオブ、二酸化チタン、酸化ハフニウム、窒化シリコン、アモルファスシリコンのうち少なくとも１つを含む。
【００７８】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、光検出器アレイは、フォトダイオードのアレイとして、または電荷結合素子、ＣＣＤ要素のアレイとして実施される。したがって、第１、第２、第３および／または第４の光検出器はそれぞれ、フォトダイオードまたはＣＣＤ要素として実施されてよい。特に、光検出器それぞれは１つ以上の光検出器または１つ以上のＣＣＤ要素を備えてよい。
【００７９】
光学検出装置のいくつかの実施形態によれば、第１と第２の光検出器は、光学検出装置に入射して、上部誘電体ミラー、スペーサ積層体および下部誘電体ミラーを通過する光を検出するように構成される。第１と第２の光検出器はさらに、検出光に基づいて第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号をそれぞれ生成するように構成される。
【００８０】
特に、第１と第２の光検出器は、それぞれ第１のフィルタ要素と第２のフィルタ要素を通過する光を検出して、検出光に基づいて第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号をそれぞれ生成する。同じことが、第３と第４の光検出器にも該当する。
【００８１】
いくつかの実施形態によれば、光学検出装置は、第１と第２のチャンネル信号に基づいて、入射光のスペクトル組成を示す少なくとも１つのスペクトル信号を生成するように構成された読み出し回路を備える。
【００８２】
読み出し回路は例えば基板によって支持されてよい。つまり、光検出器アレイ、フィルタ要素および読み出し回路は、１つの単一の半導体ダイに一体化されてよい。
【００８３】
第１と第２のチャンネル信号は、第１と第２の通過帯域にそれぞれ対応する入射光の一部分の強度に対応する。したがって、第１と第２のチャンネル信号は、スペクトル情報を展開する必要なく読み出し回路によって処理され得る。
【００８４】
改良されたコンセプトにより、光学検出装置、特にハイパースペクトル光学検出装置の製造方法も提供される。方法は、半導体基板を有する半導体ウェハを提供することを含み、基板は、少なくとも第１と第２の光検出器を備えた光検出器アレイを支持している。方法は、バンドパスフィルタを堆積し、バンドパスフィルタ上に分離層を堆積し、分離層上に下部誘電体ミラーを堆積することを含む。その場合、バンドパスフィルタ、分離層および下部誘電体ミラーはそれぞれ光検出器アレイを覆う。
【００８５】
方法はさらに、スペーサ積層体を堆積することを含み、スペーサ積層体を堆積することは、第１の誘電材料を含む主スペーサ層を下部誘電体ミラー上に堆積し、光検出器アレイを覆うことを含む。スペーサ積層体の堆積はさらに、第１のリフトオフシーケンスによって、第１の誘電材料を含む第１のスペーサ層を堆積して構築することを含み、第１のスペーサ層の第１のセグメントは、主スペーサ層上に配置されて第２の光検出器を覆うが、第１の光検出器を覆わない。方法はさらに、スペーサ積層体上に上部誘電体ミラーを堆積することを含む。
【００８６】
いくつかの実施形態によれば、方法はさらに、基板上にさらなる誘電層を堆積することを含む。バンドパスフィルタはさらなる誘電層上に堆積される。さらなる誘電層は光検出器アレイを覆う。
【００８７】
方法のいくつかの実施形態によれば、光検出器アレイはさらに、第３と第４の光検出器も備える。スペーサ積層体の堆積はさらに、第１のスペーサ層を堆積する前に、第２のリフトオフシーケンスによって、第１の誘電材料を含む第２のスペーサ層を堆積して構築することを含む。第２のスペーサ層の第１のセグメントは、主スペーサ層上に配置されて第３と第４の光検出器を覆うが、第１および第２の光検出器のいずれも覆わない。第１のスペーサ層の第２のセグメントは、第２のスペーサ層上に配置されて第４の光検出器を覆うが、第１、第２および第３の光検出器のいずれも覆わない。
【００８８】
方法のいくつかの実施形態によれば、光検出器アレイは少なくともＭ個の光検出器を備え、Ｍは２の累乗であり、すなわち、Ｍ＝２Ｎであり、Ｎは正の整数であり、例えば、Ｎは２以上、例えば２より大きい。主スペーサ層は少なくともＭ個の光検出器を覆う。スペーサ積層体の堆積は、Ｎ回のリフトオフシーケンスによって、第１と第２のスペーサ層を含むが主スペーサ層を含まないＮ個のスペーサ層を堆積して構築することを含む。Ｎ個のスペーサ層はそれぞれ第１の誘電材料を備え、Ｎ個のスペーサ層はそれぞれ、Ｍ個の光検出器の異なるサブセットを覆い、各サブセットは、少なくともＭ個の光検出器のＭ／２、特に厳密にＭ／２個を備える。Ｎが２以上である実施において、Ｎ個のスペーサ層は第３と第４のスペーサ層も含む。
【００８９】
方法のさらなる実施は、光学検出装置の様々な実施から容易に派生し、逆も成立する。
【００９０】
以下、図面を参照することによって例示的実施形態の助けをもって、改良されたコンセプトが詳細に説明される。機能的に同一である、または同一の効果を有する構成要素は、同一の参照符号で示され得る。同一の構成要素および／または同一の効果を有する構成要素は、それらが最初に出現する図に関してのみ説明され、それらの説明は後続の図では必ずしも繰り返されないことがある。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１Ａ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態を示す図である。
【図１Ｂ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の下部誘電体ミラーを示す図である。
【図１Ｃ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の上部誘電体ミラーを示す図である。
【図２Ａ】波長の関数としての絶縁された誘電体ミラーの透過率を示す図である。
【図２Ｂ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態のフィルタ要素の波長の関数としての透過率を示す図である。
【図２Ｃ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態のフィルタ要素の波長の関数としての透過率を示す図である。
【図２Ｄ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の複数のフィルタ要素の、波長の関数としての透過率を示す図である。
【図２Ｅ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態のバンドパスフィルタの、波長の関数としての透過率を示す図である。
【図２Ｆ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の、フィルタ要素とバンドパスフィルタの組み合わせの、波長の関数としての透過率を示す図である。
【図２Ｇ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の、フィルタ要素とバンドパスフィルタの組み合わせの、波長の関数としての透過率を示す図である。
【図３Ａ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の製造方法の例示的実施形態のステップの結果を示す図である。
【図３Ｂ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の製造方法の例示的実施形態のステップの結果を示す図である。
【図３Ｃ】改良されたコンセプトによる光学検出装置の製造方法の例示的実施形態のステップの結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００９２】
図１Ａは、改良されたコンセプトによる光学検出装置、特に、ハイパースペクトル光学検出装置の例示的実施形態を示す。光学検出装置は例えば、半導体ウェハまたは半導体ウェハの一部、光学センサダイ、光学センサダイの一部または、光学センサダイを含む光学センサ部品である。
【００９３】
光学検出装置は、半導体基板Ｓと、例えばフォトダイオードとして実施され基板Ｓによって支持される例えば８個の複数の光検出器Ｐ１、…Ｐ８を有する１つの光検出器アレイを備えている。特に、光検出器Ｐ１、…Ｐ８は、基板の主面ＭＳ上に配置されている。基板Ｓの主面上に任意選択的な誘電層ＦＬが配置されている。誘電層ＦＬは例えば二酸化ケイ素を含む。
【００９４】
誘電層ＦＬは例えばプレメタライゼーション誘電層または金属間誘電層であってよい。誘電層ＦＬは、電流伝播金属層を絶縁するように機能してもよい。誘電層ＦＬは、数μｍ、例えば８μｍ程度の厚さを有してよい。
【００９５】
光学検出装置はさらに、誘電層ＦＬ上に配置されたバンドパスフィルタＢＰを備える。光学検出装置が任意選択的な誘電層ＦＬを備えていない実施形態において、バンドパスフィルタＢＰは、例えば、基板Ｓの主面上に配置される。光学検出装置は、バンドパスフィルタＢＰ上に配置された分離層ＤＬと、分離層ＤＬ上に配置された、ブラッグ（Bragg）ミラーとも呼ばれる下部誘電体ミラーＬＭを備えている。誘電層ＦＬ、バンドパスフィルタＢＰ、分離層ＤＬおよび下部誘電体ミラーＬＭのそれぞれは、光検出器Ｐ１からＰ８の全てを覆う。
【００９６】
光学検出装置はさらに、下部誘電体ミラーＬＭ上に配置されると共に、光検出器Ｐ１からＰ８の全てを覆う主スペーサ層ＳＰを含むスペーサ層の積層であるスペーサ積層体を備える。スペーサ積層体はさらに、第１、第２および第３のスペーサ層Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３を備える。
【００９７】
第３のスペーサ層Ｓ３は、主スペーサ層ＳＰの上に配置されている。第３のスペーサ層Ｓ３は、第３のスペーサ層のセグメントが第５、第６、第７および第８の光検出器Ｐ５からＰ８を覆う一方で、第１、第２、第３および第４の光検出器Ｐ１からＰ４のいずれも覆わないように、特に第３のリフトオフシーケンスによって構成されている。
【００９８】
第２のスペーサ層Ｓ２は、特に第２のリフトオフシーケンスによって構成されている。本構成の結果として、第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメントは主スペーサ層ＳＰの上に配置されて、光検出器アレイの第３と第４の光検出器Ｐ３、Ｐ４を覆う一方で、残りの光検出器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５からＰ８のいずれも覆わない。第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメントは第３のスペーサ層Ｓ３上に配置されて、光検出器アレイの第７と第８の光検出器Ｐ７、Ｐ８を覆う一方で、残りの光検出器Ｐ１からＰ６のいずれも覆わない。
【００９９】
第１のスペーサ層Ｓ１は、特に第１のリフトオフシーケンスによって構成されている。本構成の結果として、第１のスペーサ層Ｓ１の第１のセグメントは主スペーサ層ＳＰの上に配置されて、光検出器アレイの第２の光検出器Ｐ２を覆う一方で、残りの光検出器Ｐ１、Ｐ３からＰ８のいずれも覆わない。第１のスペーサ層Ｓ１の第２のセグメントは第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメント上に配置されて、光検出器アレイの第４の光検出器Ｐ４を覆う一方、残りの光検出器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ５からＰ８のいずれも覆わない。第１のスペーサ層Ｓ１の第３のセグメントは第３のスペーサ層Ｓ３の上に配置されて、光検出器アレイの第６の光検出器Ｐ６を覆う一方で、残りの光検出器Ｐ１からＰ５、Ｐ７、Ｐ８のいずれも覆わない。第１のスペーサ層Ｓ１の第４のセグメントは第２のスペーサ層Ｓ２の第２セグメント上に配置されて、光検出器アレイの第８の光検出器Ｐ８を覆う一方で、残りの光検出器Ｐ１からＰ７のいずれも覆わない。
【０１００】
光学検出装置は、さらにスペーサ積層体上に配置されて光検出器Ｐ１からＰ８を全て覆う、ブラッグミラーとも呼ばれる上部誘電体ミラーＵＭを備えている。
【０１０１】
図１Ａにおいて、下部誘電体ミラーＬＭは単一のブロックとして描写されているが、例えば、図１Ｂに模式的に描写されるように、第１の誘電材料を含むミラー層Ｍ１と第２の誘電材料を含むさらなるミラー層Ｍ２の交互の積層体からなる。
【０１０２】
図１Ｂの例において、下部誘電体ミラーＬＭは、交互に配置された３つのミラー層Ｍ１と、３つのさらなるミラー層Ｍ２を備え、例えばミラー層Ｍｌのうち１つは分離層上に配置され、その結果主スペーサ層ＳＰはさらなるミラー層Ｍ２のうち１つの上に配置される。
【０１０３】
下部誘電体ミラーＬＭのミラー層Ｍｌは例えば全て同じ厚さを有してよく、下部誘電体ミラーＬＭのさらなるミラー層Ｍ２は、例えばそれぞれの製造公差までは、全て同じ厚さを有してよい。ミラー層Ｍ１およびさらなるミラー層Ｍ２の厚さは、例えば、指定された中心波長１０の四分の一によって与えられる光学距離に対応してよい。特に、ミラー層Ｍｌの厚さを第１の誘電材料の第１の屈折率ｎ１と乗算すると、中心波長１０の四分の一に等しいまたは概ね等しくなり得る。同様に、さらなるミラー層Ｍ２の厚さを第２の誘電材料の第２の屈折率ｎ２と乗算すると、中心波長１０の四分の一に等しいまたは概ね等しくなり得る。
【０１０４】
中心波長１０の四分の一の選択は、特に、中心波長１０に対応する波長の光に関して、下部誘電体ミラーの最大反射率をもたらす。
【０１０５】
光学検出装置のいくつかの実施形態において、ミラー層Ｍｌおよび／またはさらなるミラー層Ｍ２のうち１つ以上は、それぞれの製造公差までは、中心波長１０の二分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有してよい。これらの層は、下部ミラーＬＭの場合は、分離層ＤＬに隣接しておよび／またはスペーサ積層体に隣接して配置される。上部ミラーＵＭの場合、これらの層は例えば、スペーサ積層体の対向側および／またはスペーサ積層体に隣接した上部誘電体ミラーＵＭの側に配置される。前記層は最大反射率を低下させ得るが、それぞれのフィルタ要素の透過波長域を拡大し得る。
【０１０６】
第１の誘電材料の第１の屈折率ｎｌは、例えば、第２の誘電材料の第２の屈折率ｎ２よりも小さくあり得る。
【０１０７】
第１の誘電材料は例えば二酸化ケイ素を含み得る。二酸化ケイ素の屈折率、したがって第１の屈折率ｎｌは、その場合、約５００ｎｍの波長の光に関して約１．４７であり得る。
【０１０８】
第２の誘電材料は、例えば五酸化ニオブ、二酸化チタン、酸化ハフニウム、窒化シリコンまたはアモルファスシリコンを含み得る。第２の屈折率ｎ２は、五酸化ニオブ、二酸化チタン、酸化ハフニウム、窒化シリコンまたはアモルファスシリコンの屈折率に対応し得る。約５００ｎｍの波長の光に関して、五酸化ニオブの屈折率は約２．４であり、二酸化チタンの屈折率は約２．３５であり、酸化ハフニウムの屈折率は約２．０であり、窒化シリコンの屈折率は約２．１であり、アモルファスシリコンの屈折率は約４．８である。
【０１０９】
別の実施形態において、第２の屈折率ｎ２は第１の屈折率ｎｌより小さい。その場合、第１の誘電材料は五酸化ニオブ、二酸化チタン、酸化ハフニウム、窒化シリコンまたはアモルファスシリコンを含んでよく、第２の誘電材料は二酸化ケイ素を含んでよい。
【０１１０】
同様に、上部誘電体ミラーＵＭも、図１Ｃに模式的に描写されるように、第１の誘電材料を含むミラー層Ｍ１と第２の誘電材料を含むさらなるミラー層Ｍ２の交互の積層体から構成されてよい。上部誘電体ミラーＵＭは、例えば下部誘電体ミラーＬＭとして構成されてよいが、ミラー層Ｍｌとさらなるミラー層Ｍ２の順番が反転する。つまり、上部誘電体ミラーＵＭのさらなるミラー層Ｍ２のうち１つは例えば、スペーサ積層体上に配置される。
【０１１１】
図１Ｃの例において、上部誘電体ミラーＵＭは、交互に配置された、３つのミラー層Ｍ１と３つのさらなるミラー層Ｍ２を備え、例えばさらなるミラー層Ｍ２のうち１つはスペーサ積層体上に配置される。
【０１１２】
上部誘電体ミラーＵＭによって含まれるミラー層Ｍｌ及びさらなるミラー層Ｍ２の個数と厚さは、例えば、それぞれ下部誘電体ミラーＬＭによって含まれるミラー層Ｍｌおよびさらなるミラー層Ｍ２の個数と厚さに等しくてよい。別の実施形態において、上部誘電体ミラーＵＭは、下部誘電体ミラーＬＭよりも多いもしくは少ないミラー層Ｍ１、および／または、下部誘電体ミラーＬＭよりも多くのさらなるミラー層Ｍ２を含んでもよい。
【０１１３】
上部誘電体ミラーおよび下部誘電体ミラーＵＭ、ＬＭ内でのミラー層Ｍｌとさらなるミラー層Ｍ２の配置は、上部誘電体ミラーおよび下部誘電体ミラーＵＭ、ＬＭ、特に、絶縁された上部誘電体ミラーおよび下部誘電体ミラーＵＭ、ＬＭの阻止帯域を意味する。
【０１１４】
スペーサ積層体の合計した高さが光学検出装置に亘って局所的に変動するため、上部誘電体ミラーＵＭの個々のミラー層Ｍｌおよびさらなるミラー層Ｍ２は、図１Ａおよび１Ｃに描写するような段状のプロファイルを有し得る。
【０１１５】
上部誘電体ミラーおよび下部誘電体ミラーＵＭ、ＬＭのミラー層Ｍｌおよびさらなるミラー層Ｍ２の個数が図１Ｂおよび１Ｃにおいてそれぞれ３個に等しいことは、例としてのみ理解すべきであることを指摘しておく。別の実施形態では、ミラー層Ｍｌおよびさらなるミラー層Ｍ２の個数は異なり得る。
【０１１６】
図１Ａに参照を戻すと、それぞれのスペーサ層ＳＰ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は第１の誘電材料を含む。上部誘電体ミラーＵＭおよび下部誘電体ミラーＬＭの間のスペーサ積層体の配置は、図１Ａに縦破線で示される複数のファブリ・ペローエタロンまたはフィルタ要素に対応する。
【０１１７】
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８のフィルタ要素はそれぞれ、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８のスペーサ要素と、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７および第８の光検出器Ｐ１からＰ８をそれぞれ覆う下部誘電体ミラーＬＭおよび上部誘電体ミラーＵＭの部分によって形成される。
【０１１８】
第１のスペーサ要素は、第１の光検出器Ｐ１を覆う主スペーサ層ＳＰの部分によって形成される。第２のスペーサ要素は、第１のスペーサ層Ｓ１の第１のセグメントと、第２の光検出器Ｐ２を覆う主スペーサ層ＳＰの部分によって形成される。第３のスペーサ要素は、第３の光検出器Ｐ３を覆う主スペーサ層ＳＰと第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメントのそれぞれの部分によって形成される。第４のスペーサ要素は、第１のスペーサ層Ｓ１の第２のセグメントと、第４の光検出器Ｐ４を覆う主スペーサ層ＳＰと第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメントのそれぞれの部分によって形成される。
【０１１９】
第５のスペーサ要素は、第５の光検出器Ｐ５を覆う主スペーサ層ＳＰと第３のスペーサ層Ｓ３のそれぞれの部分によって形成される。第６のスペーサ要素は、第１のスペーサ層Ｓ１の第３のセグメントと、第６の光検出器Ｐ６を覆う主スペーサ層ＳＰと第３のスペーサ層Ｓ３のそれぞれの部分によって形成される。第７のスペーサ要素は、第７の光検出器Ｐ７を覆う主スペーサ層ＳＰと、第３のスペーサ層Ｓ３と、第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメントのそれぞれの部分によって形成される。第８のスペーサ要素は、第１のスペーサ層Ｓ１の第４のセグメントと、第８の光検出器Ｐ８を覆う主スペーサ層ＳＰと、第３のスペーサ層Ｓ３と、第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメントのそれぞれの部分によって形成される。
【０１２０】
上部誘電体ミラーおよび下部誘電体ミラーＵＭ、ＬＭと、スペーサ要素の配置により、光学検出装置に入射する光は、その光がそれぞれのフィルタ要素の通過帯域内の波長を有している場合にのみフィルタ要素のうち１つを通過できる。フィルタ要素の通過帯域は、それぞれのスペーサ要素の厚さによって規定されるそれぞれの透過波長での透過ピークを特徴とする。
【０１２１】
スペーサ層ＳＰ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の厚さは、例えば、第１と第２のミラー層Ｍ１、Ｍ２の厚さによって規定される中心波長１０の周囲の波長を透過させるように構成される。
【０１２２】
スペーサ層要素のうち１つの厚さは、例えば、中心波長１０の二分の一によって与えられる光学距離に対応し得る。スペーサ要素それぞれは、中心波長１０の二分の一に、それぞれのシフト係数を乗算することによって与えられる光学距離に対応する厚さを有してよい。シフト係数は例えば、０．１から２の間、例えば、０．５から１．５の間にあってよい。
【０１２３】
一例示的実施形態において、中心波長１０は５００ｎｍである。第１の誘電材料は二酸化ケイ素であってよく、第１の屈折率は、関連する波長範囲において、１．４７に等しいと想定される。一次厚さは例えば、約１５０ｎｍ／ｎｌ＝１０２ｎｍであってよい。第１の厚さは、例えば約２５ｎｍ／ｎｌ＝１７ｎｍである。第２の厚さおよび第３の厚さはそれぞれ、第１の厚さの２倍と４倍であってよく、すなわちそれぞれ３４ｎｍと６８ｎｍであってよい。するとスペーサ要素の厚さはそれぞれ、０．６×１０／２、０．７×１０／２、０．８×１０／２、０．９×１０／２、１０／２、１．１×１０／２、１．２×１０／２および１．３×１０／２の光学距離に対応する。
【０１２４】
透過波長周囲の透過ピークとは別に、フィルタ要素の通過帯域は、例えば、上部誘電体ミラーＵＭおよび下部誘電体ミラーＬＭの阻止帯域外の波長に関して増加した透過を示し得る。阻止帯域外の波長を有する光がフィルタ要素を通過して、光検出器Ｐ１からＰ８のうちそれぞれの１つに達することは望ましくない可能性がある。
【０１２５】
バンドパスフィルタＢＰは、例えば、上部誘電体ミラーＵＭおよび下部誘電体ミラーＬＭの阻止帯域に対応する又はおおよそ対応する通過帯域を有する。加えて、バンドパスフィルタＢＰと下部誘電体ミラーＬＭの間に配置された分離層ＤＬは、フィルタ要素、分離層ＤＬおよびバンドパスフィルタＢＰのうち１つを通る光の透過が、フィルタ要素のうち１つを介した光の透過に、バンドパスフィルタＢＰを介した光の透過を掛け合わせたものに対応する、又はおおよそ対応するという効果を有する。こうして、望ましくない波長を有する光が光検出器 P１からＰ８のうち１つに達することが防止され得る。
【０１２６】
分離層ＤＬは、例えば第１の誘電材料を含む。いくつかの実施形態において、分離層ＤＬは、約１０／１．７の光学距離に対応する厚さを有してよい。
【０１２７】
バンドパスフィルタは、第１の誘電材料を含むバンドパス層と、第２の誘電材料を含むさらなるバンドパス層の交互の積層体から構成される。そこで、バンドパス層とさらなるバンドパス層の厚さは、例えば、バンドパスフィルタの望ましい通過帯域特性を達成するための厚さの最適なシーケンスを決定するために用いられるコンピュータシミュレーションに従って調整される。バンドパスフィルタは、数μｍ程度、例えば６μｍ未満、例えば１μｍから６μｍの間の総厚さを有してよい。
【０１２８】
光学検出装置はさらに、例えば基板Ｓによって支持される読み出し回路（図示せず）を備えてよい。
【０１２９】
光が光学検出装置に当たった場合に、光のそれぞれの部分は、光の波長およびフィルタ要素の通過帯域に従って、フィルタ要素のうち１つ以上を通り、バンドパスフィルタＢＰを通って通過し得る。その結果、光のその部分は光検出器Ｐ１からＰ８のうちそれぞれの１つに達して検出される。光検出器Ｐ１からＰ８は、次にそれぞれの光検出器に達した光の強度に従ってそれぞれのチャンネル信号を生成する。読み出し回路はチャンネル信号を処理して、それにより例えば入射光のスペクトル組成を決定してよい。
【０１３０】
改良されたコンセプトを用いれば、１６、３２またはより高次の２の乗数のフィルタ要素および対応する光検出器を備えた実施形態に、光学検出装置を拡張することが容易である。このため、第１の誘電材料を含むさらなるスペーサ層が対応して配置されている。一般に、主スペーサ層ＳＰとＮ個のスペーサ層（第１の、第２のおよび第３のスペーサ層を含む）が、説明した方式でＭ＝２Ｎフィルタ要素を構築するために必要であり、その場合Ｎは正の整数である。
【０１３１】
光検出器Ｐ１からＰ８のうち１以上を覆うオブジェクトという表現は、基板Ｓの主面ＭＳに対して垂直な方向から、主面ＭＳへの各オブジェクトの投影が、光検出器Ｐ１からＰ８のうちそれぞれ１つ以上を覆う、特に、完全に覆うということを意味する。オブジェクトは、例えば、フィルタ要素のうち１つ、スペーサ要素のうち１つ、スペーサ層ＳＰ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの１つの部分、下部または上部誘電体ミラーの部分、分離層の部分またはバンドパスフィルタの部分であってよい。
【０１３２】
図１Ａから図１Ｃにおける寸法、特に、層の厚さは、縮尺通りに描かれていない可能性があることを強調しておく。さらに、図１Ａ乃至１Ｃおいて鋭利に見える層の縁、特に、誘電体ミラーＬＭ，ＵＭ、スペーサ層Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３およびミラー層ＭＬ１，ＭＬ２の縁は、実際の装置では丸められていてもよい。特に、上部誘電体ミラーＵＭを形成するミラー層ＭＬ１，ＭＬ２の輪郭および縁は、図１Ａおよび１Ｃおいて模式的に描かれている。実際の装置では、より円滑な輪郭と縁が、製造プロセスから生じ得る。
【０１３３】
図２Ａは、絶縁された誘電体フィルタに入射する光に関する、絶縁された誘電体ミラーの透過率を、垂直入射の入射光の波長の関数としてパーセントで示している。ミラーは例えば、図１Ａから１Ｃに関して説明されたように下部誘電体ミラーＬＭまたは上部誘電体ミラーＵＭであってよい。
【０１３４】
誘電体ミラーの透過率は、約４２０ｎｍから６２０ｎｍに亘る阻止帯域（ストップバンド）において抑えられる。この阻止帯域外では、透過率は例えば増加する。
【０１３５】
図２Ｂは、フィルタ要素に入射する光に関する、改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態のフィルタ要素の透過を、垂直入射の入射光の波長の関数として示す。フィルタ要素は例えば、図１Ａに示した光学検出装置のフィルタ要素のうち１つであってよい。
【０１３６】
フィルタ要素の透過率は、約５００ｎｍの透過波長周辺で透過率ピークを示す。それとは別に、フィルタ要素の透過率は、約４２０ｎｍから約６２０ｎｍまでの波長域において抑えられ、それは、例えば、絶縁された上部誘電体ミラーＵＭと絶縁された下部誘電体ミラーＬＭの阻止帯域におおよそ対応する。
【０１３７】
図示された約５００ｎｍの透過波長は、例えば、上部誘電体ミラーＵＭおよび下部誘電体ミラーＬＭのミラー層Ｍｌおよびさらなるミラー層Ｍ２の厚さによって規定される中心波長１０に対応し得る。つまり、ミラー層Ｍ１それぞれの厚さは、中心波長１０を第１の屈折率ｎｌで割った値の四分の一に等しいか、またはおおよそ等しくてよい。第１の誘電材料が例えば、５００ｎｍの波長に関して１．４７の屈折率を有する二酸化ケイ素である場合、各ミラー層Ｍ１のそれぞれの厚さは約８５ｎｍである。同様に、さらなるミラー層Ｍ２のそれぞれの厚さは、例えば、中心波長１０を第２の屈折率ｎ２で割った値の四分の一に等しいか又はおおよそ等しくてよい。第２の誘電材料が例えば、５００ｎｍの波長に関して２．４の屈折率を有する五酸化ニオブである場合、さらなるミラー層Ｍ２それぞれの厚さは約５２ｎｍである。
【０１３８】
上記説明したように、別の実施形態においてミラー層Ｍｌおよび／またはさらなるミラー層Ｍ２のうち１つ以上は、中心波長１０の二分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する。
【０１３９】
スペーサ要素の厚さは、例えば、中心波長１０を第１の屈折率ｎ１で割った値の二分の一に等しい、またはおおよそ等しくてよい。第１の誘電材料が例えば二酸化ケイ素である場合、スペーサ要素の厚さは約１７１ｎｍである。
【０１４０】
図２Ｃは、図２Ｂの詳細を示す。透過波長周辺の通過帯域の透過率ピークは、約５−１０ｎｍ、例えば約５ｎｍの、最大の半分で最大幅を有することが見て取れる。
【０１４１】
図２Ｄは、フィルタ要素に入射する光に関する、改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の複数のフィルタ要素の透過率の曲線を、垂直入射の入射光の波長の関数として示す。
【０１４２】
図２Ｄは、透過率ピークが約５００ｎｍである、図２Ｂでも示した透過曲線を示す。さらに、１５個の付加的なフィルタ要素の透過曲線も示されている。結果として得られる１６の透過曲線は例えば、改良されたコンセプトによる光学検出装置の１６個のフィルタ要素の透過曲線に対応し得る。
【０１４３】
フィルタ要素は、それらのスペーサ要素の厚さによって異なる。図２Ｄの例において、スペーサ要素の厚さは、例えば、それぞれのシフト係数に、中心波長１０の二分の一を乗算することによって与えられる光学距離に対応する。シフト係数は、図示した例において、０．６５，０．７０，０．７５，…、１．３５，１．４０であってよい。
【０１４４】
図２Ｅは、バンドパスフィルタに入射する光に関する、改良されたコンセプトによる光学検出装置の例示的実施形態の複数のバンドパスフィルタＢＰの透過率を、垂直入射の入射光の波長の関数として示す。
【０１４５】
図示の透過率は絶縁されたバンドパスフィルタＢＰに対応してよい。透過率は高く、特に、約４３０ｎｍから５９０ｎｍに亘るバンドパスフィルタの通過帯域ＢＰ内の光に関して８０％から９０％の間にあり、それは、上部誘電体ミラーＵＭおよび下部誘電体ミラーＬＭの阻止帯域におおよそ対応する。
【０１４６】
図２Ｆは、図２Ｄに対応するフィルタ要素と、図２ＥのバンドパスフィルタＢＰと、例えば図１Ａに示されるバンドパスフィルタＢＰとフィルタ要素の間に配置された分離層ＤＬの組み合わせの透過率を示す。透過率は、垂直入射の入射光の波長の関数として図示されている。
【０１４７】
図２Ｄ、２Ｅおよび２Ｆの比較からわかるように、フィルタ要素、バンドパスフィルタＢＰおよび分離層ＤＬの透過率は、フィルタ要素の透過率とバンドパスフィルタＢＰの透過率との積におおよそ対応する。こうして、フィルタ要素の通過帯域のピークのみが、結果として得られる透過曲線に存在するが、下部誘電体ミラーＬＵおよび上部誘電体ミラーＵＭの阻止帯域外において増加された透過はない。
【０１４８】
図２Ｇは、図２Ｆの詳細を示す。
【０１４９】
図２Ａ乃至図２Ｇはコンピュータシミュレーションの結果を示していることを指摘しておく。
【０１５０】
改良されたコンセプトによる光学検出装置を製造するための方法の例示的実施形態が、図３Ａ乃至３Ｃに関して説明されている。図３Ａ乃至３Ｃに示した光学検出装置は、図１Ａの光学検出装置の、異なる製造ステップにおける、またはその後における状態を示す。
【０１５１】
図３Ａにおいて、任意選択的な誘電層ＦＬ、バンドパスフィルタＢＰ、分離層ＤＬ、下部誘電体ミラーＬＭならびに主スペーサ層ＳＰは基板上に積層されており、それらはそれぞれ光検出器Ｐ１からＰ８を覆う。
【０１５２】
次に、第３の犠牲層Ｌ０３が主スペーサ層ＳＰ上に積層されて、第３のリフトオフマスクを形成するべく形成されている。特に、第３の犠牲層Ｌ０３を形成した後で、第３のリフトオフマスクは第１、第２、第３および第４の光検出器Ｐ１からＰ４を覆うが、第５、第６、第７および第８の光検出器Ｐ５からＰ８のいずれも覆わない。次に、第３のスペーサ層Ｓ３が積層される。こうして、第３のスペーサ層Ｓ３のセグメントは、第３の犠牲層Ｌ０３によって覆われない主スペーサ層ＳＰの部分上に配置される。さらに、第３のスペーサ層Ｓ３の材料は、図３Ａに示されていない第３の犠牲層Ｌ０３上にも積層される。
【０１５３】
図３Ｂにおいて、第３の犠牲層Ｌ０３は、第３の犠牲層Ｌ０３上に積層された第３のスペーサ層Ｓ３の材料とともに除去されている。説明したリフトオフシーケンスによって、第５、第６、第７および第８の光検出器Ｐ５からＰ８を覆う第３のスペーサ層Ｓ３のセグメントは主スペーサ層ＳＰ上に残される。
【０１５４】
次に、第２の犠牲層Ｌ０２が第２のリフトオフマスクを形成するように堆積される。特に、第２の犠牲層Ｌ０２を形成した後で、第２のリフトオフマスクは第１、第２、第５および第６の光検出器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６を覆うが、第３、第４、第７および第８の光検出器Ｐ３、Ｐ４、Ｐ７、Ｐ８はいずれも覆わない。次に、第２のスペーサ層Ｓ２が堆積される。こうして、第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメントは、第２の犠牲層Ｌ０２によっても第３のスペーサ層Ｓ３によっても覆われない主スペーサ層ＳＰの部分上に配置される。第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメントは、第２の犠牲層Ｌ０２によって覆われない第３のスペーサ層Ｓ３の部分上に配置される。さらに、第２のスペーサ層Ｓ２の材料は、図３Ｂに示されていない第２の犠牲層Ｌ０２上にも堆積される。
【０１５５】
図３Ｃにおいて、第２の犠牲層Ｌ０２は、第２の犠牲層Ｌ０２上に堆積された第２のスペーサ層Ｓ２の材料とともに除去されている。説明したリフトオフシーケンスによって、第３および第４の光検出器Ｐ３，Ｐ４を覆う第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメントは主スペーサ層ＳＰ上に残される。同様に、第７および第８の光検出器Ｐ７、Ｐ８を覆う第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメントは第３のスペーサ層Ｓ３上に残される。
【０１５６】
次に、第１の犠牲層Ｌ０１が第１のリフトオフマスクを形成するように堆積される。特に、第１の犠牲層Ｌ０１を形成した後で、第１のリフトオフマスクは第１、第３、第５および第７の光検出器Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５、Ｐ７を覆うが、第２、第４、第６および第８の光検出器Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６、Ｐ８はいずれも覆わない。次に、第１のスペーサ層Ｓ１が堆積される。こうして、第１のスペーサ層Ｓ１の第１のセグメントは、第１の犠牲層Ｌ０１によっても第３スペーサ層Ｓ３によっても第２のスペーサ層Ｓ２によっても覆われない主スペーサ層ＳＰの部分上に配置される。第１のスペーサ層Ｓ１の第２のセグメントは、第１の犠牲層Ｌ０１によって覆われない第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメントの部分上に配置される。第１のスペーサ層Ｓ１の第３のセグメントは、第１の犠牲層Ｌ０１によっても第２のスペーサ層Ｓ２によっても覆われない第３のスペーサ層Ｓ３の部分上に配置される。第１のスペーサ層Ｓ１の第４のセグメントは、第１の犠牲層Ｌ０１によって覆われない第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメントの部分上に配置される。さらに、第１のスペーサ層Ｓ１の材料は、図３Ｃに示されていない第１の犠牲層Ｌ０１上にも堆積される。
【０１５７】
後続のステップ（図示せず）において、第１の犠牲層Ｌ０１は、第１の犠牲層Ｌ０１上に堆積された第１のスペーサ層Ｓ１の材料とともに除去されている。説明したリフトオフシーケンスによって、第２の光検出器Ｐ２を覆う第１のスペーサ層Ｓ１の第１のセグメントは主スペーサ層ＳＰ上に残され、第４の光検出器Ｐ４を覆う第１のスペーサ層Ｓ１の第２のセグメントは、第２のスペーサ層Ｓ２の第１のセグメント上に残される。さらに、第６の光検出器Ｐ６を覆う第１のスペーサ層Ｓ１の第３のセグメントは第３のスペーサ層Ｓ３上に残され、第８の光検出器Ｐ８を覆う第１のスペーサ層Ｓ１の第４のセグメントは第２のスペーサ層Ｓ２の第２のセグメント上に残される。
【０１５８】
ミラー層Ｍｌ、さらなるミラー層Ｍ２、バンドパス層、さらなるバンドパス層、スペーサ層Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３および／または主スペーサ層ＳＰは例えば、化学基層成長法、イオンビームスパッタリング、電子ビーム蒸着および／または反応性スパッタリングによって堆積されてよい。
【０１５９】
改良されたコンセプトによる、説明された方法は、１６、３２、またはより高次の２の累乗のフィルタ要素および対応する光検出器を備えた光学検出装置の製造向けに容易に拡張され得る。このため、第１の誘電材料を含むさらなるスペーサ層が対応して配置されている。一般に、主スペーサ層ＳＰとＮ個のスペーサ層（第１の、第２のおよび第３のスペーサ層を含む）が、説明した方式でＭ＝２Ｎフィルタ要素を構築するために必要であり、その場合Ｎは正の整数である。
【０１６０】
特に、Ｎ＋１個のフォトリソグラフィー工程および対応するフォトリソグラフィーマスクが、Ｍ個のフィルタ要素のＭ個のスペーサ要素を堆積するために必要である。対照的に、Ｍ個のスペーサ要素それぞれが個別に堆積または製造されるとすると、少なくともＭ個のフォトソグラフィーマスクが必要となり得る。したがって、改良されたコンセプトによる方法は、特に、より多数のチャンネル、フィルタ要素および光検出器をそれぞれ伴うハイパースペクトル光学検出装置の製造向けに、マスク総数を大きく減少することができる。
【０１６１】
第１、第２および第３の犠牲層Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３は、例えば、それぞれのリフトオフシーケンスを実行するためのフォトレジストまたは他の適切な材料を備えてよい。
【０１６２】
光学センサダイはさらに、図１Ａおよび３Ａ乃至３Ｃに示すように、１より多い光学検出装置を備えてよい。付加的な検出装置は、図１Ａの構成と同様に実施されてよいが、例えば、フィルタ要素の異なる中心波長１０および／または異なる透過波長を特徴とする可能性がある。こうして、１つのみの光学検出装置で可能なものより大きい光スペクトルの部分が、単一の光学センサダイで覆われ得る。例えば、異なる中心波長を有する３つの光学検出装置を用い、装置がそれぞれ、それらのフィルタ要素の対応する透過波長で約１００ｎｍのスペクトル範囲を覆うと、単一のハイパースペクトル光学センサダイで、約４００ｎｍから約７００ｎｍの全可視光スペクトルが覆われる。
【符号の説明】
【０１６３】
Ｓ：半導体基板
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３、ＳＰ：スペーサ層
ＵＭ：上部誘電体ミラー
ＬＭ：下部誘電体ミラー
ＤＬ：分離層
ＢＰ：バンドパスフィルタ
ＦＬ：誘電層
ＭＳ：主面
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８：光検出器
Ｍ１，Ｍ２：ミラー層
Ｌ０１、Ｌ０２、Ｌ０３：犠牲層
【図１Ａ】
2019508667.tif 000003
【図１Ｂ】
2019508667.tif 000004
【図１Ｃ】
2019508667.tif 000005
【図２Ａ】
2019508667.tif 000006
【図２Ｂ】
2019508667.tif 000007
【図２Ｃ】
2019508667.tif 000008
【図２Ｄ】
2019508667.tif 000009
【図２Ｅ】
2019508667.tif 000010
【図２Ｆ】
2019508667.tif 000011
【図２Ｇ】
2019508667.tif 000012
【図３Ａ】
2019508667.tif 000013
【図３Ｂ】
2019508667.tif 000014
【図３Ｃ】
2019508667.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月18日(2018.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１及び第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）を備えた光検出器アレイを支持する半導体基板（Ｓ）と、前記半導体基板（Ｓ）上に配置されると共に、前記光検出器アレイを覆うフィルタ積層体と、を備えた光学検出装置であって、
前記フィルタ積層体は、
バンドパスフィルタ（ＢＰ）と、
前記バンドパスフィルタ上に配置された分離層（ＤＬ）と、
前記分離層上に配置された下部誘電体ミラー（ＬＭ）と、
スペーサ積層体と、
前記スペーサ積層体上に配置された上部誘電体ミラー（ＵＭ）と、
を備え、
前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）、前記分離層（ＤＬ）及び前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の各々が前記光検出器アレイを覆い、
前記スペーサ積層体は、
前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）上に配置され、第１の誘電材料を含み、前記光検出器アレイを覆う主スペーサ層（ＳＰ）と、
前記第１の誘電材料を含む第１のスペーサ層（Ｓ１）と、
を備え、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置され、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う一方で、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆わない、光学検出装置。
【請求項２】
前記第１のスペーサ層の第１のセグメントは、前記上部誘電体ミラーと直接接触している、請求項１に記載の光学検出装置。
【請求項３】
前記第１のスペーサ層の各部分は、前記上部誘電体ミラーと直接接触している、請求項１又は２に記載の光学検出装置。
【請求項４】
前記分離層（ＤＬ）は、前記スペーサ積層体、前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）及び前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成されたフィルタ要素から前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）を分離するように構成されている、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項５】
前記光検出器アレイは、第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）をさらに備え、
前記スペーサ積層体は、前記第１の誘電を材料含む第２のスペーサ層（Ｓ２）をさらに備え、
前記第２のスペーサ層（Ｓ２）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置され、前記第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）を覆う一方で、前記第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）のいずれも覆わず、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第２のセグメントは、前記第２のスペーサ層（Ｓ２）上に配置され、前記第４の光検出器（Ｐ４）を覆う一方で、前記第１、第２及び第３の光検出器（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）のいずれも覆わない、
請求項１から４のうちいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項６】
前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）及び上部誘電体ミラー（ＬＭ）の各々は、前記第１の誘電材料を含む複数のミラー層（Ｍ１）と、前記第１の誘電材料の第１の屈折率とは異なる第２の屈折率を有する第２の誘電材料を含む複数の更なるミラー層（Ｍ２）から構成され、
前記複数のミラー層（Ｍ１）と前記複数の更なるミラー層（Ｍ２）は交互に配置されている、
請求項１から５のうちいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項７】
前記複数のミラー層（Ｍ１）のうち少なくともいくつか及び前記複数の更なるミラー層（Ｍ２）のうち少なくともいくつかは、特定された中心波長の四分の一に等しい光学距離に対応する厚さを有する、請求項６に記載の光学検出装置。
【請求項８】
第１のフィルタ要素は、
前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の部分と、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記主スペーサ層（ＳＰ）の部分と、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成され、
第２のフィルタ要素は、
前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の部分と、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う前記主スペーサ層（ＳＰ）の部分と、前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントと、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成される、
請求項７に記載の光学検出装置。
【請求項９】
前記第１のフィルタ要素の第１の透過波長の値は、前記主スペーサ層（ＳＰ）の厚さによって決まり、
前記第２のフィルタ要素の第２の透過波長の値は、前記主スペーサ層（ＳＰ）と前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の合計の厚さによって決まる、
請求項８に記載の光学検出装置。
【請求項１０】
前記第１の通過波長と前記第２の通過波長は、前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の阻止帯域内および前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の阻止帯域内にある、
請求項９に記載の光学検出装置。
【請求項１１】
前記第１の通過波長と前記第２の通過波長は、前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）の通過帯域内にある、請求項９または１０に記載の光学検出装置。
【請求項１２】
前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）は、
前記第１の誘電材料を含む複数のバンドパス層と、前記第２の誘電材料を含む複数の更なるバンドパス層からなり、
前記複数のバンドパス層と前記複数の更なるバンドパス層は交互に配置されている、
請求項６から１１のうちのいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項１３】
前記第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）は、
前記光学検出装置に入射して、前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）、前記スペーサ積層体および前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）を通過する光を検出し、
前記検出された光に基づいて、第１のチャンネル信号と第２のチャンネル信号をそれぞれ生成する、
ように構成されている、請求項１から１２のうちいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項１４】
前記第１と第２のチャンネル信号に基づいて、入射光のスペクトル成分を示す少なくとも１つのスペクトル信号を生成するように構成された読み出し回路をさらに備えた、請求項１３に記載の光学検出装置。
【請求項１５】
前記光検出器アレイは少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を備え、
ここで、Ｍ＝２Ｎ（Ｎは正の整数）であり、
前記主スペーサ層（ＳＰ）は、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を覆い、
前記スペーサ積層体は、前記第１の誘電材料を含むＮ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を備え、
前記Ｎ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）はパターニングされ、Ｍ個のスペーサ要素を、前記主スペーサ層（ＳＰ）と共に形成し、
前記Ｍ個のスペーサ要素のうち第１のスペーサ要素は、前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆う前記主スペーサ層（ＳＰ）の部分からなり、
前記第１のスペーサ要素を除いた前記Ｍ個のスペーサ要素の各々は、前記Ｎ個のスペーサ要素（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ２）のうちの異なるサブセットのセグメントを備えると共に、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）うち１つを覆う、
請求項１から１４のうちのいずれか一項に記載の光学検出装置。
【請求項１６】
光学検出装置を製造する方法であって、
前記方法は、
半導体基板（Ｓ）を有する半導体ウェハを設ける工程と、ここで、前記基板（Ｓ）は、少なくとも第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ２）を備えた光検出器アレイを支持し、
バンドパスフィルタ（ＢＰ）を堆積する工程と、
前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）上に分離層（ＤＬ）を堆積する工程と、
前記分離層（ＤＬ）上に下部誘電体ミラー（ＬＭ）を堆積する工程と、
ここで、前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）、前記分離層（ＤＬ）及び前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）の各々は、前記光検出器アレイを覆い、
スペーサ積層体を堆積する工程と、
を含み、
前記スペーサ積層体を堆積する工程は、
第１の誘電材料を含み、前記光検出器アレイを覆う主スペーサ層（ＳＰ）を前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）上に堆積する工程と、
第１のリフトオフシーケンスによって、前記第１の誘電材料を含む第１のスペーサ層（Ｓ１）を堆積して構築する工程と、ここで、前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置されると共に、前記第２の光検出器（Ｐ２）を覆う一方で前記第１の光検出器（Ｐ１）を覆わず、
前記スペーサ積層体上に上部誘電体ミラー（ＵＭ）を堆積する工程と、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記第１のスペーサ層の第１のセグメントは、前記上部誘電体ミラーと直接接触している、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のスペーサ層の各部分は、前記上部誘電体ミラーと直接接触している、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記分離層（ＤＬ）は、前記スペーサ積層体、前記下部誘電体ミラー（ＬＭ）及び前記上部誘電体ミラー（ＵＭ）の部分によって形成されたフィルタ要素から前記バンドパスフィルタ（ＢＰ）を分離するように構成されている、
請求項１６から１８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記光検出器アレイは、第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）をさらに備え、
前記スペーサ積層体を堆積する工程は、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）を堆積する工程の前に、第２のリフトオフシーケンスによって、前記第１の誘電材料を含む第２のスペーサ層（Ｓ２）を堆積して構築する工程をさらに含み、
前記第２のスペーサ層（Ｓ２）の第１のセグメントは、前記主スペーサ層（ＳＰ）上に配置され、前記第３と第４の光検出器（Ｐ３、Ｐ４）を覆う一方で、前記第１と第２の光検出器（Ｐ１、Ｐ１）のいずれも覆わず、
前記第１のスペーサ層（Ｓ１）の第２のセグメントは、前記第２のスペーサ層（Ｓ２）上に配置され、前記第４の光検出器（Ｐ４）を覆う一方で、前記第１、第２および第３の光検出器（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）のいずれも覆わない、
請求項１６から１８のうちいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記光検出器アレイは、少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を備え、
ここで、Ｍ＝２Ｎ（Ｎは正の整数）であり、
前記主スペーサ層（ＳＰ）は、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）を覆い、
前記スペーサ積層体を堆積する工程は、
Ｎ回のリフトオフシーケンスによって、前記第１の誘電材料を含むＮ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を堆積して構築する工程を含み、
前記Ｎ個のスペーサ層（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の各々は、前記Ｍ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）の異なるサブセットを覆い、各サブセットは、前記少なくともＭ個の光検出器（Ｐ１、…、Ｐ８）のうちのＭ／２個を含む、
請求項１６から２０のうちいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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