(57)【要約】【課題】  分光計を改良した吸収型フィルタおよび干渉型フィルタを有するスペクトル測定装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む基板、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードの上に配置され、第１の波長帯（ａ）、第２の波長帯（ｂ）、第３の波長帯（ｃ）、および第４の波長帯（ｄ）を含むマルチバンドの波長を有する第１の光線を通過させる干渉型フィルタ、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードの上に配置され、第１の領域の波長を有する第２の光線を通過させる第１の吸収型フィルタ、および第２のフォトダイオードの上に配置され、第１の吸収型フィルタの上に配置され、第１の領域と重なる第２の領域の波長を有する第３の光線を通過させる第２の吸収型フィルタを含むスペクトル測定装置。【選択図】図４
2019113519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む基板、
前記第１のフォトダイオードおよび前記第２のフォトダイオードの上に配置され、第１の波長帯（ａ）、第２の波長帯（ｂ）、第３の波長帯（ｃ）、および第４の波長帯（ｄ）を含むマルチバンドの波長を有する第１の光線を通過させる干渉型フィルタ、
前記第１のフォトダイオードと前記第２のフォトダイオードの上に配置され、第１の領域の波長を有する第２の光線を通過させる第１の吸収型フィルタ、および
前記第２のフォトダイオードの上に配置され、前記第１の吸収型フィルタの上に配置され、前記第１の領域と重なる第２の領域の波長を有する第３の光線を通過させる第２の吸収型フィルタを含むスペクトル測定装置。
【請求項２】
前記基板は、第３のフォトダイオードを含み、前記干渉型フィルタおよび前記第２の吸収型フィルタは、前記第３のフォトダイオードの上に配置され、
前記第３のフォトダイオードの上に配置され、前記第２の吸収型フィルタの上に配置され、前記第１の領域と前記第２の領域のうち少なくとも１つと重なる第３の領域の波長を有する第４の光線を通過させる第３の吸収型フィルタを含む請求項１に記載のスペクトル測定装置。
【請求項３】
前記第３のフォトダイオードの上に配置された前記第３の吸収型フィルタの上面は、前記第２のフォトダイオードの上に配置された前記第２の吸収型フィルタの上面と同一面にあり、前記第３のフォトダイオードの上に配置された前記第２の吸収型フィルタの上面は、前記第２のフォトダイオードの上に配置された前記第１の吸収型フィルタの上面と同一面にある請求項２に記載のスペクトル測定装置。
【請求項４】
前記基板は、第４のフォトダイオードを含み、前記干渉型フィルタおよび前記第３の吸収型フィルタは、前記第４のフォトダイオードの上に配置され、前記第１の領域は、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第２の領域は、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第３の領域は、前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、
前記第１のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第２のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第３のフォトダイオードは、前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第４のフォトダイオードは、前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）を受ける請求項２に記載のスペクトル測定装置。
【請求項５】
前記第３の波長帯（ｃ）は、前記第４のフォトダイオードの前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）から前記第３のフォトダイオードの前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第３のフォトダイオードおよび前記第４のフォトダイオードから決定され、
前記第１の波長帯（ａ）は、前記第２のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）から前記第３のフォトダイオードの前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第２のフォトダイオードおよび前記第３のフォトダイオードから決定され、
前記第２の波長帯（ｂ）は、前記第１のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）から、前記第２のフォトダイオード、前記第３のフォトダイオード、および前記第４のフォトダイオードから決定された前記第１の波長帯（ａ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第１のフォトダイオード、前記第２のフォトダイオード、前記第３のフォトダイオード、および前記第４のフォトダイオードから決定される請求項４に記載のスペクトル測定装置。
【請求項６】
前記基板は、第４のフォトダイオードを含み、前記干渉型フィルタおよび前記第３の吸収型フィルタは、前記第４のフォトダイオードの上に配置され、前記第１の領域は、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第２の領域は、前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第３の領域は、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、および前記第３の波長帯（ｃ）を含み、
前記第１のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第２のフォトダイオードは、前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第３のフォトダイオードは、前記第３の波長帯（ｃ）を受け、
前記第４のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）を受け、
前記第１の波長帯（ａ）は、前記第１のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）から前記第２のフォトダイオードの前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第１のフォトダイオードおよび前記第２のフォトダイオードから決定され、
前記第２の波長帯（ｂ）は、前記第４のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、および前記第３の波長帯（ｃ）から前記第１のフォトダイオード、前記第２のフォトダイオード、および前記第３のフォトダイオードから決定された前記第１の波長帯（ａ）および前記第３の波長帯（ｃ）を引くことによって、前記第１のフォトダイオード、前記第２のフォトダイオード、前記第３のフォトダイオード、および前記第４のフォトダイオードから決定される請求項２に記載のスペクトル測定装置。
【請求項７】
第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む基板を提供するステップ、
前記第１のフォトダイオードおよび前記第２のフォトダイオードの上に、干渉型フィルタを形成するステップ、
前記第１のフォトダイオードおよび前記第２のフォトダイオードの上に第１の吸収型フィルタを形成するステップ、および
前記第２のフォトダイオードの上に第２の吸収型フィルタを形成するステップを含み、
前記干渉型フィルタは、第１の波長帯（ａ）、第２の波長帯（ｂ）、第３の波長帯（ｃ）、および第４の波長帯（ｄ）を含むマルチバンドの波長を有する第１の光線を通過させ、
前記第１の吸収型フィルタは、第１の領域の波長を有する第２の光線を通過させ、
前記第２の吸収型フィルタは、前記第１の領域と重なる第２の領域の波長を有する第３の光線を通過させるスペクトル測定装置を製造する方法。
【請求項８】
前記基板は、第３のフォトダイオードおよび第４のフォトダイオードを含み、前記第２の吸収型フィルタは、前記第３のフォトダイオードの上に形成され、前記干渉型フィルタは、前記第３のフォトダイオードおよび第４のフォトダイオードの上に形成され、前記方法は、
前記第３のフォトダイオードおよび前記第４のフォトダイオードの上に第３の吸収型フィルタを形成するステップを含み、
前記第３の吸収型フィルタは、前記第２の吸収型フィルタの上に形成され、前記第１の領域および前記第２の領域の中の少なくとも１つと重なる第３の領域の波長を有する第４の光線を通過させる請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の領域は、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第２の領域は、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第３の領域は、前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、
前記第１のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第２のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第３のフォトダイオードは、前記第４の波長帯（ｄ）を受け、且つ
前記第４のフォトダイオードは、前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第３の波長帯（ｃ）は、前記第４のフォトダイオードの前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）から前記第３のフォトダイオードの前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第３のフォトダイオードおよび前記第４のフォトダイオードから決定され、
前記第１の波長帯（ａ）は、前記第２のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）から前記第３のフォトダイオードの前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第２のフォトダイオードおよび前記第３のフォトダイオードから決定され、
前記第２の波長帯（ｂ）は、前記第１のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）から、前記第２のフォトダイオード、前記第３のフォトダイオード、および前記第４のフォトダイオードから決定された前記第１の波長帯（ａ）、前記第３の波長帯（ｃ）、および前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第１のフォトダイオード、前記第２のフォトダイオード、前記第３のフォトダイオード、および前記第４のフォトダイオードから決定される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の領域は、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、前記第２の領域は、前記第３の波長帯（ｃ）および前記第４の波長帯（ｄ）を含み、且つ、前記第３の領域は、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）および前記第３の波長帯（ｃ）を含み、
前記第１のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第２のフォトダイオードは、前記第４の波長帯（ｄ）を受け、
前記第３のフォトダイオードは、前記第３の波長帯（ｃ）を受け、
前記第４のフォトダイオードは、前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）および前記第３の波長帯（ｃ）を受け、
前記第１の波長帯（ａ）は、前記第１のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）および前記第４の波長帯（ｄ）から前記第２のフォトダイオードの前記第４の波長帯（ｄ）を引くことによって、前記第１のフォトダイオードおよび前記第２のフォトダイオードから決定され、
前記第２の波長帯（ｂ）は、前記第４のフォトダイオードの前記第１の波長帯（ａ）、前記第２の波長帯（ｂ）、および前記第３の波長帯（ｃ）から前記第１のフォトダイオード、前記第２のフォトダイオード、および前記第３のフォトダイオードから決定された前記第１の波長帯（ａ）および前記第３の波長帯（ｃ）を引くことによって、前記第１のフォトダイオード、前記第２のフォトダイオード、前記第３のフォトダイオード、および前記第４のフォトダイオードから決定される請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル測定装置に関するものであり、特に、吸収型フィルタおよび干渉型フィルタを有するスペクトル測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光計は、例えば、ビームスプリッタ、コリメータ、集光ミラー、およびリニアセンサーなどの多数の光学素子を有する光学システムである。ビームスプリッタは、プリズムまたはグレーティングであることができる。コリメータおよび集光ミラーは、光学システムの光路を短縮するように構成されている。従って、従来の分光計の体積や重量は大きく、従来の分光計の製造コストは高くなる。
【０００３】
また、従来の分光計のリニアセンサーは、線状である。従来の分光計は、サンプルの線状のスペクトルだけを測定するのに用いられ、従来の分光計ではアプリケーションが制限される。
【０００４】
従来の分光計は、一般にその意図された目的に適しているが、全ての点において十分というわけではない。従って、分光計を改良する手段を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分光計を改良した吸収型フィルタおよび干渉型フィルタを有するスペクトル測定装置およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
いくつかの実施形態に基づいて、スペクトル測定装置が提供される。スペクトル測定装置は、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む。スペクトル測定装置は、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードの上に配置された干渉型フィルタも含む。干渉型フィルタは、マルチバンドの波長を有する第１の光線を通過させ、マルチバンドは、第１の波長帯、第２の波長帯、第３の波長帯、および第４の波長帯を含む。スペクトル測定装置は、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードの上に配置された第１の吸収型フィルタも含む。第１の吸収型フィルタは、第１の領域の波長を有する第２の光線を通過させる。スペクトル測定装置は、第２のフォトダイオードの上に配置された第２の吸収型フィルタを含む。第２の吸収型フィルタは、第２の領域の波長を有する第３の光線を通過させ、第２の領域は第１の領域と重なる。
【０００７】
いくつかの実施形態に基づいて、スペクトル測定装置を製造する方法が提供される。前記方法は、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードを含む基板を提供するステップを含む。前記方法は、第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードの上に干渉型フィルタを形成するステップも含む。干渉型フィルタは、マルチバンドの波長を有する第１の光線を通過させる。マルチバンドは、第１の波長帯、第２の波長帯、第３の波長帯、および第４の波長帯を含む。前記方法は、第１のフォトダイオードと第２のフォトダイオードの上に第１の吸収型フィルタを形成するステップを含む。第１の吸収型フィルタは、第１の領域の波長を有する第２の光線を通過させる。また、前記方法は、第２のフォトダイオードの上に第２の吸収型フィルタを形成するステップを含む。第２の吸収型フィルタは、第２の領域の波長を有する第３の光線を通過させ、第２の領域は第１の領域と重なる。
【発明の効果】
【０００８】
スペクトル測定装置を製造する工程が簡易化されるため、コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（Ａ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す上面図である。図１（Ｂ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す上面図である。図２（Ｂ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す上面図である。図３（Ｂ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す上面図である。図４（Ｂ）は、いくつかの実施形態に係る、スペクトル測定装置を形成するプロセスの各段階を示す断面図である。
【図５】図５は、いくつかの実施形態に係る、干渉型フィルタの光学特性を示す透過率対波長のグラフである。
【図６】図６は、いくつかの実施形態に係る、吸収型フィルタおよび干渉型フィルタの光学特性を示す透過率対波長のグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、いくつかの実施形態に係る、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、および第４のフォトダイオードで受けた波長帯をそれぞれ示す透過率対波長のグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、いくつかの実施形態に係る、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、および第４のフォトダイオードで受けた波長帯をそれぞれ示す透過率対波長のグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、いくつかの実施形態に係る、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、および第４のフォトダイオードで受けた波長帯をそれぞれ示す透過率対波長のグラフである。
【図７Ｄ】図７Ｄは、いくつかの実施形態に係る、第１のフォトダイオード、第２のフォトダイオード、第３のフォトダイオード、および第４のフォトダイオードで受けた波長帯をそれぞれ示す透過率対波長のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示のスペクトル測定装置は、以下の説明で詳述される。以下の発明を実施するための形態では、説明のために、多数の特定の詳細および実施形態が本開示の完全な理解を提供するために明記されている。以下の発明を実施するための形態で説明された特定の構成要素および構造は、本開示を明瞭に説明するために記述されている。しかしながら、本明細書で記述される例示的な実施形態は、単に説明のために用いられることは明らかであり、発明の概念は、これらの例示的な実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。また、異なる実施形態の図面では、本開示を明瞭に説明するために、類似の番号および／または対応の番号を用いて、類似の構成要素および／または対応の構成要素を示すことができる。しかしながら、異なる実施形態の図面では、類似の番号および／または対応の番号の使用は、異なる実施形態間の相関関係を示唆するものではない。また、この明細書では、例えば、「第２の材料層上／第２の材料層の上方に配置された」などの表現は、第１の材料層および第２の材料層の直接接触の状況を含む。または１つ以上の他の材料層との離間状態も含むことができる。上述の状況では、第１の材料層と第２の材料層との間は直接接触しなくてもよい。また、この明細書では、例えば、「第２の材料層上／第２の材料層の上方に配置された第１の材料層」などの表現は、第１の材料層および第２の材料層の直接接触、または第１の材料層と第２の材料層との間の１つ以上の中間層との非接触状態を指している。上述の状況では、第１の材料層は、第２の材料層に直接接触しなくてもよい。
【００１１】
本開示の図面の構成要素または装置は、当業者に公知のどんな形式または構成にも存在することができるということが留意されるべきである。また、「もう１つの層を覆う（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）層」、「層はもう１つの層の上方（ａｂｏｖｅ）に配置される」、「層はもう１つの層上（ｏｎ）に配置される」、および「層はもう１つの層の上方（ｏｖｅｒ）に配置される」などの表現は、層がもう１つの層と直接接触することを指すだけでなく、層がもう１つの層とは直接接触せず、層ともう１つの層との間に配置された１つ以上の中間層があることも指すことができる。
【００１２】
また、この明細書では、関連する表現が用いられる。例えば、「より低い」、「底部」、「より高い」、または「上部」は、もう１つに対する１つの構成要素の位置を説明するのに用いられる。仮に装置が上下反転された場合、「より低い」側の構成要素は、「より高い」側の構成要素となる、ということが了解されるべきである。
【００１３】
用語「約」および「大抵」は、一般的に、所定値の＋／−２０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−１０％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−５％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−３％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−２％を意味し、より一般的に、所定値の＋／−１％を意味し、さらにより一般的に、所定値の＋／−０．５％を意味する。本開示の所定値は、近似値である。特定の説明がないとき、所定値は、「約」または「大抵」の意味を含む。
【００１４】
第１、第２、第３などの用語は、ここでは各種の素子、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するのに用いられることができ、これらの素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、これらの用語によって制限されてはならない。これらの用語は単に一素子、構成要素、領域、層、および／または部分を識別するのに用いられることは理解される。従って、第１の素子、構成要素、領域、層、および／または部分は、例示的な実施形態の技術から逸脱しない限りにおいては、第２の素子、構成要素、領域、層、および／または部分と呼ばれてもよい。
【００１５】
特に定義されなければ、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、この発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。さらに理解されることであろうが、一般に使用される辞書で定義されているような用語は、関連した技術分野の文脈におけるその意味と一致した意味を持つものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、理想化された又は過度に形式的な意味で解釈されない。
【００１６】
例示的な実施態様の記述は、添付図面と関連して読まれるためのものであり、全ての説明文の一部と考えられる。図は縮尺通りに描かれない。また、構造および装置は、図を簡素化するために概略的に示されている。
【００１７】
説明において、相対的な用語、例えば“下方”“上方”“水平”“垂直”“上の”“下の”“上”“下”“上部”“底部”などと、その派生語（例えば“水平に”“下方に”“上方に”など）は、記述されるように、または、議論において図面に示されるように、方向を示すものとして解釈されるべきである。これらの関連用語は、説明の便宜上のためのものであり、装置が特定の方向で構成される、または動作されることを必要とするものではない。「接合された」または「相互接続された」などの接合、結合などに関連する用語は、特に記述されない限り、構造が直接または間接的に中間構造によって、互いに固定または接合された関係を示し、２つの構造が可動、または強固に接合された関係を示してもよい。
【００１８】
図１〜図４に示すように、いくつかの実施形態に基づいたスペクトル測定装置１００を形成するプロセスが示されており、図１（Ａ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）、および図４（Ａ）は、上面図であり、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、及び図４（Ｂ）は、図１（Ａ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）、および図４（Ａ）に示された上面図のラインＡ−Ａ’に沿った断面図である。
【００１９】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるように、スペクトル測定装置１００は、基板１１０を含む。第１のフォトダイオード１２０Ａを有する第１の画素１００Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂを有する第２の画素１００Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃを有する第３の画素１００Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄを有する第４の画素１００Ｄなどの４つの画素を有する。いくつかの実施形態では、第１の画素１００Ａ、第２の画素１００Ｂ、第３の画素１００Ｃ、第４の画素１００Ｄは、二次元画素アレイを形成する。
【００２０】
いくつかの実施形態では、スペクトル測定装置１００は、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサ、前面照射（ＦＳＩ）または裏面照射（ＢＳＩ）ＣＭＯＳセンサ、または他の好適なセンサなどのイメージセンサである。
【００２１】
基板１１０は、シリコン基板などの半導体基板を含むことができるが、これに限定されるものではない。また、基板１１０は、ゲルマニウムを含み得る元素半導体、炭化ケイ素、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化インジウム、および／またはアンチモン化インジウムを含み得る化合物半導体、ＳｉＧｅ合金、ＧａＡｓＰ合金、ＡｌＩｎＡｓ合金、ＡｌＧａＡｓ合金、ＧａＩｎＡｓ合金、ＧａＩｎＰ合金、および／またはＧａＩｎＡｓＰ合金、またはその組み合わせを含み得る。また、基板１１０は、半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）を含むことができる。
【００２２】
第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄは、基板１１０の第１の画素１００Ａ、第２の画素１００Ｂ、第３の画素１００Ｃ、および第４の画素１００Ｄにそれぞれ形成される。フォトダイオードは、ｐ−ｎ接合構造またはＰＩＮ（ｐ型、真性、およびｎ型）構造を含むことができる。電流は、光子がフォトダイオードに吸収されたとき、生成され、光の信号は、電流信号内に変換される。図１（Ｂ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、および図４（Ｂ）に示された構造は、本発明の概念をより理解するための例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。即ち、フォトダイオードの他に、基板１１０は、各種の実施形態において、より多くの半導体素子を含むことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、スペクトル測定装置１００は、基板１１０の第１の画素１００Ａ、第２の画素１００Ｂ、第３の画素１００Ｃ、および第４の画素１００Ｄを含む。いくつかの実施形態では、干渉型フィルタ１３０は、干渉型フィルタであり、蒸着プロセスによって形成されることができる。蒸着プロセスは、物理的蒸着（ＰＶＤ）、化学的蒸着（ＣＶＤ）、スパッタリング、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、および任意の他の適切な方法を含むことができるが、これに限定されるものではない。図５に示すように、図５は、いくつかの実施形態に基づいて、干渉型フィルタ１３０の光学特性を示す透過率対波長のグラフである。図５に示されるように、干渉型フィルタ１３０は、マルチバンドの波長を有する光線を通過させる。いくつかの実施形態では、各帯域は、狭帯域であり、約３８０ｎｍ〜約９００ｎｍの間の範囲である。いくつかの実施形態では、マルチバンドは、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄを含み、これらの波長帯の範囲は、約５８０ｎｍ〜約９００ｎｍの間である。
【００２４】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、第１の吸収型フィルタ１４０Ａは、干渉型フィルタ１３０の上に配置される。いくつかの実施形態では、第１の吸収型フィルタ１４０Ａは、基板１１０の第１の画素１００Ａと第２の画素１００Ｂの上に配置される。図６に示すように、図６は、いくつかの実施形態に基づいて、第１の吸収型フィルタ１４０Ａの光学特性を示す透過率対波長のグラフを示している。図６に示されるように、第１の吸収型フィルタ１４０Ａは、第１の領域Ｒ１の波長の光線を通過させる。いくつかの実施形態では、第１の領域Ｒ１は、約５８０ｎｍより大きく、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００２５】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、第１の吸収型フィルタ１４０Ａが干渉型フィルタ１３０の上に形成された後、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、干渉型フィルタ１３０の上に配置される。いくつかの実施形態では、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、基板１１０の第２の画素１００Ｂおよび第３の画素１００Ｃの上に配置される。図３（Ｂ）に示されるように、第２の画素１００Ｂの上の第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、第２の画素１００Ｂの上の第１の吸収型フィルタ１４０Ａの上方に形成され、第３の画素１００Ｃの上の第２の吸収型フィルタ１４０Ｂ、および第２の画素１００Ｂの上の第１の吸収型フィルタ１４０Ａは、同じ水平層上にある。図６に示すように、図６は、いくつかの実施形態に係る、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂの光学特性を示す透過率対波長のグラフを示している。図６に示されるように、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、第２の領域Ｒ２の波長の光線を通過させる。いくつかの実施形態では、第２の領域Ｒ２は、約６５０ｎｍより小さく、約８００ｎｍより大きい。いくつかの実施形態では、第２の領域Ｒ２は、第１の波長帯１３０Ａおよび第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００２６】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂが干渉型フィルタ１３０の上に形成された後、第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、干渉型フィルタ１３０の上に配置される。いくつかの実施形態では、第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、基板１１０の第３の画素１００Ｃおよび第４の画素１００Ｄの上に配置される。図４（Ｂ）に示されるように、第３の画素１００Ｃの上の第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、第３の画素１００Ｃの上の第２の吸収型フィルタ１４０Ｂの上方に形成される。第３の画素１００Ｃの上の第３の吸収型フィルタ１４０Ｃ、および第２の画素１００Ｂの上の第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、同じ水平層上にある。第４の画素１００Ｄの上の第３の吸収型フィルタ１４０Ｃおよび第３の画素１００Ｃの上の第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、同じ水平層にある。図６に示すように、図６は、いくつかの実施形態に係る、第３の吸収型フィルタ１４０Ｃの光学特性を示す透過率対波長のグラフを示している。図６に示されるように、第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、第３の領域Ｒ３の波長の光線を通過させる。いくつかの実施形態では、第３の領域Ｒ３は、約７３０ｎｍより大きい。第３の領域Ｒ３は、第３の波長帯１３０Ｃおよび第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００２７】
図４（Ｂ）に示されるように、スペクトル測定装置１００は、干渉型フィルタ１３０および第１の吸収型フィルタ１４０Ａ、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂ、第３の吸収型フィルタ１４０Ｃなどの３つのフィルタ膜からなる吸収型フィルタ構造１４０を含む。いくつかの実施形態では、吸収型フィルタ構造１４０は、第１の水平層Ｈ１および第２の水平層Ｈ２を含む。第１の水平層Ｈ１は、第１の吸収型フィルタ１４０Ａ、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂ、および第３の吸収型フィルタ１４０Ｃを含む。第２の水平層Ｈ２は、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂおよび第３の吸収型フィルタ１４０Ｃを含む。いくつかの実施形態では、吸収型フィルタ構造１４０は、フォトレジスト膜を含む。他の実施形態では、吸収型フィルタ構造１４０は、有機膜からなる顔料フィルタであってもよい。
【００２８】
図４（Ｂ）に示されるように、干渉型フィルタ１３０および第１の吸収型フィルタ１４０Ａは、基板１１０の第１のフォトダイオード１２０Ａの上に形成される。図７Ａに示すように、図７Ａは、いくつかの実施形態に基づいた、第１のフォトダイオード１２０Ａで受けた波長帯を示す透過率対波長のグラフである。図７Ａに示されるように、第１のフォトダイオード１２０Ａは、マルチバンドと第１の領域Ｒ１の間の重複波長からなる波長帯を受ける。この実施形態では、第１のフォトダイオード１２０Ａで受けた波長帯は、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００２９】
図４（Ｂ）に示されるように、干渉型フィルタ１３０、第１の吸収型フィルタ１４０Ａ、および第２の吸収型フィルタ１４０Ｂは、基板１１０の第２のフォトダイオード１２０Ｂの上に形成される。図７Ｂに示すように、図７Ｂは、いくつかの実施形態に基づいて、第２のフォトダイオード１２０Ｂで受けた波長帯を示す透過率対波長のグラフである。図７Ｂに示されるように、第２のフォトダイオード１２０Ｂは、マルチバンド、第１の領域Ｒ１、および第２の領域Ｒ２の間の重複波長からなる波長帯を受ける。この実施形態では、第２のフォトダイオード１２０Ｂで受けた波長帯は、第１の波長帯１３０Ａおよび第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００３０】
図４（Ｂ）に示されるように、干渉型フィルタ１３０、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂ、および第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、基板１１０の第３のフォトダイオード１２０Ｃの上に形成される。図７Ｃに示すように、図７Ｃは、いくつかの実施形態に基づいて、第３のフォトダイオード１２０Ｃで受けた波長帯を示す透過率対波長のグラフである。図７Ｃに示されるように、第３のフォトダイオード１２０Ｃは、マルチバンド、第２の領域Ｒ２、および第３の領域Ｒ３の間の重複波長からなる波長帯を受ける。この実施形態では、第３のフォトダイオード１２０Ｃで受けた波長帯は、少なくとも第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００３１】
図４（Ｂ）に示されるように、干渉型フィルタ１３０および第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、基板１１０の第４のフォトダイオード１２０Ｄの上に形成される。図７Ｄに示すように、図７Ｄは、いくつかの実施形態に基づいて、第４のフォトダイオード１２０Ｄで受けた波長帯を示す透過率対波長のグラフである。図７Ｄに示されるように、第４のフォトダイオード１２０Ｄは、マルチバンドおよび第３の領域Ｒ３の間の重複波長からなる波長帯を受ける。この実施形態では、第４のフォトダイオード１２０Ｄで受けた波長帯は、第３の波長帯１３０Ｃおよび第４の波長帯１３０Ｄを含む。
【００３２】
この実施形態では、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄは、演算法によって独立して抽出される。例えば、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄは、第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄで受けた波長帯を加算または減算することによって独立して抽出される。例えば、第３の波長帯１３０Ｃは、第４のフォトダイオード１２０Ｄの第３の波長帯１３０Ｃおよび第４の波長帯１３０Ｄから第３のフォトダイオード１２０Ｃの第４の波長帯１３０Ｄを引くことによって、第３のフォトダイオード１２０Ｃおよび第４のフォトダイオード１２０Ｄから決定され、第１の波長帯１３０Ａは、第２のフォトダイオード１２０Ｂの第１の波長帯１３０Ａおよび第４の波長帯１３０Ｄから第３のフォトダイオード１２０Ｃの第４の波長帯１３０Ｄを引くことによって、第２のフォトダイオード１２０Ｂおよび第３のフォトダイオード１２０Ｃから決定され、第２の波長帯１３０Ｂは、第１のフォトダイオード１２０Ａの第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄから、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄから決定された第１の波長帯１３０Ａ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄを引くことによって、第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄから決定される。
【００３３】
この実施形態では、４つの波長帯は、３つのフィルタ膜によって独立して抽出される。これらの３つのフィルタ膜は、３つの塗布プロセスで形成されることができる。スペクトル測定装置を製造する工程が簡易化されるため、コストが低減される。
【００３４】
他の実施形態では、第１の吸収型フィルタ１４０Ａ、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂ、および第３の吸収型フィルタ１４０Ｃは、異なる波長帯を含むように選択されることができる。例えば、第１の領域Ｒ１は、第１の波長帯１３０Ａおよび第４の波長帯１３０Ｄを含み、第２の領域Ｒ２は、第３の波長帯１３０Ｃおよび第４の波長帯１３０Ｄを含み、第３の領域Ｒ３は、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、および第３の波長帯１３０Ｃを含む。この実施形態では、第１のフォトダイオード１２０Ａで受けた波長帯は、第１の波長帯１３０Ａおよび第４の波長帯１３０Ｄを含み、第２のフォトダイオード１２０Ｂで受けた波長帯は、第４の波長帯１３０Ｄを含み、第３のフォトダイオード１２０Ｃで受けた波長帯は、第３の波長帯１３０Ｃを含み、第４のフォトダイオード１２０Ｄで受けた波長帯は、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、および第３の波長帯１３０Ｃを含む。この実施形態では、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄは、演算法によって独立して抽出される。例えば、第１の波長帯１３０Ａは、第１のフォトダイオード１２０Ａの第１の波長帯１３０Ａおよび第４の波長帯１３０Ｄから第２のフォトダイオード１２０Bの第４の波長帯１３０Ｄを引くことによって、第１のフォトダイオード１２０Ａ、および第２のフォトダイオード１２０Ｂから決定され、第２の波長帯１３０Ｂは、第４のフォトダイオード１２０Ｄの第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂおよび第３の波長帯１３０Ｃから、第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０B、および第３のフォトダイオード１２０Ｃから決定された第１の波長帯１３０Ａおよび第３の波長帯１３０Ｃを引くことによって、第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄから決定される。
【００３５】
いくつかの実施形態では、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２は、少なくとも重複波長を有し、第２の領域Ｒ２と第３の領域Ｒ３は、少なくとも重複波長を有し、第１の領域Ｒ１と第３の領域Ｒ３は、少なくとも重複波長を有する。
【００３６】
いくつかの実施形態では、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、および第３の領域Ｒ３は、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄの少なくとも２つの波長帯をそれぞれ含む。
【００３７】
また、上述の異なる波長帯を独立して抽出する方法は、Ｎ×Ｎアレイに用いられ、Ｎ２−１個のフィルタ膜のみを必要として、Ｎ２個の波長帯を抽出することができる。また、上述の方法は、Ｍ×Ｎアレイに用いられ、Ｍ×Ｎ−１個のフィルタ膜のみを必要として、Ｍ×Ｎ個の波長帯を抽出することができる。
【００３８】
いくつかの実施形態では、干渉型フィルタ１３０は、吸収型フィルタ構造１４０の上に形成される。また、スペクトル測定装置１００は、マイクロレンズ、ガラス層、フレネルゾーンプレート（ＦＺＰ）など、より多くの構成要素を含むことができるが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
いくつかの実施形態では、Ｎ個の波長帯を独立して抽出する方法は、次のステップを含む。（Ｓ１）基板の上に干渉型フィルタを形成し、マルチバンドの波長を有する光線を通過させる。例えば、図１（Ａ）に示されるように、干渉型フィルタ１３０を基板１１０の上に形成する。（Ｓ２）Ｎ−１個のフィルタ膜からなる吸収型フィルタを干渉型フィルタの上方または下方に形成し、異なるピクセル化したフォトダイオードをセットとしてグループ化する。例えば、図２（Ａ）、図３（Ａ）、および図４（Ａ）に示されるように、第１の吸収型フィルタ１４０Ａ、第２の吸収型フィルタ１４０Ｂおよび第３の吸収型フィルタ１４０Ｃを干渉型フィルタ１３０の上に形成する。また、それぞれ第１のフォトダイオード１２０Ａおよび第２のフォトダイオード１２０Ｂをセットとしてグループ化し、第２のフォトダイオード１２０Ｂおよび第３のフォトダイオード１２０Ｃをセットとしてグループ化し、第３のフォトダイオード１２０Ｃおよび第４のフォトダイオード１２０Ｄをセットとしてグループ化する。（Ｓ３）吸収型フィルタと干渉型フィルタのスペクトルを重ね、Ｎ個のフォトダイオードから受けたＮ個の波長帯を決定する。例えば、図７Ａ〜図７Ｄに示されるように、干渉型フィルタ１３０と吸収型フィルタ構造１４０のスペクトルを重ね、第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄで受けた波長帯をそれぞれ決定する。（Ｓ４）例えば、加算または減算などの演算法を用いて、独立してＮ個の波長帯を抽出する。例えば、第１のフォトダイオード１２０Ａ、第２のフォトダイオード１２０Ｂ、第３のフォトダイオード１２０Ｃ、および第４のフォトダイオード１２０Ｄで受けた波長帯によって、第１の波長帯１３０Ａ、第２の波長帯１３０Ｂ、第３の波長帯１３０Ｃ、および第４の波長帯１３０Ｄを抽出する。
【００４０】
本開示及びそれらの利点の一部の実施形態が詳細に説明されてきたが、添付の請求の範囲によって定義されるように、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、本明細書において種々の変更、代替、および改変をすることができることを理解すべきである。例えば、本明細書で述べられる特徴、機能、プロセス、および材料の多くが本開示の範囲を逸脱することなく変更できることが当業者にとっては容易に理解されるだろう。また、本出願の範囲は、本明細書中に述べられたプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、及びステップの特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者が本開示の開示から容易に理解するように、本明細書で述べられた対応する実施形態と、実質的に同様の機能を実行するか、または実質的に同様の結果を達成する、現存の、または後に開発される、開示、プロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップが本開示に従って利用され得る。よって、添付の特許請求の範囲は、上述のプロセス、機械、製造、物質の組成、手段、方法、またはステップを含むように意図される。
【符号の説明】
【００４１】
１００  スペクトル測定装置
１００Ａ  第１の画素
１００Ｂ  第２の画素
１００Ｃ  第３の画素
１００Ｄ  第４の画素
１１０  基板
１２０Ａ  第１のフォトダイオード
１２０Ｂ  第２のフォトダイオード
１２０Ｃ  第３のフォトダイオード
１２０Ｄ  第４のフォトダイオード
１３０  干渉型フィルタ
１３０Ａ  第１の波長帯
１３０Ｂ  第２の波長帯
１３０Ｃ  第３の波長帯
１３０Ｄ  第４の波長帯
１４０  吸収型フィルタ構造
１４０Ａ  第１の吸収型フィルタ
１４０Ｂ  第２の吸収型フィルタ
１４０Ｃ  第３の吸収型フィルタ
Ａ−Ａ’  ライン
Ｈ１  第１の水平層
Ｈ２  第２の水平層
Ｒ１  第１の領域
Ｒ２  第２の領域
Ｒ３  第３の領域
【図１】
2019113519.tif 000003
【図２】
2019113519.tif 000004
【図３】
2019113519.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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