撮像素子、電子機器、製造方法、および検査装置
【課題】検出感度を向上するとともに、低コスト化を実現することができるようにする。
【解決手段】イメージセンサにおいては、光電変換部の受光素子上に、中央部分に凹部（窪み）が形成された平凸形状の構造体が形成されている。構造体の凹部を除く表面には、光反射性の薄膜が形成されている。そして、構造体の凹部には、測定対象のゲル状、または液体状の試料が貯留されている。本開示は、例えば、試料を測定対象とする検査装置に適用することができる。
【解決手段】イメージセンサにおいては、光電変換部の受光素子上に、中央部分に凹部（窪み）が形成された平凸形状の構造体が形成されている。構造体の凹部を除く表面には、光反射性の薄膜が形成されている。そして、構造体の凹部には、測定対象のゲル状、または液体状の試料が貯留されている。本開示は、例えば、試料を測定対象とする検査装置に適用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子、電子機器、製造方法、および検査装置に関し、特に、検出感度を向上するとともに、低コスト化を実現することができるようにした撮像素子、電子機器、製造方法、および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶液のｐＨ測定、ＤＮＡやたんぱく質の解析などを２次元画像として表示する化学センサ、またはバイオセンサの需要が増加している。このような化学センサとしては、例えば、集光した光スポットによる勃起電流から半導体素子の表面円電位を読みとる表面電位測定法(SPV法)を利用したLight Addressable Potentiometric Sensor(LAPS)がある。
【０００３】
しかしながら、このような化学センサは、検出画像を２次元マップとして取り込むことができるものの、基板表面から光を入射させるため、透明基板や透明電極が必要となる。また、これらのセンサは、光源と素子がそれぞれ１つであるため、光源をスポット状態にしても発生した勃起キャリアが半導体素子の平面方向に拡散して、観察対象となる勃起電流の範囲が広がってしまう。このため、このようなセンサは、画像分解能が低かった。
【０００４】
そこで、検出感度が高く、かつ低ノイズ信号が得られ、さらに電荷信号を２次元的データとして出力することが可能なデバイスとしてCCDおよびCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子を検出手段に用いた化学センサやバイオセンサが多く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したセンサにおいては、試料と受光素子との位置合わせに対して高い精度が必要であった。これに対して、ウェルと検出器との位置合わせを行うブロックを具備するものがあるが、このセンサの場合、装置の小型化や簡素化が困難である。
【０００７】
また、測定対象の試料を、センサの保護膜あるいは反射防止膜上に直接載せて観察するものもあるが、このようなセンサの場合、粘度の低い資料の測定には不向きであり、また、複数種の試料を同時に測定することが困難である。
【０００８】
さらに、受光素子上に形成されるウェルに試料を閉じ込めるものもあるが、このようなセンサの場合、金属ウェル構造を半導体素子上に構築することが必要であり、低コスト化が困難であった。
【０００９】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、検出感度を向上するとともに、低コスト化を実現することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の第１の側面の撮像素子は、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とを備え、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている。
【００１１】
前記構造体は、光透過材料により形成されている。
【００１２】
前記構造体と前記光電変換部との間に、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される層をさらに備えることができる。
【００１３】
前記構造体は、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される。
【００１４】
前記構造体は、前記受光素子の単一画素、または複数画素毎に形成されている。
【００１５】
本開示の第２の側面の電子機器は、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子を備える。
【００１６】
本開示の第３の側面の撮像素子の製造方法は、受光素子および光電変換部が形成されたウェハ上に、有機高分子材料層を形成し、前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、前記中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体を生成し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料を付加する。
【００１７】
本開示の第４の側面の検査装置は、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子と、前記凹部に充填された試料に対して光を照射する光源と、前記光源と前記撮像素子とを制御する制御部とを備える。
【００１８】
本開示の第１の側面においては、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体が、その中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域が、光反射材料によって覆われている。
【００１９】
本開示の第２の側面においては、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体が、その中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域が、光反射材料によって覆われている撮像素子が備えられる。
【００２０】
本開示の第３の側面においては、受光素子と光電変換部とが形成されたウェハ上に、有機高分子材料層が形成され、前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンが形成される。前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、その中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体が生成される。そして、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料が付加される。
【００２１】
本開示の第４の側面においては、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体が、その中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域が、光反射材料によって覆われている撮像素子の凹部に充填された試料に対して光が照射される。そして、前記構造体を介して、前記受光素子に入射された光が電気信号に変換される。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の第１および第２の側面によれば、入射された光が変換された電気信号を得ることができる。特に、検出感度を向上することができる。
【００２３】
本開示の第３の側面によれば、撮像素子を製造することができる。特に、検出感度を向上させた撮像素子を低コストで製造することができる。
【００２４】
本開示の第４の側面によれば、入射された光が変換された電気信号を得ることができる。特に、検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】撮像素子の構造の例を示す断面図である。
【図２】撮像素子の製造工程を説明するフローチャートである。
【図３】撮像素子の製造工程を説明する図である。
【図４】製造中のウェハを上から見た上面図である。
【図５】従来のオンチップレンズの製造工程を説明する図である。
【図６】従来のオンチップレンズの製造工程を説明する図である。
【図７】撮像素子の製造工程を説明する図である。
【図８】製造中のウェハを上から見た上面図である。
【図９】撮像素子の構造の他の例を示す断面図である。
【図１０】検査装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像素子）
２．第２の実施の形態（検査装置）
【００２７】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成例］
図１は、本開示を適用した撮像素子としてのイメージセンサの一実施の形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００２８】
図１に示されるイメージセンサ１は、ｎ型基板１１、受光素子（PD:Photo Diode）１３−１および１３−２を有する光電変換部１２、カラーフィルタ１４−１および１４−２、並びに構造体１５−１および１５−２などで構成されている。
【００２９】
イメージセンサ１においては、光電変換部１２の受光素子１３−１および１３−２上に、波長選択性を有する、カラーフィルタ１４−１および１４−２がそれぞれ形成されている。さらに、カラーフィルタ１４−１および１４−２の上部には、中央部分に凹部（窪み）１６−１および１６−２がそれぞれ形成された平凸形状（レンズ形状）の構造体１５−１および１５−２がそれぞれ形成されている。また、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２を除く最上部表面には、光反射性の薄膜１７−１および１７−２がそれぞれ形成されている。そして、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２には、図中丸で示されるように、測定対象のゲル状、または液体状の試料２１−１および２１−２がそれぞれ貯留されている。この丸は、試料が貯留されていることを概念的に示すものである。
【００３０】
なお、以下、特に区別する必要のない場合、受光素子１３−１および１３−２、カラーフィルタ１４−１および１４−２、並びに、構造体１５−１および１５−２は、それぞれ、受光素子１３、カラーフィルタ１４、並びに構造体１５と称する。凹部１６−１および１６−２、薄膜１７−１および１７−２、並びに、試料２１−１および２１−２も、特に区別する必要のない場合、それぞれ、凹部１６、薄膜１７、並びに、試料２１と称する。
【００３１】
また、図１の例においては、受光素子１３−１および１３−２が２個しか示されていないが、実際には、ｎ型基板１１上には、複数の受光素子１３がマトリクス状に配設された光電変換部１２が構成されている。
【００３２】
ｎ型基板１１は、半導体ウェハなどで構成される。光電変換部１２は、例えば、CCD（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）などの固体撮像素子により構成される。光電変換部１２は、試料２１の光現象を検出し、電気信号として出力する。
【００３３】
カラーフィルタ１４は、受光素子１３を覆うように、その上部に形成され、特定の波長領域を通過させ、かつ、他の波長領域を吸収、あるいは反射する材料や構造により、波長選択性を有するように形成される。例えば、波長選択性を持たせる方法としては、通常のCCDやCMOSイメージセンサと同様に、一定厚みを有する高分子材料を付加する方法や、無機材料の多層膜を形成して干渉フィルタを構成させる方法などがある。
【００３４】
図１の例のカラーフィルタ１４−２のハッチは、カラーフィルタ１４−１と異なる波長選択性を有していることを示している。このように、カラーフィルタ１４は、用途に応じて、画素（受光素子１３）毎に異なる波長選択性を持たせる場合もあるが、これに限定されず、例えば、同一の波長選択性を有するフィルタを均一に構成するようにしてもよい。
【００３５】
なお、カラーフィルタ１４は、試料に対して光現象を発生させるための勃起光の波長が受光素子１３や光電変換部１２に到達するのを防ぐために設けられる。したがって、例えば、構造体１５が波長選択性を有している場合など、勃起光を用いることなく光現象が得られる場合には、カラーフィルタ１４を省略することも可能である。
【００３６】
中央部分に凹部１６が形成された平凸形状の構造体１５は、光透過材料によって形成されている。構造体１５は、カラーフィルタ１４の上部、すなわち、光電変換部１２の直上領域の所定の位置に、受光素子１３を覆うように形成される。この構造体１５は、隣接画素との間を区切り、その凹部１６に試料２１を貯留して光現象の測定を行うために形成される。凹部１６を形成することにより、試料２１がゲル状、または液体状であっても流れ出したり、隣と混ざることを抑制することができる。なお、試料２１は、ゲル状や液体状以外であってもよい。
【００３７】
ここで、光現象は、あらゆる方向で観察されるため、受光素子１３と反対方向へ出射された光を検出するためには、光を受光素子１３方向へと反射させる構造が必要となる。
【００３８】
そのため、構造体１５の凹部１６の領域を除く、上部表面には、ＡＬ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒなどの材料からなる光反射性を有する薄膜１７が形成されている。これにより、受光素子が構造体１５で起こる光現象を最大限に取り込み、高感度の信号検出を行うことが可能となる。
【００３９】
以上のように、イメージセンサ１は、受光素子１３並びに光電変換部１２が構造体１５と一体化して形成されている。これにより、アライメントの処理が不要となる。また、構造体１５は、図２を参照して後述するように、ウエハプロセスによって形成することができるので、位置合わせ精度をサブミクロン以内に抑えることが可能になる。
【００４０】
なお、図１の例においては、カラーフィルタ１４を、光電変換部１２と構造体１５の間に設けるようにしたが、カラーフィルタ１４を設けることなしに、構造体１５自体を、波長選択性を有する材料によって形成してもよい。例えば、構造体１５は、特定の波長領域を通過させ、かつ、他の波長領域を吸収、あるいは反射する材料や構造により、波長選択性を有するように形成することもできる。
【００４１】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１のイメージセンサ１の製造方法を説明する。
【００４２】
ステップＳ１１において、イメージセンサ１の製造装置（以下、製造装置と称する）は、半導体ウェハであるｎ型基板１１を準備する。ステップＳ１２において、製造装置は、図３に示されるように、ｎ型基板１１上に、マトリクス状に複数の受光素子１３と、光電変換部１２とを形成する。
【００４３】
ステップＳ１３において、製造装置は、受光素子１３および光電変換部１２の直上領域に、受光素子１３を覆うように、波長選択材料からなるカラーフィルタ１４のフィルタ層を形成する。
【００４４】
なお、上述したステップＳ１１乃至Ｓ１３における処理は、特に限定されるものではなく、公知の光電変換素子の製造方法などを適用することも可能である。
【００４５】
ステップＳ１４において、フィルタ層の上に、有機高分子材料層３１を形成する。この有機高分子材料層３１が、のちに構造体１５となる。
【００４６】
ステップＳ１５において、製造装置は、図３に示されるように、有機高分子材料層３１において、カラーフィルタ１４の中央部以外を遮光する、すなわち、中央部を露光するレジストパターン４１を形成する。レジストパターン４１は、受光素子１３を覆うように凹部１６を有する構造体１５が形成されるよう、光電変換部１２の直上領域の所定の位置に形成される。
【００４７】
具体的には、製造装置は、有機高分子材料層３１の上に、１つのカラーフィルタ１４−１の中央部以外を遮光するように、感光性レジスト層を形成する。そして、製造装置は、レジスト層の平凸形状の構造体となる部分以外の領域を露光してレジスト樹脂を硬化させる。現像処理を施すと、硬化された領域以外は除去されて、露光マスクを反転させた領域が、レジストパターン４１−１として転写形成される。同様に、１つのカラーフィルタ１４−２についても、カラーフィルタ１４−２の中央部以外を遮光するレジストパターン４１−２が形成される。
【００４８】
なお、以下、レジストパターン４１−１および４１−２を個々に区別する必要がない場合、レジストパターン４１と称する。
【００４９】
図４は、レジストパターン４１が形成されたイメージセンサ１を上から見た上面図である。図５の例のＡにおける断面図が、図３に相当する。なお、図４の例においては、カラーフィルタ１４が有機高分子材料層３１の下層にあるため、カラーフィルタ１４を点線で表している。
【００５０】
レジストパターン４１−１は、カラーフィルタ１４−１の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−２は、カラーフィルタ１４−２の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−３は、カラーフィルタ１４−３の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−（ｎ−１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ−１）の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−ｎは、カラーフィルタ１４−ｎの中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−（ｎ＋１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ＋１）の中央部以外を遮光するように形成されている。
【００５１】
なお、図４の例においては、カラーフィルタ１４およびレジストパターン４１が６個しか示されていないが、実際には、複数で構成される。
【００５２】
また、図３および図４の例においては、レジストパターン４１が中央部を正方形とするように形成されているが、その形は限定されない。また、図３および図４の例においては、レジストパターン４１が、カラーフィルタ１４の中央部だけでなく、カラーフィルタ１４間の境界も除いて形成されているが、これは、次の工程において、有機高分子材料層３１があふれてしまうのを防ぐためである。
【００５３】
図２に戻って、ステップＳ１６において、製造装置は、レジストパターン４１をリフローする。具体的には、製造装置は、レジストパターン４１に対して、カラーフィルタ１４を熱退色させない範囲の温度を与えることによって、リフロープロセスを行う。リフロープロセスとしては、例えば、特許第３３５５８７４号に記載されるオンチップレンズ形成法と同様に、混同ガスを用いたドライエッチングプロセスを施し、有機高分子材料層３１を全てエッチバックする方法を用いることができる。
【００５４】
図５および図６は、構造体１５を形成する方法との比較のための、従来のオンチップレンズ形成方法を説明する図である。
【００５５】
図５に示されるように、従来のオンチップレンズ形成方法において、有機高分子材料層３１の上に形成されるレジストパターン５１−１は、カラーフィルタ１４−１より少し小さめにカラーフィルタ１４−１上に形成されていた。同様に、レジストパターン５１−２は、カラーフィルタ１４−２より少し小さめにカラーフィルタ１４−２上に形成されていた。
【００５６】
したがって、上述した混同ガスを用いたドライエッチングプロセスを施し、有機高分子材料層３１を全てエッチバックする方法により、図６に示されるように、集光に適した平凸形状の、完成度の高いオンチップレンズ６１−１および６１−２が形成された。
【００５７】
これに対して、イメージセンサ１において、レジストパターン４１は、カラーフィルタ１４の中央部以外を遮光するように、すなわち、中央部を露光するように形成されている。
【００５８】
したがって、このリフロープロセスにより、図７に示されるように、カラーフィルタ１４上に、すなわち、光電変換部１２の直上領域の所定の位置に、受光素子１３を覆うように、凹部１６を有する平凸形状の構造体１５が形成される。図７の例においては、カラーフィルタ１４−１上には、凹部１６−１を有する平凸形状の構造体１５−１が形成され、カラーフィルタ１４−２上には、凹部１６−２を有する平凸形状の構造体１５−２が形成される。
【００５９】
このように、リフロープロセスを行うことにより、より集光率の高い曲率を持った形状である、平凸形状の構造体１５が形成される。
【００６０】
図８は、凹部１６を有する平凸形状の構造体１５が形成されたイメージセンサ１を上から見た上面図である。図８の例のＡにおける断面図が、図７に相当する。
【００６１】
凹部１６−１を有する平凸形状の構造体１５−１は、カラーフィルタ１４−１上に形成されている。凹部１６−２を有する平凸形状の構造体１５−２は、カラーフィルタ１４−２上に形成されている。凹部１６−３を有する平凸形状の構造体１５−３は、カラーフィルタ１４−３上に形成されている。凹部１６−（ｎ−１）を有する平凸形状の構造体１５−（ｎ−１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ−１）上に形成されている。凹部１６−ｎを有する平凸形状の構造体１５−ｎは、カラーフィルタ１４−ｎ上に形成されている。凹部１６−（ｎ＋１）を有する平凸形状の構造体１５−（ｎ＋１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ＋１）上に形成されている。
【００６２】
なお、図８の例においては、カラーフィルタ１４および構造体１５が６個しか示されていないが、実際には、複数で構成される。
【００６３】
また、図７および図８の例においては、構造体１５が模式的に示されているため、構造体１５は、カラーフィルタ１４の四隅を覆っていないが、実際には、有機高分子材料層３１のリフローにより覆うように形成される。
【００６４】
さらに、図８の例においては、凹部１６が正円で示されているが、凹部１６の形状は、楕円でもよいし、円に限らない。すなわち、凹部１６の形状は問わない。
【００６５】
図２に戻って、ステップＳ１７において、製造装置は、構造体１５の上表面のうち、中央の凹部１６を除いた領域に光反射材料を付加する。
【００６６】
製造装置は、構造体１５の上表面のうち、中央の凹部１６を除いた領域に対して、蒸着や塗布などのプロセスで光反射性材料を付加し、光反射性の薄膜１７を形成する。光反射材料としては、例えば、ＡＬ、Ａｕ、Ｐｔ、またはＣｒなどの金属材料が用いられる。
【００６７】
これにより、構造体１５で起こる光現象のうち、上部方向へ散逸する光を、受光素子１３側に反射させて、イメージセンサ１に取り込み、高感度の信号検出を行うことができるようになる。
【００６８】
再度、図２に戻り、ステップＳ１８において、製造装置は、構造体１５の形成されたウェハを切断してチップ化する。
【００６９】
以上のように、半導体チップなどの製造技術を応用して、イメージセンサ１が製造されるので、光電変換部１２の直上域の所定の位置（すなわち、受光素子１３を覆う位置）に、精度よく平凸形状の構造体１５を形成することができる。
【００７０】
また、受光素子１３と光電変換部１２と凹部１６を有する構造体１５とが一体で形成されるので、アライメントの手段が不要になる。これにより、装置を小型化および簡素化することができるので、低コストを実現することができる。
【００７１】
［撮像素子の構成例］
図９は、本開示を適用した撮像素子としてのイメージセンサの他の実施の形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００７２】
図９に示されるイメージセンサ７１は、ｎ型基板１１、受光素子８１−１乃至８４−１、および受光素子８１−２乃至８４−２を有する光電変換部１２、カラーフィルタ１４−１および１４−２、並びに構造体１５−１および１５−２などで構成されている。
【００７３】
なお、図９は、断面図であるので、受光素子８３−１および８４−１、並びに、受光素子８３−２および８４−２の図示はされていないが、図９の例の場合、実際には、４つの受光素子に対して単一の構造体が形成されている。
【００７４】
すなわち、図１のイメージセンサ１は、１つの受光素子に対して単一の構造体が形成されていた。これに対して、イメージセンサ７１においては、複数の受光素子８１−１乃至８４−１上に、波長選択性を有するカラーフィルタ１４−１が形成され、複数の画素に対して単一の構造体１５−１が形成されている。また、複数の受光素子８１−２乃至８４−２上に、波長選択性を有するカラーフィルタ１４−１が形成され、複数の画素に対して単一の構造体１５−１が形成されている。
【００７５】
そして、図１のイメージセンサ１と同様に、カラーフィルタ１４−１および１４−２の上部には、中央部分に凹部（窪み）１６−１および１６−２がそれぞれ形成された平凸形状の構造体１５−１および１５−２がそれぞれ形成されている。また、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２を除く最上部表面には、光反射性の薄膜１７−１および１７−２がそれぞれ形成されている。そして、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２には、図中丸で示されるように、測定対象のゲル状、または液体状の試料２１−１および２１−２がそれぞれ貯留されている。
【００７６】
なお、以下、受光素子８１−１乃至８４−１、および受光素子８１−２乃至８４−２を個々に区別しない場合、受光素子８１乃至８４と称する。
【００７７】
また、図９の例においては、受光素子８１乃至８４に対して、単一の構造体１５が形成される例を説明したが、受光素子の数は４つに限らず、６つやもっと多く構成するようにしてもよい。
【００７８】
このように、１つの試料２１−１に対して複数の画素（受光素子８１−１乃至８４−１）を設置して光現象を検出することで、信号Ｓ／Ｎ比を高めることが可能になる。また、隣接する試料２１−２に対しても、同様に、対応する複数の画素（受光素子８１−２乃至８４−２）およびカラーフィルタ１４−２により光現象が検出される。これにより、画素数が同一の場合には、検出密度が低下するものの、図１のイメージセンサ１と比して、高感度での検出が可能になる。
【００７９】
また、イメージセンサ７１も、受光素子８１乃至８４および光電変換部１２が、凹部１６を有する構造体と一体で形成されているため、アライメント作業や手段が不要となる。さらに、イメージセンサ７１も、その図示と説明は省略するが、図２を参照して上述したイメージセンサ１の製造方法と同様に製造することが可能であるので、位置合わせ精度をサブミクロン以内に抑えることができる。
【００８０】
以上のように、本開示によれば、受光素子および光電変換部と、凹部を有する構造体とを一体化して形成しているので、装置を小型化、および簡素化することができるとともに、低コストで製造することができる。
【００８１】
また、本開示によれば、受光素子上に設けられた平凸形状の構造体の、凹部以外の最表面に光反射性の薄膜が付加されているので、試料から上部方向（受光素子と反対方向）に出射された光現象を反射し、受光素子側に導くことができる。これにより、検出感度を高めることができる。
【００８２】
このように検出感度を高めることにより、検出誤差を小さくし、かつ、少ない試料から確実に化学反応を検出することが可能になる。
【００８３】
＜２．第２の実施の形態＞
［検査装置の構成例］
図１０は、本開示を適用した撮像素子としてのイメージセンサを用いた検査装置の一実施の形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００８４】
図１０に示される検査装置１００は、撮像装置１０１、光源１０２、および試料注入部１０３により構成される。撮像装置１０１は、図１のイメージセンサ１、制御部１１１、画像処理部１１２、メモリ１１３、表示部１１４、および送信部１１５により構成される。
【００８５】
イメージセンサ１の受光素子１３および光電変換部１２は、制御部１１１の制御のもと、凹部１６に試料が貯留された状態の構造体１５で起こる光現象を取り込み、電気信号として、画像処理部１１２に出力する。
【００８６】
制御部１１１は、撮像装置１０１の各部を制御するとともに、光源１０２の発光タイミングを制御し、試料注入部１０３の試料の注入タイミングを制御する。例えば、制御部１１１は、イメージセンサ１の撮像タイミングを制御したり、画像処理部１１２の画像処理を制御したり、送信部１１５の送信を制御する。
【００８７】
画像処理部１１２は、制御部１１１の制御のもと、イメージセンサ１からの電気信号に対応する画像に適した信号処理を行い、処理後の画像やデータを、メモリ１１３に記録したり、表示部１１４に表示させる。例えば、画像処理部１１２は、イメージセンサ１からの電気信号に対応する画像を処理して、配列のデータや反応しているかしていないかのデータを出力する。
【００８８】
メモリ１１３は、画像処理部１１２により処理された画像やデータを記憶する。表示部１１４は、画像処理部１１２により処理された画像やデータを表示する。送信部１１５は、メモリ１１３に蓄積された画像やデータを、例えば、ＵＳＢなどで接続される装置（図示せぬ）に送信する。
【００８９】
光源１０２は、制御部１１１からのタイミングで発光する。試料注入部１０３は、制御部１１１からの制御に応じて、イメージセンサ１の構造体１５が有する凹部１６に、検査対象の試料を注入する。
【００９０】
以上のように、図１０の検査装置１００においては、受光素子１３並びに光電変換部１２が構造体１５と一体化して形成されているイメージセンサ１を用いることによって、アライメントの処理や手段が不要となる。この結果、装置の小規模、低コスト化を実現することができる。
【００９１】
また、位置合わせ精度をサブミクロン以内に抑えることが可能になり、精度のよい検査を行うことができる。
【００９２】
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００９３】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９４】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体と
を備え、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている
撮像素子。
（２） 前記構造体は、光透過材料により形成されている
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記構造体と前記光電変換部との間に、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される層
をさらに備える前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４） 前記構造体は、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される
前記（１）に記載の撮像素子。
（５） 前記構造体は、前記受光素子の単一画素、または複数画素毎に形成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子
を備える電子機器。
（７） 受光素子および光電変換部が形成されたウェハ上に、有機高分子材料層を形成し、
前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、前記中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体を生成し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料を付加する
撮像素子の製造方法。
（８） 複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子と、
前記凹部に充填された試料に対して光を照射する光源と、
前記光源と前記撮像素子とを制御する制御部と
を備える検査装置。
【符号の説明】
【００９５】
１ イメージセンサ， １１ ｎ型基板， １２ 光電変換部， １３−１，１３−２，１３ 受光素子， １４−１，１４−２，１４ カラーフィルタ， １５−１，１５−２，１５ 構造体， １６−１，１６−２，１６ 凹部， １７−１，１７−２，１７ 薄膜， ２１−１，２１−２，２１ 試料， ７１ イメージセンサ， ８１−１乃至８４−１，８１−２乃至８４−２， ８１乃至８４ 受光素子， １００ 検査装置， １０１ 撮像装置， １１１ 制御部， １１２ 画像処理部， １１３ メモリ， １１４ 表示部， １１５ 送信部
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撮像素子、電子機器、製造方法、および検査装置に関し、特に、検出感度を向上するとともに、低コスト化を実現することができるようにした撮像素子、電子機器、製造方法、および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶液のｐＨ測定、ＤＮＡやたんぱく質の解析などを２次元画像として表示する化学センサ、またはバイオセンサの需要が増加している。このような化学センサとしては、例えば、集光した光スポットによる勃起電流から半導体素子の表面円電位を読みとる表面電位測定法(SPV法)を利用したLight Addressable Potentiometric Sensor(LAPS)がある。
【０００３】
しかしながら、このような化学センサは、検出画像を２次元マップとして取り込むことができるものの、基板表面から光を入射させるため、透明基板や透明電極が必要となる。また、これらのセンサは、光源と素子がそれぞれ１つであるため、光源をスポット状態にしても発生した勃起キャリアが半導体素子の平面方向に拡散して、観察対象となる勃起電流の範囲が広がってしまう。このため、このようなセンサは、画像分解能が低かった。
【０００４】
そこで、検出感度が高く、かつ低ノイズ信号が得られ、さらに電荷信号を２次元的データとして出力することが可能なデバイスとしてCCDおよびCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子を検出手段に用いた化学センサやバイオセンサが多く提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したセンサにおいては、試料と受光素子との位置合わせに対して高い精度が必要であった。これに対して、ウェルと検出器との位置合わせを行うブロックを具備するものがあるが、このセンサの場合、装置の小型化や簡素化が困難である。
【０００７】
また、測定対象の試料を、センサの保護膜あるいは反射防止膜上に直接載せて観察するものもあるが、このようなセンサの場合、粘度の低い資料の測定には不向きであり、また、複数種の試料を同時に測定することが困難である。
【０００８】
さらに、受光素子上に形成されるウェルに試料を閉じ込めるものもあるが、このようなセンサの場合、金属ウェル構造を半導体素子上に構築することが必要であり、低コスト化が困難であった。
【０００９】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、検出感度を向上するとともに、低コスト化を実現することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の第１の側面の撮像素子は、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とを備え、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている。
【００１１】
前記構造体は、光透過材料により形成されている。
【００１２】
前記構造体と前記光電変換部との間に、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される層をさらに備えることができる。
【００１３】
前記構造体は、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される。
【００１４】
前記構造体は、前記受光素子の単一画素、または複数画素毎に形成されている。
【００１５】
本開示の第２の側面の電子機器は、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子を備える。
【００１６】
本開示の第３の側面の撮像素子の製造方法は、受光素子および光電変換部が形成されたウェハ上に、有機高分子材料層を形成し、前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、前記中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体を生成し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料を付加する。
【００１７】
本開示の第４の側面の検査装置は、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子と、前記凹部に充填された試料に対して光を照射する光源と、前記光源と前記撮像素子とを制御する制御部とを備える。
【００１８】
本開示の第１の側面においては、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体が、その中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域が、光反射材料によって覆われている。
【００１９】
本開示の第２の側面においては、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体が、その中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域が、光反射材料によって覆われている撮像素子が備えられる。
【００２０】
本開示の第３の側面においては、受光素子と光電変換部とが形成されたウェハ上に、有機高分子材料層が形成され、前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンが形成される。前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、その中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体が生成される。そして、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料が付加される。
【００２１】
本開示の第４の側面においては、複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体が、その中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域が、光反射材料によって覆われている撮像素子の凹部に充填された試料に対して光が照射される。そして、前記構造体を介して、前記受光素子に入射された光が電気信号に変換される。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の第１および第２の側面によれば、入射された光が変換された電気信号を得ることができる。特に、検出感度を向上することができる。
【００２３】
本開示の第３の側面によれば、撮像素子を製造することができる。特に、検出感度を向上させた撮像素子を低コストで製造することができる。
【００２４】
本開示の第４の側面によれば、入射された光が変換された電気信号を得ることができる。特に、検出感度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】撮像素子の構造の例を示す断面図である。
【図２】撮像素子の製造工程を説明するフローチャートである。
【図３】撮像素子の製造工程を説明する図である。
【図４】製造中のウェハを上から見た上面図である。
【図５】従来のオンチップレンズの製造工程を説明する図である。
【図６】従来のオンチップレンズの製造工程を説明する図である。
【図７】撮像素子の製造工程を説明する図である。
【図８】製造中のウェハを上から見た上面図である。
【図９】撮像素子の構造の他の例を示す断面図である。
【図１０】検査装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（撮像素子）
２．第２の実施の形態（検査装置）
【００２７】
＜１．第１の実施の形態＞
［撮像素子の構成例］
図１は、本開示を適用した撮像素子としてのイメージセンサの一実施の形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００２８】
図１に示されるイメージセンサ１は、ｎ型基板１１、受光素子（PD:Photo Diode）１３−１および１３−２を有する光電変換部１２、カラーフィルタ１４−１および１４−２、並びに構造体１５−１および１５−２などで構成されている。
【００２９】
イメージセンサ１においては、光電変換部１２の受光素子１３−１および１３−２上に、波長選択性を有する、カラーフィルタ１４−１および１４−２がそれぞれ形成されている。さらに、カラーフィルタ１４−１および１４−２の上部には、中央部分に凹部（窪み）１６−１および１６−２がそれぞれ形成された平凸形状（レンズ形状）の構造体１５−１および１５−２がそれぞれ形成されている。また、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２を除く最上部表面には、光反射性の薄膜１７−１および１７−２がそれぞれ形成されている。そして、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２には、図中丸で示されるように、測定対象のゲル状、または液体状の試料２１−１および２１−２がそれぞれ貯留されている。この丸は、試料が貯留されていることを概念的に示すものである。
【００３０】
なお、以下、特に区別する必要のない場合、受光素子１３−１および１３−２、カラーフィルタ１４−１および１４−２、並びに、構造体１５−１および１５−２は、それぞれ、受光素子１３、カラーフィルタ１４、並びに構造体１５と称する。凹部１６−１および１６−２、薄膜１７−１および１７−２、並びに、試料２１−１および２１−２も、特に区別する必要のない場合、それぞれ、凹部１６、薄膜１７、並びに、試料２１と称する。
【００３１】
また、図１の例においては、受光素子１３−１および１３−２が２個しか示されていないが、実際には、ｎ型基板１１上には、複数の受光素子１３がマトリクス状に配設された光電変換部１２が構成されている。
【００３２】
ｎ型基板１１は、半導体ウェハなどで構成される。光電変換部１２は、例えば、CCD（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）などの固体撮像素子により構成される。光電変換部１２は、試料２１の光現象を検出し、電気信号として出力する。
【００３３】
カラーフィルタ１４は、受光素子１３を覆うように、その上部に形成され、特定の波長領域を通過させ、かつ、他の波長領域を吸収、あるいは反射する材料や構造により、波長選択性を有するように形成される。例えば、波長選択性を持たせる方法としては、通常のCCDやCMOSイメージセンサと同様に、一定厚みを有する高分子材料を付加する方法や、無機材料の多層膜を形成して干渉フィルタを構成させる方法などがある。
【００３４】
図１の例のカラーフィルタ１４−２のハッチは、カラーフィルタ１４−１と異なる波長選択性を有していることを示している。このように、カラーフィルタ１４は、用途に応じて、画素（受光素子１３）毎に異なる波長選択性を持たせる場合もあるが、これに限定されず、例えば、同一の波長選択性を有するフィルタを均一に構成するようにしてもよい。
【００３５】
なお、カラーフィルタ１４は、試料に対して光現象を発生させるための勃起光の波長が受光素子１３や光電変換部１２に到達するのを防ぐために設けられる。したがって、例えば、構造体１５が波長選択性を有している場合など、勃起光を用いることなく光現象が得られる場合には、カラーフィルタ１４を省略することも可能である。
【００３６】
中央部分に凹部１６が形成された平凸形状の構造体１５は、光透過材料によって形成されている。構造体１５は、カラーフィルタ１４の上部、すなわち、光電変換部１２の直上領域の所定の位置に、受光素子１３を覆うように形成される。この構造体１５は、隣接画素との間を区切り、その凹部１６に試料２１を貯留して光現象の測定を行うために形成される。凹部１６を形成することにより、試料２１がゲル状、または液体状であっても流れ出したり、隣と混ざることを抑制することができる。なお、試料２１は、ゲル状や液体状以外であってもよい。
【００３７】
ここで、光現象は、あらゆる方向で観察されるため、受光素子１３と反対方向へ出射された光を検出するためには、光を受光素子１３方向へと反射させる構造が必要となる。
【００３８】
そのため、構造体１５の凹部１６の領域を除く、上部表面には、ＡＬ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒなどの材料からなる光反射性を有する薄膜１７が形成されている。これにより、受光素子が構造体１５で起こる光現象を最大限に取り込み、高感度の信号検出を行うことが可能となる。
【００３９】
以上のように、イメージセンサ１は、受光素子１３並びに光電変換部１２が構造体１５と一体化して形成されている。これにより、アライメントの処理が不要となる。また、構造体１５は、図２を参照して後述するように、ウエハプロセスによって形成することができるので、位置合わせ精度をサブミクロン以内に抑えることが可能になる。
【００４０】
なお、図１の例においては、カラーフィルタ１４を、光電変換部１２と構造体１５の間に設けるようにしたが、カラーフィルタ１４を設けることなしに、構造体１５自体を、波長選択性を有する材料によって形成してもよい。例えば、構造体１５は、特定の波長領域を通過させ、かつ、他の波長領域を吸収、あるいは反射する材料や構造により、波長選択性を有するように形成することもできる。
【００４１】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１のイメージセンサ１の製造方法を説明する。
【００４２】
ステップＳ１１において、イメージセンサ１の製造装置（以下、製造装置と称する）は、半導体ウェハであるｎ型基板１１を準備する。ステップＳ１２において、製造装置は、図３に示されるように、ｎ型基板１１上に、マトリクス状に複数の受光素子１３と、光電変換部１２とを形成する。
【００４３】
ステップＳ１３において、製造装置は、受光素子１３および光電変換部１２の直上領域に、受光素子１３を覆うように、波長選択材料からなるカラーフィルタ１４のフィルタ層を形成する。
【００４４】
なお、上述したステップＳ１１乃至Ｓ１３における処理は、特に限定されるものではなく、公知の光電変換素子の製造方法などを適用することも可能である。
【００４５】
ステップＳ１４において、フィルタ層の上に、有機高分子材料層３１を形成する。この有機高分子材料層３１が、のちに構造体１５となる。
【００４６】
ステップＳ１５において、製造装置は、図３に示されるように、有機高分子材料層３１において、カラーフィルタ１４の中央部以外を遮光する、すなわち、中央部を露光するレジストパターン４１を形成する。レジストパターン４１は、受光素子１３を覆うように凹部１６を有する構造体１５が形成されるよう、光電変換部１２の直上領域の所定の位置に形成される。
【００４７】
具体的には、製造装置は、有機高分子材料層３１の上に、１つのカラーフィルタ１４−１の中央部以外を遮光するように、感光性レジスト層を形成する。そして、製造装置は、レジスト層の平凸形状の構造体となる部分以外の領域を露光してレジスト樹脂を硬化させる。現像処理を施すと、硬化された領域以外は除去されて、露光マスクを反転させた領域が、レジストパターン４１−１として転写形成される。同様に、１つのカラーフィルタ１４−２についても、カラーフィルタ１４−２の中央部以外を遮光するレジストパターン４１−２が形成される。
【００４８】
なお、以下、レジストパターン４１−１および４１−２を個々に区別する必要がない場合、レジストパターン４１と称する。
【００４９】
図４は、レジストパターン４１が形成されたイメージセンサ１を上から見た上面図である。図５の例のＡにおける断面図が、図３に相当する。なお、図４の例においては、カラーフィルタ１４が有機高分子材料層３１の下層にあるため、カラーフィルタ１４を点線で表している。
【００５０】
レジストパターン４１−１は、カラーフィルタ１４−１の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−２は、カラーフィルタ１４−２の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−３は、カラーフィルタ１４−３の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−（ｎ−１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ−１）の中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−ｎは、カラーフィルタ１４−ｎの中央部以外を遮光するように形成されている。レジストパターン４１−（ｎ＋１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ＋１）の中央部以外を遮光するように形成されている。
【００５１】
なお、図４の例においては、カラーフィルタ１４およびレジストパターン４１が６個しか示されていないが、実際には、複数で構成される。
【００５２】
また、図３および図４の例においては、レジストパターン４１が中央部を正方形とするように形成されているが、その形は限定されない。また、図３および図４の例においては、レジストパターン４１が、カラーフィルタ１４の中央部だけでなく、カラーフィルタ１４間の境界も除いて形成されているが、これは、次の工程において、有機高分子材料層３１があふれてしまうのを防ぐためである。
【００５３】
図２に戻って、ステップＳ１６において、製造装置は、レジストパターン４１をリフローする。具体的には、製造装置は、レジストパターン４１に対して、カラーフィルタ１４を熱退色させない範囲の温度を与えることによって、リフロープロセスを行う。リフロープロセスとしては、例えば、特許第３３５５８７４号に記載されるオンチップレンズ形成法と同様に、混同ガスを用いたドライエッチングプロセスを施し、有機高分子材料層３１を全てエッチバックする方法を用いることができる。
【００５４】
図５および図６は、構造体１５を形成する方法との比較のための、従来のオンチップレンズ形成方法を説明する図である。
【００５５】
図５に示されるように、従来のオンチップレンズ形成方法において、有機高分子材料層３１の上に形成されるレジストパターン５１−１は、カラーフィルタ１４−１より少し小さめにカラーフィルタ１４−１上に形成されていた。同様に、レジストパターン５１−２は、カラーフィルタ１４−２より少し小さめにカラーフィルタ１４−２上に形成されていた。
【００５６】
したがって、上述した混同ガスを用いたドライエッチングプロセスを施し、有機高分子材料層３１を全てエッチバックする方法により、図６に示されるように、集光に適した平凸形状の、完成度の高いオンチップレンズ６１−１および６１−２が形成された。
【００５７】
これに対して、イメージセンサ１において、レジストパターン４１は、カラーフィルタ１４の中央部以外を遮光するように、すなわち、中央部を露光するように形成されている。
【００５８】
したがって、このリフロープロセスにより、図７に示されるように、カラーフィルタ１４上に、すなわち、光電変換部１２の直上領域の所定の位置に、受光素子１３を覆うように、凹部１６を有する平凸形状の構造体１５が形成される。図７の例においては、カラーフィルタ１４−１上には、凹部１６−１を有する平凸形状の構造体１５−１が形成され、カラーフィルタ１４−２上には、凹部１６−２を有する平凸形状の構造体１５−２が形成される。
【００５９】
このように、リフロープロセスを行うことにより、より集光率の高い曲率を持った形状である、平凸形状の構造体１５が形成される。
【００６０】
図８は、凹部１６を有する平凸形状の構造体１５が形成されたイメージセンサ１を上から見た上面図である。図８の例のＡにおける断面図が、図７に相当する。
【００６１】
凹部１６−１を有する平凸形状の構造体１５−１は、カラーフィルタ１４−１上に形成されている。凹部１６−２を有する平凸形状の構造体１５−２は、カラーフィルタ１４−２上に形成されている。凹部１６−３を有する平凸形状の構造体１５−３は、カラーフィルタ１４−３上に形成されている。凹部１６−（ｎ−１）を有する平凸形状の構造体１５−（ｎ−１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ−１）上に形成されている。凹部１６−ｎを有する平凸形状の構造体１５−ｎは、カラーフィルタ１４−ｎ上に形成されている。凹部１６−（ｎ＋１）を有する平凸形状の構造体１５−（ｎ＋１）は、カラーフィルタ１４−（ｎ＋１）上に形成されている。
【００６２】
なお、図８の例においては、カラーフィルタ１４および構造体１５が６個しか示されていないが、実際には、複数で構成される。
【００６３】
また、図７および図８の例においては、構造体１５が模式的に示されているため、構造体１５は、カラーフィルタ１４の四隅を覆っていないが、実際には、有機高分子材料層３１のリフローにより覆うように形成される。
【００６４】
さらに、図８の例においては、凹部１６が正円で示されているが、凹部１６の形状は、楕円でもよいし、円に限らない。すなわち、凹部１６の形状は問わない。
【００６５】
図２に戻って、ステップＳ１７において、製造装置は、構造体１５の上表面のうち、中央の凹部１６を除いた領域に光反射材料を付加する。
【００６６】
製造装置は、構造体１５の上表面のうち、中央の凹部１６を除いた領域に対して、蒸着や塗布などのプロセスで光反射性材料を付加し、光反射性の薄膜１７を形成する。光反射材料としては、例えば、ＡＬ、Ａｕ、Ｐｔ、またはＣｒなどの金属材料が用いられる。
【００６７】
これにより、構造体１５で起こる光現象のうち、上部方向へ散逸する光を、受光素子１３側に反射させて、イメージセンサ１に取り込み、高感度の信号検出を行うことができるようになる。
【００６８】
再度、図２に戻り、ステップＳ１８において、製造装置は、構造体１５の形成されたウェハを切断してチップ化する。
【００６９】
以上のように、半導体チップなどの製造技術を応用して、イメージセンサ１が製造されるので、光電変換部１２の直上域の所定の位置（すなわち、受光素子１３を覆う位置）に、精度よく平凸形状の構造体１５を形成することができる。
【００７０】
また、受光素子１３と光電変換部１２と凹部１６を有する構造体１５とが一体で形成されるので、アライメントの手段が不要になる。これにより、装置を小型化および簡素化することができるので、低コストを実現することができる。
【００７１】
［撮像素子の構成例］
図９は、本開示を適用した撮像素子としてのイメージセンサの他の実施の形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００７２】
図９に示されるイメージセンサ７１は、ｎ型基板１１、受光素子８１−１乃至８４−１、および受光素子８１−２乃至８４−２を有する光電変換部１２、カラーフィルタ１４−１および１４−２、並びに構造体１５−１および１５−２などで構成されている。
【００７３】
なお、図９は、断面図であるので、受光素子８３−１および８４−１、並びに、受光素子８３−２および８４−２の図示はされていないが、図９の例の場合、実際には、４つの受光素子に対して単一の構造体が形成されている。
【００７４】
すなわち、図１のイメージセンサ１は、１つの受光素子に対して単一の構造体が形成されていた。これに対して、イメージセンサ７１においては、複数の受光素子８１−１乃至８４−１上に、波長選択性を有するカラーフィルタ１４−１が形成され、複数の画素に対して単一の構造体１５−１が形成されている。また、複数の受光素子８１−２乃至８４−２上に、波長選択性を有するカラーフィルタ１４−１が形成され、複数の画素に対して単一の構造体１５−１が形成されている。
【００７５】
そして、図１のイメージセンサ１と同様に、カラーフィルタ１４−１および１４−２の上部には、中央部分に凹部（窪み）１６−１および１６−２がそれぞれ形成された平凸形状の構造体１５−１および１５−２がそれぞれ形成されている。また、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２を除く最上部表面には、光反射性の薄膜１７−１および１７−２がそれぞれ形成されている。そして、構造体１５−１および１５−２の凹部１６−１および１６−２には、図中丸で示されるように、測定対象のゲル状、または液体状の試料２１−１および２１−２がそれぞれ貯留されている。
【００７６】
なお、以下、受光素子８１−１乃至８４−１、および受光素子８１−２乃至８４−２を個々に区別しない場合、受光素子８１乃至８４と称する。
【００７７】
また、図９の例においては、受光素子８１乃至８４に対して、単一の構造体１５が形成される例を説明したが、受光素子の数は４つに限らず、６つやもっと多く構成するようにしてもよい。
【００７８】
このように、１つの試料２１−１に対して複数の画素（受光素子８１−１乃至８４−１）を設置して光現象を検出することで、信号Ｓ／Ｎ比を高めることが可能になる。また、隣接する試料２１−２に対しても、同様に、対応する複数の画素（受光素子８１−２乃至８４−２）およびカラーフィルタ１４−２により光現象が検出される。これにより、画素数が同一の場合には、検出密度が低下するものの、図１のイメージセンサ１と比して、高感度での検出が可能になる。
【００７９】
また、イメージセンサ７１も、受光素子８１乃至８４および光電変換部１２が、凹部１６を有する構造体と一体で形成されているため、アライメント作業や手段が不要となる。さらに、イメージセンサ７１も、その図示と説明は省略するが、図２を参照して上述したイメージセンサ１の製造方法と同様に製造することが可能であるので、位置合わせ精度をサブミクロン以内に抑えることができる。
【００８０】
以上のように、本開示によれば、受光素子および光電変換部と、凹部を有する構造体とを一体化して形成しているので、装置を小型化、および簡素化することができるとともに、低コストで製造することができる。
【００８１】
また、本開示によれば、受光素子上に設けられた平凸形状の構造体の、凹部以外の最表面に光反射性の薄膜が付加されているので、試料から上部方向（受光素子と反対方向）に出射された光現象を反射し、受光素子側に導くことができる。これにより、検出感度を高めることができる。
【００８２】
このように検出感度を高めることにより、検出誤差を小さくし、かつ、少ない試料から確実に化学反応を検出することが可能になる。
【００８３】
＜２．第２の実施の形態＞
［検査装置の構成例］
図１０は、本開示を適用した撮像素子としてのイメージセンサを用いた検査装置の一実施の形態の構成を模式的に示す断面図である。
【００８４】
図１０に示される検査装置１００は、撮像装置１０１、光源１０２、および試料注入部１０３により構成される。撮像装置１０１は、図１のイメージセンサ１、制御部１１１、画像処理部１１２、メモリ１１３、表示部１１４、および送信部１１５により構成される。
【００８５】
イメージセンサ１の受光素子１３および光電変換部１２は、制御部１１１の制御のもと、凹部１６に試料が貯留された状態の構造体１５で起こる光現象を取り込み、電気信号として、画像処理部１１２に出力する。
【００８６】
制御部１１１は、撮像装置１０１の各部を制御するとともに、光源１０２の発光タイミングを制御し、試料注入部１０３の試料の注入タイミングを制御する。例えば、制御部１１１は、イメージセンサ１の撮像タイミングを制御したり、画像処理部１１２の画像処理を制御したり、送信部１１５の送信を制御する。
【００８７】
画像処理部１１２は、制御部１１１の制御のもと、イメージセンサ１からの電気信号に対応する画像に適した信号処理を行い、処理後の画像やデータを、メモリ１１３に記録したり、表示部１１４に表示させる。例えば、画像処理部１１２は、イメージセンサ１からの電気信号に対応する画像を処理して、配列のデータや反応しているかしていないかのデータを出力する。
【００８８】
メモリ１１３は、画像処理部１１２により処理された画像やデータを記憶する。表示部１１４は、画像処理部１１２により処理された画像やデータを表示する。送信部１１５は、メモリ１１３に蓄積された画像やデータを、例えば、ＵＳＢなどで接続される装置（図示せぬ）に送信する。
【００８９】
光源１０２は、制御部１１１からのタイミングで発光する。試料注入部１０３は、制御部１１１からの制御に応じて、イメージセンサ１の構造体１５が有する凹部１６に、検査対象の試料を注入する。
【００９０】
以上のように、図１０の検査装置１００においては、受光素子１３並びに光電変換部１２が構造体１５と一体化して形成されているイメージセンサ１を用いることによって、アライメントの処理や手段が不要となる。この結果、装置の小規模、低コスト化を実現することができる。
【００９１】
また、位置合わせ精度をサブミクロン以内に抑えることが可能になり、精度のよい検査を行うことができる。
【００９２】
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００９３】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９４】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１） 複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体と
を備え、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている
撮像素子。
（２） 前記構造体は、光透過材料により形成されている
前記（１）に記載の撮像素子。
（３） 前記構造体と前記光電変換部との間に、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される層
をさらに備える前記（１）または（２）に記載の撮像素子。
（４） 前記構造体は、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される
前記（１）に記載の撮像素子。
（５） 前記構造体は、前記受光素子の単一画素、または複数画素毎に形成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の撮像素子。
（６） 複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子
を備える電子機器。
（７） 受光素子および光電変換部が形成されたウェハ上に、有機高分子材料層を形成し、
前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、前記中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体を生成し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料を付加する
撮像素子の製造方法。
（８） 複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子と、
前記凹部に充填された試料に対して光を照射する光源と、
前記光源と前記撮像素子とを制御する制御部と
を備える検査装置。
【符号の説明】
【００９５】
１ イメージセンサ， １１ ｎ型基板， １２ 光電変換部， １３−１，１３−２，１３ 受光素子， １４−１，１４−２，１４ カラーフィルタ， １５−１，１５−２，１５ 構造体， １６−１，１６−２，１６ 凹部， １７−１，１７−２，１７ 薄膜， ２１−１，２１−２，２１ 試料， ７１ イメージセンサ， ８１−１乃至８４−１，８１−２乃至８４−２， ８１乃至８４ 受光素子， １００ 検査装置， １０１ 撮像装置， １１１ 制御部， １１２ 画像処理部， １１３ メモリ， １１４ 表示部， １１５ 送信部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体と
を備え、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている
撮像素子。
【請求項２】
前記構造体は、光透過材料により形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記構造体と前記光電変換部との間に、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される層
をさらに備える請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記構造体は、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記構造体は、前記受光素子の単一画素、または複数画素毎に形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子
を備える電子機器。
【請求項７】
受光素子および光電変換部が形成されたウェハ上に、有機高分子材料層を形成し、
前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、前記中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体を生成し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料を付加する
撮像素子の製造方法。
【請求項８】
複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子と、
前記凹部に充填された試料に対して光を照射する光源と、
前記光源と前記撮像素子とを制御する制御部と
を備える検査装置。
【請求項１】
複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体と
を備え、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている
撮像素子。
【請求項２】
前記構造体は、光透過材料により形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記構造体と前記光電変換部との間に、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される層
をさらに備える請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記構造体は、特定波長領域を吸収する、あるいは、特定波長領域を透過する光機能性材料により形成される
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記構造体は、前記受光素子の単一画素、または複数画素毎に形成されている
請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
複数の受光素子と、
前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、
前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子
を備える電子機器。
【請求項７】
受光素子および光電変換部が形成されたウェハ上に、有機高分子材料層を形成し、
前記有機高分子材料層上における前記光電変換部の直上領域の所定の位置に、その中央部分以外を遮光するレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをリフローすることにより、前記受光素子を覆うように形成され、前記中央部分に凹部を有する平凸形状の構造体を生成し、
前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域に光反射材料を付加する
撮像素子の製造方法。
【請求項８】
複数の受光素子と、前記受光素子に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、前記受光素子を覆うように形成された平凸形状の構造体とからなり、前記構造体は、前記平凸形状の中央部分に凹部を有し、前記構造体の表面のうち、前記凹部を除いた領域は、光反射材料によって覆われている撮像素子と、
前記凹部に充填された試料に対して光を照射する光源と、
前記光源と前記撮像素子とを制御する制御部と
を備える検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４９３８（Ｐ２０１３−４９３８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７９８３（Ｐ２０１１−１３７９８３）
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２２日（２０１１．６．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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