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図面 (20)

課題

導光機能を有する光学センサー及びその製造方法を提供する。

解決手段

本発明の光学センサー100は、電気回路領域111A及び光学感知領域111Bを有する半導電層111、光学感知領域111Bの上方の試料保持部23、試料保持部23と光学感知領域111Bとの間の導光構造130、並びに電気回路領域111Aの上方の電気相互接続構造140を備えている。電気相互接続構造140が導光構造130と一体的に形成され、導光構造130が試料保持部23からの発光を光学感知領域111Bに誘導するように構成されている。

概要

背景

光学センサーは、カメラスキャナーコピー機等、様々な撮像用途及び製品に広く使用されている。様々な技術分野で使用される光学センサーは、それぞれの目的に合わせて設計されている。

光学センサーの性能向上及び小型化を実現するために、様々な設計が光学センサーに採用されている。性能を評価する1つの方法は、光学センサーの量子効率を測定することである。量子効率は電荷キャリアを生成する光子が光学センサーに当たる割合である。これは光学センサーの光に対する電気感度の測定である。

この「背景技術」の項は背景情報のみを提供するためのものである。この「背景技術」の記述によって、「背景技術」に開示された主題が本開示の先行技術を構成することを認めるものではなく、「背景技術」の項の如何なる部分も、「背景技術」の項を含む、本明細書の如何なる部分も本開示の先行技術を構成する証しとして用いることはできない。

概要

導光機能を有する光学センサー及びその製造方法を提供する。 本発明の光学センサー100は、電気回路領域111A及び光学感知領域111Bを有する半導電層111、光学感知領域111Bの上方の試料保持部23、試料保持部23と光学感知領域111Bとの間の導光構造130、並びに電気回路領域111Aの上方の電気相互接続構造140を備えている。電気相互接続構造140が導光構造130と一体的に形成され、導光構造130が試料保持部23からの発光を光学感知領域111Bに誘導するように構成されている。 A

目的

本開示の課題は、導光機能を有する光学センサー及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電気回路領域及び光学感知領域を有する半導電層、前記光学感知領域の上方の試料保持部、前記試料保持部と前記光学感知領域との間の導光構造、前記試料保持部と前記導光構造との間に配された金属層、及び前記電気回路領域の上方の電気相互接続構造、を備えた光学センサーであって、前記電気相互接続構造と前記導光構造とが、同じ材料で形成されており、前記金属層が、前記導光構造及び前記光学感知領域の上方に配された開口部を有しており、前記導光構造が、前記試料保持部からの発光であって前記開口部を通過した発光を、前記光学感知領域に誘導するように構成されて成ることを特徴とする光学センサー。

請求項2

前記電気相互接続構造が、前記電気回路領域の上方に少なくとも1つの電気接触子を備え、前記導光構造が、前記光学感知領域の上方に少なくとも1つの第1の導光部を備えたことを特徴とする請求項1記載の光学センサー。

請求項3

前記半導電層が水平上面を有し、前記少なくとも1つの電気接触子及び前記少なくとも1つの第1の導光部が、前記水平上面と平行かつ該水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びていることを特徴とする請求項2記載の光学センサー。

請求項4

前記導光構造がリング状に配列された複数の第1の導光部を備えたことを特徴とする請求項2記載の光学センサー。

請求項5

前記少なくとも1つの第1の導光部がリング状部であることを特徴とする請求項2記載の光学センサー。

請求項6

前記電気相互接続構造が前記少なくとも1つの電気接触子の上方に少なくとも1つの電気ビアを備え、前記導光構造が前記少なくとも1つの第1の導光部の上方に少なくとも1つの第2の導光部を備えたことを特徴とする請求項2記載の光学センサー。

請求項7

前記半導電層が水平上面を有し、前記少なくとも1つの電気ビア及び前記少なくとも1つの第2の導光部が前記水平上面と平行かつ該水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びていることを特徴とする請求項6記載の光学センサー。

請求項8

前記導光構造がリング状に配列された複数の第2の導光部を備えたことを特徴とする請求項6記載の光学センサー。

請求項9

前記少なくとも1つの第2の導光部がリング状部であることを特徴とする請求項6記載の光学センサー。

請求項10

前記導光構造が前記半導電層の水平上面から延びていることを特徴とする請求項1記載の光学センサー。

請求項11

前記導光構造が、前記半導電層の上方の第1の層内に内側導光棒を備え、該半導電層の上方の第2の層内に外側導光棒を備えたことを特徴とする請求項1記載の光学センサー。

請求項12

前記導光構造の幅が、前記試料保持部に近い上部領域の方が前記光感知領域に近い底部領域より広いことを特徴とする請求項1記載の光学センサー。

請求項13

前記導光構造の幅が、前記光感知領域に近い底部領域の方が前記試料保持部に近い上部領域より広いことを特徴とする請求項1記載の光学センサー。

請求項14

電気回路領域及び光学感知領域を有する半導電層、前記光学感知領域の上方の試料保持部、前記電気回路領域の上方の少なくとも1つの電気接触子、前記試料保持部からの発光を前記光学感知領域に誘導するように構成された少なくとも1つの第1の導光部、及び前記試料保持部と前記少なくとも1つの第1の導光部との間に配された金属層、を備えた光学センサーであって、前記金属層が、前記少なくとも1つの第1の導光部及び前記光学感知領域の上方に配された開口部を有しており、前記半導電層が水平上面を有し、前記少なくとも1つの第1の導光部が、前記試料保持部と前記光学感知領域との間にあり、前記少なくとも1つの電気接触子及び前記少なくとも1つの第1の導光部が、前記水平上面と平行かつ該水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びていることを特徴とする光学センサー。

請求項15

前記少なくとも1つの電気接触子と前記少なくとも1つの第1の導光部とが、同じ材料で形成されて成ることを特徴とする請求項14記載の光学センサー。

請求項16

光学感知領域を有する半導電層、前記光学感知領域の上方の試料保持部、前記試料保持部からの発光を前記光学感知領域に誘導するように構成された導光構造、及び前記試料保持部と前記導光構造との間に配された金属層、を備えた光学センサーであって、前記金属層が、前記導光構造及び前記光学感知領域の上方に配された開口部を有しており、前記導光構造が、前記半導電層の水平上面から延びる少なくとも1つの導光スペーサを有し、前記導光構造が、前記試料保持部の近傍に先細り上端部を有して成ることを特徴とする光学センサー。

請求項17

前記導光構造がリング状に配列された複数の導光スペーサを備えたことを特徴とする請求項16記載の光学センサー。

請求項18

前記導光構造がリング状の誘導部を備えたことを特徴とする請求項16記載の光学センサー。

請求項19

前記光学感知領域の上方に複数の誘電体層を備え、前記少なくとも1つの導光スペーサが前記複数の誘電体層にわたって延びていることを特徴とする請求項16記載の光学センサー。

請求項20

前記導光構造が前記半導電層に対し傾斜した側壁を有し、前記半導電層の前記水平上面と前記側壁との間の挟角が約60度〜89.5度であることを特徴とする請求項16記載の光学センサー。

技術分野

0001

本開示は導光機能を有する光学センサー及びその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

光学センサーは、カメラスキャナーコピー機等、様々な撮像用途及び製品に広く使用されている。様々な技術分野で使用される光学センサーは、それぞれの目的に合わせて設計されている。

0003

光学センサーの性能向上及び小型化を実現するために、様々な設計が光学センサーに採用されている。性能を評価する1つの方法は、光学センサーの量子効率を測定することである。量子効率は電荷キャリアを生成する光子が光学センサーに当たる割合である。これは光学センサーの光に対する電気感度の測定である。

0004

この「背景技術」の項は背景情報のみを提供するためのものである。この「背景技術」の記述によって、「背景技術」に開示された主題が本開示の先行技術を構成することを認めるものではなく、「背景技術」の項の如何なる部分も、「背景技術」の項を含む、本明細書の如何なる部分も本開示の先行技術を構成する証しとして用いることはできない。

発明が解決しようとする課題

0005

本開示の課題は、導光機能を有する光学センサー及びその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本開示の一態様は、導光機能を有する光学センサー及びその製造方法を提供する。

0007

本開示のこの態様による光学センサーは、電気回路領域及び光学感知領域を有する半導電層、光学感知領域の上方の試料保持部、試料保持部と光学感知領域との間の導光構造、並びに電気回路領域の上方の電気相互接続構造を備え、電気相互接続構造が導光構造と一体的に形成され、導光構造が試料保持部からの発光を光学感知領域に誘導するように構成されている。

0008

一部の実施の形態において、電気相互接続構造が電気回路領域の上方に少なくとも1つの電気接触子を備え、導光構造が光学感知領域の上方に少なくとも1つの第1の導光部を備えている。

0009

一部の実施の形態において、半導電層が水平上面を有し、少なくとも1つの電気接触子及び少なくとも1つの第1の導光部が、水平上面と平行かつ水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びている。

0010

一部の実施の形態において、導光構造がリング状に配列された複数の第1の導光部を備えている。

0011

一部の実施の形態において、少なくとも1つの第1の導光部がリング状部である。

0012

一部の実施の形態において、電気相互接続構造が少なくとも1つの電気接触子の上方に少なくとも1つの電気ビアを備え、導光構造が少なくとも1つの第1の導光部の上方に少なくとも1つの第2の導光部を備えている。

0013

一部の実施の形態において、半導電層が水平上面を有し、少なくとも1つの電気ビア及び少なくとも1つの第2の導光部が水平上面と平行かつ水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びている。
一部の実施の形態において、導光構造がリング状に配列された複数の第2の導光部を備えている。
一部の実施の形態において、少なくとも1つの第2の導光部がリング状部である。
一部の実施の形態において、導光構造が半導電層の水平上面から延びている。
一部の実施の形態において、導光構造が半導電層の上方の第1の層内に内側導光棒を有し、該半導電層の上方の第2の層内に外側導光棒を有している。

0014

一部の実施の形態において、導光構造の幅が試料保持部に近い上部領域の方が光感知領域に近い底部領域より広い。

0015

一部の実施の形態において、導光構造の幅が光感知領域に近い底部領域の方が試料保持部に近い上部領域より広い。

0016

本開示の別の態様による光学センサーは、電気回路領域及び光学感知領域を有する半導電層、光学感知領域の上方の試料保持部、電気回路領域の上方の少なくとも1つの電気接触子、並びに試料保持部からの発光を光学感知領域に誘導するように構成された少なくとも1つの第1の導光部を備え、半導電層が水平上面を有し、少なくとも1つの第1の導光部が試料保持部と光学感知領域との間にあり、少なくとも1つの電気接触子及び少なくとも1つの第1の導光部が水平上面と平行かつ水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びている。

0017

一部の実施の形態において、少なくとも1つの電気接触子が少なくとも1つの第1の導光部と一体的に形成されている。

0018

本開示の別の態様による光学センサーは、光学感知領域を有する半導電層、光学感知領域の上方の試料保持部、及び試料保持部からの発光を光学感知領域に誘導するように構成された導光構造を備え、導光構造が半導電層の水平上面から延びる少なくとも1つの導光スペーサを有し、導光構造が試料保持部の近傍に先細り上端部を有している。

0019

一部の実施の形態において、導光構造がリング状に配列された複数の導光スペーサを備えている。

0020

一部の実施の形態において、導光構造がリング状の誘導スペーサを備えている。

0021

一部の実施の形態において、光学センサーが光学感知領域の上方に複数の誘電体層を備え、少なくとも1つの導光スペーサが複数の誘電体層にわたって延びている。

0022

一部の実施の形態において、導光構造が半導電層に対し傾斜した側壁を有し、半導電層の水平上面と側壁との間の挟角が約60度〜89.5度である。

発明の効果

0023

導光構造は光の散乱を防止するように設計されている。この導光構造の設計の結果、試料保持部からの発光をより効率的に光学感知領域の光感知領域に誘導することができる。更に、導光構造の製造がバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合し、電気相互接続構造及び光感知領域の多接合フォトダイオードと同じダイスで同じ製造工程によって製造することができる。また、導光構造、電気相互接続構造、及び光感知領域の多接合フォトダイオードが、2つ別々の装置ではなく、同じダイスで同じ製造工程によって集積される。従って、光学センサーの寸法を大幅に縮小することができる。

0024

これまで、本開示の以下の詳細な説明がより良く理解されるように、本開示の特徴及び技術的な効果についてある程度広く概説してきた。本開示の特許請求の範囲の主題を構成する本開示の更なる特徴及び効果が以下に述べてある。開示された概念及び具体的な実施の形態を改良又は本開示と同じ目的を達成するための別の構造又はプロセスを設計する基礎として容易に利用できることが当業者に理解されるであろう。また、かかる同等の構造は、添付の特許請求の範囲に記載の本開示の精神及び範囲を逸脱しないことも当業者に理解されるであろう。

0025

全体を通して類似の参照番号が同様の要素を示す図面と関連付けて詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することによって、本開示をより完全に理解することができる。

図面の簡単な説明

0026

本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による導光構造の上面図。
本開示の一部の実施の形態による導光構造の上面図。
本開示の一部の実施の形態による導光構造の上面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーの断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。
本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図。

実施例

0027

本開示の以下の説明には図面が伴い、図面は本明細書に組み込まれその一部を構成し、本開示の実施の形態を図示するものであるが、本開示はこれ等の実施の形態に限定されるものではない。更に、以下の実施の形態を適切に統合して別の実施の形態とすることもできる。

0028

「1つの実施の形態」、「実施の形態」、「例示的な実施の形態」、「他の実施の形態」、「別の実施の形態」などと言った場合、本開示の当該実施の形態が特定の機能、構造、又は特性を有することができるが、すべての実施の形態が必ずしも特定の機能、構造、又は特性を有しているとは限らないことを示唆している。更に、「本実施の形態」という表現が繰り返し使用された場合、同一の実施の形態を指す場合があるが、必ずしもそうとは限らない。

0029

本開示は導光機能を有する光学センサーに関するものである。本開示の理解を完全にするため、詳細なステップ及び構造について以下に説明する。言うまでもなく、本開示を実施することによって、当業者周知の特別な詳細が限定されるものではない。更に、本開示が不必要に限定されないように、周知の構造及びステップの詳細については説明を省略する。以下、本開示の好ましい実施の形態を詳細に説明する。しかし、以下の詳細な説明に加えて、本開示は別の実施の形態で広く実施することもできる。本開示の範囲は以下の詳細な説明に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって規定されるものである。

0030

図1Aは本開示の一部の実施の形態による光学センサー100の断面図である。一部の実施の形態において、光学センサー100は、電気回路領域111A及び光学感知領域111Bを有する半導電層111、光学感知領域111Bの上方の試料保持部23、試料保持部23と光学感知領域111Bとの間の導光構造130、並びに電気回路領域111Aの上方の電気相互接続構造140を備えている。一部の実施の形態において、導光構造130が試料保持部23からの発光を光学感知領域111Bに誘導するように構成されている。

0031

一部の実施の形態において、半導電層111が様々な波長の光の検出に使用される光感知領域55を光学感知領域111Bに含むシリコン基板であり、試料保持部23が分析中標本231の保持に使用される。一部の実施の形態において、試料保持部23が導光構造130の上方の導波構造120内に配置され、光感知領域55が導光構造130の下方のエピタキシー領域内に配置された多接合フォトダイオードである。一部の実施の形態において、半導電層111の光感知領域55及び導波構造120内の試料保持部23は、あらゆる目的のために、参照により全内容が本明細書に援用される、米国特許出願第14/695,675号明細書に開示されているものである。

0032

約450ナノメートル〜約500ナノメートルの波長を有する光8が試料保持部23の標本231に照射されると、標本231が蛍光等の光81を発し、導光構造130が発光81を光感知領域55に誘導するように構成されている。発せられた蛍光の波長は、例えば、標本231中の材料に特有であり得る。例えば、一部の実施の形態において、標本231が別の波長を有する蛍光を発する。一部の実施の形態において、光感知領域55が導体を通して電気相互接続構造140に電気的に接続され、光感知領域55において生成された電荷キャリアを更に信号処理するために、電気相互接続構造140の電気回路転送及び/又はDSP若しくはマイクロプロセッサー等の信号処理電子装置に出力される。

0033

一部の実施の形態において、電気相互接続構造140が導光構造130と一体的に形成されている。一部の実施の形態において、電気相互接続構造140及び導光構造130の対応する要素が実質的に同じ製造工程によって形成され、実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。

0034

一部の実施の形態において、電気相互接続構造140が電気回路領域111Aの上方に少なくとも1つの電気接触子141を備え、導光構造130が光学感知領域111Bの上方に少なくとも1つの第1の導光部131を備えている。一部の実施の形態において、第1の導光部131が電気接触子141と実質的に同じ製造工程及び同じ材料によって同時に形成され、第1の導光部131及び電気接触子141が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。

0035

一部の実施の形態において、半導電層111が水平上面112を有し、電気接触子141及び第1の導光部131が、水平上面112と平行かつ水平上面112の上方の実質的に同じ水平面に延びている。一部の実施の形態において、光学センサー100が水平上面112の上方に誘電体層101を有し、電気接触子141及び第1の導光部131が誘電体層101内に配置されている。一部の実施の形態において、電気接触子141及び第1の導光部131の底端部が実質的に同じ高さにあり、電気接触子141及び第1の導光部131の上端部が実質的に同じ高さにあるので、電気接触子141と第1の導光部131とを同じ製造工程を通して形成することができる。

0036

一部の実施の形態において、電気相互接続構造140が電気接触子141の上方に少なくとも1つの電気ビア142を備え、導光構造130が第1の導光部131の上方に少なくとも1つの第2の導光部132を備えている。一部の実施の形態において、第2の導光部132が電気ビア142と実質的に同じ製造工程及び同じ材料によって同時に形成され、第2の導光部132及び電気ビア142が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。

0037

一部の実施の形態において、電気相互接続構造140が電気ビア142と電気接触子141との間に電気金属層143を有し、同様に、導光構造130が第2の導光部132と第1の導光部131との間に第3の導光部133を有している。一部の実施の形態において、第3の導光部133が電気金属層143と実質的に同じ製造工程及び同じ材料によって同時に形成され、第3の導光部133及び電気金属層143が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。

0038

一部の実施の形態において、電気ビア142及び第2の導光部132が水平上面112と平行かつ水平上面112の上方の実質的に同じ水平面に延びている。一部の実施の形態において、光学センサー100が水平上面112の上方に誘電体層102有し、電気ビア142及び第2の導光部132が誘電体層102内に配置されている。一部の実施の形態において、電気金属層143及び第3の導光部133の底端部が実質的に同じ高さにあり、電気ビア142及び第2の導光部132の上端部が実質的に同じ高さにあるので、電気接触子141と第1の導光部131とを同じ製造工程を通して形成することができる。

0039

一部の実施の形態において、光学センサー100が、誘電体層101の上方に複数の誘電体層102〜104を有し、各々の誘電体層が実質的に同じ水平面に延びる少なくとも1つの電気ビア142及び少なくとも1つの第2の導光部132を有している。一部の実施の形態において、第2の導光部132をすべての誘電体層ではなく、必要に応じ、一部の誘電体層に実装することができる。一部の実施の形態において、導光構造130が半導電層111の水平上面112から垂直又は傾斜して延びている。一部の実施の形態において、上部誘電体層104の第2の導光部132間の水平距離が下部誘電体層102の第2の導光部132間の水平距離より大きい。換言すれば、試料保持部23から光感知領域55まで光伝搬方向に沿って水平距離が縮まる。

0040

図1Bは本開示の一部の実施の形態による光学センサー100’の断面図である。図1Bに示す光学センサー100’は、導光構造の設計を除き、図1Aに示す光学センサー100と実質的に同じである。図1Aにおいて、導光構造130の幅が上部領域(試料保持部23に近接)の方が底部領域(光感知領域55に近接)より広いのに対し、図1Bでは導光構造130’の幅が底部領域(光感知領域55に近接)の方が上部領域(試料保持部23に近接)より広い。

0041

図1Cは本開示の一部の実施の形態による光学センサー100”の断面図である。図1Cに示す光学センサー100”は、導光構造の設計を除き、図1Aに示す光学センサー100と実質的に同じである。図1Aにおいて、導光構造130の幅が上部領域(試料保持部23に近接)の方が底部領域(光感知領域55に近接)より広いのに対し、図1Cでは導光構造130”の幅が底部領域(光感知領域55に近接)と上部領域(試料保持部23に近接)とで実質的に同じである。換言すれば、導光構造130”の内側壁が水平上面112に対して実質的に垂直である。

0042

図2は本開示の一部の実施の形態による導光構造130Aの上面図である。一部の実施の形態において、導光構造130Aはリング状の第1の導光部131A及びリング状の第2の導光部132Aを備えている。一部の実施の形態において、必要に応じ、リング状の第1の導光部131Aをリング状の第2の導光部132Aの内側又は外側に配置することができると共に、必要に応じ、導光構造130Aに更に多くの第2の導光部を配置することができる。一部の実施の形態において、リング状の第1の導光部131Aがリング状の第2の導光部132Aの内側に配置される場合、必要に応じ、リング状の第1の導光部131Aの外周をリング状の第2の導光部132Aの内周重複させることができ、又その逆も可能である。

0043

図3は本開示の一部の実施の形態による導光構造130Bの上面図である。一部の実施の形態において、導光構造130Bはリング状に配置された複数の第1の導光部131B及びリング状に配置された複数の第2の導光部132Bを備えている。一部の実施の形態において、必要に応じ、複数の第1の導光部131Bを複数の第2の導光部132Bの内側又は外側に配置することができると共に、必要に応じ、導光構造130Bに更に多くの第2の導光部を配置することができる。一部の実施の形態において、リング状の第1の導光部131Bがリング状の第2の導光部132Bの内側に配置される場合、必要に応じ、第1の導光部131Bの外周を第2の導光部132Bの内周に重複させることができ、又その逆も可能である。

0044

図4は本開示の一部の実施の形態による導光構造130Cの上面図である。一部の実施の形態において、導光構造130Cは、半導電層111の上方の誘電体層101の第1の導光部の機能を果たす内側導光棒131C及び半導電層111の上方の誘電体層102の第2の導光部の機能を果たす外側導光棒132Cを備えている。一部の実施の形態において、必要に応じ、導光棒131Cを導光棒132Cの内側又は外側に配置することができると共に、必要に応じ、導光構造130Cに更に多くの導光棒を配置することができる。一部の実施の形態において、必要に応じ、内側導光棒の外周を外側導光棒の内周に重複させることができる。一部の実施の形態において、導光棒131Cの各々を更に横方向に幾つかの部分に分割することができ、同様に、導光棒132Cの各々を更に横方向に幾つかの部分に分割することができる。一部の実施の形態において、必要に応じ、導光棒131Cを接続して一体的な長方形導光リングを形成することができると共に、必要に応じ、導光棒132Cを接続して一体的な長方形の導光リングを形成することができる。

0045

光の散乱を防止するという導光構造130の設計目的の結果、試料保持部23からの発光81をより効率的に光学感知領域111Bの光感知領域55に誘導することができる。更に、導光構造130、電気相互接続構造140、及び光感知領域55の多接合フォトダイオードの製造がバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合し、同じダイスで同じ製造工程によって製造することができる。また、導光構造130、電気相互接続構造140、及び光感知領域の多接合フォトダイオードが、2つ別々の装置ではなく、同じダイスで同じ製造工程によって集積される。従って、光学センサー100の寸法を大幅に縮小することができる。

0046

図5図10は本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図である。一部の実施の形態において、図5図10に開示した製造工程がアルミニウムのバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合している。

0047

図5において、一部の実施の形態において、光感知領域55が半導電層111に形成され、トランジスタ等の電子デバイス149が電気回路領域111Aの上方に形成され、次いで、蒸着及び平坦化処理によって、層間誘電体層101が半導電層111の上に形成される。その後、リソグラフエッチング、蒸着、及び平坦化処理が行われ、電気接触子141が電気回路領域111Aの上方に形成され、第1の導光部131が光学感知領域111Bの上方に形成される。一部の実施の形態において、電気接触子141及び第1の導光部131がタングステン(W)を含んでいる。

0048

図6において、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理が行われ、電気金属層143が電気接触子141の上方に形成され、第3の導光部133が第1の導光部131の上方に形成される。一部の実施の形態において、電気金属層143及び第3の導光部133がアルミニウム(Al)を含んでいる。

0049

図7において、蒸着及び平坦化処理によって、金属間誘電体層102が層間誘電体層101の上に形成される。一部の実施の形態において、金属間誘電体層102が、HDP蒸着工程によって形成された下部102A及びPECVD工程によって形成された上部層102Bを有している。

0050

図8において、リソグラフ、エッチング、蒸着、及び平坦化処理が行われ、電気ビア142が電気接触子141の上方に形成され、第2の導光部132が第1の導光部131の上方に形成される。一部の実施の形態において、電気ビア142及び第2の導光部132がタングステン(W)を含んでいる。

0051

図9において、図6図7、及び図8に開示した製造工程が繰り返され、第2の導光部132、電気ビア142、第3の導光部133、及び電気金属層143を有する複数の金属間誘電体層103〜105が形成される。その後、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理を含む製造工程によって、開口部147Aを有する金属層147が形成され、開口部147Aは長方形の開口部であってよい。金属層147は遮光層として機能し、開口部147Aによって光感知領域55が露出されて試料保持部23から光を受信する一方、金属層147によって他の領域が覆われる。また、金属層147はワイヤボンディングによって外部のプリント回路基板(PCB)に対して電気接続を形成するためのコンタクトパッドとして機能することができる。一部の実施の形態において、金属層147の厚さが下部の金属層より大きく、4,000オングストロームより大きいことが好ましい。

0052

その後、誘電体蒸着及び平坦化処理が行われ、誘電体層106が金属層147の上に形成され開口部147Aが埋められる。一部の実施の形態において、誘電体蒸着がPECVD処理であり、平坦化が酸化物CMP処理である。一部の実施の形態において、誘電体蒸着がスピンオンガラス(SOG)、SOGの硬化、SOGのエッチバック、及びPECVD処理を含んでいる。一部の実施の形態において、誘電体層106が酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含むが、488ナノメートルの波長を有する背景光を吸収するために窒化ケイ素が好ましい。

0053

図10において、蒸着処理が行われ、フィルター層119が金属間誘電体層105の上方に形成される。次いで、蒸着処理が行われ、下部クラッド層121及びコア層123がフィルター層119の上方に形成され、その後、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理が行われ、試料保持部23を有する上部クラッド層125が光感知領域55の上方に形成される。一部の実施の形態において、コア層123の屈折率がクラッド層121及び125の屈折率より高い。

0054

一部の実施の形態において、フィルター層119が標本231から発せられる波長に対して透明であり、試料保持部23からの発光81がフィルター層119を通して光感知領域55に向けて伝搬する。下部クラッド層121、コア層123、及び上部クラッド層125によって導波構造120が構成される。一部の実施の形態において、下部クラッド層121及び上部クラッド層125がSiO2等の酸化物を含んでいる。一部の実施の形態において、コア層123がTa2O5又はSiON等の誘電体を含んでいる。

0055

要約すれば、図5図10に示す実施の形態は、導光構造(第1の導光部、第2の導光部、第3の導光部)と電気相互接続構造(電気接触子、電気ビア、電気金属層)とを一体的に形成すること、即ち、実質的に同じ製造工程及び同じ材料で同時に形成し、導光構造及び電気相互接続構造において、対応する要素が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有していることに特徴がある。更に、導光構造と電気相互接続構造とを一体的に形成することによって、製造コストが抑制されるだけでなく製造工程が簡略化される。

0056

図11Aは本開示の一部の実施の形態による光学センサー200の断面図である。一部の実施の形態において、光学センサー200は、電気回路領域111A及び光学感知領域111Bを有する半導電層111、光学感知領域111Bの上方の試料保持部23、電気回路領域111Aの上方の、少なくとも1つの電気接触子141を含む電気相互接続構造240、並びに試料保持部23と光学感知領域111Bとの間の、少なくとも1つの第1の導光部131を含む導光構造230を備えている。

0057

一部の実施の形態において、電気相互接続構造240が導光構造230と一体的に形成されている。一部の実施の形態において、電気相互接続構造240及び導光構造230の対応する要素が実質的に同じ製造工程によって形成され、実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。

0058

一部の実施の形態において、第1の導光部131が電気接触子141と実質的に同じ製造工程及び同じ材料によって同時に形成され、第1の導光部131及び電気接触子141が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。一部の実施の形態において、半導電層111が水平上面112を有し、少なくとも1つの電気接触子141及び少なくとも1つの第1の導光部131が、水平上面112と平行かつ水平上面112の上方の実質的に同じ水平面に延び、導光構造230が試料保持部23からの発光81を光学感知領域111Bに誘導するように構成されている。

0059

一部の実施の形態において、光学センサー200が層間誘電体層101及び複数の金属間誘電体層202〜205を備え、層間誘電体層101が電気接触子141及び第1の導光部131を有し、金属間誘電体層202〜205が、少なくとも1つの電気ビア242及び少なくとも1つの電気金属層243を電気回路領域111Aの上方に有し、少なくとも1つの第2の導光部232及び少なくとも1つの第3の導光部233を光学感知領域111Bの上方に有している。一部の実施の形態において、導光構造230が図2に示すリング状のレイアウト図3に示すリング状の部分のレイアウト、又は図4に示す棒のレイアウトを用いることができる。

0060

一部の実施の形態において、第3の導光部233が電気金属層243と実質的に同じ製造工程及び同じ材料によって同時に形成され、第3の導光部233及び電気金属層243が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。一部の実施の形態において、電気金属層243及び第3の導光部233が水平上面112と平行かつ水平上面112の上方の実質的に同じ水平面に延びている。電気金属層243及び第3の導光部233の上端部が実質的に同じ高さにあり、電気金属層243及び第3の導光部233の底端部が実質的に同じ高さにあるので、これ等を同じ製造工程を通して形成することができる。

0061

一部の実施の形態において、第2の導光部232が電気ビア242と実質的に同じ製造工程及び同じ材料によって同時に形成され、第2の導光部232及び電気ビア242が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有している。一部の実施の形態において、電気ビア242及び第2の導光部232が、水平上面112と平行かつ水平上面112の上方の実質的に同じ水平面に延びている。電気ビア242及び第2の導光部232の上端部が実質的に同じ高さにあり、電気ビア242及び第2の導光部232の底端部が実質的に同じ高さにあるので、これ等を同じ製造工程を通して形成することができる。

0062

一部の実施の形態において、第2の導光部232をすべての誘電体層ではなく、必要に応じ、一部の誘電体層に実装することができる。一部の実施の形態において、上部誘電体層205の第2の導光部232間の水平距離が下部誘電体層203の第2の導光部232間の水平距離より大きい。換言すれば、試料保持部23から光学感知領域111Bの光感知領域55まで光伝搬方向に沿って水平距離が縮まる。一部の実施の形態において、導光構造230が半導電層111の水平上面112から垂直又は傾斜して延びている。

0063

一部の実施の形態において、光感知領域55が、導体を通して電気相互接続構造240に電気的に接続され、光感知領域55において生成された電荷キャリアを更に信号処理するために、電気相互接続構造240の電気回路に伝達及び/又はDSP若しくはマイクロプロセッサー等の信号処理電子装置に出力される。

0064

図11Bは本開示の一部の実施の形態による光学センサー200’の断面図である。図11Bに示す光学センサー200’は、導光構造の設計を除き、図11Aに示す光学センサー200と実質的に同じである。図11Aにおいて、導光構造230の幅が上部領域(試料保持部23に近接)の方が底部領域(光感知領域55に近接)より広いのに対し、図11Bでは導光構造230’の幅が底部領域(光感知領域55に近接)の方が上部領域(試料保持部23に近接)より広い。

0065

図11Cは本開示の一部の実施の形態による光学センサー200”の断面図である。図11Cに示す光学センサー200”は、導光構造の設計を除き、図11Aに示す光学センサー200と実質的に同じである。図11Aにおいて、導光構造230の幅が上部領域(試料保持部23に近接)の方が底部領域(光感知領域55に近接)より広いのに対し、図11Cでは導光構造230”の幅が底部領域(光感知領域55に近接)と上部領域(試料保持部23に近接)とで実質的に同じである。換言すれば、導光構造230”の内側壁が水平上面112に対して実質的に垂直である。

0066

光の散乱を防止するという導光構造230の設計目的の結果、試料保持部23からの発光81をより効率的に光学感知領域111Bの光感知領域55に誘導することができる。更に、導光構造230、電気相互接続構造240、及び光感知領域55の多接合フォトダイオードの製造がバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合し、同じダイスで同じ製造工程によって製造することができる。また、導光構造230、電気相互接続構造240、及び光感知領域55の多接合フォトダイオードが、2つ別々の装置ではなく、同じダイスで同じ製造工程によって集積される。従って、光学センサー200の寸法を大幅に縮小することができる。

0067

図12図17は本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図である。一部の実施の形態において、図12図17に開示した製造工程が銅のバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合している。

0068

図12において、一部の実施の形態において、蒸着及び平坦化処理によって、光感知領域55が半導電層111に形成され、トランジスタ等の電子デバイス149が電気回路領域111Aの上方に形成され、次いで層間誘電体層101が半導電層111の上に形成される。その後、リソグラフ、エッチング、蒸着、及び平坦化処理が行われ、電気接触子141が電気回路領域111Aの上方に形成され、第1の導光部131が光学感知領域111Bの上方に形成される。

0069

図13において、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理が行われ、電気回路領域111Aの上方の電気接触子141及び光学感知領域111Bの上方の第1の導光部131を露出するアパチャー2021A及びアパチャー2021Bを有する金属間誘電体層202が形成される。

0070

図14において、蒸着及び平坦化処理が行われ、少なくとも1つの電気金属層243が電気接触子141の上方のアパチャー2021A内に形成され、少なくとも1つの第3の導光部233が第1の導光部131の上方のアパチャー2021B内に形成される。一部の実施の形態において、電気金属層243及び第3の導光部233が銅(Cu)を含んでいる。

0071

図15において、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理が行われ、金属間誘電体層203が金属間誘電体層202の上方に形成される。その後、蒸着及び平坦化処理が行われ、電気ビア242が電気接触子141の上方に形成され、第2の導光部232が第1の導光部131の上方に形成される。一部の実施の形態において、電気ビア242及び第2の導光部232が銅(Cu)を含んでいる。

0072

図16において、図15に開示した製造工程が繰り返され、複数の金属間誘電体層204〜205、光学感知領域111Bの上方の複数の第2の導光部232、及び電気回路領域111Aの上方の複数の電気ビア242が形成される。その後、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理を含む製造工程によって、開口部147Aを有する金属層147が形成され、開口部147Aは長方形の開口部であってよい。金属層147は遮光層として機能し、開口部147Aによって光感知領域55が露出されて試料保持部23から光を受信する一方、金属層147によって他の領域が覆われる。また、金属層147はワイヤボンディングによって外部のプリント回路基板(PCB)に対して電気接続を形成するためのコンタクトパッドとして機能することができる。一部の実施の形態において、金属層147の厚さが下部の金属層より大きく、4,000オングストロームより大きいことが好ましい。

0073

その後、誘電体蒸着及び平坦化処理が行われ、誘電体層106が金属層147の上に形成され開口部147Aが埋められる。一部の実施の形態において、誘電体蒸着がPECVD処理であり、平坦化が酸化物CMP処理である。一部の実施の形態において、誘電体蒸着がスピンオンガラス(SOG)、SOGの硬化、SOGのエッチバック、及びPECVD処理を含んでいる。一部の実施の形態において、誘電体層106が酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含むが、488ナノメートルの波長を有する背景光を吸収するために窒化ケイ素が好ましい。

0074

図17において、蒸着処理が行われ、フィルター層119が金属間誘電体層205の上方に形成される。次いで、蒸着処理が行われ、下部クラッド層121及びコア層123がフィルター層119の上方に形成され、その後、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理が行われ、試料保持部23を有する上部クラッド層125が光感知領域55の上方に形成される。

0075

一部の実施の形態において、フィルター層119が標本231から発せられる波長に対して透明であり、試料保持部23からの発光81がフィルター層119を通して光感知領域55に向けて伝搬する。下部クラッド層121、コア層123、及び上部クラッド層125によって導波構造120が構成される。一部の実施の形態において、下部クラッド層121及び上部クラッド層125がSiO2等の酸化物を含んでいる。一部の実施の形態において、コア層123がTa2O5又はSiON等の誘電体を含んでいる。

0076

要約すれば、図12図17に示す実施の形態は、導光構造(第1の導光部、第2の導光部、第3の導光部)と電気相互接続構造(電気接触子、電気ビア、電気金属層)とを一体的に形成すること、即ち、実質的に同じ製造工程及び同じ材料で同時に形成し、導光構造及び電気相互接続構造において、対応する要素が実質的に同じ物理的及び化学的特性を有していることに特徴がある。更に、導光構造と電気相互接続構造とを一体的に形成することによって、製造コストが抑制されるだけでなく製造工程が簡略化される。

0077

図18Aは本開示の一部の実施の形態による光学センサー300の断面図である。一部の実施の形態において、光学センサー300は、光学感知領域111Bを有する半導電層111、光学感知領域111Bの上方の試料保持部23、及び試料保持部23からの発光81を光学感知領域111Bに誘導するように構成された導波構造330を備えている。導波構造330は少なくとも1つの導光スペーサ331を有し、半導電層111の水平上面112から延び、導波構造330は試料保持部23の近傍に先細りの上端部332を有している。

0078

一部の実施の形態において、光学センサー300が複数の誘電体層101〜105を光学感知領域111Bの上方に含み、導光スペーサ331が半導電層111の水平上面112から複数の誘電体層101〜105にわたって延びる壁である。一部の実施の形態において、導光スペーサ331が半導電層111の水平上面112から複数の誘電体層にわたって垂直又は傾斜して任意に延びることができる。一部の実施の形態において、導光構造330が図2に示すリング状のレイアウト、図3に示すリング状の部分のレイアウト、又は図4に示す棒のレイアウトを用いることができる。

0079

図18Bは本開示の一部の実施の形態による光学センサー300’の断面図である。図18Bに示す光学センサー300’は、導光構造の設計を除き、図18Aに示す光学センサー300と実質的に同じである。図18Bにおいて、導光構造330’の側壁331が半導電層111に対し傾斜し、半導電層111の水平上面112と導光構造330’の側壁331との挟角(θ)が約60度〜89.5度である。

0080

光の散乱を防止するために内側壁を滑らかにするという導光構造330の設計目的の結果、試料保持部23からの発光81をより効率的に光学感知領域111Bの光感知領域55に誘導することができる。更に、導光構造330の製造がバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合し、電気相互接続構造140及び光感知領域55の多接合フォトダイオードと同じダイスで同じ製造工程によって製造することができる。また、導光構造330、電気相互接続構造140、及び光感知領域55の多接合フォトダイオードが、2つ別々の装置ではなく、同じダイスで同じ製造工程によって集積される。従って、光学センサー300の寸法を大幅に縮小することができる。

0081

図19図23は本開示の一部の実施の形態による光学センサーを準備するための断面図である。一部の実施の形態において、図19図23に開示した製造工程が、アルミニウムのバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術及び銅のバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術の両方に適合している。

0082

図19において、一部の実施の形態において、光感知領域55が半導電層111に形成され、トランジスタ等の電子デバイス149が電気回路領域111Aの上方に形成される。その後、リソグラフ、エッチング、蒸着、及び平坦化処理が行われ、電気接続子141、電気金属層143、及び電気ビア142を有する電気相互接続構造140が半導電層111の電気回路領域111Aの上方に形成される。

0083

図20において、リソグラフ及びエッチング処理が行われ、アパチャー301が光学感知領域111Bの光感知領域55の上方に形成される。その後、金属蒸着処理が行われ、金属層302がアパチャー301の側壁及び誘電体層105の上面に形成される。

0084

図21において、金属のエッチバック処理が行われて金属層302の一部が除去され、アパチャー301の側壁に金属のスペーサが形成される。その後、誘電体蒸着及び平坦化処理が行われ、アパチャー301を埋める誘電体層303形成される。一部の実施の形態において、誘電体層303が酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含むが、488ナノメートルの波長を有する背景光を吸収するために窒化ケイ素が好ましい。次いで、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理を含む製造工程によって、開口部147Aを有する金属層147が形成され、開口部147Aは長方形の開口部であってよい。金属層147は遮光層として機能し、開口部147Aによって光感知領域55が露出されて試料保持部23から光を受信する一方、金属層147によって他の領域が覆われる。また、金属層147はワイヤボンディングによって外部のプリント回路基板(PCB)に対して電気接続を形成するためのコンタクトパッドとして機能することができる。一部の実施の形態において、金属層147の厚さが下部の金属層より大きく、4,000オングストロームより大きいことが好ましい。

0085

図22において、誘電体蒸着及び平坦化処理が行われ、誘電体層304が金属層147の上に形成され、アパチャー301及び開口部147Aが埋められる。一部の実施の形態において、誘電体蒸着がPECVD処理であり、平坦化が酸化物CMP処理である。一部の実施の形態において、誘電体蒸着がスピンオンガラス(SOG)、SOGの硬化、SOGのエッチバック、及びPECVD処理を含んでいる。一部の実施の形態において、誘電体層304が酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含むが、488ナノメートルの波長を有する背景光を吸収するために窒化ケイ素が好ましい。

0086

図23において、蒸着処理が行われ、フィルター層119が金属間誘電体層105の上方に形成される。次いで、蒸着処理が行われ、下部クラッド層121及びコア層123がフィルター層119の上方に形成され、その後、蒸着、リソグラフ、及びエッチング処理が行われ、試料保持部23を有する上部クラッド層125が光感知領域55の上方に形成される。

0087

一部の実施の形態において、フィルター層119が標本231から発せられる波長に対して透明であり、試料保持部23からの発光81がフィルター層119を通して光感知領域55に向けて伝搬する。下部クラッド層121、コア層123、及び上部クラッド層125によって導波構造120が構成される。一部の実施の形態において、下部クラッド層121及び上部クラッド層125がSiO2等の酸化物を含んでいる。一部の実施の形態において、コア層123がTa2O5又はSiON等の誘電体を含んでいる。

0088

本開示の一部の実施の形態によって光学センサーが提供される。光学センサーは電気回路領域及び光学感知領域を有する半導電層、光学感知領域の上方の試料保持部、試料保持部と光学感知領域との間の導光構造、並びに電気回路領域の上方の電気相互接続構造を備えている。電気相互接続構造が導光構造と一体的に形成され、導光構造が試料保持部からの発光を光学感知領域に誘導するように構成されている。

0089

本開示の一部の実施の形態によって光学センサーが提供される。光学センサーは電気回路領域及び光学感知領域を有する半導電層、光学感知領域の上方の試料保持部、電気回路領域の上方の少なくとも1つの電気接触子、並びに試料保持部からの発光を光学感知領域に誘導するように構成された少なくとも1つの第1の導光部を備えている。半導電層が水平上面を有し、少なくとも1つの第1の導光部が試料保持部と光学感知領域との間にあり、少なくとも1つの電気接触子及び少なくとも1つの第1の導光部が水平上面と平行かつ水平上面の上方の実質的に同じ水平面に延びている。

0090

本開示の一部の実施の形態によって光学センサーが提供される。光学センサーは光学感知領域を有する半導電層、光学感知領域の上方に試料保持部、及び試料保持部からの発光を光学感知部に誘導するように構成された導光構造を備えている。導光構造は少なくとも1つの導光スペーサを有し、半導電層の水平上面から延び、導波構造は試料保持部の近傍に先細りの上端部を有している。

0091

導光構造は光の散乱を防止するように設計されている。この導光構造の設計の結果、試料保持部からの発光をより効率的に光学感知領域の光感知領域に誘導することができる。更に、導光構造の製造がバックエンド(BEOL)メタライゼーション技術に適合し、電気相互接続構造及び光感知領域の多接合フォトダイオードと同じダイスで同じ製造工程によって製造することができる。また、導光構造、電気相互接続構造、及び光感知領域の多接合フォトダイオードが、2つ別々の装置ではなく、同じダイスで同じ製造工程によって集積される。従って、光学センサーの寸法を大幅に縮小することができる。

0092

本開示及びその効果を詳細に説明してきたが、当然のことながら、添付の特許請求の範囲に規定する本開示の精神及び範囲を逸脱せずに、本明細書に対し様々な変更、置換、及び改変が可能である。例えば、前述の処理の多くを別の方法で他の処理に置換若しくは他の処理と組み合わせて実施することができる。

0093

更に、本出願の範囲を本明細書に記載の工程、機械、製造、組成物、手段、方法、及びステップの特定の実施の形態に限定することを意図するものではない。当業者であれば本開示によって容易に理解できるように、本明細書に記載の対応する実施の形態と実質的に同じ機能果たす、又は実質的に同じ結果を達成する既存又は今後開発される工程、機械、製造、組成物、手段、又はステップを本開示に応じて使用することができる。従って、添付の実施の形態は、かかる工程、機械、製造、組成物、手段、方法、又はステップをその範囲に含むことを意図したものである。

0094

100、200、300光学センサー
101〜105誘電体層
106、304 誘電体層
111半導電層
111A電気回路領域
111B光学感知領域
119フィルター層
120導波構造
130、330導光構造
131 第1の導光部
132 第2の導光部
133 第3の導光部
140電気相互接続構造
141電気接触子
142電気ビア
143電気金属層
147 金属層
147A 開口部
23試料保持部
55光感知領域
331 導光スペーサ

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