CN101952751A

CN101952751A - 多层光学滤波器设计及相关系统

Info

Publication number: CN101952751A
Application number: CN2008800195801A
Authority: CN
Inventors: 加里·L·度尔克森; 高路; 保罗·E·X·西尔韦拉
Original assignee: Omnivision CDM Optics Inc
Current assignee: Omnivision Technologies Inc
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: US8398871B2; EP2142949B1; TW200905507A; EP2142949A1; US20100326955A1; ATE541230T1; WO2008134574A1; CN101952751B; TWI412946B

Abstract

一种方法，用于设计展现满足第一预设标准的第一滤波器性能的第一光学滤波器和展现满足第二预设标准的第二滤波器性能的第二光学滤波器，包括分别为所述第一和第二光学滤波器提供初始第一和第二滤波器设计分别作为第一和第二有序层堆。从第一和第二有序层堆中选择第一厚度的第一层和第二厚度的第二层。第一厚度被约束到第一约束厚度，该第一约束厚度是所述第二厚度的正整数倍，从而获得受约束的第一滤波器设计。确定所述受约束的第一滤波器设计的预期性能，并将其与所述第一预设标准比较，以用于接受或拒绝所述受约束的第一滤波器设计。

Description

多层光学滤波器设计及相关系统

相关申请交叉引用

本申请要求2007年4月25日提交的美国临时申请第60/913858号，名称为“THIN FILM FILTERS AND ASSOCIATED METHODS(薄膜滤波器及相关方法)”的优先权，并在此引用作为参考。

背景技术

先前的公开已讨论了优化薄膜滤波器组设计的各种方法，具体地，设计能兼容检测器制造过程的彩色滤波器中的各种方法。例如，先前公开的薄膜优化方法涉及在青、品红、黄(“CMY”)或红、绿、蓝(“RGB”)滤滤器组的特定对之间耦合，并优化性能(如例如名称为ELECTROMAGNETIC ENERGY DETECTION SYSTEMINCLUDING BURIED OPTICS，2006年10月10日提交的美国临时申请60/850429所公开的)。

表1

表1是用于包括一组三个滤波器设计的示例性的CMY滤波器设计的总结。这些多层薄膜滤波器(包括第一、第二和第三滤波器)设计的示例，在表1中分别被根据每个滤波器的单色带通光学响应而指定为青、品红、黄。每个滤波器设计被提供为有序的层堆(ordered stackof layers)，使得在表1中每层被指定为具有给定材料的给定物理厚度，如以下马上所要说明的。

表1中的“材料”栏指明了三种不同类别材料的有序堆叠，所述三种材料包括例如聚酰亚胺、UV氮化硅(“UV SiN”)以及BLACK

(“BD”)1036A。在表1中层1-11被指定为以对所有三个滤波器相同的材料的特定顺序排列在PE-OX 11K基底上。注意表1(以及后续包括类似信息的表)中所示材料的顺序是以入射在其上的电磁能量遇到的顺序给出的。即，“层”栏中材料的顺序是以从上到下的顺序列出并编号的，使得UV SiN的层1对应于三个物理滤波器最后、或最上层，同时层11对应于实际制造滤波器的过程中直接沉积在基底上的第一层。

另外，为指明所有三个滤波器的材料的顺序，表1为每个滤波器的每个选定层指定了特定的厚度。例如，青色滤波器的层11在表1中被指定为由UV SiN组成，并具有厚度1093.0埃，品红滤波器的层11被指定为591.2埃厚的UV SiN层，而黄色滤波器的层11被指定为591.2埃厚的UV SiN层。尽管在表1中对于所有三个滤波器材料的顺序是相同的，但是给定材料的给定层的厚度却可在滤波器之间互不相同。这一点至少部分被总结在表1的“差”栏中，该栏列出多个分布在整个滤波器群上的相应编号的层对之间的厚度差。例如，在表1中在青色滤波器的层3与品红滤波器的层3之间的厚度差被指出为624.3埃。另外，分布在整个滤波器群的多个层对中的其它厚度差也被指出。例如，在青色滤波器与黄色滤波器之间具有多个厚度差，包括品红滤波器的层11与黄色滤波器的层11之间的厚度差501.8埃。

步骤#	沉积	材料	沉积厚度(埃)	刻蚀深度(埃)	掩模#
						1	席状沉积	UV SiN	501.8
2	旋转涂敷	光刻胶
						3	掩模曝光			1
4	等离子刻蚀			501.8
						5	去除光刻胶
6	席状沉积	UV SiN	591.2
						7	席状沉积	BD 1036A	854.7

8	席状沉积	UV SiN	570.7
						9	旋转涂敷	光刻胶
10	掩模曝光				2
						11	等离子刻蚀			570.7
12	去除光刻胶
						13	席状沉积	UV SiN	389.7
14	席状沉积	BD 1036A	883.8
						15	席状沉积	UV SiN	642.2
16	旋转涂敷	光刻胶
						17	掩模曝光				3
18	等离子刻蚀			642.2
						19	去除光刻胶
20	席状沉积	UV SiN	540.5
						21	席状沉积	BD 1036A	883.2
22	席状沉积	UV SiN	607.3
						23	旋转涂敷	光刻胶
24	掩模曝光				4
						25	等离子刻蚀			607.3
26	去除光刻胶
						27	席状沉积	UV SiN	397.6
28	席状沉积	BD 1036A	855.0
						29	席状沉积	UV SiN	624.3
30	旋转涂敷	光刻胶

31	掩模曝光			5
					32	等离子刻蚀			624.3
33	去除光刻胶
					34	席状沉积	UV SiN	529.5
35	席状沉积	BD 1036A	914.8
					36	席状沉积	UV SiN	731.6

表2

现将注意力转到表2，总结了在制造与表1所述有关的制造三滤波器组中所需的示例性的薄膜组制造过程。这些过程包括用于表2中“材料”栏中指定的特定材料的多个席状沉积过程。每个席状沉积过程还被指定沉积到如表2中“厚度”栏中所指示的特定厚度。表2中“说明”栏进一步描绘了用于去除给定厚度材料的多个刻蚀过程，该厚度根据“刻蚀深度”栏指定。注意，根据本领域普通技术人员所熟悉并在表2中指示的已知的薄膜制造技术，给定刻蚀过程可要求额外的支撑过程步骤。例如，刻蚀过程可包括旋转涂敷光刻胶、掩模曝光及去除光刻胶。这里认识到给定的刻蚀步骤，与给定的刻蚀步骤所需要的额外的支撑过程步骤结合，可一起被当作包括用于该给定刻蚀步骤的“配方”。例如，表2的步骤2-5可被看作相互合作，起到刻蚀501.8埃UV SiN的一个配方的作用。另外，给定的沉积过程，类似刻蚀过程，本身可被当作一个配方，根据被用于进行该沉积的具体沉积系统的细节任何给定的沉积需要一系列已知的步骤。

表3

考虑到以上说明，给定的滤波器组可通过利用用于沉积和刻蚀各种材料的多个配方制造。在表3中总结了一个示例性的配方组，其中列出了根据表2中概括的制造过程的各种沉积和刻蚀配方。表3的第一(即最左)和第二(即中间)栏列出进行表2的制造过程所需的总共14个沉积配方，每个沉积配方起到沉积特定厚度的UV SiN和BD其中之一的作用。表3中的第三(即，最右)栏逐条记载进行表2的制造过程所需的五个刻蚀配方。薄膜滤波器中每层的沉积和/或刻蚀中，材料和物理厚度的每个组合都需要为该层开发配方，如表3总结的，需要总共19个配方用于生产表1的CMY滤波器组。

现转到附图，其中类似的部件在整个附图中用相似的附图标记，，现将注意力集中于图1。注意，关于这些说明虽然可以采用说明性术语，例如，对于这些说明可用上、下、左、右这样的术语，但是该术语是用于帮助读者理解而不意味着限制。进一步，为了示意清楚，这些附图可能不是按比例绘制的。图1示出了总体以附图标记6表示的图，分别示出如上参照表1和2的青、品红、黄色滤波器各自的滤波器响应(即，作为波长函数的透射率)。纵轴9对应于电磁能量(例如光)通过给定滤波器的百分比透射率，横轴12对应于给定电磁能量的波长。第一滤波器响应15对应于对于入射电磁能量的滤长范围通过青色滤波器的百分比透射。第二响应18对应于先前所述参照表1的品红滤波器的滤波器响应。第三滤波器响应21对应于表1的黄色滤波器的滤波器响应。

注意，各种滤波器的设计可被构造为使得滤波器响应15、18和21每个可满足给定的预设标准。作为一个预设标准的例子，本领域的技术人员易于理解，对于具体的应用，例如对于成像系统中的应用，每个滤波器可要求在给定波长或在给定波长范围上透射电磁能量的预定百分比(例如光)。

现将注意力集中在与图1联系的图2。图2示出总体由附图标记26表示的图，示出已根据表1的CMY滤波器组合成的RGB滤波器的滤波器响应。尽管图1的图每个对应于表1的一个且仅一个相关滤波器，图2中的图每个却对应于表1中的滤波器组合，遵循基于在滤波器组的CMY响应和RGB响应之间采用加减关系的已知推导的标准常规。图2具有在图1中使用的相同的纵轴9和横轴12。第一滤波器响应27与对于对应于红色的第一波长范围基本透明的第一滤波器相应。第二滤波器响应28与对于对应于绿色的第二波长范围基本透明的第二滤波器相应。最后，第三滤波器响应31与对于对应于蓝色的第三波长范围基本透明的第三滤波器相应。作为例子，图2的这三个滤波器根据本领域已知惯例和术语，一起被称作RGB滤波器组。

尽管联系表1-3以及图1和2说明的这三个滤波器组具有适当的性能，示例性的设计在制造中需要19个独特配方，每个都需要制造和处理步骤，从而增加总体成本并减少滤波器组的总体产量。这里所公开的系统和方法克服与当前薄膜滤波器设计和制造过程有关的多种缺陷。

发明内容

以下联系系统、工具和方法说明和示出本发明的实施方式及其各方面，这些都是示例性和表示性的，而不是范围的限制。在各种实施方式中，减少或消除一个或以上所述问题，同时其它实施方式是为了改进。

在一个实施方式中，公开了一种用于设计一组至少两个多层光学滤波器的方法。所述至少两个多层光学滤波器组包括：(i)展现满足第一预设标准的第一滤波器性能的第一光学滤波器和(ii)展现满足第二预设标准且与第一滤波器性能不同的第二滤波器性能的第二光学滤波器。所述方法包括为所述第一光学滤波器提供初始第一滤波器设计作为第一有序层堆，以及为所述第二光学滤波器提供初始第二滤波器设计作为第二有序层堆。所述方法还包括选择层对，所述层对包括来自第一有序层堆的以第一厚度为特征的第一层，以及来自第二有序层堆的以第二厚度为特征的第二层。所述方法还将所述第一厚度约束到第一约束厚度，该第一约束厚度是所述第二厚度的正整数倍，从而获得受约束的第一滤波器设计。所述方法还包括确定所述受约束的第一滤波器设计的预期性能。另外，所述方法包括将所述受约束的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述受约束的第一滤波器设计的至少一个输入。

在另一实施方式中，公开了一种用于设计一组至少两个多层光学滤波器的方法。所述方法包括通过分别从所述受约束的第一滤波器设计和所述初始第二滤波器设计中的所述第一和第二有序层堆的每一个中选择一层而确定第一不同层对。所述第一不同层对的特征在于第一厚度差，所述第一厚度差是被选择作为第一不同层对的层之间的厚度差。所述方法进一步包括通过分别从所述受约束的第一滤波器设计和所述初始第二滤波器设计中的所述第一和第二有序层堆的每一个中选择一层而确定有区别的第二不同层对。所述第二不同层对的特征在于第二厚度差，该第二厚度差是被选择作为第二不同层对的层之间的厚度差。进一步地，所述方法包括约束被选择作为所述第一不同层对的层的至少一个层厚度，使得所述第一厚度差等于所述第二厚度差，从而生成进一步受约束的第一滤波器设计。另外，所述方法包括确定所述进一步受约束的第一滤波器设计的预期性能，并将所述受约束的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述进一步受约束的第一滤波器设计的输入。

在另一实施方式中，公开了一种至少两个多层滤波器组。每个多层滤波器包括有序层堆，每层以材料和厚度为特征。所述滤波器组包括被构造为展现满足第一预设标准的第一响应的第一光学滤波器，以及被构造为展现满足第二预设标准的第二响应的第二光学滤波器。所述有序层堆中的每层具有以下特征之一：(i)厚度等于由相同材料形成的另一层；(ii)厚度是由相同材料形成的另一层的厚度的整数倍；(iii)当与从不同滤波器中选择的另一层一起考虑从而形成第一层对时，所述第一层对内的厚度差与在不同滤波器中选择的第二层对的厚度差相等。

附图说明

图1是现有技术的用于青、品红和黄色波长范围的薄膜滤波器组作为波长函数的透射率曲线图。

图2是进一步组合以工作在红、绿和蓝色波长范围中的现有技术的薄膜滤波器组作为波长函数的透射率曲线图。

图3-5示出根据实施方式，利用有限数量的配方实现一定薄膜厚度的示例性过程。

图6是示出根据实施方式，用于示例性薄膜滤波器组的示例性设计过程。

图7是根据实施方式设计的，现有技术的薄膜滤波器组对于青、品红、黄色波长范围作为波长函数的透射率曲线图。

图8是根据实施方式，进一步组合以工作在红、绿和蓝色波长范围中的现有技术的薄膜滤波器组作为波长函数的透射率曲线图。

图9是示出包括容纳执行图6的示例性设计的算法的存储器的计算机系统。

图10A-10E示出根据实施方式用于示例性的青、品红和黄色滤波器组的分步制造过程。

具体实施例方式

尽管先前所述薄膜滤波器设计方法集中在特定的制造关系上，例如选择具有合适折射率的材料或实现该设计所需的掩模数量，还需要做额外的考虑以在采用这种滤波器组设计中进一步减少的制造成本。申请人在这里认识到，为了减少滤波器组的制造过程的复杂性，以及因此造成的制造成本，如后所述，减少制造给定薄膜滤波器设计中所需的配方数量会非常有利。另外，这里还进一步认识到减少配方数量可产生额外的好处。

再次回到附图，现将注意力转到图3-5，示出在三个制造步骤中实现两个不同厚度的示例性制造过程的三个中间步骤。图3是滤波器组的剖面图，总体由附图标记34表示，包括在其制造的早期阶段的三个薄膜滤波器。图3的这三个薄膜滤波器可被当作表示青、品红、和黄色滤波器组设计的一部分，以设计和/或制造的某种中间阶段示出。

滤波器组34包括已沉积在基底39上的层37。层37具有如双头箭头所表示的厚度42。厚度42被表示为具有值x₁-x₂，其中作为给定设计和/或优化过程的一部分，x₁和x₂是可调整和/或约束的参数。作为设计例程，可能需要调整和/或约束那些可以组合以指定一个或多个物理尺寸例如厚度的参数，例如x₁和x₂。例如，层37的厚度42可根据参数x₁和x₂而受到约束，使得根据x₁＝2x₂的关系约束厚度值x₁-x₂。例如，图3可表示中间制造步骤，其中均匀厚度x₁-x₂的层37根据约束沉积在表面39上。应当注意，尽管层37被按滤波器组34中的青、品红和黄色滤波器表示为三个截然不同的块，这些块之间的分离只是为了说明的目的；在实际制造中，这三个截然不同的块可以作为具有厚度42的单个整体层而沉积。

现在联系图3转到图4和5，图4和5分别示出滤波器组34′和34″的剖面图，示出CMY滤波器组制造的额外的中间步骤。在图4中，与品红和黄色滤波器相对应的层37的两个部分已被刻蚀掉，而青色滤波器部分被掩模覆盖。因此，只在青色滤波器部分留下具有厚度x₁-x₂的层43。然后，在图5中，具有厚度x₂的另一层49在所有三个CMY滤波器部分上被均匀沉积，从而导致在青色滤波器部分总厚度为x₁(如用双头箭头所示)而在品红和黄色滤波器部分厚度为x₂。可注意到，为了实现图5中所示两个不同厚度，只需要两个沉积配方和一个刻蚀配方，与一个掩模组合。

	青	品红	黄
				UV SiN	x₁	x₂	x₂
BD	x₃	x₃	x₃
				UV SiN	x₄	x₅	x₅
BD	x₆	x₆	x₆
				SiN	x₈	x₇	x₈

表4

通过采用与图3-5所示类似的一系列附加的制造过程，包括不同材料种类的沉积和刻蚀，可用如表4中总结的示例性物理厚度制造完整的CMY薄膜滤波器。表4表示部分基于刚刚在上面参照图3-5所述的初始过程步骤的CMY滤波器组示例性设计。表4中表示的CMY滤波器组设计基于包括UV SiN、BD和SiN的三种不同材料种类，后续的层以其被制造的顺序在表4中示出。例如，如图3-5所示，这三个滤波器中的每一个具有沉积在基底上的UV SiN的第一层，使得青色滤波器包括具有厚度x₁的UV SiN的第一层，而品红和黄色滤波器每个包括具有厚度x₂的UV SiN的第一层。

这里认识到，为了减少制造该示例性薄膜滤波器所需的配方数量，各个层的厚度可尽可能的匹配。例如，为了实现表4中总结的层的要求，所需沉积配方在表5中示出。如上所述，每个配方可对应于一个或多个制造步骤，包括沉积、刻蚀和掩模过程的组合的系列。

配方	注释
		x₁-x₂	x₁＞x₂
x₂	UV SiN
		x₃	BD
x₄-x₅	x₄＞x₅

x₅	UV SiN
		x₆	BD
x₇-x₈	x₇＞x₈
		x₈	SiN

表5

现将注意力转到图6，示出用于减少薄膜、多层光学滤波器设计所需配方数量的示例性过程53的流程图。过程53在步骤56从输入初始薄膜滤波器设计开始。如步骤56所提供的这种输入滤波器组设计可为例如利用各种已知技术中的一个或多个生产的已知滤波器设计。这种初始薄膜滤波器设计的一个例子可为例如表1中总结的现有技术滤波器组设计。在已提供初始设计之后，过程53进行到步骤58，其中初始薄膜滤波器设计可通过运行优化算法而优化。例如，该优化算法可包括通过改变该设计内一个或多个层的一个或多个厚度而修正至少一部分所提供的设计。优化算法可例如包括优化给定的受约束滤波器和/或已被修正的滤波器组。例如，该优化算法可包括(i)利用商用计算机软件包，例如ESSENTIAL对滤波器和/或滤波器组设计进行计算机建模，用于评估受约束设计的预期响应，以及(ii)修正一个或多个层厚度，同时根据受约束设计的响应利用前述软件用于对修正效果建模。

然后过程53进行到优化例程(routine)59(由虚线框表示)。作为优化例程59的一部分，进行马上在后文描述的三个约束调整工序中的至少一个。可并行或串行地共同进行这三个不同的约束调整工序，并且不需要进行所有三个工序。第一约束调整步骤62涉及确定相同材料的一些层是否具有类似的厚度(例如，在10％到20％内)。如果这样，在步骤62这些层被约束到相同的厚度，然后受约束设计进行到步骤58′以再次运行优化算法。第二约束调整步骤62′涉及确定是否任一层可被估计为具有另一层厚度的整数倍厚度(例如，在10％到20％内)。例如，在图3-5中所示的示例性过程中，层厚度被约束使得x₁＝2x₂。如果这样，步骤62′中这些层被限制为其它层的整数倍，然后受约束设计进入再次优化的步骤58′。第三约束调整步骤62″包括确定一对相邻层之间的厚度差是否类似于另一对相邻层之间的厚度差。例如，参照表1-3，如果厚度差(x₁-x₂)和(x₄-x₅)相似，使得在10％到20％内(x₁-x₂)≈(x₄-x₅)，则这两个层对中所包括的四个层中的一个或多个可被约束使得厚度差彼此相等，使得(x₁-x₂)＝(x₄-x₅)。

这些约束调整工序之后，所得受约束设计被在步骤58′中再次优化，在其中薄膜优化算法被再次运行。所得再优化薄膜滤波器设计的性能被在评估步骤61中评估。步骤61可涉及例如通过产生滤波器性能图并将其与限定滤波器所需性能的预设标准比较而评估再优化薄膜滤波器设计的预期滤波器性能。接下来，作出确定预期滤波器性能是否足以满足一个或多个预设标准的决定64。如果性能不令人满意，则优化例程回到如路径65所示的约束调整工序。如果滤波器性能足够，则在步骤66中产生最后薄膜滤波器设计。

可以理解，可反复应用过程53，所得滤波器设计可通过再次应用过程53而被修改多次，使得给定迭代的最后薄膜滤波器设计用作紧接着下一次迭代的最初薄膜滤波器设计。如上所述，又注意到可以弹性的方式应用约束调整步骤，并且可以在过程53的给定迭代中独立或一起应用。例如，在第一例中，过程53的给定迭代可只基于应用约束调整步骤62以约束在滤波器组内一个层对中的一层(在该给定迭代中不应用其它任何约束)，紧接着的迭代过程53可基于对滤波器组中的不同层对应用约束调整步骤62。在第二例中，过程53的迭代可只基于针对一个层对应用调整步骤62，并且紧接着的迭代可基于针对不同的层对应用调整步骤62′。在第三例中，通过针对位于滤波器组内的两个不同的层对同时执行两个步骤，在两对都彼此分离并区分的情况下，给定的迭代可同时基于调整步骤62和62″。如此，可以迭代的方式使用这些调整工序的各种组合和排列，同时继续落在本文所教导的范围内，这里所提供的例子不当作是限制。

表6

例如通过利用表1的设计作为初始设计，可根据图6的过程53产生在表6中总结的示例性薄膜滤波器设计。要理解表6的设计包括多个层，每层具有彼此相同的材料和厚度。例如分布在所有三个滤波器中的层2、6、8和10都是798.12埃厚的BD 1036A层。考虑到这一点，通过观察表6认识到所有798.12埃的可基于反复使用与798.12埃沉积相应的一个沉积配方而沉积。相反，表1中所述的现有技术设计的相应层2、6、8和10分别具有厚度914.8、883.2、883.8和854.7埃。因此，可以理解，采用表1的薄膜滤波器组作为初始滤波器设计，然后根据以上所述对其应用进程5，由此可生成表6中总结的使用与表1的滤波器设计相比沉积配方数目减少的滤波器设计。

进一步，参照表6的设计，注意在表6的不同栏中确定和列出了多个厚度差，从而以与表1中列出厚度差一致的方式描绘了多个厚度差。另外，可认识到分布在整个表6的滤波器设计中的厚度差彼此都相同。例如，青色滤波器的层号3与品红和黄色滤波器的层号3相差617.05埃的厚度差。另外，在一个滤波器的一层与这对中另一个滤波器的另一层之间，具有厚度差617.05埃的滤波器群中有多个其它滤波器对。例如，青色滤波器和品红滤波器形成一对滤波器，在品红滤波器的层号7与青色滤波器层号7之间具有厚度差617.05埃。因此，与表1的滤波器设计相比，可使用较少数量的配方生成表6中所述的滤波器。

步骤#	描述	材料	沉积厚度(埃)	刻蚀深度(埃)	掩模#
						1	席状沉积	UV SiN	617.05
2	旋转涂敷	光刻胶
						3	掩模曝光				1
4	等离子刻蚀			617.05
						5	去除光刻胶
6	席状沉积	UV SiN	617.05
						7	席状沉积	BD 1036A	798.1
8	席状沉积	UV SiN	617.05
						9	旋转涂敷	光刻胶
10	掩模曝光				2
						11	等离子刻蚀			617.05
12	去除光刻胶
						13	席状沉积	UV SiN	445.5
14	席状沉积	BD 1036A	798.1

15	席状沉积	UV SiN	617.05
						16	旋转涂敷	光刻胶
17	掩模曝光				3
						18	等离子刻蚀			617.05
19	去除光刻胶
						20	席状沉积	UV SiN	617.05
21	席状沉积	BD 1036A	798.1
						22	席状沉积	UV SiN	617.05
23	旋转涂敷	光刻胶
						24	掩模曝光				4
25	等离子刻蚀			617.05
						26	去除光刻胶
27	席状沉积	UV SiN	445.5
						28	席状沉积	BD 1036A	798.1
29	席状沉积	UV SiN	617.05
						30	旋转涂敷	光刻胶
31	掩模曝光				5
						32	等离子刻蚀			617.05
33	去除光刻胶
						34	席状沉积	UV SiN	617.05
35	席状沉积	BD 1036A	798.1
						36	席状沉积	UV SiN	905.2

表7

表8

制造示例性薄膜滤波器设计中所需的制造过程在表7中总结，该表列出可用于生产根据表6的设计的滤波器群。与生产表1的现有技术滤波器所需的表3中总结的十九个配方相比，易于看出可用如表8中总结的总共五个配方产生表6中总结的滤波器组。

现将注意力转到图7，这是一般用附图标记6′表示的图，具有与图1和2中所用相同的纵轴9和横轴12。根据表6的示例性CMY薄膜滤波器设计性能在图7中示出。第一滤波器响应15′表示青色滤波器响应，第二滤波器18′响应表示品红滤波器响应，而第三滤波器响应21′表示黄色滤波器响应。可在图1中绘制的性能与图7中绘制的性能之间分别联系相关的表1-3和6-8做比较。根据这一比较，可看出与要求总共十九个配方的表1的现有技术的CMY滤波器相比，表6的示例性CMY薄膜滤波器设计用显著减少的沉积和刻蚀配方数量(即，总共5个)实现可比较的性能。

现将注意力转回图8，这是一般用附图标记26’表示的图，具有与图1、2和7中所用的相同的纵轴9和横轴12。该图以与参照图2的先前说明一致的方式包括从表6中总结的减少配方的CMY滤波器组设计合成的RGB滤波器的一组三个滤波器响应图。这里认识到红、绿、蓝响应25′、28′和31′(与表6的滤波器组有关)显然类似于响应25、28和31(与表1的滤波器组有关)。因此，至少相对很多可能的应用，这两个相关滤波器组都可被认为足以满足可与所选择的一个应用有关的给定预设标准。显然，作为对表1的滤波器组应用过程53的结果，所得的表6的滤波器组可用比表1的滤波器组实质上更少的配方生产，从而与按照传统方式设计和生产类似的滤波器组相比获得全面的优点。另外，在比较图2和图8所示的RGB性能图时，要理解示例性的配方减少的RGB滤波器组的性能比现有技术的滤波器更为对称，从而具有进一步的优势。

利用到目前为止的说明和图3-8，本领域普通技术人员可根据其中的教导容易地实现本发明。但是，为了进一步清楚地说明，前述CMY滤波器设计将马上在下文中以结构的方式表示和说明，示出如以上所述表6中指定的CMY滤波器，并以图形化方式示出以上参照表7和8所述的制造过程。

转到图9并结合图6，其中示出前述设计过程的计算机执行方式。图9示出包括存储器69的计算机68。存储器69采用与图6的多层光学滤波器设计过程53相应的算法编程，使得通过在步骤56中输入初始滤波器设计(例如，表1中总结的滤波器设计)，在步骤67中计算机68执行用于减少配方数的前述过程，从而生成最终的薄膜滤波器设计(例如，表6中总结的滤波器设计)。

现将注意力转到图10A-10E并结合表6-8。图10A-10E集中示出工序的例子，其中可应用表7的制造过程以生成采用参照表8指出的五个配方的表6的滤波器组。与表6-8中所用的值相对应，X₁＝1234.1埃的UV SiN，X₂＝617.05埃的UV SiN，X₃＝798.12埃的BD 1036A，X₄＝1062.6埃的UV SiN以及X₅＝905.15埃的UV SiN。应理解单个的滤波器结构被以逐步修改的方式示出，因此滤波器结构随着它从一个步骤变化到下一个步骤而被表示为一系列中间结构。因此，将马上以与制造过程中一个步骤到下一个步骤所发生滤波器结构中的变化一致的方式说明多个这些步骤。

在初始步骤中，在图10A中示出，在沉积步骤72进行席状沉积，其中在基底67上沉积X₁＝1234.1埃的UV SiN(例如，采用X₂＝617.05埃的两个连续沉积)，以形成第一中间滤波器结构70-A。该工序接下来使用刻蚀步骤73，利用以上参照表7和8所述的(如箭头及箭头上方相应的附图标记)617.05埃的刻蚀配方，得到第二中间滤波器结构70-B。换句话说，通过由执行617.05埃刻蚀配方来修改第一滤波器结构70-A，从第一中间结构70-A的一部分去除617.05埃的材料而生成中间滤波器结构70-B。

在一系列附加步骤74-87中，利用表7的配方制造滤波器，如图10A-10E中所示，并以与以上刚刚描述的一致的方式，得到如图10E中附图标记70-O所示的完整的滤波器结构。基于这些附图的以上描述，以及附图本身上的注解，当考虑到表6-8时，每一步生成的结构中的变化应对于读者来说是明显的。

注意以上说明及附图中包含的内容要被解释为示意性的而不是限制。所附权利要求是预计覆盖这里所述所有一般的和特殊的特征，本方法和系统的范围的所有陈述可被认为落入其中。

Claims

1.一种用于设计一组至少两个多层光学滤波器的方法，所述滤波器组包括：(i)展现满足第一预设标准的第一滤波器性能的第一光学滤波器和(ii)展现满足第二预设标准且与所述第一滤波器性能不同的第二滤波器性能的第二光学滤波器，所述方法包括：

(a)为所述第一光学滤波器提供初始第一滤波器设计，作为第一有序层堆，以及为所述第二光学滤波器提供初始第二滤波器设计，作为第二有序层堆；

(b)选择层对，所述层对包括来自所述第一有序层堆的以第一厚度为特征的第一层，以及来自所述第二有序层堆的以第二厚度为特征的第二层；

(c)将所述第一厚度约束到第一约束厚度，所述第一约束厚度是所述第二厚度的正整数倍，从而获得受约束的第一滤波器设计；

(d)确定所述受约束的第一滤波器设计的预期性能；以及

(e)将所述受约束的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述受约束的第一滤波器设计的至少一个输入。

2.如权利要求1所述的方法，其中选择所述层对包括选择所述第一和第二层使得在被约束前的所述第一厚度在所述第二厚度的百分之十到二十的范围内。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

(f)改变所述受约束的第一滤波器设计的至少一部分，同时保持所述第一受约束厚度，以生成修改的第一滤波器设计；

(g)确定所述修改的第一滤波器设计的预期性能；以及

(h)将所述修改的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述修改的第一滤波器设计的至少一个输入。

4.如权利要求1所述的方法，其中，采用包括至少一个制造过程的给定配方形成所述第一和第二有序层堆中的每一层，每个制造过程包括(i)沉积和(ii)刻蚀之一，使得所述初始第一和第二滤波器设计中的每一个都需要初始数量的配方，

其中将所述第一厚度约束到所述第一约束厚度包括采用减少数量的配方产生所述受约束的第一滤波器设计，使得所述减少数量的配方数小于所述配方的初始数量。

5.如权利要求1所述的方法，所述第一预设标准包括要求第一光学滤波器在第一波长范围上透射电磁能量，所述第二预设标准包括要求所述第二光学滤波器在与所述第一滤长范围不同的第二波长范围上透射电磁能量，

其中所述确定步骤包括计算由所述受约束的第一滤波器设计提供的透射光谱，以及

其中所述比较步骤包括评定如此计算的所述透射光谱和与所述第一预设标准有关的所述第一波长范围之间的相关性。

6.如权利要求5所述的方法，包括选择所述第一波长范围以与从品红色、黄色和青色中选定的一个相对应，并选择所述第二波长范围以与从品红色、黄色和青色中选定的另一个相对应。

7.如权利要求5所述的方法，包括选择所述第一波长范围以与从红色、绿色和蓝色中选定的一个相对应，并选择所述第二波长范围以与从红色、绿色和蓝色中选定的另一个相对应。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：响应于接受所述受约束的第一滤波器设计，而进行以下操作：

(f)设置所述受约束的第一滤波器设计作为所述初始第一滤波器设计；

(g)从所述第一和第二有序层堆中选择不同的层对；以及

(h)重复步骤(c)-(e)。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：一经拒绝所述受约束的第一滤波器设计，则进行以下操作：

(f)从所述第一和第二有序层堆中选择不同的层对；以及

(g)利用该不同的层对作为前述层对而重复步骤(c)-(e)。

10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

(f)通过分别从所述受约束的第一滤波器设计和所述初始第二滤波器设计中的所述第一和第二有序层堆的每一个中选择一层而确定第一不同层对，所述第一不同层对以第一厚度差为特征，所述第一厚度差是被选择作为所述第一不同层对的层之间的厚度差；

(g)通过分别从所述受约束的第一滤波器设计和所述初始第二滤波器设计中的所述第一和第二有序层堆的每一个中选择一层而确定有区别的第二不同层对，所述第二不同层对以第二厚度差为特征，所述第二厚度差是被选择作为所述第二不同层对的层之间的厚度差；

(h)约束被选择作为所述第一不同层对的层的至少一个层厚度，使得所述第一厚度差等于所述第二厚度差，从而生成进一步受约束的第一滤波器设计；

(i)确定所述进一步受约束的第一滤波器设计的预期性能；以及

(j)将所述受约束的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述进一步受约束的第一滤波器设计的输入。

11.一种用于设计一组至少两个多层光学滤波器的方法，所述滤波器组包括：(i)展现满足第一预设标准的第一滤波器性能的第一光学滤波器和(ii)展现满足第二预设标准且与所述第一滤波器性能不同的第二滤波器性能的第二光学滤波器，所述方法包括：

(a)为所述第一光学滤波器提供初始第一滤波器设计作为第一有序层堆，以及为所述第二光学滤波器提供初始第二滤波器设计作为第二有序层堆，所述第一和第二有序层堆中的每层均以层厚度为特征；

(b)通过从所述第一和第二有序层堆中的每一个选择一层而确定第一层对，所述第一层对以作为所选择的层的层厚度之差的第一厚度差为特征；

(c)通过从所述第一和第二有序层堆中的每一个选择一层而确定不同的第二层对，所述第二层对以被限定为所选择的层的层厚度之差的第二厚度差为特征；

(d)约束被选择以限定所述第一层对的层的至少一个层厚度，使得所述第一厚度差等于所述第二厚度差，从而获得受约束的第一滤波器设计；

(e)确定所述受约束的第一滤波器设计的预期性能；

(f)将所述受约束的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述受约束的第一滤波器设计的输入。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

(g)改变所述受约束的第一滤波器设计的至少一部分，同时仍然约束所述层厚度，使得所述第一厚度差等于所述第二厚度差，以生成修改的第一滤波器设计；

(h)确定所述修改的第一滤波器设计的预期性能；以及

(i)将所述修改的第一滤波器设计的预期性能与所述第一预设标准比较，作为接受或拒绝所述修改的第一滤波器设计的输入。

13.如权利要求11所述的方法，其中确定所述第一和第二层对包括选择第一和第二层对以使得在被约束前的所述第一厚度差在所述第二厚度差的百分之十到二十的范围内。

14.一种由至少两个多层滤波器组成的滤波器组，每个多层滤波器都包括有序层堆，每层以材料和厚度为特征，所述滤波器组包括：

第一光学滤波器，其被构造为展现满足第一预设标准的第一响应；

以及

第二光学滤波器，其被构造为展现满足第二预设标准的第二响应，

其中所述有序层堆中的每层具有以下特征之一：(i)其厚度等于由相同材料形成的另一层；(ii)其厚度是由相同材料形成的另一层的厚度的整数倍；(iii)当与从不同滤波器中选择的另一层一起考虑从而形成第一层对时，所述第一层对内的厚度差与在不同滤波器中选择的第二层对的厚度差相等。