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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Farbfiltern, insbesondere von mehrlagigen, in deren flächiger Erstreckung
strukturierten Farbfiltern.
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Mehrlagige
Farbfilter werden vornehmlich als Interferenzfilter eingesetzt.
Dabei wird ausgenutzt, dass an der Grenzfläche zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Lagen mit unterschiedlichen Brechungsindizes von elektromagnetischer
Strahlung ein Teil reflektiert und ein Teil transmittiert wird.
Durch geeignete Wahl der Schichtfolge lassen sich durch die entstehenden
Interferenzeffekte sehr unterschiedliche spektrale Eigenschaften
realisieren. Der Farbfilter kann beispielsweise als Spiegel, als
Kantenfilter, oder als Bandpassfilter wirken. Mehrlagige, in ihrer
flächigen
Erstreckung strukturierte Farbfilter sind beispielsweise aus der
DE 102 00 872 A1 ,
der
DE 196 41 303
A1 , der
US
5,164,858 A und der
US
3,914,464 A bekannt.
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Ein
Einsatzgebiet dieser Farbfilter mit zunehmender Bedeutung liegt
im Bereich der digitalen Projektion. Neben dichroitischen Filtern
zur Trennung verschiedener Farbanteile in separate Strahlengänge werden bei
digitalen Projektoren häufig
auch die als Color Wheels bezeichneten spektrale Bereiche trennende
Filtersysteme eingesetzt. Ein Color Wheel weist definitionsgemäss verschiedene
Bereiche auf, die für
Licht unterschiedlicher Frequenzen durchlässig sind, typischerweise im
Frequenzbereich des sichtbaren Lichts, beispielsweise der Farben
rot, grün
und blau. Durch Rotation des Color Wheels treten diese verschiedenen
Bereiche zyklisch in den Strahlengang des Projektors und der Aufbau
des farbigen Bildes wird durch Synchronisation der Rotation des
Color Wheel mit der Projektion der entsprechenden Farbanteile des
Bildes erreicht.
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Ein
weiteres Einsatzgebiet für
flächig
strukturierte Farbfiltersysteme sind beispielsweise digitale RGB-Kameras,
bei welchen die Farbfilter in den integrierten CCD – (Charge
Coupled Device) beziehungsweise CMOS – (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) Sensoren zur Filterung der jeweiligen RGB-Farbanteile
eingesetzt werden.
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Auch
bei mehrbandigen VCSLs (Vertical Cavity Surface-Emitting Laser) kommen diese Filter
als Resonator- und Auskoppelspiegel zum Einsatz. VCSLs sind Halbleiterlaser,
die ihre Strahlung senkrecht zum p-n-Übergang emittieren. Durch unterschiedliche
Schichtstrukturen der Resonator- und Auskoppelspiegel kann die jeweils
gewünschte
Emissionswellenlänge
eingestellt werden.
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Für die genannten
Einsatzgebiete ist es folglich erforderlich, dass der Farbfilter
mehrere, nebeneinander angeordnete Bereiche aufweist, die jeweils
unterschiedliche spektrale Eigenschaften haben.
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Ein
Verfahren zur Herstellung flächig
strukturierter Interferenzfilter ist beispielsweise aus
WO 99/42864 bekannt. Das
dort beschriebene Verfahren verwendet eine Lift-Off-Technik, bei
welcher eine strukturierte Photolackschicht erzeugt wird, indem
zunächst
ein vollflächiger
Auftrag des Lacks erzeugt und dieser nach entsprechender Belichtung
und Entwicklung an definierten Orten wieder abgehoben wird, welches
namensgebend für
diese Technik auch als "Lift
off" bezeichnet
wird. Schichten des abzuscheidenden, mehrlagigen Farbfilterschichtsystems
werden für
das jeweilige Schichtsystem einer Farbe zunächst oberhalb des jeweils verbleibenden
Photolacks und der freiliegenden Substratflächen vollflächig, dies bedeutet zunächst unstrukturiert
abgeschieden. An Stellen, an welchen weitere Farben und somit andere
Farbfilterschichtsysteme anzuordnen sind, befindet sich der durch
Lift-off strukturierte Photolack, welcher nach der vollflächigen Beschichtung
mit dem ersten Farbfilterschichtsystem angelöst und mit dem darauf befindlichen
ersten Schichtsystem entfernt wird. Hierdurch wird das Substrat
nur an denjenigen Stellen freigelegt, an welchen weitere Schichtsysteme
aufzubringen sind. Es folgt eine weitere vollflächige Beschichtung mit Photolack
und ein weiterer Lift-off-Schritt zur Freilegung der Bereiche eines
weiteren Schichtsystems, welches nun ebenfalls wieder vollflächig auf
dem strukturierten Photolack abgeschieden wird. Auch dieses weitere
Schichtsystem wird an den Stellen des verbliebenen Photolacks zusammen
mit diesem entfernt. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß jeweils
vollständige
Farbfilterschichtsysteme mit jeweils allen benötigten Prozessschritten des
jeweiligen Schichtsystems aufzubringen sind. Ferner wird bei jedem
Lift-off-Schritt Photolack verwendet, welcher laut der
WO 99/42864 eine Temperatur von 150°C nicht überschreiten
darf. Folglich sind viele Beschichtungsverfahren nicht möglich, welche
zwar hohe Ausbeute bei guter Qualität ermöglichen, jedoch dieser Temperaturvorgabe nicht
genügen
können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren
zur Herstellung mehrlagiger, strukturierter Farbfilter anzugeben,
welches vorzugsweise bei der Wahl der Beschichtungsverfahren flexibler ist.
Diese Aufgabe wird bereits überraschend
einfach durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines
mehrlagigen, strukturierten Farbfilters gemäß Anspruch 1 bzw 31 sowie durch
einen mehrlagigen, strukturierten Farbfilter mit den Merkmalen des
Anspruchs 16 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Die
Erfinder haben herausgefunden, dass es möglich ist, an stelle von jeweils
vollständig
abgeschiedenen, neben einander angeordneten Farbfilterschichtsystemen
auch einzelne Schichten oder einzelne Schichtsysteme vollflächig abzuscheiden,
welche nachfolgend ohne Ablösung
oder Lift-off für alle oder
wenigstens einige Farbfilterschichtsysteme verbleiben aber selbst
noch keine vollständigen
Farbfilterschichtsysteme sind.
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Diese
Schichten oder Teilschichtsysteme, welche nachfolgend in allen oder
zumindest mehreren Farbfilterschichtsystemen vorhanden sind, müssen nur
einmal und nicht, wie vordem für
jedes Schichtsystem einzeln aufgebracht werden.
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Hierdurch
reduziert sich der Aufwand zur Herstellung derartiger Farbfilter
erheblich.
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Die
gemeinsamen Schichten oder Teilschichtsysteme können die ersten Schichten oder
Teil der ersten Schichten der jeweiligen Farbfilterschichtsysteme
sein, können
aber auch die jeweils letzten Schichten oder Teilschichtsysteme
sein und/oder zwischen den ersten und letzten Schichten angeordnet
sein.
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Ferner
ist es äußerst vorteilhaft,
wenn Schichten oder Teilschichtsysteme vollflächig abgeschieden werden können, da
in diesem Falle kein Photolack unterhalb zu beschichtender Bereiche
angeordnet ist und dessen Temperaturvorgaben nicht beachtet werden
müssen.
Derartige Schichten oder Teilschichtsysteme können mit wesentlich weniger
technischen Restriktionen und zum Teil wesentlich höherer Ausbeute,
beispielsweise durch höhere
Teilchenenergien und höhere
Auftragsraten realisiert werden.
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Außerdem werden
durch das Fehlen von Strukturierungsmaßnahmen Abschattungseffekte
vermieden, wodurch fehlerhafte oder nicht maßhaltige Bereiche in den Schichten
reduziert werden. Ferner lassen sich vollflächig einfacher Farbfilterschichtsysteme
mit sehr vielen Schichtlagen abscheiden, wodurch häufig die Filtergüte, insbesondere
die Transmissions- beziehungsweise Reflexionsausbeute, verbessert
werden kann.
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Für den Einsatz
als RGB-Filter sieht eine Ausführungsform
der Erfindung vor, dass zumindest drei Farbfilterschichtsysteme
abgeschieden werden, die jeweils als Bandpassfilter für sichtbares
Licht einer der Farben rot, grün
und blau wirken.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf RGB-Filter beschränkt, sondern umfasst darüber hinaus Bandpassfilter
für andere
Wellenlängen,
auch im nicht sichtbaren Bereich, sowie jeden anderen Filtertyp,
der sich durch Filterschichtsysteme herstellen lässt, beispielsweise Kantenfilter
oder auch Spiegel.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird eine Schicht oder ein Teilschichtsystem eines Farbfilterschichtsystems
durch einen Lift-Off-Prozess strukturiert abgeschieden, bei dem
zunächst
vollflächig eine
Metallschicht abgeschieden wird. Auf die Metallschicht wird vollflächig eine
Photolackschicht aufgebracht. Nach entsprechender Belichtung und
Entwicklung wird der Photolack in den Bereichen wieder entfernt,
in denen die Schicht oder das Teilschichtsystem des Farbfilterschichtsystems
abgeschieden werden soll. In den nun lackschichtfreien Bereichen
wird die Metallschicht ebenfalls entfernt und somit die darunter
liegende Schicht beziehungsweise der Träger wieder freigelegt. Nun
erfolgt vollflächig
das Abscheiden der einen Schicht oder des Teilschichtsystems mit
einer Schichtdicke, die die Schichtdicke der Metallschicht nicht überschreitet.
Auf diese Weise kann abschließend
die Metallschicht wieder entfernt werden, wodurch die darauf abgeschiedenen Photolack-
und Farbfilterschichtbereiche mit abgehoben werden.
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Durch
die Verwendung einer Metallschicht im Lift-Off-Prozess wird das Problem gelöst, welches
sich bei Verwendung von Photolack bei hohen Prozesstemperaturen
ergibt. Der Photolack muss üblicherweise
bei hohen Temperaturen gehärtet
werden, um weiteren Prozessschritten bei ähnlich hohen Temperaturen standhalten
zu können.
Dies führt
dazu, dass sich der Photolack, insbesondere aufgrund eintretender
Polymerisation, nur sehr schwer wieder entfernen lässt. Die
Metallschicht hingegen lässt
sich auch nach Prozessschritten mit hoher Temperatur mit üblichen
nasschemischen Verfahren wieder entfernen.
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Bevorzugt
umfasst das Abscheiden der einen Metallschicht das Abscheiden einer
Chromschicht, da sich gezeigt hat, dass Chrom am geeignetsten für dieses
Lift-Off-Verfahren ist.
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Für die Erfindung
können
jedoch auch andere Verfahren zum Aufbringen segmentierter Schichten
eingesetzt werden. Solche weiteren Möglichkeiten zur Herstellung
lateral strukturierter, beziehungsweise segmentierter optischer
Schichten durch Abscheiden auf maskierte Flächen sind auch in den am gleichen
Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereichten deutschen Anmeldungen
der Anmelderin mit den Titeln „Beschichtetes
Substrat mit gewölbter
Oberfläche
und Verfahren zur Herstellung eines solchen beschichteten Substrats" und „"Verfahren zur Herstellung
strukturierter optischer Filterschichten auf Substraten" offenbart, deren
Inhalt diesbezüglich
vollumfänglich
auch zum Gegenstand dieser Erfindung gemacht wird. Beispielsweise
können Lackschichten
als Maskierung auch auf andere Weise aufgebracht werden, indem diese
mit einem Druckkopf direkt strukturiert auf dem Substrat aufgedruckt
werden. Dazu können
auch andere Lacke als Photolack, beispielsweise Abziehlack oder
Stoplack eingesetzt werden. Dieses beliebigen Lackmaskierungen können sowohl
in Verbindung mit einer zusätzlichen
Metallschichtmaskierung oder auch ohne diese im Sinne der Erfindung
eingesetzt werden.
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Zur
Erreichung der gewünschten
Interferenzeffekte umfasst das Abscheiden des zumindest einen ersten
und des zumindest einen zweiten Farbfilterschichtsystems bevorzugt
das, insbesondere abwechselnde, Abscheiden von Farbfilterschichten
mit hohem und niedrigem Brechungsindex. Die an der Grenzfläche zwischen
zwei Schichten auftretende Reflexion ist um so stärker, je
größer die
Differenz der Brechungsindizes der beiden Schichten ist.
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Besonders
geeignet für
den Aufbau eines Bandpassfilters ist ein Schichtaufbau aus zwei
Teilschichtsystemen, die mehrere Schichtpaare aus jeweils einer
Farbfilterschicht mit niedrigem Brechungsindex und einer Farbfilterschicht
mit hohem Brechungsindex aufweisen, zwischen denen eine weitere
Farbfilterschicht mit hohem Brechungsindex angeordnet ist. Der Frequenzbereich,
den der Bandpassfilter durchlasst, wird unter anderem von den Schichtdicken
bestimmt. Bevorzugt beträgt
die optische Dicke der Schichten der Teilschichtsysteme ein Viertel
der entsprechenden Wellenlänge,
und die optische Dicke der mittleren Farbfilterschicht die Hälfte der
Wellenlänge.
Die optische Dicke ergibt sich dabei aus dem Produkt der Schichtdicke
und dem Brechungsindex des Schichtmaterials. Für sichtbares Licht beträgt die Schichtdicke
hochbrechender Schichten damit etwa 50 bis 100 nm, die Schichtdicke
niedrigbrechender Schichten etwa 100 bis 200 nm.
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Bevorzugt
umfasst das Abscheiden einer Farbfilterschicht mit hohem Brechungsindex
das Abscheiden einer Schicht, die Titandioxid aufweist. Selbstverständlich können auch
andere Materialien, wie beispielsweise Tantaloxid, Titannitrid oder
auch jedes andere geeignete hochbrechende Material verwendet werden.
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Das
Abscheiden einer Schicht mit niedrigem Brechungsindex umfasst bevorzugt
das Abscheiden einer Schicht, die Siliziumdioxid aufweist. Selbstverständlich können auch
für diese
Schichten andere Materialien, wie beispielsweise Siliziummonoxid,
Magnesiumfluorid oder auch jedes andere geeignete niedrigbrechende
Material verwendet werden.
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Geeignet
zum Abscheiden der Farbfilterschichten können alle Vakuumbeschichtungsverfahren
sein. Dementsprechend können
zum Abscheiden einer Farbfilterschicht unter anderem PVD- oder CVD-Verfahren eingesetzt
werden. Auch können
mehrere Abscheideverfahren miteinander kombiniert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das Abscheiden einer Schicht mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung
(PVD). Insbesondere durch Aufdampfen können hohe Wachstumsraten der Schichten
erzielt werden, was das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Variante
besonders schnell und damit wirtschaftlich für große Stückzahlen macht. Da auch Materialien
mit niedrigen Dampfdrücken
und damit verbunden im allgemeinen hohen Schmelztemperaturen geeignet
sein können,
kann das Abscheiden einer Schicht mit Vorteil auch durch Aufsputtern
erfolgen.
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Die
Farbfilterschichten können
jedoch auch mit anderen Verfahren, wie etwa der chemischen Dampfphasenabscheidung
(CVD), beispielsweise mittels plasmainduzierter, chemischer Dampfphasenabscheidung (PCVD)
vorteilhaft abgeschieden werden. Geeignet ist diesbezüglich auch
besonders die plasmaimpulsinduzierte chemische Dampfphasenabscheidung
(PICVD), bei welcher das Plasma nicht zeitlich konstant, sondern gepulst
erzeugt wird, was unter anderem eine geringere Wärmebelastung mit sich bringt.
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Geeignet
zum Aufbringen einer Schicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann auch das Aufbringen einer Schicht durch Tauchbeschichtung sein.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
erfolgt das Abscheiden einer Farbfilterschicht bei einer Temperatur
oberhalb von 150°C.
Durch das Abscheiden bei einer hohen Temperatur kann eine höhere Qualität und Haltbarkeit
der Farbfilterschichten erzielt werden. Insbesondere werden Störstellen
in den Schichten reduziert. Außerdem
ermöglicht
eine höhere
Temperatur höhere
Abscheideraten und damit eine Beschleunigung des Herstellungsprozesses.
Zudem können
bei der Vakuumabscheidung bei höheren
Temperaturen dichtere Schichten hergestellt werden. Derartige Schichten
sind dann auch stabiler und resistenter gegenüber chemischen Einflüssen. So
zeigen solche Schichten vielfach eine geringere oder nicht mehr
vorhandene Wasseraufnahmefähigkeit.
Die Ursache für
die höhere
Dichte liegt in der höheren
Beweglichkeit der auf die zu beschichtende Fläche beim Beschichten auftreffenden
Teilchen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens eines Trägers den Schritt des Bereitstellens
eines Trägers,
der zumindest eine integrierte Schaltung aufweist.
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Gemäß einer
nochmals weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst der Schritt des Bereitstellens eines Trägers den Schritt des Bereitstellens
eines Trägers,
der einen Waferverbund aufweist.
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Insbesondere
für den
Einsatz beispielsweise als CCD-Farbfilter
kann es vorteilhaft sein, den mehrlagigen strukturierten Farbfilter
direkt auf einen CCD-Chip oder mehrere, auf einem Wafer im Verbund
angeordnete CCD-Chips aufzubringen. Gleiches gilt selbstverständlich auch
für die
CMOS-Technologie.
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Die
Erfindung sieht auch vor, einen mehrlagigen, in dessen flächiger Erstreckung
strukturierten Farbfilter bereitzustellen, der insbesondere mit
dem oben beschriebenen Verfahren herstellbar ist.
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Ein
erfindungsgemäßer Farbfilter
umfasst demgemäß einen
Träger,
zumindest ein erstes mehrlagiges Farbfilterschichtsystem, zumindest
ein zweites mehrlagiges Farbfilterschichtsystem, wobei zumindest
eine Schicht oder zumindest ein Teilschichtsystem Bestandteil sowohl
des zumindest einen ersten als auch des zumindest einen zweiten
Farbfilterschichtsystems ist.
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Die
gemeinsamen Schichten können
in vertikaler Richtung an jeder Position eines Farbfilterschichtsystems
angeordnet sein, sie können
die ersten und/oder letzten Schichten sein, und/oder auch zwischen
den ersten und letzten Schichten angeordnet sein. Auch jegliche
Kombination mehrerer gemeinsamer Schichten ist möglich. Es kann sogar ein erstes
von mehreren Farbfilterschichtsystemen ausschließlich aus gemeinsamen Schichten
aufgebaut sein, so daß ein
zweites Farbfilterschichtsystem alle Schichten des ersten Farbfilterschichtsystems
aufweist und sich nur durch eine oder mehrere zusätzliche,
strukturiert abgeschiedene Schichten unterscheidet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Farbfilter drei unterschiedliche mehrlagige Farbfilterschichtsysteme
auf, die jeweils als Bandpassfilter ausgebildet sind. Diese drei
Bandpassfilter weisen Transmisionsmaxima bei unterschiedlichen Wellenlängen auf,
beispielsweise im Bereich des sichtbaren Lichts der Farben rot,
grün und
blau. Die Farbfilter dieser Ausführungsform
können
beispielsweise als RGB-Farbfilter eingesetzt werden.
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Die
Farbfilterschichtsysteme des Farbfilters weisen mit Vorteil abwechselnde
Farbfilterschichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex auf.
Bevorzugte Materialien sind für
hochbrechende Farbfilterschichten Titandioxid und für niedrigbrechende
Farbfilterschichten Siliziumdioxid.
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Vorteilhaft
weist der Farbfilter außerdem
eine mittels PVD-Verfahren
abgeschiedene und/oder eine mittels CVD-Verfahren abgeschiedene
Schicht auf.
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Für den Einsatz
in CCD- oder CMOS-Sensoren kann der Träger des Farbfilters zumindest
eine integrierte Schaltung und/oder einen Waferverbund aufweisen.
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Vorteilhaft
sind die erfindungsgemässen
Farbfilter Teil von Projektionssystemen, insbesondere von digitalen
Projektionssystemen oder finden ihren Einsatz bei optischen Sensoren,
insbesondere optischen Bildsensoren, wie diese in Digitalkameras,
Videokameras oder auch in Mobiltelefonen verwendet werden.
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Es
liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, eine Vorrichtung zur Herstellung
mehrlagiger, strukturierter Farbfilter, insbesondere nach einem
der oben beschriebenen Herstellungsverfahren anzugeben. Eine solche
Vorrichtung weist Einrichtungen zur physikalischen und/oder chemischen
Dampfphasenabscheidung auf, insbesondere bei einer Temperatur oberhalb
von 150°C,
sowie eine Einrichtung zum Abscheiden strukturierter Farbfilterschichten
mittels Lift-Off.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche
oder ähnliche
Teile.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Farbfilters mit drei Farbfilterschichtsystemen
und mehreren gemeinsamen Schichten der Farbfilterschichtsysteme,
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2A–2G Zwischenstufen
eines erfindungsgemäßen, bei
der Herstellung des in 4 dargestellten
Farbfilters eingesetzten Lift-Off-Verfahrens,
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2A eine
Zwischenstufe mit einem als gemeinsamer Bestandteil mehrerer Farbfilterschichtsysteme
auf einem Träger
abgeschiedenen Teilschichtsystems,
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2B eine
Zwischenstufe mit einer auf dem gemeinsamen Teilschichtsystem vollflächig abgeschiedenen
Chromschicht,
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2C eine
Zwischenstufe mit einer vollflächig
auf der Chromschicht aufgebrachten Photolackschicht,
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2D eine
Zwischenstufe mit in definierten Bereichen entfernter Photolackschicht,
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2E eine
Zwischenstufe mit in den photolackschichtfreien Bereichen entfernter
Chromschicht,
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2F eine
Zwischenstufe mit vollflächig
auf den Photolackschicht-Bereichen und auf den freigelegten Bereichen
abgeschiedener Farbfilterschicht,
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2G eine
Zwischenstufe mit entfernter Chromschicht und damit abgehobener
Photolack- und Farbfilterschichtbereiche,
so dass ein Farbfilterschichtbereich verbleibt, der als Bestandteil
nur eines Farbfilterschichtsystems vorgesehen ist.
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In 1 ist
eine aufgrund einer hohen Anzahl gemeinsamer Schichten bevorzugte
Ausführungsform eines
Farbfilters 4 schematisch dargestellt. Bei dem Farbfilter 4 handelt
es sich um einen RGB-Filter, der zumindest drei als Bandpassfilter
wirkende Farbfilterschichtsysteme B, G und R, abgeschieden auf einem
Träger 10,
aufweist, die jeweils für
blaues, grünes
und rotes Licht durchlässig
sind.
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Der
Farbfilter 4 kann auch eine grosse Anzahl gleichartiger
Farbfilterschichtsysteme B, G und R aufweisen, die in der Fläche eine
definierte Matrix bilden, beispielsweise zum Einsatz in CCD- oder
CMOS-Sensoren. Da gemeinsame Schichten für alle Farbfilterschichtsysteme
nur einmal vollflächig
abgeschieden werden müssen,
ist die Erfindung bei Farbfiltern mit einer grossen Anzahl an Farbfilterschichtsystemen
besonders vorteilhaft einsetzbar.
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Das
Farbfilterschichtsystem B des Farbfilters 4 setzt sich
ausschließlich
aus den gemeinsamen Teilschichtsystemen 71 und 72 zusammen,
die Farbfilterschichtsysteme G und R weisen jeweils zusätzlich eine strukturiert
abgeschiedene Schicht 81 beziehungsweise 82 auf,
die zwischen den Teilschichtsystemen 71 und 72 angeordnet
ist.
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Das
Teilschichtsystem 71 ist aufgebaut aus zwei Schichtpaaren
mit jeweils einer hochbrechenden 50 und einer niedrigbrechenden 60 Schicht,
sowie einer weiteren hochbrechenden Schicht 51. Das Teilschichtsystem 72 ist
aufgebaut aus zwei Schichtpaaren mit jeweils einer niedrigbrechenden 60 und
einer hochbrechenden 50 Schicht.
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Für die Herstellung
eines Bandpassfilters ist es vorteilhaft, wenn die optische Dicke
der Schichten 50 und 60 der Schichtpaare ein Viertel
der Wellenlänge
des zu transmittierenden Lichtes aufweisen, mit einer jeweils dazwischen
angeordneten Schicht mit einer optischen Dicke einer halben Wellenlänge.
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Da
der Farbfilter 4 in diesem Ausführungsbeispiel transmittierende
Bereiche B, G und R sowohl für blaues,
grünes,
als auch für
rotes Licht aufweist, wird für
die Definition der optischen Dicken der Schichten 50 und 60 eine
mittlere Wellenlänge,
beispielsweise die von grünem
Licht verwendet. Die optische Dicke ergibt sich aus dem Produkt
der Schichtdicke und dem Brechungsindex des Schichtmaterials. Die
hochbrechenden Schichten 50, die in diesem Ausführungsbeispiel
Titandioxid aufweisen, werden daher mit einer Dicke von etwa 60
nm abgeschieden. Die niedrigbrechenden Schichten 60, die
in diesem Ausführungsbeispiel
Siliziumdioxid aufweisen, werden mit einer Dicke von etwa 100 nm
abgeschieden. Für
andere Schichtmaterialien werden dem jeweiligen Brechungsindex entsprechende
Schichtdicken gewählt.
Die Schichtdicken können
variiert werden, um die spektrale Transmissionskurve des Farbfilters 4 zu
beeinflussen. Dies kann beispielsweise insbesondere dann vorteilhaft
sein, wenn eine Anpassung an das Frequenzspektrum einer bestimmten
Lichtquelle erwünscht
ist, deren Licht gefiltert werden soll.
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Die
in der Mitte angeordnete Schicht mit der optischen Dicke einer halben
Wellenlänge
wird bei dem Farbfilterschichtsystem B durch die letzte Schicht 51 des
gemeinsamen Teilschichtsystems 71 gebildet. Bei den Farbfilterschichtsystemen
G und R setzt sie sich zusammen aus der Schicht 51 und
jeweils den strukturiert abgeschiedenen Schichten 81 beziehungsweise 82.
Die Schichten 51, 81 und 82 weisen alle
das gleiche hochbrechende Schichtmaterial auf. Die in 1 dargestellten
Schichtgrenzen zwischen diesen Schichten treten daher real nicht
auf, sondern dienen lediglich der Übersichtlichkeit.
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Bezeichnet
H eine hochbrechende Schicht einfacher Dicke eines der Farbfilterschichtsysteme
und L eine niedrigbrechende Schicht einfacher Dicke eines der Farbfilterschichtsysteme,
so weisen die drei Farbfilterschichtsysteme B, G und R des Farbfilters 4 beispielsweise
folgende Schichtabfolgen auf:
B: H L H L 1,6H L H L H
G:
H L H L 2,0H L H L H
R: H L H L 2,4H L H L H
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Die
einfache Dicke entspricht in diesem Beispiel einer optischen Dicke
von einem Viertel der Wellenlänge
grünen
Lichts. Dementsprechend sind die Schichten 81 und 82 hochbrechende
Schichten der Dicken 0,4H beziehungsweise 0,8H.
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2A bis 2G zeigen
anhand von schematischen Querschnittsansichten Zwischenstufen der Herstellung
des Farbfilters aus 1.
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2A zeigt
eine Zwischenstufe der Herstellung des Farbfilters 4, bei
der auf den Träger 10 bereits vollflächig das
Teilschichtsystem 71 abgeschieden ist. Das vollflächige Abscheiden
umfasst dabei das Abscheiden auf einer Fläche, die zumindest je ein für rotes,
grünes
und blaues Licht durchlässiges
Farbfilterschichtsystem umfasst.
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Auf
das Teilschichtsystem 71 soll nun strukturiert die Schicht 82 abgeschieden
werden. Dazu wird zunächst,
wie in 2B dargestellt, eine vollflächige Metallschicht, beispielsweise
eine Chromschicht, auf das Teilschichtsystem 71 aufgebracht.
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2C zeigt
die nächste
Zwischenstufe mit einer vollflächig
auf der Metallschicht 90 aufgebrachten Photolackschicht 100.
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Nach
entsprechender Belichtung und Entwicklung der Photolackschicht 100 wird
der Photolack in dem Bereich, in dem die strukturierte Farbfilterschicht 82 abgeschieden
werden soll, entfernt. Auf der Metallschicht verbleibt der Photolackschichtbereich 101.
Dies ist in 2D dargestellt.
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Als
nächste
Zwischenstufe wird die Metallschicht in den nach teilweisem Entfernen
des Photolacks freigelegten Bereichen ebenfalls entfernt, beispielsweise
durch nasschemisches Ätzen.
Der verbleibende Metallschichtbereich 91 ist in 2E dargestellt.
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2F zeigt
die Zwischenstufe nach vollflächigem
Abscheiden einer Farbfilterschicht mittels Vakuumbeschichtung bei
Prozesstemperaturen oberhalb von 150°C. Durch die strukturierte Metallschicht 91 und
die darüber
liegende Photolackschicht 101 wird die Farbfilterschicht
ebenfalls strukturiert in zwei Schichtbereichen 82 und 82' abgeschieden.
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Wie
in 2G dargestellt, wird als nächste Zwischenstufe die Metallschicht 91 entfernt,
wodurch die Photolackschicht 101 und die Farbfilterschicht 82' mit abgehoben
werden und auf dem Teilschichtsystem 71 die strukturierte
Farbfilterschicht 82 verbleibt. Prozesstemperaturen oberhalb
von 150°C
bei Abscheiden der Farbfilterschicht werden dadurch ermöglicht,
dass die Photolackschicht nicht von darunter liegenden Farbfilterschichten
oder dem Träger
entfernt werden muss, sondern zusammen mit der Metallschicht abgehoben wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Filter- und Filtersysteme sind in bevorzugten
Ausführungsformen
Teil von Projektionssystemen, insbesondere von digitalen Projektionssystemen
oder werden in optischen Sensoren, insbesondere optischen Bildsensoren
verbaut oder werden mit diesen in Endgeräte eingebaut. Diese Endgeräte sind
Digitalkameras, Videokameras oder auch Mobiltelefone. Bezugszeichenliste:
| 4 | Farbfilter |
| 10 | Träger |
| 50, 51 | Hochbrechende
Schichten |
| 60 | Niedrigbrechende
Schichten |
| 71, 72 | Gemeinsame
Teilschichtsysteme |
| 81, 82 | Schichten,
die nur Bestandteil jeweils eines Farbfilterschichtsystems sind |
| 82' | Farbfilterschichtbereich,
der durch Lift-Off abgehoben wird |
| 90 | Vollflächige Metallschicht |
| 91 | Metallschichtbereich,
der im Lift-Off-Schritt entfernt wird |
| 100 | Vollflächige Photolackschicht |
| 101 | Photolackschichtbereich,
der durch Lift-Off abgehoben wird |