KR20010112311A - 정밀가공된 미러를 위한 개선된 광 반사기 - Google Patents

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Abstract

정밀가공된 반사기는 평면 기판(146) 및 상기 평면 기판에 고정된 반사층(147)을 포함한다. 반사층은 응력을 갖는다. 물질로 이루어진 부가층(148)은 반사층에 고정된다. 부가층은 반사층의 응력에 대항하는 응력을 갖는다. 부가층의 응력은 정밀가공된 반사기의 평면도를 향상시키기 위하여 반사층의 응력을 오프셋시킨다.

Description

정밀가공된 미러를 위한 개선된 광 반사기{IMPROVED OPTICAL REFLECTOR FOR MICRO-MACHINED MIRRORS}
종래 기술에서는, 정밀 가공된 미러 반사기는 크롬 접착층에 의해 폴리실리콘 미러면에 씌워진 단일층의 금을 포함하는 것으로 설명되었다. 금은 표면 미세화 공정과 호환가능하고, 만들기 쉬우며, 매우 반사적(~95%)일 수 있기 때문에 적절한 선택이다. 그러나, 금층 그 자체가 95%보다 훨씬 높은 반사율를 제공하지는 않고, 약 600nm 보다 더 짧은 파장에서 충분히 반사적이지 않으며, 적절한 코딩층에 의해 보호되지 않으면 임의의 동작 환경에의 장기가 노출에 부식되기 쉽다.
금(Au)은 접착층, 예컨대 크롬(Cr)을 포함하지 않으면 폴리 실리콘에 잘 접착되지 않는다. 금은 상대적으로 불활성인 물질이지만 어떤 환경, 특히 극소량의 염소 화합물을 포함하는 환경에서는 반응할 수 있는 능력도 갖는다. 염소와 반응할 때, 금은 부식되어 미러가 반사기로서 부적절하게 만든다. 그러한 반응이 어느 중요한 영향을 갖기 위해서는 수년이 걸리겠지만, 잠재적 장기간의 신뢰도 문제를나타낼 수 있다. 또한, 금의 작은 구멍들은 밑에 놓인 크롬 접착층까지 닿도록 하여, 크롬 화합물의 존재에 있어서 또한 부식될 수 있다. 크롬의 부식은 접착에 손실을 가하고 및 금층의 박막을 제거할 수도 있다.
1980년에, K.E. Peterson은 회전 가능한 미러면 상에 증착된 단일 알루미늄층으로부터 만들어진 반사면을 포함하는 실리콘 비틀림 스캐닝 미러("실리콘 비틀림 스캐닝 미러", IBM J. Res. Develop., V24,5, September 1980, pp.631-637)에 대해 서술하였다. 이 응용에 대해서, 미러를 만드는 공정에 쉽게 통합될 수 있기 때문에, 미세 공정의 변화가 가능한 알루미늄은 적절한 선택이었다.
더 필요한 출원은 반사층의 설계에 대한 관심을 증가시켰다. 1992년에, U. Bereng 등은 파장이 780 nm인 입사광에서의 반사율에 관해서 다양한 금속층을 조사하였다("정전 정밀기계 액추에이터", J. Micromech. Microeng., V2, 1992, 페이지 256-261). Breng의 정밀 가공된 미러의 제조 및 동작은 Petersen의 미러와 매우 유사하다. 그러나, 이러한 연구자들은 반사층을 위한 알루미늄 상에 고착시키기 보다는 은이나 금을 사용하므로써 더 높은 반사율이 얻어질 수 있다는 사실을 주목했다. 그들은 은의 장기간 환경 불안정 때문에 금을 사용하기로 선택했다.
다중-층 코팅이 광표면으로부터 반사율을 향상시키기 위한 해결책으로 연구되어 왔다. 예를 들어, 재료 및 두께의 주의 깊은 선택을 통해, 코팅은 어느 특정 파장에서 매우 높은 반사율에 대해 타게팅될 수 있다. 또한, 그 화학적 성질에 대해 주의를 기울여, 코팅은 사용중인 환경의 화학과 호환되도록 만들어질 수 있다. 그러나, 일반적으로, 다중-층 코팅의 각 층은 상당히 얇은 막 응력으로 증착된다.매우 얇은(2 um) 프리-스탠딩(free-standing) 플레이트 상에 증착되면, 얇은 막 응력은 플레이트에 왜곡을 야기할 수 있다. 미러면 왜곡의 최소화는 제조된 상태대로 및 주위 온도의 동요에 대해서 양호한 광학 성능을 위해 필요하다. 또한, 코팅에 사용되는 재료는 제조 공정에서 사용된 화학 물질과 호환가능해야 한다.
단일 박막 금속층에서 표면 반사율을 향상시키기 위해 널리 사용되는 방법은 1/4파 스택을 사용한다(예를 들어, H.A. MacLeod, 박막 광학 필터, McGraw-Hill, 1989 참조). 1/4파 스택은 하나는 "높은" 굴절율을 갖고, 다른 하나는 "낮은" 굴절율을 갖는 2개의 비흡수 유전 재료의 변동하는 층들로 구성된다. 각 층의 두께는 그 광학 경로 길이(물리적 막 두께의 굴절율)가 관심의 대상인 광의 1/4파장(λ/4)이 되도록 선택된다. 주어진 표면 상에 증착된 하이-로우(HL) 쌍들의 수가 증가할 수록, 이 파장에서 표면 상에 입사하는 광에 대한 반사율은 100%보다 약간 낮은 이론적 최대값이 달성될 때까지 증가한다. 이러한 예들은 상대적으로 간단한 광학 코팅임이 주목된다. 다중-층 코팅은 다양한 막 및 물리적 두께에 의해 상당히 복잡해질 수 있고 호출될 함수(즉, 빔-분해, 위상 지연, 안티-반사 등)에 의해 결정된다.
위에 설명된 바와 같은 다중-층 코팅은 정밀가공 영역 내에서만 거의 이용되지 않는다. 주지의 예는 Jerman 등("주름이 잡힌 실리콘 조리개 써포트를 갖는 미니어쳐 파브리-페로 간섭계", 센서 및 액추에이터 A, V29,1991, 페이지 151-158). 파브리-페로 간섭계는 갭(gap)에 의해 분리된 2개의 부분적으로 저손실 미러들로 구성된 광학 엘리먼트이다. Jerman의 장치에서, 다중-층 유전 코팅은 미러로서 사용되었고 1.30 및 1.55 nm 사이의 파장에서 매우 반사적이 되도록 설계된다. 정밀 가공된 기술들은 간섭계를 축소하고 갭 및 그 갭의 폭을 변화시키기 위한 능력을 제공하기 위해 사용된다.
위에 설명된 광학 코팅층은 어느 정도의 잔여 박막 응력을 나타낸다. 미세화 작업에서, 코팅은 제조 과정에서 기판에서 나오자 마자 코팅의 나머지 잔여 응력의 결과로서 변형될 수 있는 매우 얇은 구조 상에 증착된다. 또한, 코팅이 금속인 경우에는, 코팅은 바이메탈 엘리먼트를 형성할 수 있고, 추가적인 변형이 금속 및 미세구조 재료 사이의 온도 확장의 다른 계수에 기인한 주위 온도의 함수로서 얇은 구조 내에 유도될 것이다. 구조의 중성축에 대한 응력의 균형을 맞추기 위해 금속화된 반사기를 정밀 가공된 구조의 양측 상에 증착하므로써 이러한 변형들을 최소화하려는 시도가 행해졌다. 그러나, 금속층 성질을 제어하는데 있어서의 어려움 때문에, 달성된 플레이트의 평평함은 덜 최적화된다. "다중층 막 구조 및 수직 공동 표면 발산 레이져"(미국 특허번호 5,729,567, 1998년 3월)에서, S.Nakagawa는 GaAs 기판 상의 다중-층 광학 코팅에 관한 유사한 문제들을 발표했다. 여기서 실리콘 다이옥사이드(L) 및 티타늄 다이옥사이드(H)로 구성된 4분의 1 파 스택이 미러 상에서 사용되었다. HL 쌍과 같은 동일한 크기 및 반대의 극성을 갖는 2개의 재료에 막 응력을 제공하는 증착 조건이 개발되었다.
위의 논의를 고려해보면, 종래 기술에 개선점들이 요구된다는 사실이 명확하다. 이러한 개선점들 중 몇 가지를 살펴보면 아래와 같다.
본 발명은 광학 빔의 방향 조절, 스위칭 및 스캐닝을 위한 정밀 가공된 미러의 사용에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 개선안은 그 신뢰도 뿐만 아니라 그 반사율에도 관련된 미러의 향상에 관련된 것이다.
도 1은 본 발명에 일체화된 광학 디스크 드라이브.
도 2는 본 발명의 헤드.
도 3은 미세 액추에이터 및 플라잉 광학 헤드의 측면도.
도 4는 정밀 가공된 미러의 클로즈업된 사시도.
도 5는 정밀 가공된 겨울의 미러면에 대한 상부 평면도.
도 6은 섹션 AA를 따른 미러면의 섹션화된 도면.
도 7은 HL 1/4분파 스택을 사용하는 본 발명의 한 실시예에서 섹션 AA'를 따른 미러면에 대한 섹션화된 도면.
도 8 및 9는 반사층 상의 박막으로서, 이러한 박막들의 순수한 영향은 굴곡이 미러면에 나타나도록 한다.
도 10은 650nm에서의 반사율에 대한 도면.
도 11은 4가지 경우에 대한 파장의 함수로서의 평균 반사율에 대한 도면.
도 12는 410 nm에서의 반사율에 대한 도면.
본 발명은 정밀 가공된 미러의 반사율가 개선될 수 있는 수단 및 방법을 포함한다. 정밀 가공된 미러는 조종가능하다. 본 발명은 650 nm에서 미러의 반사율를 증가시키고, 410 nm에서 그 반사율를 증가시키며 그 장기간 신뢰도를 개선시킨다. 다른 파장에서의 반사율 또한 개선될 수 있다. 또한, 본 발명은 적절한 제조 접근 방법을 제공하면서 작은 플레이트 왜곡을 최소화 한다.
본 발명에 있어서, 정밀 가공된 미러의 반사율은 단일 반사층 만으로 달성될 수 있는 것을 넘어서까지 증가된다. 이것은 1/4파 스택을 직접 반사층 위에 증착하므로써 만들어지는 개선된 금속 반사기의 사용을 통해 달성되어 주어진 파장에서의 반사율은 반사층이 단독으로 작용하는 것 이상으로 개선된다. 그 증착된 두께 뿐만 아니라 금속 및 유전체 층의 적절한 선택에 의해, 층을 원하는 반사율을 달성하도록 조절할 수 있다. 금속층 상의 유전 코팅은 금속을 환경의 부속 영향으로부터 보호하는 역할을 한다. 또한, 유전 코팅은 현재 제조 공정으로 일체화될 수 있고, 현재 제조 공정은 강화 립(rib)을 미러 평면의 일부로서 일체화 시킨다. 이 립은 바이메탈 영향에 기인한 변형을 감소시키는 역할을 한다. 또한, 다중-층 코팅은 조합된 구조에서의 잔여 응력을 최소화하는 방식으로 증착된다.
본 발명은 플레이트 및 반사층으로 이루어진 미러를 포함하는데, 상기 반사층은 플레이트 위에 배치되고 또한 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막이 플레이트 위에 배치되며, 그리고, 상기 적어도 하나의 박막은 1/4파 박막 및 1/2파 박막으로된 그룹으로부터 선택된다. 본 발명에서, 반사층은 제 1응력을 포함하며; 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막은 제 2응력을 포함하며; 그리고 제 1응력은제 2응력과 거의 동일하다. 제 1응력은 인장 응력일 수 있으며, 제 2응력은 압축 응력일 수 있다. 반사층은 금층을 포함한다. 미러는 접착층을 포함할 수 있으며, 접착층은 플레이트 위에 배치되며, 반사층은 접착층위에 배치된다. 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막은 1/2파 실리콘 질화물 박막을 포함할 수 있다. 반사층은 측벽을 포함할 수 있으며, 1/2파 실리콘 질화물 박막은 상기 측벽 상에 배치된다. 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막은 1/4파 실리콘 질화물 박막 및 1/4파 실리콘 이산화물 박막을 포함할 수 있다. 반사층은 알루미늄층을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막은 1/4파 실리콘 질화물 박막 및 1/4파 실리콘 이산화물 박막을 포함할 수 있다. 반사층은 측벽을 포함할 수 있으며, 1/4파 실리콘 질화물 박막은 상기 측벽 상에 배치된다. 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막은 1/2파 실리콘 질화물 박막을 더 포함할 수 있으며, 1/2파 실리콘 질화물 박막은 1/4파 실리콘 이산화물 박막 상에 배치되고, 반사층은 측벽을 포함할 수 있으며, 1/2파 실리콘 질화물 박막은 상기 측벽 상에 배치된다. 일 실시예에서, 플레이트의 반사율은 적어도 95%이다. 일 실시예에서, 플레이트는 정밀 가공 미러 플레이트를 포함한다. 일 실시예에서, 미러 플레이트는 2μm이하의 두께를 포함한다.
본 발명은 정밀 가공 플레이트 및 광을 반사하는 반사 수단을 포함하는 미러를 포함한다. 반사 수단은 반사층을 포함할 수 있으며, 상기 반사층은 상기 플레이트 상에 배치되며; 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막이 상기 플레이트 상에 배치되며; 상기 적어도 하나의 박막은 1/4파 박막 및 1/2파 박막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 플레이트는 2μm이하의 두께를 포함할 수 있다.
본 발명은 정밀 가공 미러 플레이트; 상기 플레이트 상에 배치된 반사층; 및 상기 플레이트 상에 배치된 적어도 하나의 광학적으로 투명한 박막을 포함하는 데이터 저장 시스템을 포함하는데, 상기 적어도 하나의 박막은 1/4파 박막 및 1/2파 박막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 반사층은 알루미늄을 포함할 수 있다.
도면1 및 관련 도면에서, 본 발명과 관련되는 광학 디스크 드라이브가 도시된다. 본 발명은 광빔 조정을 요구하는 것들을 포함하여 광범위한 응용분야에 이용될 수 있다. 상기와 같은 응용분야중 하나는 도 1의 광학 디스크 드라이브(100)이며, 이는 개략(coarse) 액추에이터(105)가 회전하는 매체(155)의 내부 직경에서 외부 직경으로 광학 판독/기록 헤드(125)의 위치를 설정하기 위하여 이용되는 통상적인 윈체스터 드라이브와 외형이 유사하다. 드라이브(100)는 새롭고 신규한 미세 작동 방법이 제공된다는 점에 있어서 종래 기술과 상이하다.
도2 및 관련 도면에서, 헤드(125)가 도시된다. 여기에 참고되는 공동양도된 미국출원 09/226,423에 설명된 바와 같이, 헤드(125)는 비행 광학 헤드를 포함한다. 헤드(125)는 미세 액추에이터를 포함하며, 미세 액추에이터는 일 실시예에서 정밀 가공 비틀림 미러(140)를 포함한다.
도 3 및 관련 도면에서, 미세 액추에이터 및 비행 광학 헤드의 측면도가 도시된다. 정밀 가공 미러(400)의 정전기 작동은 레이저(도시 안됨)의 광(160)을 매체(155)상의 방향으로 조정하도록 회전시킨다. 서보 루프 제어는 미러(140)의 각도를 조절하여, 트랙이 매우 미세한 트랙 피치를 추종하도록 하고 매체(155)상의 소수의 인접 데이터 트랙사이를 탐색하도록 하기 위하여 이용된다.
도 4 및 관련 도면에서, 정밀 가공 미러의 확대 투시도가 도시되는데, 여기서 정전기 작동 방법에 대한 구체적인 설명은 생략되었다. 정밀 가공 미러(400)는 비틀림 힌지(142)에 의해 미러 기판에 부착된 미러 플레이트(146)를 포함한다. 미러 플레이트(146)는 반사층(147) 및 박막(148)으로 코팅되며, 이는 이하에 상세히설명된다. 미러(140)의 구조 및 드라이브(100)에서의 이용에 대한 실시예는 여기에 참고되는 미국특허출원 09/192,006에 개시되어 있다.
본 발명은 드라이브(100)에서 에너지 소비를 보존하기 위하여 요구된다. 이 목적은 광(160)에 의해 파워를 매체(155)로 전달하는 것과 매체(155)로부터 광(160)의 반사광(161)에서 파워를 전달하는 것과 관련된다. 에너지 보존의 변동에서, 반사광(161)에서 최대 반환 파워를 위하여, 미러 플레이트(146)는 가능한 높은 효율로 광(160)을 반사시켜야 한다. 650nm 파장의 광(160)에 대하여, 미러 플레이트(146)상에 100nm의 두께로 증착된 단일 금층은 약 95%의 반사율을 제공한다.
본 발명에서는 광(160)의 파장이 예를 들어 650nm 대신 410nm의 파장에서 광을 방출하는 레이저를 이용함으로써 짧게되는 경우에 데이터 저장 밀도가 개선될 수 있다. 그러나, 단일 금층에 의해, 플레이트(146)의 반사율은 파장이 600nm이하로 감소될 경우 상당히 감소되며; 특히 예를 들어, 410nm에서, 금의 최대 반사율은 단지 약 40%이다. 따라서, 410nm의 파장을 이용하고 적어도 95%의 적정 반사율을 이용하는 드라이브(100)의 실시예에서, 플레이트(146)상에 증착된 단일 금층만으로는 적당하지 않을 수 있다.
본 발명을 더 설명하기 전에, 다층 박막 광 코팅의 이용 및 설계에 대한 이해가 필요하다. 다행히도 광학 코딩 설계를 형성하고 분석하기 위한 공지된 사업용 소프트웨어 제품을 경험할 수 있기 때문에 완전한 이해는 필요치 않다. 상기와 같은 소프트웨어 패키지중 하나는 소프트웨어 스펙트라에 의하여 제조된 TFCaleTM이다. 그럼에도 불구하고, 이들 코팅 설계에 대한 어느 정도의 직관은 맥스웰 방정식으로부터 유도될 수 있는 이하에 설명되는 기본 개념을 고려하여 얻을 수 있다.
물질에서 광 전파는 물질의 복소 굴절률 N=n-ik에 거의 의존한다. 굴절률의 실수부, n은 이상적인 유전물질에서 N이 거의 실수이기 때문에 일반적으로 굴절률이라고 한다. 굴절률의 허수부, k는 광이 물질로 전파할 때 광을 지수적으로 감소시키기 때문에 흡수율이라고 한다. 이상적인 유전체는 무손실이며 일정하게 k=0이다. 박막 무손실 유전체에 대하여, 정상 입사광이라고 가정할 경우, 굴절률n과 물질의 물리적 두께의 곱은 특정 박막층의 광경로 길이이다. 일반적으로, 박막의 두께는 필름에서 전파하는 광의 파장이 주어지면, 광경로 길이의 함수로 표현된다. 따라서, 1/4파 및 1/2파층은 박막이라고 하고, 이의 광경로 길이는 각각 광파장의 1/4 및 1/2이다.
일련의 박막을 통해서 광이 전파되므로, 각각의 박막이 접촉하는 경계면에서 광의 일부는 반사된다. 그러므로, 반사되는 광의 전체 양은 이러한 경계면에서 다양하게 반사되는 광 성분의 합이된다. 반사되는 광 성분의 위상 변화 때문에, 이러한 광 성분은 보강간섭 또는 상쇄간섭이 일어나, 순수한 반사광의 강도는 상기 박막이 존재하지 않는 경우보다 약해진다. 한가지 예로서, 단일 1/2파 박막층(single half-wave thin film layer)의 강도를 들 수 있다. 이 경우, 박막의 양면에서 반사되는 광 성분의 합은 1/2파 층이 존재하지 않는 경우와 동일하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 이론은 주어진 파장에서 광 반사 또는 전송에 대한 영향을 최소로 하는 손실없는 1/2파 유전체 박막을 형성하는데 사용된다.
이전 도면을 참조하여 도 5를 살펴보면, 정밀 가공된 미러(140)의 미러 플레이트(146) 평면도가 도시되어 있으며, 여기서 A-A'선은 회전축(149)에 수직으로 미러 플레이트(146)를 양분한다.
이전 도면을 참조하여 도 6을 살펴보면, 도 5의 A-A'선을 따라서 절단된 미러 플레이트(146)의 측면도가 도시되어 있다. 도 6의 실시예에서는, 금으로 구성된 100nm 두께의 반사층(147)이 5nm의 크롬 접착층(미도시)에 의해 폴리실리콘 미러 플레이트(146)에 부착되어 있다. 반사층(147) 위에는 유전체층으로 작용하는 질화 실리콘의 1/2 파층이 구비된다. 질화 실리콘의 1/2파 스택은 도 4의 박막(148)의 일 실시예를 포함하며, 사용 환경으로부터 금 및 크롬층을 보호하는데 사용될 수 있다. 상기 실시예에서, 미러 플레이트(146)의 반사율은 반사층(147)의 반사 특성에 따른다는 것을 알 수 있으며, 650nm의 광(160)인 경우 95%의 반사율을 가진다.
이전 도면을 참조하여 도 7을 살펴보면, 본 발명의 HL 1/4파(quater-wave) 스택을 사용하는 본 발명의 일 실시예에 있어서, A-A'선을 따라서 절단된 미러 플레이트(146)의 측면도가 도시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유전체 박막의 다층 1/4파 스택이 반사층(147) 상부에 증착되어 박막(148)을 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 박막(148)의 경계면에서 보강간섭이 일어나 하부 반사층(146)의 반사율을 높일 수 있다. 각각의 쌍은 굴절율이 "높은(H)" 물질층 및 굴절율이 "낮은(L)" 물질층을 포함한다. 이러한 배치는 "HL쌍"으로 언급된다. (스택의 상면에 H막이 구비된) 단일 HL 쌍에 대하여, 반사율 및 파장 대역폭은 상기 2개의 지수 비(rate)가 높아짐에 따라 모두 증가한다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, H 및 L 물질의 주어진 선택에 대하여, HL쌍이 반사층(147) 상부에 더 두껍게 위치됨으로써 반사율는 증가한다. 일 실시예에 따르면, 금으로 구성된 100nm 두께의 반사층(147)이 5nm의 크롬 접착층에 의해 폴리실리콘 미러 플레이트(146)에 부착되어 있다. 반사층(147) 위에는 단일 HL쌍의 1/4 파 층이 구비된다. 더 상세히 설명하면, 이산화 실리콘(148a)으로 구성된 "L" 1/4 파 층이 금으로 구성된 층위에 배치되며, 질화 실리콘(148b)으로 구성된 "H" 1/4 파 층이 최상부층으로 배치된다. 다른 실시예에 있어서는, 결합된 스택의 반사율를 더 높이기 위하여, 최초 HL쌍 위에 부가적인 HL쌍이 증착될 수 있다. 그러나, 실제에 있어서 박막(148)의 HL쌍의 수는 미러 플레이트(146)으로부터 특별히 원하는 반사율를 얻기 위하여 요구되는 최소값을 유지하는 것이 바람직하다. 반사층(147), 예컨대 금으로 구성된 층은 전형적으로 연약하기 때문에 물리적인 접촉으로 인하여 쉽게 마모된다. 따라서, 유전층(148a) 및/또는 유전층(148b)을 인가함으로써 반사층(147)을 기계적인 마모로부터 보호하는 장점을 얻을 수 있다.
도 3을 다시 살펴보면, 정밀 가공된 미러(140)는 광(160)이 직각보다는 45°의 입사각으로 미러 플레이트(146)에 입사되도록 구현되어 있다. 직각이 아닌 입사각에 대해서는 맥스웰 방정식의 임계조건을 만족하는 자기장 벡터에 2개의 배향(분극화)이 존재하여 총 자기장의 솔루션은 2개의 배향을 고려해야 하기 때문에, 이러한 배향은 반사율 계산을 복잡하게 한다. 이러한 2개의 배향을 통상TM(transverse magnetic) 또는 P-분극화, 그리고 TE(transverse electric) 또는 S-분극화라 한다. P-분극파에서 전기장 벡터는 입사 평면상에 배향되고; S-분극파에서 전기장 벡터는 입사 평면에 수직이 된다. 임의의 분극화에 있어 주어진 전자기장은 이러한 2개의 배향 성분으로 분해될 수 있다. 박막(148) 스택의 반사율은 직각이 아닌 입사각에 대하여 계산될 수 있으며, 하기의 반사율 결과는 박막에서 2개 분극화의 평균 반사율을 의미한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 흡수막(예, k ≠0)에 있어서 광의 세기는 광(160)이 박막(148)으로 전파됨에 따라서 감소된다. 따라서, 광(160)의 일부는 박막(148)에서 상실되어 반사율 증가 특성은 감소된다. 이는 대부분의 현존하는 유전체막에 나타나지만, 전형적으로, 흡광(extinction) 계수는 0에 가깝기 때문에 막의 유용성이 유지된다. 또한, 현존 물질은 분광되는 경향이 있다. 즉, 이들의 n 및 k 값은 파장의 함수이므로 일정하지 않다. 입사각이 직각이 아닌 것과 분산 손실을 고려하면, 다층 코팅의 최적화는 상기 설명에서 제시된 것보다 더 복잡해진다. 예를 들어, 주어진 기준 파장에 대해 최적의 반사율을 얻기 위해서는 예상되는 1/4파 값보다 다소 다른 막 두께를 갖는 HL 스택이 요구된다. 이러한 효과는 모두, 현존 물질과 그 적용을 있어 최적의 반사율을 제공하기 위해 요구되는 두께를 계산하기 위하여 최적의 알고리즘을 사용하는 소프트웨어에서 고려될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비록 상기에 설명된 모든 박막(148)이 미러 플레이트(146)의 반사율을 향상시키기 위하여 사용될 수 있지만, 박막(148)을 효과적으로 사용하기 위하여는 어떤 다른 논점이 논의될 필요가 있다. 첫째, 사용되는박막 물질은 미러(140)의 제조에 사용되는 제조 공정에 있어 호환성이 있어야 한다. 그리고, 현 공정에 존재하는 환경 및 화학물에 저항력이 있는 물질이 바람직하다. 경우에 따라서는, 공정 설계에 있어 신뢰성 있는 방식을 위하여 박막이 위해한 화학 물질에 접하지 않는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 반도체 공정에서 통상적으로 처리되며 일반적으로 이용할 수 있는 물질이 바람직하다. 둘째, 다소 문제성이 있는 것으로, 미러 플레이트(146)에 인가되는 박막(148)에 있어서 잉여 압력을 제어하여, 상기 압력이 미러 플레이트(146)에 대한 과다한 특성에 영향을 미치지 않아 다음의 방출 에칭 단계를 변형시킬 필요가 있다. 최소한 상기 목적을 위하여, 본 발명은 상기에 설명된 이산화 실리콘(SiO2)(148a) 및 질화 실리콘(Si3N4)(148b)의 동일한 교번층(alternating layer)을 사용하여 반사율을 증가시킬 수 있다. 상기 두 가지 물질은 반도체 제조에 있어 일반적으로 사용되는 것이고, 스퍼터링, 증발, 및 화학적 기상 증착 등 다양한 수단에 의해서 미러 플레이트(146)에 증착될 수 있다. 상기 물질은 또한 패턴화되고 에칭될 수 있다. 이러한 물질은 제조 공정의 거의 마지막 단계에서 증착 및 패턴화됨으로써 공정으로부터 보호될 수 있어, 화학적 또는 환경적인 조건(예, 고온)에 거의 영향을 받지 않는다. 이러한 방식에도 불구하고, 만약 미러 플레이트(146)의 방출 에칭 단계를 수행하는데 사용될 경우, 박막(148)은 농축 불화수소산(HF)으로부터의 화학적 영향을 견딜 수 있어야 한다. 그러나, 실리콘 이산화물은 HF에서 쉽게 에칭되므로 이 단계동안 보호되어야 한다. 본 발명은 화학양론적 실리콘 질화물이 HF에 대해저항성이기 때문에, 상기 질화물이 이산화실리콘 층 및 임의의 다른 하부층을 보호하기 위한 최상부 박막(148) 스택 층으로서 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 최상부 실리콘 질화물 층은 하부 층이 모두 증착된 후에 증착될 수 있으며 개별 단계를 통해서 패턴화될 수 있다. 이러한 절차는 전체 하부 층의 기하학적 형태를 보호하기 위해 하부 층 및 하부 층의 측벽과 중첩되는 최상부 층을 패턴화하는데 사용될 수 있다; 이 결과는 도 6-8에서 확인할 수 있다. 도 6에서, 최상부 층(148)은 1/2파 실리콘 질화물 층을 포함한다. 도 6을 참조로 도시된 바와 같이, 최상부 보호 층으로서 반파 층을 이용함으로써, 층 하부의 반사도는 분포되지 않은 상태로 남아 있다. 그러나, 스퍼터링된 또는 증착된 실리콘 질화물은 종종 화학양론적 실리콘 질화물로부터 기대되는 HF에 대한 저항을 나타내지 않는다. 본 발명은 HF 방출 에칭 후에 유전층을 증착함으로써 이러한 제한을 회피한다.
미러 플레이트(146)는 프로세스 방출 에칭 반계를 수반하는 일부 곡률(curvature)을 나타낼 수 있다. 본 발명에서 곡률이 미러 플레이트(146)로부터의 무왜곡 반사를 달성하기 위해 최소화가 필요하다. 바람직한 실시예에서, 방출된 미러 플레이트(146)의 원하는 곡률 반경은 10cm 이상이 바람직하다. 미러 플레이트(146)가 폴리실리콘으로 이루어지면, 응력은 긴 주기의 고온 어닐링 사이클의 사용을 통해 플레이트에서 경감될 수 있다. 따라서, 임의로 증착된 박막(148)의 부재시, 미러 플레이트(146)의 곡률은 제어 가능하도록 최소화될 수 있다. 본 발명에서는 또한 증착될 때, 반사층(147) 및/또는 박막(148)이 각각 플레이트(146)에서의 곡률을 부가할 수 있는 자체의 잔류막 응력을 나타낸다. 실제로,플레이트(146) 상에 유도될 수 있는 총 곡률은 대략 선형 조합 조건(term)이며, 각각의 박막 층은 층의 물리적 두께와 잔류 막 응력에 비례하는 조건을 제공한다.
도 8 및 9와 이전의 도면을 참조로, 반사층(147)의 상부에 박막(148)이 존재하며, 이러한 박막의 네트 효과로 인해 곡률이 미러 플레이트(146)에서 나타난다. 곡률의 방향에 의해 확인되는 바와 같이, 박막(148)의 네트 잔류 응력은 음성(압축 응력) 또는 양성(인장 응력)일 수 있다. 본 발명에서는 폴리실리콘 플레이트(146) 상에 증착될 때, 반사 층(147)의 잔류 응력이 양성(인장 응력)이 되는 경향이 있는 반면에, 유전성 박막층(148)의 잔류 응력은 음성(압축 응력)이 되는 경향이 있으며, 잔류 응력 및 두께가 적절하게 제어되면, 이러한 층들의 부가적인 효과는 최소화되어 최소의 플레이트(146) 곡률이 얻어진다. 전술한 방법의 3가지 실시예는 원하는 구조를 구현하는데 사용될 수 있는 제조 대안과 함께 아래에서 개시된다.
A. 보호된 금 반사층(650nm의 레이저 광)
전술한 바와 같이, 반사층(147)으로서 구성된 크롬(Cr) 층 상에 증착된 베어(bare) 금(Au) 층은 장기간의 신뢰성 및 어떠한 환경에서도 사용 가능함에 관한 제한을 나타낸다. Cr-Au 반사층의 화학적 분해(degradation)는 소량의 염소가 존재할 때에도 가능하다. 도 6을 참조로 전술한 바와 같이, 반사 금 층(147)의 상부에 실리콘 질화물로 구성된 1/2파 박막층(148)을 증착함으로써, Cr-Au 층이 부식되는 것을 방지하는 동안 650nm로 금속 우수한 반사 특성이 유지될 수 있다. 실리콘 질화물은 기본적으로 무손실이며 그 반사율은 2.0이다. 바람직한 실시예에서, 650nm 두께의 실리콘 질화물의 반파층의 두께는 162.5nm일 수 있다. 파장 함수로서의 이러한 조합의 반사율은 도 10에서 주어진다. 베어 금 층에 대한 반사층(147)의 반사율은 동일한 축 상에서 도시된다.
상기 그래프는 650nm의 반사층(147)의 반사도는 실리콘 질화물의 반파층의 추가로 실제로 변화되지 않는다. 사실상, 금(Au) 층의 잔류막 응력은 다소 작아질 수 있어 Au 및 하부 Cr 층의 조합된 막 응력이 Cr 층의 (인장) 응력이 상당 비율을 차지한다. 본 발명에서 Cr-Au 층으로 인한 미러 플레이트(146) 상의 효과는 Cr 층의 두께를 변화시킴으로써 튜닝될 수 있는 반면에, 반사층의 광학 특성에 대해서는 어떠한 효과도 갖지 않는다. 최적의 평면 미러 플레이트(146)가 바람직하다면, 반파 박막층(148)에 의한 응력 제공이 고려될 필요가 있다는 것을 생각함으로써, 응력은 공정 압력, 타겟에 대한 파워, 및 기판의 바이어스 전압에서의 변화를 통해 적절하게 변할 수 있으며, 실리콘 질화물 막 응력에 대해 쉽게 얻어질 수 있는 압축 응력값은 200MPa 이다. 바람직한 실시예에서, 증착 조건은 16,5nm의 Cr이 100nm의 Au와 함께 사용될 때 대략 282MPa의 조합된 Cr-Au 막 응력을 제공한다. Cr-Au 층(147)에 대한 형성된 막 두께와 막 응력의 적(product)은 32,853MPa-nm 인장 응력이고 실리콘 질화물 층(148)의 상기 적은 32,500MPa-nm 압축 응력이어서 각 층으로부터의 응력 제공은 방출된 미러 플레이트(146)에서의 최소 곡률을 야기하는 최종 결과에 대해 서로 부정한다.
B. 강화된 금 반사층(650nm의 레이저 광)
전술한 바와 같이, 미러 플레이트(146)으로부터의 반사율은 박막(148)의 1/4파 스택을 사용함으로써 향상될 수 있다. 단일의 1/4파 스택은 95%의 무코팅 금에비해 대략 97%까지 반사율을 향상시키는데 사용될 수 있다. 2/4파 및 3/4파 스택은 평균 반사도가 각각 98.3% 및 99%까지 이르게 한다. 이러한 4가지 경우에 대한 파장 함수로서 평균 반사율 그래프가 도 11에 도시되어 있다.
바람직한 실시예에서, 1/4파 이산화실리콘 층(148a)은 650nm에서 1.45의 반사 지수를 가지며 그 두께는 112.07nm이고, 1/4파 실리콘 질화물 층(148b)의 두께는 81.25nm이다. 멀티-소싱된 스퍼터 또는 증착 시스템에서, 이러한 층들은 단일 코팅이 진행되는 동안 증착될 수 있으며 따라서, 이론적으로 3중 박막 HL 스택(148)은 제조 과정이 단일 HL 스택보다 덜 복잡하다는 것을 나타낸다. 박막(148)의 전체 두께가 증가함에 따라, 하부층의 측벽에 보호를 제공하는 실리콘 질화물의 1/4파 두께에 대해 더욱 시도해 볼만하게 된다. 도 6을 참조로 전술된 바와 같이, 이 문제에 대한 해결책은 최상부 층으로서 추가의 반파 실리콘 질화물 층을 사용하는 것이다.
바람직한 실시예에서, 증착될 스퍼터링된 이산화실리콘 층(148a)의 잔류 응력은 스퍼터링된 실리콘 질화물 층(148b)의 응력에 대해 크기와 부호가 유사하다. 따라서, 전술한 응력의 균형을 맞추는 방법은 상기 박막(148a, 148b) 조성물이 사용될 때 응력의 균형을 맞추는 방법이 사용될 수 있다. 그러나, HL 쌍의 수가 증가함에 따라, 대등한 Cr 층의 필요한 두께는 증가될 필요가 있을 수 있다. 두꺼운 Cr 층의 프로세싱은 얇은 층보다 다루기 힘들며, 폴리실리콘 미러 플레이트(146)에 Cr 층을 접착하는 것은 상기 층이 두꺼워질 수록 더욱 어려워진다.
C. 강화된 알루미늄 반사층(410nm 레이저 광)
본 발명에서는 또한 보다 짧은 파장에서 높은 반사율을 달성하기 위하여, 보다 짧은 파장에서 금의 낮은 반사도로 인해 상이한 금속 반사층(147)의 선택이 필요하다. 그렇게 함으로써, 외래 및/또는 상이한 프로세스 재료에 의존하지 않는 것이 바람직하다. 반도체 제조 분야에서 가장 일반적인 금속이며 410nm에서 양호한 반사도(∼92.3%)를 갖는 이러한 결과의 알루미늄이 본 발명에 의해 사용될 수 있다. 그러나, 알루미늄 자체는 상기 실시예에서 목표된 대로, 410nm에서 적어도 95%의 원하는 반사율을 제공하지는 않는다.
본 발명은 알루미늄 반사층(147)의 반사율 증가가 상술된 박막(148)의 쿼터-웨이브 스택을 사용함으로써 달성될 수 있다는 것을 나타낸다. 도 11은 실리콘 이산화물(L)층(148a)과 실리콘 질화물(H)층(148b)이 조합되는 알루미늄 반사층(147)을 사용하는 실시예의 추정 도면을 나타낸다. 단일, 이중, 및 삼중 HL에 대해, 도 12는 410nm에서 평균 반사율이 각각 95.7%, 97.5%, 및 98.5%임을 나타낸다. 실시예에서는, 410nm에서 실리콘 이산화물층(148a)에 대한 쿼터 웨이브 두께는 70nm이고 실리콘 질화물층(148b)에 대해서는 51nm이다.
본 발명은 알루미늄 반사층(147)이 사용되는 경우, 미러 플레이트(146)의 곡률이 금 반사층에 대해 앞서 설명된 것처럼 거의 동일한 방식을 사용하여 최소화될 수 있다는 것을 나타낸다. 알루미늄 반사층(147)은 Cr 접착층을 필요로 하지 않으며 금과 유사한 잔여막 응력을 갖는다. 비록 접착 목적의 Cr층이 사용되지 않지만, 바람직한 실시예에서는 상기 설명된 Cr-Au 반사층에 의해 달성되는 동일한 응력 균형 능력을 제공하기 위해 알루미늄 반사층(147) 아래에 증착된다. Cr-Al 반사층(147)에 대해, 방법은 기본적으로 동일하며, Cr층의 두께는 박막(148)의 응력을 균형잡기 위한 요구에 따라 조절된다. 실시예에서, 알루미늄 반사층(147)은 반사율을 최대화시키기에 충분하도록 60nm 두께로 증착된다. 유전체층(148a/148b)에서의 응력이 Cr층에 의해 균형을 이루지 못하는 경우, 유전체층의 막 응력은 이들의 증착 공정의 변형을 통해 조절될 수 있다. 410nm에 대해 유전체층(148a/148b)은 하부 유전체층의 측벽을 오버랩하고 보호하기 위해 최상의 반파 103nm 실리콘 질화물층에 의해 보다 보호될 수 있다.
제조 공정:
이하의 공정도는 앞서 언급된 실시예에 대한 변형을 포함하는 예시적 시퀀스를 나타낸다:
Ⅰ. 웨이퍼의 초기 공정
A. ~50㎛ 두께의 실리콘 웨이퍼 물질 개시.
B. 3000Å의 열적 실리콘 이산화물 증착.
C. 2500Å의 LPCVD 실리콘 질화물 증착.
D. 2500Å의 LPCVD 폴리실리콘(폴리0) 증착. 패턴 및 에칭.
E. 2500Å의 LPCVD 얇은 PSG 증착. 패턴 및 에칭.
F. 10㎛ 두께의 PSG 증착 및 어닐.
G. 리브 트렌치 패턴 및 6㎛ 깊이로 RIE.
H. 리브를 채우는 2.5㎛의 LPCVD 폴리실리콘(폴리1) 증착.
I. PSG 표면에 폴리1의 CMP 스텝1.
J. 미러 플레이트 LPCVD 폴리실리콘(폴리2) 2.5㎛ 증착.
K. 폴리2 0.5㎛를 제거하면서 표면을 평탄화시키기 위한 폴리2의 CMP 스텝2.
L. 반사판 폴리2 패턴 및 에칭.
M. 본드 패드 금속(100Å Cr-7000Å Au) 증착, 패턴 및 에칭.
N. 175㎛로 웨이퍼를 얇게하기 위해 웨이퍼 백랩(backlap) 및 연마.
O. 미러 플레이트 아래에서 PSG를 세정하기 위한 HF 방출 에칭.
Ⅱ. 반사기 옵션
A. 보호처리된 금 반사기
1. 새도우 마스크 스퍼터 증착 Cr-Au(새도우 마스크는 원하는 곳을 이외의 증착을 방지하여 차후 Cr-Au의 패터닝 및 에칭의 필요성을 없앤다).
2. 실리콘 질화물 1/2파층(λ=650nm) 스퍼터 증착.
3. 방출된 미러 플레이트 구조의 파손을 방지하고 다음 단계를 위한 패터닝층 역활을 하는 포토레지스트로 코팅.
4. 금속 본딩 패드와 전기적 접촉을 방해하지 않도록 본드 패드로부터 실리콘 질화물을 제거하기 위해 패턴 및 에칭.
5. 포토레지스트층 제거.
B. 강화된 금 반사기
1. 새도우 마스크 스퍼터 증착 Cr-AU.
2. 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물 1/4파층(λ=650nm) 스퍼터 증착. 가장바깥쪽의 실리콘 질화물은 3개의 1/4파층에 의해 교대될 수 있다.
3. 방출된 미러 플레이트 구조가 파손되는 것을 방지하고 다음 단계에 대한 패터닝층 역활을 하는 포토레지스트 코팅.
4. 금속 본딩 패드와 전기적 접촉을 방해하지 않도록 본드 패드로부터 실리콘 질화물을 제거하기 위해 패턴 및 에칭.
5. 포토레지스트층 제거.
C. 강화된 알루미늄 반사기
1. 새도우 마스크 스퍼터 증착 Cr 및 Al
2. 실리콘 이산화물 및 실리콘 질화물 1/4파층(λ= 410nm) 스퍼터 증착. 가장바깥쪽의 실리콘 질화물은 3개의 1/4파층에 의해 교대될 수 있다.
3. 방출된 미러 플레이트 구조가 파손되는 것을 방지하고 다음 단계에 대한 패터닝층 역할을 하는 포토레지스트 코팅.
4. 금속 본딩 패드와 전기적 접촉을 방해하지 않도록 본드 패드로부터 실리콘 질화물을 제거하기 위해 패턴 및 에칭.
5. 포토레지스트층 제거.
Ⅲ. 최종 공정
A. 절삭 작업 동안 방출된 미러 플레이트 구조가 파손되는 것을 방지하기 위해 포토레지스트 코팅.
B. 전형적인 반도체 절삭 톱을 이용하여 다이 분리.
C. 포토레지스트층 제거.
D. 테스트.
본 발명을 얇은 미러 플레이트의 반사율을 개선시키기 위한 수단, 방법 및 장치를 포함하여 설명하였지만, 당업자는 본 발명이 상기 설명된 본 발명의 부재 및 구조만으로 제한되지 않는다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 상기 설명은 개시된 것 이외의 파장에서 응용가능하며, 미러는 다른 기하학적 구조를 포함할 수 있고, 상기 설명된 디스크 드라이브는 광학, 자기-광학, 및 광학의 다른 형태를 요구할 수 있는 자기 광학 실시예, 전기 부재, 및 박막 구조를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 광학 헤드 예를 들어, 광학 스위치에서의 정밀가공식 반사기 또는 반사 표면을 이용하는 다른 장치를 포함하는 것 이외의 응용에 사용될 수 있다. 변조, 다양한 변형 및 대체의 범위는 앞서 설명하였으며, 본 발명의 일부 특정예는 또다른 대응되는 특징을 사용하지 않고 본 발명의 범주를 이탈하지 않게 사용할 수 있다. 이러한 사항은 본 발명이 이하 첨부되는 청구항의 범주내에서만 제한되도록 한다.

Claims (18)

  1. 평면 기판, 반사층, 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단, 및 상기 반사층에 고정된 부가층을 포함하며, 상기 반사층 및 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단은 전체 응력을 가지며, 상기 부가층은 상기 반사층과 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단의 전체 응력에 대항하는 응력을 가지며, 상기 부가층의 응력은 정밀가공된 반사기의 평면도를 향상시키기 위하여 상기 반사층 및 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시기 위한 수단의 전체 응력을 오프셋시키는 정밀가공된 반사기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반사층 및 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단은 인장 응력을 가지며 상기 부가층은 압축 응력을 가지는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  3. 제 1항에 있어서, 소정의 파장을 가지는 레이저 광을 사용하며, 이 경우 상기 부가층은 레이저 광의 파장의 절반과 동일한 광 경로길이를 가지는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 부가층은 실리콘 질화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  5. 제 1항에 있어서, 파장을 가지는 레이저 광을 사용하며, 이 경우 상기 부가층은 상기 레이저 광의 파장의 4분의 1과 동일한 광 경로 길이를 각각 가지는 제1 및 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 부가층은 반사층 위에 놓이며 비교적 낮은 굴절율을 가지는 물질로 이루어진 제1 유전층과 상기 제1 유전층 위에 놓이며 비교적 높은 굴절율을 가지는 물질로 이루어진 제2 유전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 부가층 위에 놓이며 레이저 광의 파장의 절반과 동일한 광 경로길이를 가지는 제2 부가층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 부가층은 상기 제2 유전층 위에 놓이며 비교적 낮은 굴절율을 가지는 물질로 이루어진 제1 부가 유전층과 상기 제1 부가 유전층 위에 놓이며 비교적 높은 굴절율을 가지는 물질로 이루어진 제2 부가 유전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제1 유전층의 물질은 실리콘 이산화물이고 제2 유전층의 물질은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단은 접착층인 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 접착층은 크롬으로 만들어진 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 반사층은 금과 알루미늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  13. 평면 기판, 반사층, 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단, 및 상기 반사층을 보호하기 위해 반사층에 고정된 유전층을 포함하고 소정의 파장을 가지는 레이저 광을 사용하며, 상기 유전층은 레이저 광의 파장의 절반과 동일한 광 경로 길이를 가지는 정밀가공된 반사기.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 유전층은 실리콘 질화물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 반사층은 금으로 만들어지며 상기 평면 기판에 상기 반사층을 고정시키기 위한 수단은 크롬층인 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 반사층은 평면 기판으로부터 상방으로 연장한 측벽을 가지며, 상기 유전층은 상기 반사층의 측벽 위로 연장하는 것을 특징으로 하는 정밀가공된 반사기.
  17. 정밀가공된 미러판, 상기 미러판 위에 배치된 반사층, 및 상기 미러판 위에 배치된 적어도 하나의 광학 투명 박막을 포함하며, 상기 적어도 하나의 박막은 1/4파 박막과 1/2파 박막으로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 데이터 저장 시스템.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 저장 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100542559B1 (ko) * 2003-10-29 2006-01-11 삼성전자주식회사 반사기 및 이를 구비하는 화상형성장치의 광주사장치

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6937398B2 (en) 2001-04-26 2005-08-30 Intel Corporation Highly reflective optical components
JP4582380B2 (ja) * 2001-05-11 2010-11-17 ソニー株式会社 光変調素子とそれを用いた光学装置、および光変調素子の製造方法
US7593029B2 (en) 2001-08-20 2009-09-22 Ricoh Company, Ltd. Optical scanning device and image forming apparatus using the same
JP4575628B2 (ja) * 2001-08-23 2010-11-04 株式会社リコー 光偏向器及びその製造方法、光走査モジュール、光走査装置、画像形成装置、画像表示装置
US7145143B2 (en) * 2002-03-18 2006-12-05 Honeywell International Inc. Tunable sensor
CN100394214C (zh) * 2002-11-21 2008-06-11 台达电子工业股份有限公司 膜应力平衡镀膜方法以及应用该方法制造的光学组件
CN100410891C (zh) * 2002-12-09 2008-08-13 联想(北京)有限公司 计算机应用软件自纠错自重起方法
JP4251054B2 (ja) 2003-10-01 2009-04-08 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
EP1746589A4 (en) * 2004-05-14 2008-11-19 Fujitsu Ltd LIGHT PROJECTION HEAD, INFORMATION STORAGE DEVICE, LIGHT PROJECTION HEAD DESIGN DEVICE, AND LIGHT PROJECTION HEAD DESIGN PROGRAM
JP4860268B2 (ja) * 2006-01-13 2012-01-25 富士フイルム株式会社 プリズムの製造方法、プリズム、光ピックアップ及び液晶プロジェクタ
US20100246036A1 (en) * 2007-07-27 2010-09-30 Lagana Paolo Preliminary Controlled Pre-Deformation Treatment for the Production of Mirrors
JP5655365B2 (ja) * 2009-08-04 2015-01-21 セイコーエプソン株式会社 光偏向器、光偏向器の製造方法および画像表示装置
JP2012042584A (ja) * 2010-08-17 2012-03-01 Seiko Epson Corp 光フィルター、光フィルターモジュール、分光測定器および光機器
WO2012165579A1 (ja) * 2011-06-03 2012-12-06 Hoya株式会社 プラスチックレンズ
CN103777266A (zh) * 2014-01-24 2014-05-07 大连波能激光光学有限公司 一种反射相位延迟镜及其制备方法
EP3009875B1 (en) * 2014-10-13 2020-04-01 Delta Electronics, Inc. Optical wavelength-converting device and illumination system using same
JP7068660B2 (ja) * 2016-09-12 2022-05-17 ソニーグループ株式会社 光学補償素子、液晶ライトバルブ組立体及び液晶プロジェクタ装置
CN108149197B (zh) * 2017-12-22 2020-06-09 武汉大学 一种激光发生器反射板制作方法
DE102018211325A1 (de) * 2018-07-10 2020-01-16 Robert Bosch Gmbh Fabry-Perot-Interferometer-Einheit und Verfahren zur Herstellung einer Fabry-Perot-Interferometer-Einheit
JP7563261B2 (ja) 2021-03-19 2024-10-08 株式会社リコー 光偏向素子、画像投影装置、ヘッドアップディスプレイ、レーザヘッドランプ、ヘッドマウントディスプレイ、物体認識装置および移動体

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4309075A (en) 1979-10-05 1982-01-05 Optical Coating Laboratory, Inc. Multilayer mirror with maximum reflectance
US4441791A (en) * 1980-09-02 1984-04-10 Texas Instruments Incorporated Deformable mirror light modulator
US4963012A (en) * 1984-07-20 1990-10-16 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Passivation coating for flexible substrate mirrors
US4547432A (en) * 1984-07-31 1985-10-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method of bonding silver to glass and mirrors produced according to this method
US5835255A (en) * 1986-04-23 1998-11-10 Etalon, Inc. Visible spectrum modulator arrays
JP2620712B2 (ja) * 1988-11-08 1997-06-18 株式会社 トプコン ２波長反射防止多層膜
JPH02287301A (ja) * 1989-04-27 1990-11-27 Copal Co Ltd 入射角非依存性高反射率誘電体多層膜反射鏡
JPH02297501A (ja) * 1989-05-12 1990-12-10 Copal Co Ltd 反射鏡
US5216551A (en) * 1990-02-16 1993-06-01 Asahi Kogaku Kogyo K.K. Surface reflector
JP3120882B2 (ja) * 1991-10-31 2000-12-25 旭光学工業株式会社 表面高反射鏡
GB2261079B (en) * 1991-10-31 1995-06-14 Asahi Optical Co Ltd Surface reflecting mirror
US6219015B1 (en) * 1992-04-28 2001-04-17 The Board Of Directors Of The Leland Stanford, Junior University Method and apparatus for using an array of grating light valves to produce multicolor optical images
US5311360A (en) 1992-04-28 1994-05-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford, Junior University Method and apparatus for modulating a light beam
FR2712990B1 (fr) 1993-11-22 1996-04-05 Commissariat Energie Atomique Miroir à large bande et à haute réflectivité et procédé de réalisation d'un tel miroir.
US5500761A (en) * 1994-01-27 1996-03-19 At&T Corp. Micromechanical modulator
US5936159A (en) 1994-03-09 1999-08-10 Nippondenso Co., Ltd. Semiconductor sensor having multi-layer movable beam structure film
US5619059A (en) * 1994-09-28 1997-04-08 National Research Council Of Canada Color deformable mirror device having optical thin film interference color coatings
JP3691544B2 (ja) 1995-04-28 2005-09-07 アジレント・テクノロジーズ・インク 面発光レーザの製造方法
US5841579A (en) * 1995-06-07 1998-11-24 Silicon Light Machines Flat diffraction grating light valve
US5922212A (en) 1995-06-08 1999-07-13 Nippondenso Co., Ltd Semiconductor sensor having suspended thin-film structure and method for fabricating thin-film structure body
US6142642A (en) * 1995-06-29 2000-11-07 Cardinal Ig Company Bendable mirrors and method of manufacture
FR2737019B1 (fr) 1995-07-19 1997-08-22 Commissariat Energie Atomique Microelements de balayage pour systeme optique
US5739945A (en) 1995-09-29 1998-04-14 Tayebati; Parviz Electrically tunable optical filter utilizing a deformable multi-layer mirror
US5825528A (en) 1995-12-26 1998-10-20 Lucent Technologies Inc. Phase-mismatched fabry-perot cavity micromechanical modulator
US5636051A (en) * 1996-01-03 1997-06-03 Daewoo Electronics Co., Ltd Thin film actuated mirror array having dielectric layers
US5850309A (en) * 1996-03-27 1998-12-15 Nikon Corporation Mirror for high-intensity ultraviolet light beam
US5872880A (en) * 1996-08-12 1999-02-16 Ronald S. Maynard Hybrid-optical multi-axis beam steering apparatus
US6104525A (en) * 1997-04-29 2000-08-15 Daewoo Electronics Co., Ltd. Array of thin film actuated mirrors and method for the manufacture thereof
KR19990004774A (ko) * 1997-06-30 1999-01-25 배순훈 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
US6075639A (en) * 1997-10-22 2000-06-13 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Micromachined scanning torsion mirror and method
US5998906A (en) * 1998-01-13 1999-12-07 Seagate Technology, Inc. Electrostatic microactuator and method for use thereof
US6011646A (en) * 1998-02-20 2000-01-04 The Regents Of The Unviersity Of California Method to adjust multilayer film stress induced deformation of optics

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100542559B1 (ko) * 2003-10-29 2006-01-11 삼성전자주식회사 반사기 및 이를 구비하는 화상형성장치의 광주사장치

Also Published As

Publication number Publication date
DE10084337T1 (de) 2002-12-05
JP2002539472A (ja) 2002-11-19
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WO2000054090A1 (en) 2000-09-14
CN1349617A (zh) 2002-05-15
GB2368070B (en) 2003-10-22
JP4640743B2 (ja) 2011-03-02
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CN1160586C (zh) 2004-08-04
AU3730100A (en) 2000-09-28

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