KR20170020886A - 금속-유전체 광학 필터, 센서 디바이스, 및 제조 방법 - Google Patents

금속-유전체 광학 필터, 센서 디바이스, 및 제조 방법 Download PDF

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제프리 제임스 쿠나
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Abstract

광학 필터, 광학 필터를 포함하는 센서 디바이스, 및 광학 필터를 제조하는 방법이 제공된다. 광학 필터는 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 및 하나 또는 그 초과의 금속 층들을 포함한다. 금속 층들은 본질적으로 유전체 층들에 의해 보호된다. 특히, 금속 층들은 유전체 층들 중 하나 또는 그 초과에 의해 보호 커버되는 테이퍼링(taper)된 에지들을 가진다.

Description

금속-유전체 광학 필터, 센서 디바이스, 및 제조 방법{METAL-DIELECTRIC OPTICAL FILTER, SENSOR DEVICE, AND FABRICATION METHOD}
[0001] 본 발명은 금속-유전체 광학 필터, 그런 광학 필터를 포함하는 센서 디바이스, 및 그런 광학 필터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
[0002] 광학 센서들은 광학 신호들을 전기 신호들로 변환하고 광학 신호들의 검출 또는 이미지 캡처를 허용하는 광학 센서 디바이스들, 이를테면 이미지 센서들, 주변광 센서들, 근접 센서들, 색상 센서들, 및 UV 센서들에 사용된다. 일반적으로, 광학 센서는 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들 및 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들 위에 배치된 하나 또는 그 초과의 광학 필터들을 포함한다.
[0003] 예컨대, 컬러 이미지 센서는 어레이, 즉 CFA(color filter array)에 배치된 복수의 컬러 필터들을 포함한다. CFA는 상이한 컬러 통과대역들을 가지는 상이한 타입들의 컬러 필터들, 예컨대 적색, 녹색 및 청색(RGB) 필터들을 포함한다.
[0004] 통상적으로, 염료들을 사용하여 형성된 흡수 필터들은 컬러 필터들로서 사용된다. 바람직하지 않게, 그런 염료-기반 컬러 필터들은 비교적 넓은 컬러 통과대역들을 가져서, 덜 우수한 컬러들을 초래한다. 대안적으로, 적층된 유전체 층들로 형성된 이색성 필터들, 즉 간섭 필터들은 컬러 필터들로서 사용될 수 있다. 그런 모두-유전체 컬러 필터들은 더 높은 투과 레벨들 및 더 좁은 컬러 통과대역들을 가져서, 더 밝고 더 우수한 컬러들을 초래한다. 그러나, 모두-유전체 컬러 필터들의 컬러 통과대역들은 입사각의 변경들에 의해 비교적 큰 중심-파장 시프트들을 겪고, 이는 컬러의 바람직하지 않은 시프트들을 초래한다.
[0005] 게다가, 모두-유전체 컬러 필터들은 통상적으로 다수의 적층된 유전체 층들을 포함하고 비교적 두껍다. 결과적으로, 모두-유전체 컬러 필터들은 비싸고 제조하기 어렵다. 특히, 모두-유전체 컬러 필터들은 화학적으로 에칭하기 어렵다. 그러므로, 리프트-오프(lift-off) 프로세스들은 패터닝에 바람직하다. CFA들의 모두-유전체 컬러 필터들을 패터닝하기 위한 리프트-오프 프로세스들의 예들은 1992년 6월 9일 특허된 Hanrahan에 대한 미국 특허 번호 제 5,120,622 호, 1998년 1월 27일 특허된 Buchsbaum에 대한 미국 특허 번호 제 5,711,889 호, 2001년 5월 29일 특허된 Edlinger 등에 대한 미국 특허 번호 제 6,238,583 호, 2003년 10월 28일 특허된 Buchsbaum 등에 대한 미국 특허 번호 제 6,638,668 호, 및 2010년 1월 19일 특허된 Buchsbaum 등에 대한 미국 특허 번호 제 7,648,808 호에 개시된다. 그러나, 일반적으로, 리프트-오프 프로세스들은 필터 높이의 약 2배의 필터 간격으로 제한되고, 이는 더 작은 컬러 이미지 센서들에 적당한 모두-유전체 CFA들을 달성하기 어렵게 한다.
[0006] 컬러 통과대역들에서 가시 광을 투과하는 것에 더하여, 염료-기반 및 모두-유전체 컬러 필터들 둘 모두는 또한 적외선(IR) 광을 투과시키고, 이는 노이즈에 기여한다. 그러므로, 컬러 이미지 센서는 통상적으로 또한 CFA 위에 배치된 IR-차단 필터를 포함한다. IR-차단 필터들은 또한 가시 스펙트럼 범위에서 동작하는 다른 광학 센서 디바이스들에 사용된다. 통상적으로, 컬러화된 유리로 형성된 흡수 필터들 또는 적층된 유전체 층들로 형성된 이색성 필터들은 IR-차단 필터들로서 사용된다. 대안적으로, 적층된 금속 및 유전체 층들로 형성된 유도된 투과 필터들은 IR-차단 필터들로서 사용될 수 있다. 금속-유전체 IR-차단 필터들의 예들은 1997년 7월 15일 특허된 Sakamoto 등에 대한 미국 특허 번호 제 5,648,653 호, 및 2006년 11월 7일 특허된 Ockenfuss 등에 대한 미국 특허 번호 제 7,133,197 호에 개시된다.
[0007] IR-차단 필터의 사용을 회피하기 위하여, 적층된 금속 및 유전체 층들로 형성된 유도된 투과 필터들은 컬러 필터들로서 사용될 수 있다. 금속-유전체 광학 필터들, 이를테면 금속-유전체 컬러 필터들은 본질적으로 IR-차단한다. 통상적으로, 금속-유전체 컬러 필터들은 입사 각의 변동들에 의해 파장이 크게 시프트하지 않는 비교적 좁은 컬러 통과대역들을 가진다. 게다가, 금속-유전체 컬러 필터들은 일반적으로 모두-유전체 컬러 필터들보다 훨씬 더 얇다. 금속-유전체 컬러 필터들의 예들은 1990년 12월 25일 특허된 McGuckin, 등에 대한 미국 특허 번호 제 4,979,803 호, 2000년 2월 29일 특허된 Wang에 대한 미국 특허 번호 제 6,031,653 호, 2009년 12월 10일에 공개된 Gidon 등에 대한 미국 특허 출원 번호 제 2009/0302407 호, 2011년 8월 25일 공개된 Grand에 대한 미국 특허 출원 번호 제 2011/0204463 호, 및 2012년 4월 12일 공개된 Gidon 등에 대한 미국 특허 출원 번호 제 2012/0085944 호에 개시된다.
[0008] 통상적으로, 금속-유전체 광학 필터들, 이를테면 금속-유전체 컬러 필터들의 금속 층들은 환경적으로 불안정하고 심지어 작은 양의 물 또는 황에 노출될 때 약화되는 은 또는 알루미늄 층들이다. 은 층들을 화학적으로 에칭하는 것은 은 층들의 에지들을 환경에 노출시켜, 약화되게 한다. 그러므로, 대부분의 인스턴스들에서, CFA들의 금속-유전체 컬러 필터들은 금속-유전체 컬러 필터들에 대해 상이한 컬러 통과대역들을 선택하기 위하여 유전체 층들의 두께만을 조정함으로써 패턴화된다. 다른 말로, 상이한 컬러 통과대역들을 가지는 상이한 타입들의 금속-유전체 컬러 필터들은 서로 동일한 수의 은 층들 및 서로 동일한 은 층들의 두께를 가지도록 요구받는다. 바람직하지 않게, 이들 요건들은 금속-유전체 컬러 필터들에 대한 가능한 광학 디자인들을 심하게 제한한다.
[0009] 본 발명은 이들 요건들에 영향을 받지 않는 금속-유전체 광학 필터들을 제공하고, 상기 금속-유전체 광학 필터들은 이미지 센서들 및 다른 센서 디바이스들, 이를테면 주변광 센서들, 근접 센서들, 색상 센서들, 및 UV 센서들에 사용하기에 특히 적당하다.
[0010] 따라서, 본 발명은 기판상에 배치되고, 하나 또는 그 초과의 유전체 층들; 및 기판상의 하나 또는 그 초과의 유전체 층들과 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 금속 층들을 포함하는 광학 필터에 관한 것이고, 하나 또는 그 초과의 금속 층들 각각은 광학 필터의 주변부에서 금속 층의 전체 주변부를 따라 연장되는, 즉 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 중 적어도 하나에 의해 금속 층의 전체 주변부를 따라 보호적으로 커버되는 테이퍼링(taper)된 에지를 가진다.
[0011] 본 발명은 또한 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들; 및 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들 위에 배치된 하나 또는 그 초과의 광학 필터들을 포함하는 센서 디바이스에 관한 것이고, 하나 또는 그 초과의 광학 필터들 각각은 하나 또는 그 초과의 유전체 층들; 및 하나 또는 그 초과의 유전체 층들과 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 금속 층들을 포함하고, 하나 또는 그 초과의 금속 층들 각각은 광학 필터의 주변부에서 금속 층의 전체 주변부를 따라 연장되는, 즉 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 중 적어도 하나에 의해 금속 층의 전체 주변부를 따라 보호적으로 커버되는 테이퍼링(taper)된 에지를 가진다.
[0012] 본 발명은 추가로 광학 필터를 제조하는 방법에 관한 것이고, 방법은 기판을 제공하는 단계; 기판상에 포토레지스트 층을 적용하는 단계; 기판의 필터 구역을 언커버링(uncover)하도록 포토레지스트 층을 패터닝하는 단계 ― 이에 의해 오버행(overhang)이 필터 구역을 둘러싸게 패턴화된 포토레지스트 층에 형성됨 ―; 하나 또는 그 초과의 유전체 층들과 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 금속 층들을 포함하는 다중층 적층부를 기판의 패턴화된 포토레지스트 층 및 필터 구역 상에 증착하는 단계; 기판의 필터 구역상에 남아있는 다중층 적층부의 일부가 광학 필터를 형성하도록 패턴화된 포토레지스트 층 및 패턴화된 포토레지스트 층 상의 다중층 적층부의 일부를 제거하는 단계를 포함하고, 광학 필터의 하나 또는 그 초과의 금속 층들 각각은 광학 필터의 주변부에서 금속 층의 전체 주변부를 따라 연장되는, 즉 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 중 적어도 하나에 의해 금속 층의 전체 주변부를 따라 보호적으로 커버되는 테이퍼링된 에지를 가진다.
[0013] 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
[0014] 도 1a는 광학 필터의 제 1 실시예의 단면의 개략도이다.
[0015] 도 1b 내지 1g는 도 1a의 광학 필터를 제조하는 방법의 단계들의 개략도들이다.
[0016] 도 2는 광학 필터의 제 2 실시예의 단면의 개략도이다.
[0017] 도 3은 복수의 광학 필터들의 단면의 개략도이다.
[0018] 도 4a는 예시적인 적색 필터에 대한 층 수들, 재료들, 및 두께들의 표이다.
[0019] 도 4b는 예시적인 녹색 필터에 대한 층 수들, 재료들, 및 두께들의 표이다.
[0020] 도 4c는 예시적인 청색 필터에 대한 층 수들, 재료들, 및 두께들의 표이다.
[0021] 도 4d는 예시적인 청색 필터에 대한 층 수들, 재료들, 및 두께들의 표이다.
[0022] 도 5a 및 5b는 도 4a 내지 4c의 예시적인 적색, 녹색, 및 청색 필터들에 대한 투과 스펙트럼들의 플롯들이다.
[0023] 도 5c는 도 4d의 예시적인 광순응 필터에 대한 0°내지 60°의 입사각들에서 투과 스펙트럼들의 플롯이다.
[0024] 도 6a는 도 4a 내지 4c의 예시적인 적색, 녹색, 및 청색(RGB) 필터 세트 및 통상적인 염료-기반 RGB 필터 세트에 대한 컬러 영역들의 플롯이다.
[0025] 도 6b는 도 4a의 예시적인 적색 필터 및 통상적인 모두-유전체 적색 필터에 대한 0° 내지 60°의 입사각들에서 컬러 궤적들의 플롯이다.
[0026] 도 6c는 도 4d의 예시적인 광순응 필터에 대한 0° 내지 60°의 입사각들에서 컬러 궤적의 플롯이다.
[0027] 도 7은 센서 디바이스의 제 1 실시예의 단면의 개략도이다.
[0028] 도 8은 센서 디바이스의 제 2 실시예의 단면의 개략도이다.
[0029] 도 9a 및 9b는 패턴화된 포토레지스트 층 및 기판상에 증착된 연속 코팅 단면의 스캐닝 전자 현미경사진들이다.
[0030] 도 9c는 높은 습도 및 온도에 노출 후 부식을 도시하는, 도 9a 및 9b의 연속 코팅으로부터 형성된 광학 필터의 평면도의 광학 현미경사진이다.
[0031] 도 10은 패턴화된 포토레지스트 층 및 기판상에 증착된 비-연속 코팅 단면의 스캐닝 전자 현미경사진이다.
[0032] 도 11a 및 11b는 더 두꺼운 하단 릴리스(release) 층 및 더 큰 오버행을 가진 패턴화된 포토레지스트 층 및 기판상에 증착된 비-연속 코팅 단면의 스캐닝 전자 현미경사진들이다.
[0033] 도 12는 예시적인 자외선-A(UVA), 자외선-B(UVB), 및 220-nm-중심 필터들에 대한 층 수들, 재료들, 및 두께들의 표이다.
[0034] 도 13a는 도 12의 예시적인 UVA 필터에 대한 0° 내지 60°의 입사각들에서 투과 스펙트럼들의 플롯이다.
[0035] 도 13b는 도 12의 예시적인 UVB 필터에 대한 0° 내지 60°의 입사각들에서 투과 스펙트럼들의 플롯이다.
[0036] 도 13c는 도 12의 예시적인 220-nm-중심 필터에 대한 0° 내지 60°의 입사각들에서 투과 스펙트럼들의 플롯이다.
[0037] 도 14는 예시적인 광순응 필터에 대한 0° 내지 60°의 입사각들에서 투과 스펙트럼들의 플롯이다.
[0038] 도 15는 센서 디바이스의 제 3 실시예의 단면의 개략도이다.
[0039] 도 15b는 도 15a의 센서 디바이스 평면도의 개략도이다.
[0040] 도 15c는 도 15a의 센서 디바이스 평면도에 대한 대안적인 레이아웃 평면도의 개략도이다.
[0041] 도 16은 센서 디바이스의 제 4 실시예의 평면도의 개략도이다.
[0042] 본 발명은 특히 센서 디바이스, 이를테면 이미지 센서, 주변광 센서, 근접 센서, 색상 센서, 또는 자외선(UV) 센서에 사용하기에 적당한, 보호된 금속 층들을 가진 금속-유전체 광학 필터를 제공한다. 광학 필터는 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 및 하나 또는 그 초과의 금속 층들을 포함한다. 금속 층들은 본질적으로 유전체 층들에 의해 보호된다. 특히, 금속 층들은 유전체 층들 중 하나 또는 그 초과에 의해 보호 커버되는 테이퍼링(taper)된 에지들을 가진다. 따라서, 금속 층들은 환경 품질 저하에 대해 증가된 저항을 가져서, 환경적으로 더 내구성 있는 광학 필터를 초래한다.
[0043] 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 및 하나 또는 그 초과의 금속 층들은 임의의 개재 층들 없이 적층된다. 도 1a를 참조하여, 기판(110)상에 배치된 광학 필터(100)의 제 1 실시예는 교번하여 적층된 3개의 유전체 층들(120) 및 2개의 금속 층들(130)을 포함한다. 금속 층들(130)은 각각 2개의 유전체 층들(120) 사이에 그리고 인접하여 배치되고 이에 의해 환경으로부터 보호된다. 유전체 층들(120) 및 금속 층들(130)은 그 내부에 어떠한 마이크로구조들도 형성되지 않은 연속 층들이다.
[0044] 금속 층들(130)은 광학 필터(100)의 주변부(101)에 테이퍼링된 에지들(131)을 가진다. 다른 말로, 금속 층들(130)은 광학 필터(100)의 중앙 부분(102)에 걸쳐 실질적으로 두께가 균일하지만, 광학 필터(100)의 주변부(101)에서 두께가 점점 줄어든다. 테이퍼링된 에지들(131)은 광학 필터(100)의 주변부(101)에서 금속 층들(130)의 전체 주변부들을 따라 연장된다. 마찬가지로, 유전체 층들(120)은 광학 필터(100)의 중앙 부분(102)에 걸쳐 실질적으로 두께가 균일하지만, 광학 필터(100)의 주변부(101)에서 두께가 점점 줄어든다. 따라서, 광학 필터(100)의 중앙 부분(102)은 실질적으로 높이가 균일한 반면, 광학 필터(100)의 주변부(101)는 경사진다. 다른 말로, 광학 필터(100)는 실질적으로 편평한 상단 및 경사진 측부들을 가진다. 통상적으로, 광학 필터(100)의 측부들은 수평으로부터 약 45° 미만의 각도로 경사진다. 바람직하게, 광학 필터(100)의 측부들은 수평으로부터 약 20° 미만의 각도로 경사지고, 보다 바람직하게 수평으로부터 약 10° 미만의 각도로 경사진다.
[0045] 유리하게, 금속 층들(130)의 테이퍼링된 에지들(131)은 환경에 노출되지 않는다. 오히려, 금속 층들(130)의 테이퍼링된 에지들(131)은 금속 층들(130)의 전체 주변부들을 따라 유전체 층들(120) 중 하나 또는 그 초과에 의해 보호적으로 커버된다. 하나 또는 그 초과의 유전체 층들(120)은 예컨대 금속 층들(130)로의 황 및 물의 확산을 억제함으로써, 금속 층들(130)의 환경적 품질 저하, 예컨대 부식을 억제한다. 바람직하게, 금속 층들(130)은 유전체 층들(120)에 의해 실질적으로 캡슐화된다. 보다 바람직하게, 금속 층들(130)의 테이퍼링된 에지들(131)은 인접한 유전체 층들(120)에 의해 보호적으로 커버되고, 그리고 금속 층들(130)은 인접한 유전체 층들(120)에 의해 실질적으로 캡슐화된다. 일부 인스턴스들에서, 상단 유전체 층(120), 즉 광학 필터(100)의 상단에 있는 유전체 층(120)은 아래에 있는 금속 층들(130) 모두의 테이퍼링된 에지들(131)을 보호적으로 커버한다.
[0046] 도 1b 내지 1g를 참조하여, 광학 필터(100)의 제 1 실시예는 리프트-오프 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 특히 도 1b를 참조하여, 제 1 단계에서, 기판(110)이 제공된다. 특히 도 1c를 참조하여, 제 2 단계에서, 포토레지스트 층(140)이 기판(110)상에 적용된다. 통상적으로, 포토레지스트 층(140)은 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅에 의해 적용된다.
[0047] 특히 도 1d를 참조하여, 제 3 단계에서, 포토레지스트 층(140)은 광학 필터(100)가 배치될 기판(110)의 구역, 즉 필터 구역을 언커버링하도록 패턴화된다. 기판(110)의 다른 구역들은 패턴화된 포토레지스트 층(140)에 의해 커버된 채로 있는다. 통상적으로, 포토레지스트 층(140)은 먼저 기판(110)의 필터 구역을 커버하는 포토레지스트 층(140)의 구역을 마스크를 통해 UV 광에 노출시킴으로써 패턴화되고, 그 다음으로 적당한 현상액 또는 용매를 사용함으로써 포토레지스트 층(140)의 노출된 구역을 현상, 즉 에칭함으로써 패턴화된다.
[0048] 포토레지스트 층(140)은, 오버행(141), 즉 언더컷(undercut)이 필터 구역을 둘러싸게 패턴화된 포토레지스트 층(140)에 형성되는 방식으로 패턴화된다. 통상적으로, 오버행(141)은 예컨대 적당한 용매를 사용함으로써 포토레지스트 층(140)의 상단 부분을 화학적으로 수정함으로써 형성되어, 상단 부분은 포토레지스트 층(140)의 하단 부분보다 훨씬 느리게 현상된다. 대안적으로, 오버행(141)은 더 느리게 현상되는 상단 층 및 더 빠르게 현상되는 하단 층으로 이루어진 이중-층 포토레지스트 층(140)을 기판(110)에 적용함으로써 형성될 수 있다.
[0049] 도 1e에 도시된 바와 같이, 오버행(141)은, 패턴화된 포토레지스트 층(140) 및 기판(110) 상에 추후에 증착되는 코팅, 즉 다중층 적층부(103)가 기판(110)으로부터 패턴화된 포토레지스트 층(140)으로 연속이지 않은 것을 보장하기 위해 충분히 커야 한다. 오버행(141)은 통상적으로 2 μm보다 크고, 바람직하게 4 μm보다 크다. 일반적으로, 코팅은 패턴화된 포토레지스트 층(140)의 측부들을 커버하지 않아야 한다.
[0050] 도 9a 및 9b를 참조하여, 코팅(903)이 기판(910) 및 패턴화된 포토레지스트 층(940) 위에서 연속적일 때, 포토레지스트 층(940) 및 그 위의 코팅(903) 부분의 추후 리프트-오프 동안, 코팅(903)은 패턴화된 포토레지스트 층(940)의 하단 에지들에서 깨져서, 코팅(903)으로부터 형성된 광학 필터의 에지들, 특히 광학 필터의 금속 층들의 에지들을 환경에 노출시킨다. 바람직하지 않게, 노출된 에지들은 예컨대 높은 습도 및 온도에 노출될 때, 환경적 공격에 민감하고, 이는 은-함유 광학 필터(900)에 대한 도 9c에 도시된 바와 같이 부식을 유도한다.
[0051] 도 10을 참조하여, 비-연속 코팅(1003)을 제공하는 실시예에서, 포토레지스트 층은 이중층 구조를 가지며, 그리고 상단 층(1042) 및 하단 층(1043)을 포함한다. 상단 층(1042)은 감광성이고 UV 광에 선택적 노출에 의해 패턴화 가능하다. 하단 층(1043)은 일반적으로 감광성이 아니고 릴리스 층으로서 동작한다. 레지스트(resist)들의 적당한 예들은 상단 감광성 층(1042)에 대해 AZ Electronic Materials nLOF 2020이고 하단 릴리스 층(1043)에 대해 Microchem Corp. LOR 10 B를 포함한다.
[0052] 포토레지스트 층이 현상될 때, 오버행(1041)의 크기는 현상 시간에 의해 제어된다. 도 10에서, 현상 시간은 약 3 μm의 오버행(1041)을 제공하도록 선택되었다. 바람직하게, 하단 릴리스 층(1043)의 두께는 약 500 nm보다 크고, 오버행(1041)은 약 2 μm보다 크다. 깔끔한 리프트-오프, 즉 증착된 코팅(1003)의 파손 없는 리프트-오프를 보장하기 위하여, 코팅(1003)의 두께는 일반적으로 하단 릴리스 층(1043) 두께의 약 70% 미만이어야 한다. 도 10에서, 하단 릴리스 층(1043)의 두께는 약 800 nm이고 상단 감광성 층(1042)의 두께는 약 2 μm이고, 그리고 코팅의 두께는 약 500 nm이다. 오버행(1041) 아래 광학 필터(1000)의 측부들은 약 10°의 각도로 경사진다.
[0053] 도 11을 참조하여, 일부 인스턴스들에서, 더 두꺼운 하단 릴리스 층(1143)은 사용되고, 그리고 더 큰 오버행(1141)은 더 긴 현상 시간, 예컨대 일부 프로세스들에 대해 약 80 초 내지 약 100 초를 사용함으로써 생성된다. 이들 피처들은 광학 필터(1100)의 측부들의 경사를 감소시키고 그리고 광학 필터(1100)의 주변부에서 상단 유전체 층(1121)의 두께를 증가시킴으로써 에지 내구성을 개선시킨다. 도 11에서, 현상 시간은 약 6 μm의 오버행(1141)을 제공하도록 선택되었다. 바람직하게, 하단 릴리스 층(1143)의 두께는 약 2 μm보다 크고, 오버행(1141)은 약 4 μm보다 크다. 코팅 층(1103)의 두께는 일반적으로 하단 릴리스 층(1143) 두께의 약 30% 미만이어야 한다. 도 11에서, 하단 릴리스 층(1143)의 두께는 약 2.6 μm이고 상단 감광성 층(1142)의 두께는 약 2 μm이고, 그리고 코팅(1103)의 두께는 약 500 nm이다. 오버행(1141) 아래 광학 필터(1100)의 측부들은 약 5°의 각도로 경사진다.
[0054] 특히 도 1e를 참조하여, 제 4 단계에서, 다중층 적층부(103)는 패턴화된 포토레지스트 층(140) 및 기판(110)의 필터 구역상에 비-연속 코팅으로서 증착된다. 기판(110)의 필터 구역상에 증착된 다중층 적층부(103)의 일부는 광학 필터(100)를 형성한다. 광학 필터(100)의 층들에 대응하는 다중층 적층부(103)의 층들은 다양한 증착 기술들, 이를테면 이베포레이션(evaporation), 예컨대 열 이베포레이션, 전자-빔 이베포레이션, 플라즈마-도움 이베포레이션, 또는 반응성-이온 이베포레이션; 스퍼터링, 예컨대 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering), 반응성 스퍼터링, 교류(AC) 스퍼터링, 직류(DC) 스퍼터링, 펄스화 DC 스퍼터링, 또는 이온-빔 스퍼터링; 화학 기상 증착, 예컨대 플라즈마-강화 화학 기상 증착; 및 원자 층 증착을 사용함으로써 증착될 수 있다. 게다가, 상이한 층들은 상이한 증착 기술들을 사용함으로써 증착될 수 있다. 예컨대, 금속 층들(130)은 금속 타겟의 스퍼터링에 의해 증착될 수 있고, 유전체 층들(120)은 산소의 존재 내에서 금속 타겟의 반응성 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다.
[0055] 오버행(141)이 기판(110)의 필터 구역 주변부를 차단하기 때문에, 증착된 층들은 광학 필터(100)의 주변부(101) 쪽으로 두께가 점점 줄어든다. 오버행(141)은 광학 필터(100)의 주변부(101) 쪽으로 코팅의 부드러운 롤-오프(roll-off)를 생성한다. 유전체 층(120)이 금속 층(130)상에 증착될 때, 유전체 층(120)은 금속 층(130)의 상단 표면뿐 아니라, 금속 층(130)의 테이퍼링된 에지들(131)을 커버하고, 이에 의해 금속 층(130)이 환경으로부터 보호된다. 게다가, 상단 유전체 층(120)은 일반적으로 아래에 있는 금속 층들(130)에 대한 보호 층으로서 역할을 한다. 예컨대, 도 11의 실시예에서, 약 100 nm의 두께를 가지는 상단 유전체 층(1121)은 아래 놓인 덜 내구적인 금속 층들, 특히 도 11a에 도시된 바와 같이 금속 층들의 테이퍼링된 에지들 위로 연장되어 보호적으로 커버한다.
[0056] 특히 도 1f를 참조하여, 제 5 단계에서, 패턴화된 포토레지스트 층(140)상의 다중층 적층부(103)의 일부는 포토레지스트 층(140)과 함께 제거, 즉 리프트 오프된다. 통상적으로, 포토레지스트 층(140)은 적당한 스트립퍼(stripper) 또는 용매를 사용함으로써 스트립핑된다. 기판(110)의 필터 구역상에 남아있는 다중층 적층부(103)의 일부는 광학 필터(100)를 형성한다. 기판(110)은 예컨대 통상적인 센서 엘리먼트일 수 있다.
[0057] 도 1b 내지 1f의 리프트-오프 프로세스가 또한 기판(110)상에 동시에 동일한 타입, 즉 동일한 광학 디자인을 가지는 복수의 광학 필터들(100)을 형성하기 위해 사용될 수 있다는 것이 주의되어야 한다. 게다가, 리프트-오프 프로세스는 동일한 기판(110)상에 상이한 타입, 즉 상이한 광학 디자인을 가지는 하나 또는 그 초과의 광학 필터들을 추후에 형성하기 위하여 반복될 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 더 환경적으로 내구성 있는 하나 또는 그 초과의 광학 필터들은, 이후에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 상기 광학 필터들이 리프트-오프 프로세스를 사용함으로써 또는 일부 인스턴스들에서 건식 또는 습식 에칭 프로세스를 사용함으로써 환경적으로 덜 내구성 있는 하나 또는 그 초과의 광학 필터들(100)과 부분적으로 오버랩하도록, 기판(110)상에 추후에 형성될 수 있다. 이에 의해, 광학 필터 어레이는 기판(110)상에 형성될 수 있다. 기판(110)은 예컨대 통상적인 센서 어레이일 수 있다.
[0058] 특히 도 1g를 참조하여, 선택적인 제 6 단계에서, 부가적인 보호 코팅(150)은 광학 필터(100)상에 증착된다. 보호 코팅(150)은 지금까지 언급된 증착 기술들 중 하나를 사용함으로써 증착될 수 있다. 보호 코팅(150)은 광학 필터(100)의 중앙 부분(102) 및 주변부(101) 둘 모두, 즉 광학 필터(100)의 모든 노출된 부분들을 커버하고, 이에 의해 광학 필터(100)가 환경으로부터 보호된다.
[0059] 다른 실시예들에서, 광학 필터는 유전체 층들과 금속 층들 사이에 배치된 복수의 부식-억제 층들을 포함하고, 이는 금속 층들을 추가로 보호한다. 도 2를 참조하여, 기판(210)상에 배치된 광학 필터(200)의 제 2 실시예는 광학 필터(100)의 제 1 실시예와 유사하지만, 3개의 유전체 층들(220)과 2개의 금속 층들(230) 사이에 삽입되는 4개의 부식-억제 층들(260)을 더 포함한다.
[0060] 금속 층들(230)은 각각 2개의 부식-억제 층들(260) 사이에 그리고 인접하여 배치되고 이에 의해 추가로 환경으로부터 보호된다. 부식-억제 층들(260)은 주로 증착 프로세스 동안 금속 층들(230)의 부식을 억제한다. 특히, 부식-억제 층들(260)은 광학 경로 내 금속 층들(230)의 부분들을 보호하여, 금속 층들(230)의 광학 특성들의 품질 저하를 억제한다. 바람직하게, 금속 층들(230)의 테이퍼링된 에지들(231)은 인접한 부식-억제 층들(260)뿐 아니라, 가장 가까운 유전체 층들(220)에 의해 보호적으로 커버된다. 따라서, 금속 층들(230)은 바람직하게, 인접한 부식-억제 층들(260)뿐 아니라, 가장 가까운 유전체 층들(220)에 의해 실질적으로 캡슐화된다.
[0061] 광학 필터(200)의 제 2 실시예는 광학 필터(100)의 제 1 실시예를 제조하기 위하여 사용된 것들과 유사한 리프트-오프 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 그러나, 제 4 단계에서 증착된 다중층 적층부의 층들은 광학 필터(200)의 층들에 대응한다. 특히, 부식-억제 층들(260)은 각각의 금속 층(230) 전 및 후에 증착된다. 유리하게, 부식-억제 층들(260)은 유전체 층들(220)의 증착 동안 금속 층들(230)의 부식, 즉 산화를 억제한다. 부식-억제 층들(260)은, 금속 층들(230)이 은 또는 알루미늄을 포함할 때, 특히 유용하다. 그런 실시예들에서, 부식-억제 층들(260)은 은 산화물 또는 알루미늄 산화물을 형성하기 위한 금속 층들(230)로부터의 은 또는 알루미늄과 유전체 층들(220)로부터의 산소 사이의 반응을 억제한다.
[0062] 부식-억제 층들(260)은 지금까지 언급된 증착 기술들 중 하나, 예컨대 반응성 스퍼터링을 사용함으로써 금속 화합물 층들, 예컨대 금속 질화물 또는 금속 산화물 층들로서 증착될 수 있다. 대안적으로, 부식-억제 층들(260)은 먼저 적당한 금속 층들을 증착하고, 지금까지 언급된 증착 기술들 중 하나를 사용하고, 그리고 추후 금속 층들을 산화시킴으로써 형성될 수 있다. 바람직하게, 금속 층들(230)의 상단상의 부식-억제 층들(260) 각각은 처음에 적당한 금속 층을 증착하고, 금속 층을 산화시키고, 그 다음 금속 산화물 층을 증착함으로써 형성된다. 예컨대, 이들 부식-억제 층들(260)은 적당한 금속 타겟의 스퍼터링, 그 다음 산화, 그 다음 산소의 존재 내에서 적당한 금속 타겟의 반응성 스퍼터링에 의해 형성될 수 있다. 부식-억제 층들을 형성하는 방법들의 추가 세부사항들은 이후 제공되고, 그리고 미국 특허 번호 제 7,133,197 호에 개시된다.
[0063] 본 발명의 광학 필터는 다양한 광학 디자인들을 가질 수 있다. 예시적인 광학 필터들의 광학 디자인들은 이후 더 상세히 설명될 것이다. 일반적으로, 광학 필터의 광학 디자인은 적당한 층 수들, 재료들 및/또는 두께들을 선택함으로써 특정 통과대역에 최적화된다.
[0064] 광학 필터는 적어도 하나의 금속 층, 및 적어도 하나의 유전체 층을 포함한다. 종종, 광학 필터는 복수의 금속 층들 및 복수의 유전체 층들을 포함한다. 통상적으로, 광학 필터는 2 내지 6개의 금속 층들, 3 내지 7개의 유전체 층들, 및 선택적으로 4 내지 12개의 부식-억제 층들을 포함한다. 일반적으로, 금속 층들의 수를 증가시키는 것은 더 가파른 에지들을 가지지만, 더 낮은 대역내 투과도를 가진 통과대역을 제공한다.
[0065] 광학 디자인에서 제 1 또는 하단 층, 즉 기판상에 증착된 제 1 층은 금속 층 또는 유전체 층일 수 있다. 광학 디자인의 최종 또는 상단 층, 즉 기판상에 증착된 최종 층은 일반적으로 유전체 층이다. 하단 층이 금속 층일 때, 광학 필터는 (M/D)n의 시퀀스로 적층된 n개의 금속 층들(M) 및 n개의 유전체 층들(D)로 이루어질 수 있고, 여기서 n ≥ 1이다. 대안적으로, 광학 필터는 (C/M/C/D)n의 시퀀스로 적층된 n개의 금속 층들(M), n개의 유전체 층들(D), 및 2n개의 부식-억제 층들(C)로 이루어질 수 있고, 여기서 n ≥ 1이다. 하단 층이 유전체 층일 때, 광학 필터는 D(M/D)n의 시퀀스로 적층된 n개의 금속 층들(M) 및 n+1개의 유전체 층들(D)로 이루어질 수 있고, 여기서 n ≥ 1이다. 대안적으로, 광학 필터는 D(C/M/C/D)n의 시퀀스로 적층된 n개의 금속 층들(M), n+1개의 유전체 층들(D), 및 2n개의 부식-억제 층들(C)로 이루어질 수 있고, 여기서 n ≥ 1이다.
[0066] 금속 층들은 각각 금속 또는 합금으로 구성된다. 일부 실시예들에서, 금속 층들은 각각 은으로 구성된다. 대안적으로, 금속 층들은 각각 은 합금으로 구성될 수 있다. 예컨대, 필수적으로 약 0.5 wt% 금, 약 0.5 wt% 주석, 및 은의 밸런스로 이루어진 은 합금은 개선된 부식 저항을 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 금속 층들은 각각 알루미늄으로 구성된다. 금속 또는 합금의 선택은 애플리케이션에 따른다. 은은 보통 가시 스펙트럼 구역의 통과대역을 가지는 광학 필터들을 위해 선호되고, 그리고 통과대역이 약 350 nm보다 큰 파장에 중심을 둘 때 은이 때때로 사용될 수 있지만, 알루미늄은 보통 UV 스펙트럼 구역의 통과대역을 가지는 광학 필터들을 위해 선호된다.
[0067] 일반적으로, 그러나 반드시는 아니고, 금속 층들은 동일한 금속 또는 합금으로 구성되지만, 상이한 두께들을 가진다. 통상적으로, 금속 층들 각각은 약 5 nm와 약 50 nm 사이, 바람직하게 약 10 nm와 약 35 nm 사이의 물리적 두께를 가진다.
[0068] 유전체 층들은 각각 광학 필터의 통과대역에 투명한 유전체 재료로 구성된다.
[0069] 가시 스펙트럼 구역의 통과대역을 가진 광학 필터들에 대해, 유전체 층들은 통상적으로, 각각 가시 스펙트럼 구역에서 투명한 550 nm에서 약 1.65보다 큰 굴절률을 가진 높은-인덱스 유전체 재료로 구성된다. 그런 필터들에 대해 높은-인덱스 유전체 재료들의 적당한 예들은 티타늄 이산화물(TiO2), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 하프늄 이산화물(HfO2), 니오븀 5산화물(Nb2O5), 탄탈륨 5산화물(Ta2O5), 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 바람직하게, 그런 필터들에 대한 높은-인덱스 유전체 재료는 또한 UV-흡수하고, 즉 근-UV 스펙트럼 구역을 흡수한다. 예컨대, TiO2 및/또는 Nb2O5를 포함하거나 이루어진 높은-인덱스 유전체 재료는 강화된 UV 차단, 즉 근-UV 스펙트럼 구역에서 더 낮은 대역외 투과도를 제공할 수 있다. 바람직하게, 높은-인덱스 유전체 재료는 550 nm에서 약 2.0보다 큰 굴절률, 보다 바람직하게 550 nm에서 약 2.35보다 큰 굴절률을 가진다. 더 높은 굴절률은 보통 바람직하다. 그러나, 현재 이용 가능한 투명한 높은-인덱스 유전체 재료들은 일반적으로 550 nm에서 약 2.7보다 작은 굴절률들을 가진다.
[0070] UV 스펙트럼 구역의 통과대역을 가진 필터들에 대해, 유전체 층들은 각각 통상적으로 300 nm에서 약 1.4와 1.65 사이의 굴절률을 가지는 중간-인덱스 유전체 재료 또는, 바람직하게 300 nm에서 약 1.65보다 큰 굴절률을 가지는 높은-인덱스 유전체 재료, 보다 바람직하게 UV 스펙트럼 구역에서 투명한 300 nm에서 약 2.2보다 큰 굴절률을 가지는 높은-인덱스 유전체 재료로 구성된다. UV 스펙트럼 구역에서 통과대역을 가진 필터들에 대한 중간-인덱스 및 높은-인덱스 유전체 재료들의 적당한 예들은 Ta2O5, 하프늄 이산화물(HfO2), 알루미늄 3산화물(Al2O3), 실리콘 이산화물(SiO2), 스칸듐 3산화물(Sc2O3), 이트륨 3산화물(Y2O3), ZrO2, 마그네슘 이산화물(MgO2), 마그네슘 디플루오르화물(MgF2), 다른 플루오르화물들, 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 예컨대, Ta2O5는 약 340 nm 초과의 파장들에 중심을 둔 통과대역들에 대한 높은-인덱스 유전체 재료로서 사용될 수 있고, 그리고 HfO2는 약 400 nm 미만의 파장들에 중심을 둔 통과대역들에 대한 높은-인덱스 유전체 재료로서 사용될 수 있다.
[0071] 일반적으로, 그러나 반드시는 아니고, 유전체 층들은 동일한 유전체 재료로 구성되지만, 상이한 두께들을 가진다. 통상적으로, 유전체 층들 각각은 약 20 nm와 약 300 nm 사이의 물리적 두께를 가진다. 바람직하게, 상단 유전체 층은 약 40 nm보다 큰, 보다 바람직하게 약 100 nm보다 큰 물리적 두께를 가져서, 상단 유전체 층이 아래 놓인 금속 층들에 대한 보호 층으로서 역할을 하게 한다. 각각의 유전체 층의 물리적 두께는 광학 디자인에 의해 요구된 쿼터(quarter) 파 광학 두께(QWOT)에 대응하도록 선택된다. QWOT는 4nt로서 정의되고, 여기서 n은 유전체 재료의 굴절률이고 t는 물리적 두께이다. 통상적으로, 유전체 층들 각각은 약 200 nm와 약 2400 nm 사이의 QWOT를 가진다.
[0072] 선택적인 부식-억제 층들은 각각 부식-억제 재료로 구성된다. 통상적으로, 부식-억제 층들은 부식-억제 유전체 재료로 구성된다. 적당한 부식-억제 유전체 재료들의 예들은 실리콘 질화물(Si3N4), TiO2, Nb2O5, 아연 산화물(ZnO), 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 바람직하게, 부식-억제 유전체 재료는 금속 또는 금속 층들의 합금보다 높은 갈바니 전위를 가진 화합물, 예컨대 금속의 질화물 또는 산화물이다.
[0073] 일부 인스턴스들에서, 금속 층들 아래의 부식-억제 층들은 ZnO로 구성되는 반면, 금속 층들 위의 부식-억제 층들은 아연으로 구성된 예컨대 1 nm 미만의 두께를 가진 매우 얇은 층, 및 ZnO로 구성된 얇은 층을 포함한다. 아연 층들은 금속 층들상에 증착되고, 그 다음 광학 흡수를 방지하기 위하여 사후-산화된다. 금속 층들 아래 및 위의 ZnO 층들은 통상적으로 반응성 스퍼터링에 의해 증착된다. 유리하게, ZnO 층들을 증착하기 전에 금속 층들상에 아연 층들을 증착하는 것은 금속 층들이 반응성 스퍼터링 동안 생성된 활성화되고, 이온화된 산소 종들에 노출되는 것을 방지한다. 아연 층들은 우선적으로 산소를 흡수하여, 금속 층들의 산화를 억제한다.
[0074] 부식-억제 층들은, 특히 상기 층들이 가시 스펙트럼 구역을 흡수할 때, 광학 필터의 광학 디자인에 기여하는 것을 실질적으로 회피하기 위하여 일반적으로 적당히 얇다. 통상적으로, 부식-억제 층들 각각은 약 0.1 nm와 약 10 nm 사이, 바람직하게 약 1 nm와 약 5 nm 사이의 물리적 두께를 가진다. 적당한 부식-억제 층들의 추가 세부사항들은 미국 특허 번호 제 7,133,197 호에 개시된다.
[0075] 선택적인 보호 코팅은 통상적으로 유전체 재료로 구성된다. 보호 코팅은 동일한 유전체 재료로 구성될 수 있고 유전체 층들과 동일한 범위의 두께들을 가질 수 있다. 종종, 보호 코팅은 상단 유전체 층과 동일한 유전체 재료로 구성되고 상단 유전체 층의 디자인 두께의 일부인 두께, 즉 광학 디자인에 의해 요구된 두께를 가진다. 다른 말로, 광학 디자인의 상단 유전체 층은 유전체 층과 유전체 보호 코팅 사이로 분할된다. 대안적으로, 보호 코팅은 유기 재료, 예컨대 에폭시로 구성될 수 있다.
[0076] 도 3을 참조하여, 광학 필터(300)는 통상적으로 필터 높이(h), 즉 1 μm 미만, 바람직하게 0.6 μm 미만의 기판(310)으로부터 광학 필터(300)의 중앙 부분의 높이를 가진다. 필터 높이가 일반적으로 지금까지 참조된 증착된 코팅의 두께에 대응하는 것이 주의되어야 한다. 이미지 센서에 사용될 때, 광학 필터(300)는 통상적으로 필터 폭(w), 즉 2 μm 미만, 바람직하게 1 μm 미만의 광학 필터(300)의 중앙 부분의 폭을 가진다. 유리하게, 비교적 작은 필터 높이는, 복수의 광학 필터들(300)이 리프트-오프 프로세스에 의해 형성될 때, 유사한 필터 간격을 허용한다. 통상적으로, 이미지 센서의 광학 필터들(300)은 필터 간격(d), 즉 2 μm 미만, 바람직하게 1 μm 미만의 가장 가까운 광학 필터들(300)의 중앙 부분들 사이의 간격을 가진다. 더 큰 픽셀 사이즈들을 가진 다른 센서 디바이스들에 사용될 때, 필터 폭은 약 50 μm 내지 약 100 μm일 수 있다.
[0077] 광학 필터는 높은 대역내 투과도 및 낮은 대역외 투과도를 가지는 금속-유전체 대역통과 필터, 즉 유도된 투과 필터이다. 일부 실시예들에서, 광학 필터는 가시 스펙트럼 구역에서 비교적 좁은 컬러 통과대역을 가지는 컬러 필터이다. 예컨대, 광학 필터는 적색, 녹색, 청색, 청록색, 황색, 또는 자홍색 필터일 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학 필터는 광순응 통과대역, 즉 가시 스펙트럼 구역에서 비교적 밝은 광에 사람 눈의 스펙트럼 응답을 모사하는 광순응 광도 효율성 함수에 매칭하는 통과대역을 가지는 광순응 필터이다. 또 다른 실시예들에서, 광학 필터는 가시 스펙트럼 구역에서 비교적 넓은 통과대역을 가지는 IR-차단 필터이다.
[0078] 그런 실시예들에서, 광학 필터는 통상적으로 약 50% 초과의 최대 대역내 투과도, 약 300 nm와 약 400 nm 사이, 즉 근-UV 스펙트럼 구역에서 약 2% 미만의 평균 대역외 투과도, 및 약 750 nm와 약 1100 nm 사이, 즉 적외선(IR) 스펙트럼 구역에서 약 0.3% 미만의 평균 대역외 투과도를 가진다. 대조하여, 통상적인 모두-유전체 컬러 및 광순응 필터들은 통상적으로 본질적으로 IR-차단을 하지 않는다. 일반적으로, 그런 실시예들에서, 광학 필터는 또한 낮은 각도 시프트, 즉 0°로부터 입사각의 변화에 따라 중심-파장 시프트를 가진다. 통상적으로, 광학 필터는 600 nm에 중심을 둔 광학 필터에 대해 크기가 약 5% 미만 또는 약 30 nm 미만의 60°의 입사각에서의 각도 시프트를 가진다. 대조하여, 통상적인 모두-유전체 컬러 및 광순응 필터들은 통상적으로 매우 각도-민감성이다.
[0079] 광학 디자인들, 즉 예시적인 적색, 녹색, 및 청색 필터들, 즉 예시적인 RGB 필터 세트에 대한 층 수들, 재료들, 및 두께들은 각각 도 4a, 4b, 및 4c에 표로 만들어진다. 예시적인 광순응 필터에 대한 광학 디자인은 도 4d에 표로 만들어진다. 각각의 광학 디자인의 층들은 기판상에 증착된 제 1 또는 하단 층으로부터 시작하여 번호가 매겨진다.
[0080] 금속 층들은 각각 은으로 구성되고, 그리고 약 13 nm와 약 34 nm 사이의 물리적 두께들을 가진다. 유전체 층들은 각각 높은-인덱스 유전체 재료(H)로 구성되고, 그리고 약 240 nm와 약 2090 nm 사이의 QWOT들을 가진다. 예컨대, 높은-인덱스 유전체 재료는 550 nm에서 약 2.43의 굴절률을 가지는 Nb2O5 및 TiO2의 혼합일 수 있다. 부식-억제 층들은 각각 ZnO로 구성되고 각각 약 2 nm의 물리적 두께를 가진다.
[0081] 높은-인덱스 유전체 재료가 550 nm에서 약 2.43의 굴절률을 가질 때, 적색 필터의 필터 높이는 606 nm이고 녹색 필터의 필터 높이는 531 nm이고, 청색 필터의 필터 높이는 252 nm이고, 그리고 광순응 필터의 필터 높이는 522 nm이다. 이들 필터 높이들은 통상적인 모두-유전체 컬러 및 광순응 필터들의 필터 높이들보다 상당히 더 작다.
[0082] 예시적인 적색, 녹색, 및 청색 필터들에 대한 투과 스펙트럼들(570, 571, 및 572)은 각각 도 5a 및 5b에 그려진다. 예시적인 적색 필터에 대한 투과 스펙트럼(570)은 약 620 nm에 중심을 둔 적색 통과대역을 포함하고, 예시적인 녹색 필터에 대한 투과 스펙트럼(571)은 약 530 nm에 중심을 둔 녹색 통과대역을 포함하고, 그리고 예시적인 청색 필터에 대한 투과 스펙트럼(572)은 약 445 nm에 중심을 둔 청색 통과대역을 포함한다.
[0083] 0° 내지 60°의 입사각들에서 예시적인 광순응 필터에 대한 투과 스펙트럼들(573(0º) 및 574(60°))은 도 5c에 그려진다. 0°의 입사각에서 예시적인 광순응 필터에 대한 투과 스펙트럼(573)은 약 555 nm에 중심을 둔 광순응 통과대역을 포함한다. 60°의 입사각에서 예시적인 광순응 필터에 대한 송신 스펙트럼(574)에서, 광순응 통과대역은 약 520 nm에 중심을 둔다. 다른 말로, 60°의 입사각에서 예시적인 광순응 필터의 각도 시프트는 약 -25 nm이다. 유리하게, 예시적인 광순응 필터의 각도 시프트는 통상적인 모두-유전체 광순응 필터의 각도 시프트보다 상당히 더 작다.
[0084] 예시적인 컬러 및 광순응 필터들 각각은 약 60%보다 큰 최대 대역내 투과도를 가진다. 유리하게, 예시적인 컬러 및 광순응 필터들은 통상적인 염료-기반 및 모두-유전체 컬러 및 광순응 필터들에 비해 개선된 IR 차단을 제공하여, IR 누설에 의해 유발되는 노이즈를 감소시킨다. 구체적으로, 예시적인 컬러 및 광순응 필터들 각각은 약 750 nm와 약 1100 nm 사이, 즉 IR 스펙트럼 구역에서 약 0.3% 미만의 평균 대역외 투과도를 가진다. 예시적인 컬러 및 광순응 필터들, 특히 예시적인 적색 필터는 또한 일부 통상적인 금속-유전체 컬러 필터들에 비해 개선된 UV 차단을 제공하여, UV 누설에 의해 유발되는 노이즈를 감소시킨다. 구체적으로, 예시적인 컬러 및 광순응 필터들 각각은 약 300 nm와 약 400 nm 사이, 즉 근-UV 스펙트럼 구역에서 약 2% 미만의 평균 대역외 투과도를 가진다.
[0085] 예시적인 RGB 필터 세트에 대한 컬러 영역(680)은 비교를 위해 통상적인 염료-기반 RGB 필터 세트에 대한 컬러 영역(681)과 함께, 도 6a에서 CIE xy 색도도상에 그려진다. 유리하게, 예시적인 RGB 필터 세트의 컬러 영역(680)은 통상적인 염료-기반 RGB 필터 세트의 컬러 영역(681)보다 상당히 더 크다.
[0086] 0° 내지 60°의 입사각들에서 예시적인 적색 필터에 대한 컬러 궤적(682)은 0° 내지 60°의 입사각들에서 통상적인 모두-유전체 적색 필터에 대한 컬러 궤적(683)과 함께, 도 6의 CIE xy 색도도상에 그려진다. 0° 내지 60°의 입사각들에서 예시적인 광순응 필터에 대한 컬러 궤적(684)은 도 6c에서 CIE xy 색도도상에 그려진다. 유리하게, 예시적인 적색 및 광순응 필터들의 각도 시프트는 통상적인 모두-유전체 적색 및 광순응 필터들의 각도 시프트보다 상당히 더 작다.
[0087] 일부 실시예들에서, 광학 필터는 UV 스펙트럼 구역, 예컨대 약 180 nm와 약 420 nm 사이의 비교적 좁은 통과대역을 가진 UV 필터이다. 예컨대, 광학 필터는 자외선-A(UVA) 또는 자외선-B(UVB) 필터일 수 있다. 그런 실시예들에서, 광학 필터는 통상적으로 약 5%보다 큰, 바람직하게 약 15%보다 큰 최대 대역내 투과도, 및 약 420 nm와 약 1100 nm 사이, 즉 가시광 및 IR 스펙트럼 구역들에서 약 0.3% 미만의 평균 대역외 투과도를 가진다. 대조하여, 통상적인 모두-유전체 UV 필터들은 통상적으로 본질적으로 IR-차단을 하지 않는다. 일반적으로, 그런 실시예들에서, 광학 필터는 또한 낮은 각도 시프트, 즉 0°로부터 입사각의 변화에 따라 중심-파장 시프트를 가진다. 통상적으로, 광학 필터는 300 nm에 중심을 둔 광학 필터에 대해 크기가 약 5% 미만 또는 약 15 nm 미만의 60°의 입사각에서의 각도 시프트를 가진다. 대조하여, 통상적인 모두-유전체 UV 필터들은 통상적으로 매우 각도-민감성이다.
[0088] 광학 디자인들, 즉 예시적인 UVA, UVB, 및 220-nm-중심 필터들에 대해 층 수들, 재료들, 및 두께들은 도 12에 요약된다. 금속 층들은 각각 알루미늄으로 구성되고, 그리고 약 10 nm와 약 20 nm 사이의 물리적 두께들을 가진다. 유전체 층들은 각각 높은-인덱스 유전체 재료, 즉 UVA 필터에 대해 Ta2O5, 및 UVB 및 220-nm-중심 필터들에 대해 HfO2로 구성되고, 그리고 약 40 nm와 약 60 nm 사이의 물리적 두께들을 가진다. 예시적인 UV 필터들은, 금속 층들이 알루미늄으로 구성될 때 부식-억제 층들이 제공하는 부가적인 보호가 보통 필요하지 않기 때문에, 부식-억제 층들을 포함하지 않는다.
[0089] UVA 필터의 필터 높이는 350 nm이고, UVB 필터의 필터 높이는 398 nm이고, 그리고 220-nm-중심 필터의 필터 높이는 277 nm이다. 이들 필터 높이들은 통상적인 모두-유전체 UV 필터들의 필터 높이들보다 상당히 더 작다.
[0090] 0° 내지 60°의 입사각들에서 예시적인 UVA 필터에 대한 투과 스펙트럼들(1370(0°) 및 1371(60°))은 도 13a에 그려지고, 0° 내지 60°의 입사각들에서 예시적인 UVB 필터에 대한 투과 스펙트럼들(1372(0°) 및 1373(60°))은 도 13b에 그려지고, 그리고 0° 내지 60°의 입사각들에서 예시적인 220-nm-중심 필터에 대한 투과 스펙트럼들(1374(0°) 및 1375(60°))은 도 13c에 그려진다. 0°의 입사각에서 예시적인 UVA 필터에 대한 투과 스펙트럼(1370)은 약 355 nm에 중심을 둔 UVA 통과대역을 포함하고, 0°의 입사각에서 예시적인 UVB 필터에 대한 투과 스펙트럼(1372)은 약 295 nm에 중심을 둔 UVB 통과대역을 포함하고, 그리고 0°의 입사각에서 예시적인 220-nm-중심 필터에 대한 투과 스펙트럼(1374)은 약 220 nm에 중심을 둔 통과대역을 포함한다. 60°의 입사각에서 예시적인 UV 필터들의 각도 시프트는 크기가 약 15 nm 미만이다. 유리하게, 예시적인 UV 필터들의 각도 시프트는 통상적인 모두-유전체 UV 필터의 각도 시프트보다 상당히 더 작다.
[0091] 예시적인 UV 필터들 각각은 약 10%보다 큰 최대 대역내 투과도를 가진다. 특히, UVA 및 UVB 필터들 각각은 약 20%보다 큰 최대 대역내 투과도를 가진다. 유리하게, 예시적인 UV 필터들은 통상적인 모두-유전체 UV 필터들에 비해 개선된 IR 차단을 제공하여, IR 누설에 의해 유발된 노이즈를 감소시킨다. 구체적으로, 예시적인 UV 필터들 각각은 약 420 nm와 약 1100 nm 사이, 즉 가시광 및 IR 스펙트럼 구역들에서 약 0.3% 미만의 평균 대역외 투과도를 가진다.
[0092] 본 발명의 광학 필터는, 센서 디바이스 또는 다른 활성 디바이스의 부분으로서 포함될 때 특히 유용하다. 센서 디바이스는, 본 발명에 따른 하나 또는 그 초과의 광학 필터들에 더하여, 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들을 포함하는 임의의 타입의 센서 디바이스일 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 센서 디바이스는 또한 하나 또는 그 초과의 통상적인 광학 필터들을 포함할 수 있다. 예컨대, 센서 디바이스는 이미지 센서, 주변광 센서, 근접 센서, 색상 센서, UV 센서, 또는 이들의 결합일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들은 임의의 타입의 통상적인 센서 엘리먼트들일 수 있다. 통상적으로, 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들은 광검출기들, 이를테면 포토다이오드들, 전하-결합 디바이스(CCD) 센서 엘리먼트들, 상보형 금속-산화물 반도체(CMOS) 센서 엘리먼트들, 실리콘 검출기들, 또는 특정 UV-민감 검출기들이다. 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들은 전면 조사 또는 후면 조사될 수 있다. 센서 엘리먼트들은 임의의 통상적인 센서 재료, 이를테면 실리콘, 인듐 갈륨 비화물(In1?xGaxAs), 갈륨 비화물(GaAs), 게르마늄 납 황화물(PbS), 또는 갈륨 질화물(GaN)로 형성될 수 있다.
[0093] 하나 또는 그 초과의 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들 위에 배치되어, 하나 또는 그 초과의 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들에 제공된 광을 필터링한다. 통상적으로, 각각의 광학 ??터는 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트 위에 배치된다. 다른 말로, 센서 디바이스의 각각의 픽셀은 통상적으로 하나의 광학 필터 및 하나의 센서 엘리먼트를 포함한다. 바람직하게, 하나 또는 그 초과의 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들 상에, 예컨대 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들의 패시베이션 층상에 직접 배치된다. 예컨대, 하나 또는 그 초과의 광학 필터들은 리프트-오프 프로세스에 의해 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들상에 형성된다. 그러나, 일부 인스턴스들에서, 하나 또는 그 초과의 광학 필터들과 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들 사이에 하나 또는 그 초과의 코팅들이 배치될 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 하나 또는 그 초과의 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 센서 엘리먼트들과 통합될 수 있다.
[0094] 일부 실시예들에서, 센서 디바이스는 단일 센서 엘리먼트 및 센서 엘리먼트 위에 배치된 본 발명에 따른 단일 광학 필터를 포함한다. 도 7을 참조하여, 센서 디바이스(790)의 제 1 실시예는 센서 엘리먼트(711) 및 센서 엘리먼트(711)상에 배치된 광학 필터(700)를 포함한다. 예컨대, 센서 디바이스(790)는 주변광 센서일 수 있고, 센서 엘리먼트(711)는 포토다이오드일 수 있고, 그리고 광학 필터(700)는 도 4d의 예시적인 광순응 필터 같은 광순응 필터, 또는 IR-차단 필터일 수 있다. 다른 예에 대해, 센서 디바이스(790)는 UV 센서일 수 있고, 센서 엘리먼트(711)는 포토다이오드일 수 있고, 그리고 광학 필터(700)는 UV 필터, 이를테면 도 12의 예시적인 UVA, UVB, 또는 220-nm-중심 필터일 수 있다.
[0095] 주변 광 센서의 예시적인 실시예에서, 본 발명에 따른 광순응 필터는 포토다이오드와 통합된다. 광순응 필터는 포토다이오드상에, 통상적으로 포토다이오드의, 예컨대 Si3N4로 구성된 평탄화된 패시베이션 층상에 배치된다. 예컨대 에폭시로 구성된 선택적인 보호 코팅 또는 캡슐화 층은 광순응 필터 및 포토다이오드 위에 배치될 수 있다. 광순응 필터의 광학 디자인은 패시베이션 층 및 존재할 때 캡슐화 층을 고려함으로써 최적화된다.
[0096] 0° 내지 60°의 입사각들에서 포토다이오드와 통합을 위하여 최적화된 예시적인 광순응 필터에 대한 투과 스펙트럼들(1470 (0°) 및 1471 (60°))은 정규화된 광순응 응답 곡선(1472)과 함께, 도 14에 그려진다. 투과 스펙트럼들(1470 및 1471)은 Si3N4 패시베이션 층 및 에폭시 캡슐화 층에 매칭된다. 0°의 입사각에서 예시적인 광순응 필터에 대한 송신 스펙트럼(1470)은 약 555 nm에 중심을 둔 광순응 통과대역을 포함한다. 예시적인 광순응 필터에 대한 투과 스펙트럼들(1470)은 0° 내지 40°의 입사각들에서 매우 합리적으로 정규화된 광순응 응답 곡선(1472)을 따른다. 게다가, 예시적인 광순응 필터는 0° 내지 60°의 입사각들에서 UV 및 IR 광 둘 모두를 차단하고, 그리고 낮은 각도 시프트를 가진다. 유리하게, 예시적인 광순응 필터는 또한 예컨대 96 시간 동안 125℃의 온도 및 100%의 상대적 습도에서 환경적으로 내구성이 있다.
[0097] 다른 실시예들에서, 센서 디바이스는 복수의 센서 엘리먼트들, 복수의 센서 엘리먼트들 위에 배치된 본 발명에 따른 복수의 광학 필터들을 포함한다. 통상적으로, 센서 엘리먼트들은 어레이로 배치된다. 다른 말로, 센서 엘리먼트들은 센서 어레이, 이를테면 포토다이오드 어레이, CCD 어레이, CMOS 어레이, 또는 임의의 다른 타입의 통상적인 센서 어레이를 형성한다. 또한 통상적으로, 광학 필터들은 어레이로 배치된다. 다른 말로, 광학 필터들은 광학 필터 어레이, 이를테면 컬러 필터 어레이(CFA)를 형성한다. 바람직하게, 센서 어레이 및 광학 필터는 대응하는 2-차원 어레이들, 즉 모자이크(mosaic)들이다. 예컨대, 어레이들은 행들 및 열들을 가지는 직사각형 어레이들일 수 있다.
[0098] 종종, 그런 실시예들에서, 광학 필터들은 실질적으로 서로 분리된다. 다른 말로, 광학 필터들의 주변부들은 보통 서로 콘택하지 않는다. 그러나, 일부 인스턴스들에서, 광학 필터들의 유전체 층들은 우연히 터치될 수 있지만, 금속 층들, 특히 테이퍼링된 에지들은 서로 분리된 채로 있는다.
[0099] 통상적으로, 복수의 광학 필터들은 서로 상이한 통과대역들을 가지는 상이한 타입들의 광학 필터들을 포함한다. 예컨대, 복수의 광학 필터들은 컬러 필터들, 이를테면 적색, 녹색, 청색, 청록색, 황색, 및/또는 자홍색 필터들, 광순응 필터들, IR-차단 필터들, UV 필터들, 또는 이들의 결합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 광학 필터들은 상이한 타입들의 컬러 필터들을 포함하여, CFA를 형성한다. 예컨대, 복수의 광학 필터들은 적색, 녹색, 및 청색 필터들, 이를테면 도 4a 내지 4c의 예시적인 적색, 녹색, 및 청색 필터들을 포함할 수 있어서, RGB 필터 어레이, 이를테면 바이어(Bayer) 필터 어레이를 형성한다. 다른 예에 대해, 복수의 광학 필터들은 청록색, 자홍색, 및 황색 필터들을 포함할 수 있어서, CMY 필터 어레이를 형성한다.
[00100] 유리하게, 상이한 타입들의 광학 필터들은 서로 상이한 수들의 금속 층들 및/또는 상이한 두께들의 금속 층들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상이한 타입들의 광학 필터들 중 적어도 2개는 서로 상이한 수의 금속 층들을 포함한다. 동일하거나 다른 실시예들에서, 상이한 타입들의 광학 필터들 중 적어도 2개는 서로 상이한 금속-층 두께들을 가진다. 예컨대, 도 4c의 예시적인 청색 필터는 도 4a 및 4b의 예시적인 적색 및 녹색 필터들과 상이한 수의 금속 층들을 가진다. 게다가, 도 4a 내지 4c의 예시적인 적색, 녹색, 및 청색 필터들 모두는 서로 상이한 금속-층 두께들을 가진다.
[00101] 도 8을 참조하여, 센서 디바이스(890)의 제 2 실시예는 복수의 센서 엘리먼트들(811) 및 복수의 센서 엘리먼트들(811)상에 배치된 복수의 광학 필터들(800 및 804)을 포함한다. 복수의 광학 필터들(800 및 804)은 제 1 통과대역을 가진 제 1 타입의 광학 필터(800), 및 제 1 통과대역과 상이한 제 2 통과대역을 가지는 제 2 타입의 광학 필터(804)를 포함한다. 예컨대, 센서 디바이스(890)는 이미지 센서일 수 있고, 복수의 센서 엘리먼트들(811)은 CCD 어레이를 형성할 수 있고, 그리고 복수의 광학 필터들(800 및 804)은 바이어 필터 어레이를 형성할 수 있고, 이중 하나의 행의 일부만이 예시된다. 제 1 타입의 광학 필터(800)는 녹색 필터, 이를테면 도 4b의 예시적인 녹색 필터일 수 있고, 그리고 제 2 타입의 광학 필터(804)는 적색 필터, 이를테면 도 4a의 예시적인 적색 필터, 또는 청색 필터, 이를테면 도 4c의 예시적인 청색 필터일 수 있다.
[00102] 지금까지 설명된 센서 디바이스의 실시예들 중 임의의 것은 더 환경적으로 내구성 있는 하나 또는 그 초과의 부가적인 광학 필터들 및 하나 또는 그 초과의 부가적인 센서 엘리먼트들과 결합될 수 있다.
[00103] 따라서, 일부 실시예들에서, 센서 디바이스는 하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들 위에 배치된 본 발명에 따른 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들에 더하여, 하나 또는 그 초과의 제 2 센서 엘리먼트들 위에 배치된 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들을 포함한다. 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들보다 더 환경적으로 내구성이 있다. 예컨대, 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들은 본 발명에 따른 은-유전체 광학 필터들일 수 있고, 여기서 금속 층들은 은 또는 은 합금으로 구성된다. 제 2 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 본 발명에 따른 알루미늄-유전체 광학 필터들일 수 있고, 여기서 금속 층들은 알루미늄으로 구성된다. 대안적으로, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 통상적인 광학 필터들, 이를테면 모두-유전체, 실리콘-유전체, 또는 수소첨가-실리콘-유전체 광학 필터들일 수 있다.
[00104] 그런 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들과 부분적으로 오버랩하여, 더 환경적으로 내구성 있는 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 덜 환경적으로 내구성 있는 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 주변부들을 보호적으로 커버한다. 유리하게, 이런 오버랩핑 레이아웃은 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들, 특히 금속 층들의 테이퍼링된 에지들에 부식 같은 환경적 품질 저하로부터의 부가적인 보호를 제공한다. 필터 측부들의 작은 경사 및 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 작은 필터 높이로 인해, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들 및 기판의 주변부들에서 경사진 측부들 상에 증착될 때 일치하고, 이는 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들에 연속적 층들을 제공한다.
[00105] 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 바람직하게 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 전체 주변부들을 따라, 금속 층들의 테이퍼링된 에지들을 포함하여, 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 주변부들에 있는 경사진 측부들 위로 연장된다. 바람직하게, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 주변부들에 있는 경사진 측부들을 완전히 커버한다. 그러나, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들을 커버하지 않거나 차단하지 않는다.
[00106] 통상적으로, 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들 및 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 서로 상이한 통과대역들을 가진다. 예컨대, 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들은 컬러 필터들, 이를테면 적색, 녹색, 청색, 청록색, 황색, 및/또는 자홍색 필터들, 광순응 필터들, IR-차단 필터들, 또는 이들의 결합일 수 있다. 특히, 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들은 은-유전체 컬러 필터들, 이를테면 도 4a 내지 4c의 예시적인 적색, 녹색, 및/또는 청색 필터들, 은-유전체 광순응 필터들, 이를테면 도 4d의 예시적인 광순응 필터, 또는 은-유전체 IR-차단 필터들일 수 있다.
[00107] 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 예컨대 UV 필터들 또는 근-IR 필터들, 또는 이들의 결합일 수 있다. 특히, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 알루미늄-유전체 UV 필터들, 이를테면 도 12의 예시적인 UVA, UVB, 및/또는 220-nm-중심 필터들, 또는 모두 유전체 UV 필터들일 수 있다. 대안적으로, 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 2014년 1월 16일에 공개된 Hendrix 등에 대한 미국 특허 출원 공개 번호 제 2014/0014838 호에 설명된 광학 필터들 같은 실리콘-유전체 또는 수소첨가-실리콘-유전체 근-IR 필터들일 수 있다.
[00108] 통상적으로, 그런 실시예들에서, 센서 디바이스는 다기능적이고 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들 및 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들의 통과대역들에 의해 주로 결정되는 상이한 기능들을 가진 상이한 타입들의 광학 센서들을 결합한다. 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들 및 하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들은 제 1 타입의 광학 센서를 형성하고, 그리고 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들 및 하나 또는 그 초과의 제 2 센서 엘리먼트들은 제 2 타입의 광학 센서를 형성한다. 예컨대, 제 1 타입의 광학 센서는 광순응 필터 또는 IR-차단 필터를 포함하는 주변광 센서, 하나 또는 그 초과의 상이한 타입들의 컬러 필터들을 포함하는 색상 센서, 또는 복수의 상이한 타입들의 컬러 필터들을 포함하는 이미지 센서일 수 있다. 제 2 타입의 광학 센서는 예컨대 UV 필터를 포함하는 UV 센서, 또는 근-IR 필터를 포함하는 근접 센서일 수 있다.
[00109] 도 15를 참조하여, 센서 디바이스(1590)의 제 3 실시예는 제 1 센서 엘리먼트(1511) 및 제 1 센서 엘리먼트(1511)상에 배치된 본 발명에 따른 제 1 광학 필터(1500)를 포함하여, 제 1 타입의 광학 센서를 형성한다. 센서 디바이스(1590)는 제 2 센서 엘리먼트(1512) 및 제 2 센서 엘리먼트(1512)상에 배치된 더 환경적으로 내구성 있는 제 2 광학 필터(1505)를 더 포함하여, 제 2 타입의 광학 센서를 형성한다.
[00110] 예컨대, 제 1 타입의 광학 센서는 주변광 센서일 수 있고, 그리고 제 1 광학 필터(1500)는 은-유전체 광순응 필터, 이를테면 도 4d의 예시적인 광순응 필터, 또는 은-유전체 IR-차단 필터일 수 있다. 제 2 타입의 광학 센서는 예컨대 UV 센서일 수 있고, 그리고 제 2 광학 필터(1505)는 알루미늄-유전체 UV 필터, 이를테면 도 12의 예시적인 UVA, UVB, 또는 220-nm-중심 필터, 또는 모두-유전체 UV 필터일 수 있다. 대안적으로, 제 2 타입의 광학 센서는 근접 센서일 수 있고, 그리고 제 2 광학 필터(1505)는 근-IR 필터, 이를테면 모두-유전체, 실리콘-유전체, 또는 수소첨가-실리콘-유전체 근-IR 필터일 수 있다. 제 1 센서 엘리먼트(1511) 및 제 2 센서 엘리먼트(1512)는 포토다이오드들일 수 있다.
[00111] 특히 도 15a를 참조하여, 제 2 광학 필터(1505)는 제 1 광학 필터(1500)의 전체 주변부를 따라 제 1 광학 필터(1500)의 경사진 측부들 위로 연장된다. 이에 의해, 제 2 광학 필터(1505)는 금속 층들의 테이퍼링된 에지들을 포함하여 제 1 광학 필터(1500)의 주변부를 보호적으로 커버한다.
[00112] 특히 도 15b 및 15c를 참조하여, 제 1 광학 필터(1500)는 제 1 센서 엘리먼트(1511)에 제공된 광을 커버하고 필터링한다. 제 2 광학 필터(1505)는 제 2 센서 엘리먼트(1512)에 제공된 광을 커버하고 필터링하고, 그리고 제 1 센서 엘리먼트(1511)를 커버하지는 않지만 둘러싼다. 도 15b에 예시된 레이아웃에서, 제 1 센서 엘리먼트(1511) 및 제 2 센서 엘리먼트(1512)는 본드 패드(bond pad)(1513)들의 행들 사이의 행에 배치된다. 도 15c에 예시된 대안적인 레이아웃에서, 제 2 센서 엘리먼트(1512)는 환형이고 제 1 센서 엘리먼트(1511)를 둘러싼다.
[00113] 도 16을 참조하여, 센서 디바이스(1690)의 제 4 실시예는 복수의 제 1 센서 엘리먼트들(1611) 및 복수의 제 1 센서 엘리먼트들(1611)상에 배치된 본 발명에 따른 복수의 제 1 광학 필터들(1600, 1604 및 1606)을 포함하여, 제 1 타입의 광학 센서를 형성한다. 센서 디바이스(1690)는 제 2 센서 엘리먼트(1612) 및 제 2 센서 엘리먼트(1612) 위에 배치된 제 2 광학 필터(1605)를 더 포함하여, 제 2 타입의 광학 센서를 형성한다.
[00114] 예컨대, 제 1 타입의 광학 센서는 이미지 센서 또는 색상 센서일 수 있고, 그리고 복수의 제 1 광학 필터들(1600, 1604 및 1606)은 상이한 타입들의 컬러 필터들, 이를테면 도 4a 내지 4c의 예시적인 은-유전체 적색, 녹색, 및 청색 필터들일 수 있다. 제 2 타입의 광학 센서는 예컨대 UV 센서일 수 있고, 그리고 제 2 광학 필터(1605)는 UV 필터, 이를테면 도 12의 예시적인 알루미늄-유전체 UVA, UVB, 또는 220-nm-중심 필터일 수 있다. 대안적으로, 제 2 타입의 광학 센서는 근접 센서일 수 있고, 그리고 제 2 광학 필터(1605)는 근-IR 필터, 이를테면 모두-유전체, 실리콘-유전체, 또는 수소첨가-실리콘-유전체 근-IR 필터일 수 있다. 복수의 제 1 센서 엘리먼트들(1611) 및 제 2 센서 엘리먼트(1612)는 포토다이오드 어레이를 형성할 수 있다.

Claims (30)

  1. 기판상에 배치된 광학 필터로서,
    하나 또는 그 초과의 유전체 층들; 및
    상기 기판상의 상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들과 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 금속 층들
    을 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 금속 층들 각각은 상기 광학 필터의 주변부에서 상기 금속 층의 전체 주변부를 따라 연장되는, 즉 상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 중 적어도 하나에 의해 상기 금속 층의 상기 전체 주변부를 따라 보호적으로 커버되는 테이퍼링(taper)된 에지를 가지는,
    광학 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들은 복수의 유전체 층들로 이루어지고, 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 금속 층들은 복수의 금속 층들로 이루어지는,
    광학 필터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 실질적으로 편평한 상단 및 경사진 측부들을 가지며, 그리고 상기 광학 필터의 상기 측부들은 수평으로부터 약 45° 미만의 각도로 경사지는,
    광학 필터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광학 필터의 상기 측부들은 수평으로부터 약 20° 미만의 각도로 경사지는,
    광학 필터.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 약 1 μm 미만의 필터 높이를 가지는,
    광학 필터.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 층들 각각은 상기 광학 필터의 중앙 부분 전체에 걸쳐 두께가 실질적으로 균일한,
    광학 필터.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 층들 각각은 은, 은 합금, 또는 알루미늄으로 구성되는,
    광학 필터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학 필터는 컬러 필터, 광순응(photopic) 필터, 적외선-차단 필터, 또는 자외선 필터인,
    광학 필터.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 층들은 상기 복수의 금속 층들의 상기 테이퍼링된 에지들을 보호적으로 커버하는 상단 유전체 층을 포함하는,
    광학 필터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상단 유전체 층은 약 40 nm보다 큰 물리적 두께를 가지는,
    광학 필터.
  11. 센서 디바이스로서,
    하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들; 및
    상기 하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들 위에 배치된 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들
    을 포함하고, 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들 각각은:
    하나 또는 그 초과의 유전체 층들; 및
    상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들과 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 금속 층들
    을 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 금속 층들 각각은 상기 광학 필터의 주변부에서 상기 금속 층의 전체 주변부를 따라 연장되는, 즉 상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 중 적어도 하나에 의해 상기 금속 층의 상기 전체 주변부를 따라 보호적으로 커버되는 테이퍼링된 에지를 가지는,
    센서 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들은 복수의 유전체 층들로 이루어지고, 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 금속 층들은 복수의 금속 층들로 이루어지는,
    센서 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들은 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들의 패시베이션(passivation) 층상에 배치되는,
    센서 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들 및 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 센서 엘리먼트들 위에 배치된 캡슐화 층을 더 포함하는,
    센서 디바이스.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 디바이스는 이미지 센서, 주변광 센서, 근접 센서, 색상 센서, 자외선 센서, 또는 이들의 결합인,
    센서 디바이스.
  16. 제 12 항에 있어서,
    하나 또는 그 초과의 제 2 센서 엘리먼트들; 및
    상기 하나 또는 그 초과의 제 2 센서 엘리먼트들 위에 배치된 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들
    을 더 포함하고,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들보다 더 환경적으로 내구성이 있고, 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 주변부들을 보호적으로 커버하기 위하여 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들과 부분적으로 오버랩하는,
    센서 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들은 실질적으로 편평한 상단들 및 경사진 측부들을 가지며, 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들의 상기 경사진 측부들 위로 연장되는,
    센서 디바이스.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 금속 층들 각각은 은 또는 은 합금으로 구성되는,
    센서 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 1 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 컬러 필터들, 광순응 필터들, 적외선-차단 필터들, 또는 이들의 결합인,
    센서 디바이스.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 모두-유전체 광학 필터들, 알루미늄-유전체 광학 필터들, 실리콘-유전체 광학 필터들, 수소첨가-실리콘-유전체 광학 필터들, 또는 이들의 결합인,
    센서 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 제 2 광학 필터들은 하나 또는 그 초과의 자외선 필터들, 근-적외선 필터들, 또는 이들의 결합인,
    센서 디바이스.
  22. 광학 필터를 제조하는 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판상에 포토레지스트 층을 적용하는 단계;
    상기 기판의 필터 구역을 언커버링(uncover)하기 위하여 상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 단계 ― 이에 의해 오버행(overhang)이 상기 필터 구역을 둘러싸게 패턴화된 포토레지스트 층에 형성됨 ―;
    하나 또는 그 초과의 유전체 층들과 교번하여 적층된 하나 또는 그 초과의 금속 층들을 포함하는 다중층 적층부를 상기 패턴화된 포토레지스트 층 및 상기 기판의 필터 구역상에 증착하는 단계;
    상기 기판의 상기 필터 구역상에 남아있는 상기 다중층 적층부의 일부가 상기 광학 필터를 형성하도록 상기 패턴화된 포토레지스트 층 및 상기 패턴화된 포토레지스트 층상의 상기 다중층 적층부의 일부를 제거하는 단계
    를 포함하고,
    상기 광학 필터의 상기 하나 또는 그 초과의 금속 층들 각각은 상기 광학 필터의 주변부에서 상기 금속 층의 전체 주변부를 따라 연장되는, 즉 상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들 중 적어도 하나에 의해 상기 금속 층의 상기 전체 주변부를 따라 보호적으로 커버되는 테이퍼링된 에지를 가지는,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 초과의 금속 층들은 복수의 금속 층들로 이루어지고, 그리고 상기 하나 또는 그 초과의 유전체 층들은 복수의 유전체 층들로 이루어지는,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 기판은 센서 엘리먼트인,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 오버행은 적어도 2 μm인,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 오버행은 적어도 4 μm인,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 층은 하단 릴리스(release) 층 및 상단 감광성 층을 포함하는,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 다중층 적층부는 상기 하단 릴리스 층 두께의 약 70% 미만의 두께로 증착되는,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 다중층 적층부는 상기 하단 릴리스 층 두께의 약 30% 미만의 두께로 증착되는,
    광학 필터를 제조하는 방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    제 2 광학 필터가 상기 제 1 광학 필터의 상기 주변부를 보호적으로 커버하기 위해 상기 제 1 광학 필터와 부분적으로 오버랩하도록 상기 기판상에 상기 제 1 광학 필터보다 더 환경적으로 내구성 있는 제 2 광학 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는,
    광학 필터를 제조하는 방법.
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