KR20200019577A - 아르곤-헬륨 기반 코팅 - Google Patents
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Abstract
스퍼터링 시스템은 기판을 포함할 수 있다. 스퍼터링 시스템은 적어도 하나의 표적을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 표적은 기판 상에 적어도 하나의 층을 코팅하기 위해 적어도 하나의 코팅 물질을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 코팅 물질은 불활성 가스의 존재하에 기판 상에 스퍼터링될 수 있다. 불활성 가스는 아르곤 가스 및 헬륨 가스를 포함할 수 있다.
Description
특정 물질로 기판을 코팅하기 위한 코팅 시스템이 이용될 수 있다. 예를 들어, 펄스 직류(DC) 마그네트론 스퍼터링 시스템은 박막층, 및/또는 후막층 등의 증착을 위해 이용될 수 있다. 한 세트의 층의 증착을 기초로 하여, 광학 소자(optical element)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막은 필터, 예를 들어, 광 간섭 필터를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우에, 광학 소자는 광의 특정 파장에서 특정 기능성을 제공하는 것과 관련이 있을 수 있다. 예를 들어, 광 간섭 필터는 근적외선(NIR) 범위의 광, 및/또는 중간-적외선(MIR) 범위의 광 등을 위해 이용될 수 있다.
일례에서, 광 송신기(optical transmitter)는 물체 쪽으로 유도되는 NIR 광을 방출시킬 수 있다. 이러한 경우에, 제스처 인식 시스템(gesture recognition system)에 대하여, 광 송신기는 NIR 광을 사용자 쪽으로 전송할 수 있으며, NIR 광은 사용자로부터 광 수신기 쪽으로 반사될 수 있다. 광 수신기는 NIR 광과 관련된 정보를 캡처할 수 있으며, 정보는 사용자에 의해 수행되는 제스처를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 사용자의 3차원 표현(three dimensional representation)을 생성하고, 3차원 표현을 기초로 하여 사용자에 의해 수행되는 제스처를 식별하기 위해 정보를 이용할 수 있다.
다른 예에서, NIR 광과 관련된 정보는 사용자의 식별, 사용자의 특징(예를 들어, 키 또는 체중), 및/또는 다른 타입의 표적(target)의 특징(예를 들어, 물체까지의 거리, 물체의 크기, 또는 물체의 형상) 등을 인식하기 위해 이용될 수 있다. 그러나, 사용자 쪽으로 NIR 광의 전송 동안 그리고/또는 사용자로부터 광 수신기 쪽으로의 반사 동안, 주변 광은 NIR 광을 방해할 수 있다. 이에 따라, 광 수신기는 NIR 광을 광 수신기 쪽으로 통과시키기 위해 광학 필터, 예를 들어, 광 간섭 필터, 및/또는 대역통과 필터(bandpass filter) 등에 광학적으로 결합될 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 스퍼터링 시스템은 기판을 포함할 수 있다. 스퍼터링 시스템은 적어도 하나의 표적을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 표적은 기판 상에 적어도 하나의 층을 코팅하기 위해 적어도 하나의 코팅 물질을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 코팅 물질은 불활성 가스의 존재하에 기판 상에 스퍼터링될 수 있다. 불활성 가스는 아르곤 가스 및 헬륨 가스를 포함할 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 코팅 시스템은 진공 챔버를 포함할 수 있다. 코팅 시스템은 진공 챔버 내에 불활성 가스를 배치시키기 위한 불활성 가스 공급원을 포함할 수 있다. 불활성 가스는 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 포함할 수 있다. 코팅 시스템은 불활성 가스 공급원을 이용하여 기판 상에 코팅 물질을 스퍼터링하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에 따르면, 방법은 스퍼터링 시스템에 의해, 스퍼터링 시스템의 챔버 내에 스퍼터링 가스를 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 스퍼터링 가스는 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물일 수 있다. 본 방법은 스퍼터링 시스템의 챔버 내에 스퍼터링 가스를 주입하는 것을 기초로 하여, 스퍼터링 시스템에 의해, 스퍼터링 시스템의 챔버에 배치된, 기판 상에 적어도 하나의 코팅 물질을 스퍼터링시키는 단계를 포함할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예의 개요의 다이어그램이다.
도 2는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자의 특징의 일례의 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자의 일례의 다이어그램이다.
도 4는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자를 포함하는 광학 시스템의 다이어그램이다.
도 2는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자의 특징의 일례의 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자의 일례의 다이어그램이다.
도 4는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자를 포함하는 광학 시스템의 다이어그램이다.
예시적 구현예의 하기 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조한다. 상이한 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 식별할 수 있다.
광 수신기는 광원(optical source), 예를 들어, 광 송신기로부터의 광을 수신할 수 있다. 예를 들어, 광 수신기는 광 송신기로부터 및 사용자 또는 다른 물체와 같은, 표적으로부터 반사된, 근적외선(NIR) 광 또는 중간 적외선(MIR) 광을 수신할 수 있다. 이러한 경우에, 광 수신기는 NIR 광뿐만 아니라 주변 광, 예를 들어, 가시 스펙트럼 광을 수신할 수 있다. 주변 광은 광 송신기와는 구별되는 하나 이상의 광원으로부터의 광, 예를 들어, 태양광, 및/또는 백열 전구로부터의 광 등을 포함할 수 있다. 주변 광은 NIR 광과 관련된 측정의 정확성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 제스처 인식 시스템에서, 주변 광은 NIR 광을 기초로 한 표적의 3차원 이미지 생성의 정확성을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 광 수신기는 주변 광을 필터링하고 NIR 광을 광 수신기 쪽으로 통과시키기 위해, 광학 소자(예를 들어, 광학 필터), 예를 들어, 광 간섭 필터, 및/또는 대역통과 필터 등에 광학적으로 결합될 수 있다. 유사하게, 광 송신기는 감지 시스템, 측정 시스템, 및/또는 통신 시스템 등에서와 같이, 특정 타입의 광(예를 들어, NIR 광)이 표적 쪽으로 유도될 수 있게 하기 위해 광학 소자에 광학적으로 결합될 수 있다.
광학 소자는 박막 기술(thin film technology), 및/또는 후막 기술(thick film technology) 등을 이용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 펄스 직류 마그네트론 스퍼터링 시스템은 기판 상에 입자를 스퍼터링하여 하나 이상의 박막층(때때로, 박막으로 지칭됨)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 스퍼터링 시스템은 불활성 가스, 예를 들어, 아르곤 가스로 충전된 스퍼터링 챔버에서 입자(예를 들어, 규소 입자, 이산화규소 입자, 게르마늄 입자, 및/또는 규소-게르마늄 입자 등)를 스퍼터링할 수 있다.
그러나, 예를 들어, 아르곤 가스 환경에서 입자를 스퍼터링하는 것은 아르곤 이온이 임계치를 초과하는 운동량으로 박막 내에 삽입될 수 있게 한다. 결과적으로, 고유 응력(예를 들어, 압축 고유 응력)의 임계치 양은 박막에서, 및 박막을 포함하는 광학 소자에서 형성될 수 있다. 고유 응력의 임계치 양과 관련된 광학 소자는 휨(warping) 또는 곡률(curvature)의 임계치 양으로 처리될 수 있으며, 이는 광학 소자를 포함하는 광학 시스템의 광학 성능을 감소시킬 수 있다. 또한, 고유 응력의 임계치 양은 웨이퍼 후처리(예를 들어, 다이싱(dicing))에서 어려움을 초래할 수 있으며, 이는 광학 소자의 제작 능력을 감소시킬 수 있다. 고유 응력-유도 휨, 및/또는 곡률 등을 감소시키기 위해, 광학 소자는 임계치 두께로 제작될 수 있으며, 이는 추가적인 층 및/또는 더 두꺼운 층을 증착시킴으로써 달성될 수 있다. 추가적인 층 및/또는 더 두꺼운 층은 과도한 패키지 크기, 비용, 제작 복잡성, 및/또는 제작을 완료하기 위한 시간 등을 야기시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 일부 구현예는 광학 소자에서 고유 응력을 감소시키기 위해 아르곤-헬륨 기반 코팅을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스퍼터 증착 시스템은 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 포함하는 환경을 이용하여, 박막 내에 삽입되는 아르곤 이온의 양을 감소시킬 수 있다. 이러한 방식으로, NIR 파장 또는 MIR 파장을 위한 광 간섭 필터 코팅과 같은 광학 소자에서 고유 응력의 양은 감소되어, 광학 소자의 휨 및/또는 곡률을 감소시킬 수 있다. 또한, 고유 응력의 감소를 기초로 하여, 광학 소자의 두께는 광학 소자의 불량한 내구성을 야기시키지 않으면서 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 스퍼터 증착을 위한 불활성 가스 환경으로서 아르곤 가스 및 헬륨 가스의 사용은 아르곤 가스 환경(헬륨 가스 없음)을 이용하는 것에 비해 패키지 크기를 감소시키고/시키거나, 비용을 감소시키고/시키거나, 복잡성을 감소시키고/시키거나, 제작능력 등을 개선시킨다.
도 1a 내지 도 1d는 본 명세서에 기술된 스퍼터 증착 시스템의 일례(100)의 다이어그램이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 예(100)는 진공 챔버(110), 기판(120), 캐소드(130), 표적(131), 캐소드 전원공급원(140), 애노드(150), 플라즈마 활성화 소스(PAS)(160), 및 PAS 전원공급원(170)을 포함한다. 표적(131)은 코팅 물질 공급원, 예를 들어, 규소 물질 공급원, 이산화규소 물질 공급원, 게르마늄 물질 공급원, 규소-게르마늄 (SiGe) 물질 공급원, 및/또는 수소화된 게르마늄 물질 공급원 등을 포함할 수 있다. PAS 전원공급원(170)은 PAS(160)에 전력을 공급하기 위해 이용될 수 있고, 무선 주파수(RF) 전원공급원을 포함할 수 있다. 캐소드 전원공급원(140)은 캐소드(130)에 전력을 공급하기 위해 이용될 수 있고, 펄스 직류(DC) 전원공급원을 포함할 수 있다.
도 1a와 관련하여, 표적(131)은 기판(120) 상에 층으로서 수소화된 규소-게르마늄 물질과 같은 코팅 물질을 증착시키기 위해, 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물과 같은 불활성 가스뿐만 아니라 수소(H2)(예를 들어, 표적(131)의 코팅 물질을 수소화하기 위함)의 존재하에 스퍼터링된다. 이러한 방식으로, 광학 필터, 예를 들어, NIR 범위(예를 들어, 대략 700 나노미터(㎚) 내지 2500㎚), 및/또는 MIR 범위(예를 들어, 대략 2500㎚ 내지 8000㎚) 등의 통과대역과 관련되고 임계치 각도 이동 미만(예를 들어, 3차원 감지 및/또는 다른 필터 기능성을 위함)과 관련된 광 간섭 필터가 제작될 수 있다.
본 명세서에 기술된 일부 구현예가 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물인 스퍼터링 가스와 관련하여 기술되지만, 다른 혼합물, 예를 들어, 아르곤 가스와 다른 가스의 혼합물, 헬륨 가스와 다른 가스의 혼합물, 또는 다른 가스들의 세트의 혼합물이 가능할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 일부 구현예가 2개의 가스들의 혼합물과 관련하여 기술되지만, 본 명세서에 기술된 일부 구현예는 스퍼터 증착을 위한 불활성 가스 환경으로서 3개 이상의 가스를 사용할 수 있다. 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 사용하는 것을 기초로 하여, 스퍼터 증착 동안 기판(120) 내에 삽입되는 아르곤 이온의 양은 불활성 가스로서 아르곤 가스(헬륨 가스를 가지지 않음)를 사용하는 것에 비해 감소될 수 있다. 불활성 가스와 관련된 추가적인 세부사항은 본 명세서에 도 2와 관련하여 기술된다.
일부 구현예에서, 진공 챔버(110)는 제1 스퍼터 증착 절차를 위해 제1 불활성 가스로, 및 제2 스퍼터 증착 절차를 위해 제2 불활성 가스로 충전될 수 있다. 예를 들어, 광학 소자를 위한 임계치 미만의 두께와 관련된 제1 코팅(예를 들어, 기판(120)의 제1 측면 상의 하나 이상의 층)을 증착시키기 위해, 진공 챔버(110)는 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물로 충전될 수 있으며, 광학 소자를 위한 임계치 이상의 두께와 관련된 제2 코팅(예를 들어, 기판(120)의 제2 측면 상의 하나 이상의 층)을 증착시키기 위해, 진공 챔버(110)는 아르곤 가스로(헬륨 가스 없이) 충전될 수 있다. 이러한 방식으로, 스퍼터 증착 시스템은 웨이퍼의 양면 상에 증착된 코팅 물질을 포함하는 웨이퍼의 응력 균형을 맞추어서, 보다 큰 양의 압축 고유 응력을 갖는 웨이퍼에 비해 웨이퍼 조작을 개선시키고/시키거나, 코팅후 가공(예를 들어, 웨이퍼의 다이싱)에 대한 수율을 개선시키고/시키거나, 전송된 파면 오차(wavefront error) 등을 감소시킬 수 있다.
불활성 가스(예를 들어, 아르곤 가스 및 헬륨 가스)는 불활성 가스 공급원, 예를 들어, 애노드(150) 및/또는 PAS(160)로부터 챔버 내로 주입될 수 있다. 수소는 수소를 활성화시키는 역할을 하는, PAS(160)를 통해 진공 챔버(110) 내에 도입된다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 캐소드(130)는 수소 활성화를 야기시킬 수 있다(예를 들어, 이러한 경우에, 수소는 진공 챔버(110)의 다른 부분으로부터 도입될 수 있다). 추가적으로, 또는 대안적으로, 애노드(150)는 수소 활성화를 야기시킬 수 있다(예를 들어, 이러한 경우에, 수소는 애노드(150)에 의해 진공 챔버(110) 내에 도입될 수 있다). 일부 구현예에서, 수소는 수소 가스, 및/또는 수소 가스와 희가스(예를 들어, 아르곤 가스 및/또는 헬륨 가스)의 혼합물 등의 형태를 가질 수 있다. PAS(160)는 캐소드(130)의 임계치 부근 내에 위치되어, PAS(160)로부터의 플라즈마 및 캐소드(130)로부터의 플라즈마를 중첩시킬 수 있다. PAS(160)의 사용은 박막층(예를 들어, 수소화된 규소층)을 비교적 높은 증착률로 증착할 수 있게 한다. 일부 구현예에서, 박막층은 대략 0.05㎚/s 내지 대략 2.0㎚/s의 증착률로, 대략 0.5㎚/s 내지 대략 1.2㎚/s의 증착률로, 및/또는 대략 0.8㎚/s의 증착률 등으로 증착된다.
스퍼터링 절차가 본 명세서에서 수소화된 층과 관련하여 기술되지만(예를 들어, 수소화된 규소층, 및/또는 수소화된 게르마늄층 등을 증착시키기 위해 수소 가스를 주입함), 스퍼터링 절차는 층을 수소화하기 위해 수소 가스를 주입하지 않으면서 불활성 가스로서 아르곤 및 헬륨을 사용할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 스퍼터링 절차가 본 명세서에서, 특정 기하학적 구조 및 특정 구현예와 관련하여 기술되지만, 다른 기하학적 구조 및 다른 구현예가 가능하다. 예를 들어, 수소는 다른 방향으로부터, 그리고/또는 캐소드(130)에 대한 임계치 부근에서 가스 매니폴드 등으로부터 주입될 수 있다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 유사한 스퍼터 증착 시스템은 진공 챔버(110), 기판(120), 제1 캐소드(180), 제2 캐소드(190), 규소 표적(181), 게르마늄 표적(191), 캐소드 전원공급원(140), 애노드(150), 플라즈마 활성화 소스 (PAS)(160), 및 PAS 전원공급원(170)을 포함한다. 이러한 경우에, 규소 표적(181)은 규소 표적이며, 게르마늄 표적(191)은 게르마늄 표적이다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 규소 표적(181)은 기판(120)에 대해 대략 0도로 배향되며(예를 들어, 기판(120)에 대해 대략 평행함), 게르마늄 표적(191)은 기판(120)에 대해 대략 120도로 배향된다. 이러한 경우에, 규소 및 게르마늄은 기판(120) 상에, 각각 규소 표적(181) 및 게르마늄 표적(191)으로부터, 각각 캐소드(180) 및 캐소드(190)에 의해 스퍼터링된다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 유사한 스퍼터 증착 시스템에서, 규소 표적(181) 및 게르마늄 표적(191) 각각은 기판(120)에 대해 대략 60도로 배향되며, 규소 및 게르마늄은 기판(120) 상에, 각각 규소 표적(181) 및 게르마늄 표적(191)으로부터, 각각 캐소드(180) 및 캐소드(190)에 의해 스퍼터링된다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 유사한 스퍼터 증착 시스템에서, 규소 표적(181)은 기판(120)에 대해 대략 120도로 배향되며, 게르마늄 표적(191)은 기판(120)에 대해 대략 0도로 배향된다. 이러한 경우에, 규소 및 게르마늄은 기판(120) 상에, 각각 규소 표적(181) 및 게르마늄 표적(191)으로부터, 각각 캐소드(180) 및 캐소드(190)에 의해 스퍼터링된다.
도 1a 내지 도 1d와 관련하여, 불활성 가스로서 아르곤 가스 및 헬륨 가스를 사용하는 스퍼터 증착 시스템에서의 구성성분들의 각 구성은 헬륨 가스가 불활성 가스의 일부로서 사용되지 않는 유사한 스퍼터 증착 시스템에 비해 아르곤 이온의 삽입이 감소된 규소 및 게르마늄의 상이한 상대 농도를 야기시킬 수 있다.
상기에서 명시된 바와 같이, 도 1a 내지 도 1d는 단지 일례로서 제공된다. 다른 예들이 가능하고, 도 1a 내지 도 1d와 관련하여 기술된 것과는 상이할 수 있다.
도 2는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예와 관련된 광학 소자의 특징의 일례의 다이어그램이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스퍼터 증착 시스템의 한 세트의 구성(202-212)을 이용하여 제작된 광학 소자의 특징이 제공된다. 구성(202)은 분당 0의 표준 입방 센티미터(SCCM)의 헬륨, 440 SCCM의 아르곤, 및 70 SCCM의 수소의 유량을 이용하는 베이스라인 경우(baseline case)를 나타낸다. 다시 말해서, 구성(202)은 스퍼터 증착을 위한 환경에서 헬륨을 포함하지 않는 스퍼터 증착 시스템을 이용하여 제작된 광학 소자를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 구성(202)은 분당 0.5179 나노미터(㎚/분)의 코팅률, -1067 메가파스칼(㎫)의 베이킹 전(즉, 어닐링전) 고유 응력(예를 들어, 280℃까지 광학 소자의 가열 전에 기계적 고유 응력의 양), 및 -708㎫의 베이킹 후(즉, 어닐링후) 고유 응력(예를 들어, 280℃까지 광학 소자의 가열 후 기계적 고유 응력의 양)을 갖는 광학 소자를 야기시킨다. 이러한 경우에, 광학 소자의 가열은 기계적 고유 응력의 34% 감소를 야기시킨다.
일부 구현예에서, 스퍼터 증착 시스템은 대략 200 SCCM 내지 500 SCCM, 및/또는 대략 240 SCCM 내지 440 SCCM 등의 아르곤 가스에 대한 유량, 및 대략 9% 내지 대략 60%, 및/또는 대략 8% 내지 20% 등의 헬륨 가스 기여와 관련될 수 있다. 일부 구현예에서, 스퍼터 증착 시스템은 대략 50 SCCM 내지 300 SCCM, 및/또는 대략 100 SCCM 내지 250 SCCM 등의 헬륨 가스에 대한 유량과 관련될 수 있다. 일부 구현예에서, 스퍼터 증착 시스템은 대략 0 SCCM 내지 100 SCCM, 및/또는 대략 70 SCCM 등의 수소 가스의 유량, 및 대략 8% 내지 대략 60%의 수소 가스의 농도와 관련될 수 있다. 일부 구현예에서, 스퍼터 증착 시스템은 대략 1:1 내지 대략 1:3의 아르곤 가스 대 헬륨 가스의 비와 관련될 수 있다.
도 2에서 추가로 도시된 바와 같이, 구성(204-212)에 대하여, 상이한 농도의 헬륨 및 아르곤은 상응하는 광학 소자를 제작하기 위한 불활성 가스 환경으로서 사용된다. 구성(202)의 베이스라인 경우와 비교하면, 100 SCCM(예를 들어, 구성(206)에서) 내지 250 SCCM(예를 들어, 구성(212)에서) 범위의 헬륨의 농도 및 240 SCCM(예를 들어, 구성(204)에서) 내지 440 SCCM(예를 들어, 구성(206-212)에서) 범위의 아르곤의 농도의 사용은 베이스라인 경우에 비해 10%(예를 들어, 구성(206)에서) 내지 30%(예를 들어, 구성(204)에서)의 고유 응력의 감소를 야기시킨다. 다시 말해서, 스퍼터 증착을 위한 불활성 가스 환경으로서 헬륨 가스와 아르곤 가스의 혼합물의 사용은 불활성 가스 환경으로서 단지 아르곤 가스의 사용에 비해 감소된 베이킹 전 고유 응력 및 감소된 베이킹 후 고유 응력을 갖는 수소화된 규소 광학 소자를 야기시킨다.
본 명세서에 기술된 일부 구현예가 아르곤 가스 및 헬륨 가스의 특정 농도와 관련하여 및 수소화된 규소 스퍼터링과 관련하여 기술되지만, 다른 구성, 예를 들어, 다른 농도, 및/또는 다른 스퍼터링 물질 등이 가능하다.
상기에 명시된 바와 같이, 도 2는 단지 일례로서 제공된다. 다른 예들이 가능하고, 도 2와 관련하여 기술된 것과 상이할 수 있다.
도 3은 일례의 광학 필터(300)의 다이어그램이다. 도 3은 본 명세서에 기술된 스퍼터 증착 시스템을 이용하여 제작된 광학 필터의 일례의 스택업(stackup)을 도시한 것이다. 도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 광학 필터(300)는 광학 필터 코팅 부분(310) 및 기판(320)을 포함한다.
광학 필터 코팅 부분(310)은 한 세트의 광학 필터층을 포함한다. 예를 들어, 광학 필터 코팅 부분(310)은 제1 세트의 층(330-1 내지 330-N+1(N ≥ 1)) 및 제2 세트의 층(340-1 내지 340-N)을 포함한다. 다른 예에서, 광학 필터 코팅 부분(310)은 단일 타입의 층(예를 들어, 하나 이상의 층(330)), 및/또는 3가지 타입 이상의 층(예를 들어, 하나 이상의 층(330), 하나 이상의 층(340), 및 하나 이상의 다른 타입의 층들 중 하나 이상) 등일 수 있다. 일부 구현예에서, 층(330)은 한 세트의 고굴절률 물질층(H층), 예를 들어, 규소-게르마늄(SiGe), 및/또는 수소화된 규소-게르마늄층 등을 포함할 수 있다. 일부 층이 특정 물질, 예를 들어, SiGe로서 기술될 수 있지만, 일부 층은 (소량의) 인, 붕소, 및/또는 질화물 등을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 층(340)은 한 세트의 저굴절률 물질층(L층), 예를 들어, 이산화규소층 등을 포함할 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, L층은 질화규소층, Ta2O5층, Nb2O5층, TiO2층, Al2O3층, ZrO2층, Y2O3층, Si3N4층, 및/또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 광학 필터 코팅 부분(310)은 특정 양의 층(m)과 관련될 수 있다. 예를 들어, 수소화된 규소-게르마늄 기반 광학 필터는 소정 양의 교호층(alternating layer), 예를 들어, 2개 층 내지 200개 층의 범위를 포함할 수 있다. 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 갖는 불활성 가스 환경을 이용하는 것을 기초로 하여, 고유 응력은 아르곤 가스 환경(헬륨 부재)에 비해 감소되어, 층의 특정 양을 200 미만, 100 미만, 50 미만, 20 미만, 10 미만, 및/또는 5 미만 등과 같은 임계치 양 미만일 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 본 명세서에 기술된 일부 구현예는 임계치 두께 미만을 가지고 내구성, 휨, 및/또는 곡률 등에 대한 부작용을 가지지 않는 광학 필터를 임계치 두께 미만을 형성시킬 수 있게 한다.
일부 구현예에서, 광학 필터 코팅 부분 층(310) 각각은 특정 두께와 관련될 수 있다. 예를 들어, 층(330 및 340)은 각각 1㎚ 내지 1500㎚, 및/또는 10㎚ 내지 500㎚ 등의 두께와 관련될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 광학 필터 코팅 부분(310)은 0.1㎛ 내지 100㎛, 및/또는 0.25㎛ 내지 10㎛ 등의 두께와 관련될 수 있다. 일부 예에서, 층(330 및 340) 중 적어도 하나는 각각 1000㎚ 미만, 100㎚ 미만, 또는 5㎚ 미만 등의 두께와 관련될 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 광학 필터 코팅 부분(310)은 100㎛ 미만, 50㎛ 미만, 및/또는 10㎛ 미만 등의 두께와 관련될 수 있다.
일부 구현예에서, 특정 규소-게르마늄 기반 물질은 층(330)을 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 층(330)은 특정 타입의 규소-게르마늄, 예를 들어, SiGe-50, SiGe-40, 및/또는 SiGe-60 등을 포함하기 위해 선택되고/되거나 제작될 수 있다(아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 사용한 스퍼터링 절차를 통함). 일부 구현예에서, 층(330)은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 아르곤/헬륨 불활성 가스 환경에서 스퍼터 증착 절차의 결과로서, 미량의 다른 물질, 예를 들어, 아르곤 및/또는 헬륨을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 다른 물질은 층(340)을 위해 선택될 수 있다. 예를 들어, 층(340)은 한 세트의 규소층, 한 세트의 게르마늄층, 한 세트의 이산화규소(SiO2)층, 한 세트의 산화알루미늄(Al2O3) 층, 한 세트의 이산화티탄(TiO2)층, 한 세트의 오산화니오븀(Nb2O5)층, 한 세트의 오산화탄탈(Ta2O5)층, 한 세트의 불화마그네슘(MgF2)층, 한 세트의 질화규소(S3N4)층, 산화지르코늄(ZrOz2), 및/또는 산화이트륨(Y2O3)등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 필터 코팅 부분(310)은 규소/이산화규소 코팅, 게르마늄/이산화규소 코팅, 및/또는 규소-게르마늄/이산화규소 코팅 등일 수 있다.
일부 구현예에서, 광학 필터 코팅 부분(310)은 스퍼터링 절차를 이용하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터 코팅 부분(310)은 본 명세서에 기술된 바와 같이, 유리 기판 또는 다른 타입의 기판 상에 교호층(330 및 340)을 스퍼터링하기 위해 펄스-마그네트론 기반 스퍼터링 절차를 이용하여 제작될 수 있다. 일부 구현예에서, 다수의 캐소드는 본 명세서에 기술된 바와 같이, 스퍼터링 절차를 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어, 제1 캐소드는 규소를 스퍼터링하기 위해 사용될 수 있으며, 제2 캐소드는 게르마늄을 스퍼터링하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 광학 필터 코팅 부분(310)은 하나 이상의 어닐링 절차, 예를 들어, 대략 280℃ 또는 대략 200℃ 내지 대략 400℃의 온도에서의 제1 어닐링 절차, 및/또는 대략 320℃ 또는 대략 250℃ 내지 대략 350℃의 온도에서의 제2 어닐링 절차 등을 이용하여 어닐링될 수 있다.
상기에서 명시된 바와 같이, 도 3은 단지 일례로서 제공된다. 다른 예가 가능하고, 도 3과 관련하여 기술된 것과 상이할 수 있다.
도 4는 본 명세서에 기술된 예시적 구현예(400)의 다이어그램이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 예시적 구현예(400)는 센서 시스템(410)을 포함한다. 센서 시스템(410)은 광학 시스템의 일부분일 수 있고, 센서 측정에 해당하는 전기적 출력을 제공할 수 있다. 센서 시스템(410)은 광학 필터 구조물(420)을 포함하며, 이는 광학 필터(430), 및 광 센서(440)를 포함한다. 예를 들어, 광학 필터 구조물(420)은 광 간섭 기능성을 수행하는 광학 필터(430) 또는 다른 타입의 광학 필터, 예를 들어, 편광 빔 분할 기능성, 및/또는 역 편광 빔 분할 기능성 등을 수행하는 광학 필터를 포함할 수 있다. 센서 시스템(410)은 광 신호를 표적(460)(예를 들어, 사람, 물체 등) 쪽으로 전송하는 광 송신기(450)를 포함한다.
본 명세서에 기술된 구현예가 센서 시스템에서 광학 필터와 관련하여 기술될 수 있지만, 본 명세서에 기술된 구현예는 다른 타입의 시스템에서 사용될 수 있고/거나, 센서 시스템에 대해 외부에서 사용될 수 있고/거나 기타 등등에서 사용될 수 있다.
도 4에서 참조 번호(470)으로 추가로 도시된 바와 같이, 입력 광 신호는 광학 필터 구조물(420) 쪽으로 유도된다. 입력 광 신호는 광 송신기(450)에 의해 방출되는 NIR 광, 및/또는 MIR 광 등, 및 센서 시스템(410)이 사용되는 환경으로부터의 주변 광을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(430)가 대역통과 필터일 때, 광 송신기(450)는 제스처 인식 시스템(예를 들어, 표적(460)에 의해 수행되는 제스처의)을 위해 NIR 광을 사용자 쪽으로 유도할 수 있으며, NIR 광은 광 센서(440)가 NIR 광의 측정을 수행할 수 있게 하기 위해 표적(460)(예를 들어, 사용자)으로부터 광 센서(440) 쪽으로 반사될 수 있다. 이러한 경우에, 주변 광은 하나 이상의 주변 광원(예를 들어, 백열 전구 또는 태양광)으로부터 광 센서(440) 쪽으로 유도될 수 있다.
다른 예에서, 다수의 광빔은 표적(460) 쪽으로 유도될 수 있으며, 서브세트의 다수의 광빔은 광학 필터 구조물(420) 쪽으로 반사될 수 있으며, 이는 도시된 바와 같이, 광 센서(440)에 대해 경사각(tilt angle)으로 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 다른 경사각이 사용될 수 있다(대역통과 필터에 대해 0도 경사각). 일부 구현예에서, 광학 필터 구조물(420)은 광 센서(440)로부터 소정 거리 배치되기보다, 광 센서(440) 상에 직접적으로 배치되고/되거나 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터 구조물(420)은 예를 들어, 포토리소그래피, 및/또는 스퍼터 증착 기술(예를 들어, 스퍼터 증착을 위한 불활성 가스 혼합물로서 아르곤 가스 및 헬륨 가스를 사용함) 등을 이용하여 광 센서(440) 상에 코팅되고 패턴화될 수 있다. 다른 예에서, 광 송신기(450)는 예를 들어, 차량에 근접한 물체를 검출하고/하거나, 맹인에 근접한 물체를 검출하고/하거나, 물체에 대한 근접성(예를 들어, LIDAR 기술을 이용함) 등을 검출하기 위해, 다른 타입의 표적(460) 쪽으로 NIR 광을 유도할 수 있으며, NIR 광 및 주변 광은 결과적으로 광 센서(440) 쪽으로 유도될 수 있다.
도 4에서 참조 번호(480)로 추가로 표시된 바와 같이, 광 신호의 일부는 광학 필터(430) 및 광학 필터 구조물(420)에 의해 진행된다. 예를 들어, 교호 규소-게르마늄층(alternating silicon-germanium layer)(예를 들어, 고굴절률 물질(high index material)) 및 다른 타입의 물질층(예를 들어, 저굴절률 물질, 예를 들어, 광학 필터(430)의 이산화규소(SiO2))은 광의 제1 편광을 제1 방향으로 반사시킬 수 있다. 이러한 경우에, 스퍼터링을 위한 불활성 가스 환경으로서 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물과 함께 스퍼터 증착 기술을 이용하는 것을 기초로 하여, 광학 필터(430)에서 고유 응력의 양은 다른 기술에 비해 감소되어, 광학 필터(430)에 대한 두께를 감소시키고/시키거나, 센서 시스템(410)에 대한 크기 등을 감소시킬 수 있게 한다.
도 4에서 참조 번호(490)로 추가로 도시된 바와 같이, 광 센서(440)로 진행되는 광 신호의 일부분을 기초로 하여, 광 센서(440)는 센서 시스템(410)을 위해, 예를 들어, 사용자의 제스처를 인식하거나 물체의 존재를 검출하는 데 사용하기 위해 출력 전기 신호를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 필터(430) 및 광 센서(440)의 다른 배열이 이용될 수 있다. 예를 들어, 입력 광 신호와 동일 선상으로 광 신호의 제2 부분을 진행시키기보다는, 광학 필터(430)는 광 신호의 제2 부분을 상이하게 위치된 광 센서(440) 쪽으로 다른 방향으로 유도할 수 있다. 다른 예에서, 광 센서(440)는 아발란체 광다이오드(avalanche photodiode), 규소 기반 검출기, 인듐-갈륨-비소화물(InGaAs) 검출기, 및/또는 적외선 검출기 등일 수 있다.
상기에 명시된 바와 같이, 도 4는 단지 일례로서 제공된다. 다른 예들이 가능하고, 도 4와 관련하여 기술된 것과는 상이할 수 있다.
이러한 방식으로, 광학 소자, 광학 필터, 광학 시스템, 및/또는 센서 시스템 등은 스퍼터 증착 절차를 이용하여 제작될 수 있다. 스퍼터링을 위한 불활성 가스 환경으로서 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 사용하는 것을 기초로 하여, 광학 필터의 스퍼터링된 층 내에 임베딩된 아르곤 이온의 양은 감소되어, 아르곤 가스 환경(헬륨 가스 부재)을 이용하는 것에 비해 스퍼터링된 층에서 고유 응력의 양을 감소시킬 수 있다. 이러한 경우에, 스퍼링된 층에서 고유 응력의 양의 감소를 기초로 하여, 스퍼터링된 층, 광학 시스템, 및/또는 센서 시스템 등의 두께는 과도한 곡률, 및/또는 휨 등 없이 (증가된 양의 고유 응력을 갖는 스퍼터링된 층에 비해) 감소될 수 있다.
상기 개시내용은 예시 및 설명을 제공하지만, 구현예를 개시된 정밀한 형태로 완전하거나 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 개질 및 변형은 상기 개시내용을 고려하여 가능하거나 구현예의 실행으로부터 획득될 수 있다.
일부 구현예는 본 명세서에서 임계치와 관련하여 기술된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 임계치를 만족시키는 것은 임계 값보다 큰, 임계치 초과, 임계치보다 큰, 임계치 이상, 임계치 미만, 임계치보다 적은, 임계치보다 낮은, 임계치 이하, 임계치 등인 값을 지칭할 수 있다.
비록 특징들의 특정 조합이 청구항에서 인용되고/되거나 명세서에 개시되어 있지만, 이러한 조합은 가능한 구현예의 개시내용을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실제로, 다수의 이러한 특징들은 상세히 청구항에서 인용되고/되거나 명세서에 개시되지 않는 방식으로 조합될 수 있다. 하기에 나열되는 각 종속항들이 단지 하나의 청구항에 직접적으로 의존할 수 있지만, 가능한 구현예의 개시내용은 청구항 세트에서 모든 다른 청구항과 조합된 각 종속항을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 구성요소, 행위(act), 또는 지시(instruction)는 이와 같이 명시적으로 기술되지 않는 한 중요하거나 필수적인 것으로서 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수 용어는 하나 이상의 항목들을 포함하는 것으로 의도되고, "하나 이상"과 상호 교환하여 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "세트(set)"는 하나 이상의 항목(예를 들어, 관련된 항목, 관련되지 않은 항목, 관련된 항목들의 조합, 및 관련되지 않은 항목들의 조합 등)을 포함하는 것으로 의도되고, "하나 이상"과 상호 교환하여 사용될 수 있다. 단지 하나의 항목이 의도되는 경우에, 용어 "하나" 또는 유사한 언어가 사용된다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "갖는다" 및/또는 "갖는" 등은 개방-종결 용어인 것으로 의도된다. 또한, 어구 "...를 기초로 한"은 달리 명시적으로 기술하지 않는 한, "...를 적어도 일부 기초로 한"을 의미하는 것으로 의도된다.
Claims (20)
- 스퍼터링 시스템(sputtering system)으로서,
기판; 및
적어도 하나의 표적을 포함하되,
상기 적어도 하나의 표적은 상기 기판 상에 적어도 하나의 층을 코팅하기 위해 적어도 하나의 코팅 물질을 포함하고,
상기 적어도 하나의 코팅 물질은 불활성 가스의 존재하에 상기 기판 상에 스퍼터링되며,
상기 불활성 가스는 아르곤 가스 및 헬륨 가스를 포함하는, 스퍼터링 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 대략 1:1 내지 대략 1:3의 아르곤 가스 대 헬륨 가스 비와 관련된, 스퍼터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 불활성 가스는 15% 내지 55%의 헬륨 가스와 관련된, 스퍼터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 코팅 물질은 상기 적어도 하나의 코팅 물질을 수소화하기 위해 수소 가스의 존재하에 상기 기판 상에 스퍼터링되는, 스퍼터링 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 수소 가스는 대략 8% 내지 대략 20% 농도와 관련된, 스퍼터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 층은 제1 타입의 물질의 제1 세트의 층들 및 제2 타입의 물질의 제2 세트의 층들을 포함하는, 스퍼터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링 시스템은 펄스 직류 마그네트론 스퍼터링 시스템(pulsed direct current magnetron sputtering system)인, 스퍼터링 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 층의 어닐링 후 고유 응력(intrinsic stress) 수준이 임계치 미만인, 스퍼터링 시스템.
- 코팅 시스템(coating system)으로서,
진공 챔버; 및
상기 진공 챔버 내에 불활성 가스를 배치시키기 위한 불활성 가스 공급원을 포함하되,
상기 불활성 가스는 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물을 포함하고,
상기 코팅 시스템은 상기 불활성 가스 공급원을 이용하여 기판 상에 코팅 물질을 스퍼터링하도록 구성된, 코팅 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 불활성 가스 공급원은 플라즈마 활성화 소스 또는 애노드(anode) 중 적어도 하나인, 코팅 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 코팅 물질을 제공하기 위한 코팅 물질 공급원을 더 포함하는, 코팅 시스템. - 제11항에 있어서, 상기 코팅 물질 공급원은 캐소드(cathode) 상에 배치된 표적인, 코팅 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 코팅 물질을 스퍼터링하기 위해 상기 불활성 가스를 상기 진공 챔버 내에 배치시키기 위한 적어도 하나의 전원 공급원(power supply)을 더 포함하는, 코팅 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 코팅 물질은,
규소 물질,
이산화규소 물질,
규소-게르마늄 물질, 또는
게르마늄 물질
중 적어도 하나를 포함하는, 코팅 시스템. - 제9항에 있어서, 상기 코팅 시스템은 광학 필터를 형성하기 위해 상기 기판 상에 상기 코팅 물질을 스퍼터링하도록 구성된, 코팅 시스템.
- 제15항에 있어서, 상기 광학 필터는 대략 700 나노미터(㎚) 내지 2500㎚, 또는 대략 2500㎚ 내지 8000㎚의 통과대역(passband)과 관련된, 코팅 시스템.
- 방법으로서,
스퍼터링 시스템에 의해, 상기 스퍼터링 시스템의 챔버 내에 스퍼터링 가스를 주입하는 단계로서,
상기 스퍼터링 가스는 아르곤 가스와 헬륨 가스의 혼합물인, 상기 스퍼터링 가스를 주입하는 단계; 및
상기 스퍼터링 시스템의 상기 챔버 내에 상기 스퍼터링 가스를 주입하는 것을 기초로 하여, 상기 스퍼터링 시스템에 의해, 상기 스퍼터링 시스템의 상기 챔버에 배치된 기판 상에 적어도 하나의 코팅 물질을 스퍼터링하는 단계를 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 적어도 하나의 코팅 물질을 스퍼터링하는 단계는,
상기 스퍼터링 시스템의 상기 챔버에 배치된 애노드 및 캐소드를 이용하여 상기 기판 상에 상기 적어도 하나의 코팅 물질을 스퍼터링하는 것을 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 스퍼터링 가스를 주입하는 단계는,
상기 스퍼터링 가스를 상기 아르곤 가스에 대해 대략 200 SCCM 내지 500 SCCM의 유량으로 그리고 대략 9% 내지 대략 60%의 헬륨 가스 기여와 함께 주입하는 것을 포함하는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 코팅 물질은 상기 기판의 제1 측면 상에 스퍼터링되고;
상기 방법은,
다른 스퍼터링 가스를 사용하여 상기 기판의 다른 측면 상에 다른 코팅 물질을 스퍼터링하는 단계를 더 포함하되,
상기 다른 스퍼터링 가스는 아르곤을 포함하지만 헬륨을 포함하지 않는, 방법.
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