KR20230045572A - 광학 간섭 필터 - Google Patents
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Abstract
일부 구현예에서, 광학 간섭 필터는 기판; 및 상기 기판 상에 배치된 층의 세트를 포함한다. 상기 층의 세트는 층의 제1 서브세트로서, 알루미늄 질화물(AlN) 물질을 포함하는, 상기 층의 제1 서브세트; 및 층의 제2 서브세트로서, 수소화 규소(Si:H) 물질을 포함하는, 상기 층의 제2 서브세트를 포함한다.
Description
본 발명은 광학 간섭 필터에 관한 것이다.
광학 디바이스는 광과 관련된 정보를 캡처하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 광학 디바이스는 광과 연관된 파장의 세트와 관련된 정보를 캡처할 수 있다. 광학 디바이스는 정보를 캡처하는 센서 요소(예를 들어, 광학 센서, 스펙트럼 센서 및/또는 이미지 센서)의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 요소의 어레이는 다수의 파장과 관련된 정보를 캡처하는 데 이용될 수 있다. 센서 요소의 어레이는 광학 필터와 연관될 수 있다. 광학 필터는 센서 요소의 어레이로 전달되는 제1 파장 범위의 광과 연관된 통과대역을 포함할 수 있다. 광학 필터는 제2 파장 범위의 광이 센서 요소의 어레이로 통과되는 것을 차단하는 것과 연관될 수 있다.
일부 구현예에서, 광학 간섭 필터는 기판; 및 상기 기판 상에 배치된 층의 세트를 포함한다. 상기 층의 세트는 층의 제1 서브세트로서, 질화알루미늄(AlN) 물질을 포함하는, 상기 층의 제1 서브세트; 및 층의 제2 서브세트로서, 수소화 규소(Si:H) 물질을 포함하는, 상기 층의 제2 서브세트를 포함한다.
일부 구현예에서, 광학 간섭 필터는 층의 세트를 포함하고, 상기 층의 세트는 층의 제1 서브세트로서, AlN 물질을 포함하는, 상기 층의 제1 서브세트, 및 층의 제2 서브세트로서, Si:H 물질을 포함하는, 상기 층의 제2 서브세트를 포함한다.
일부 구현예에서, 방법은 불활성 가스를 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 불활성 가스를 챔버에 공급하는 단계; 상기 챔버에 질소(N2) 가스를 공급하는 단계; 및 상기 불활성 가스와 N2 가스를 공급한 것에 기초하여, 알루미늄(Al) 표적을 스퍼터링하여 기판 상에 AlN을 포함하는 층의 제1 세트를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 층의 제1 세트는 Si:H를 포함하는 층의 제2 세트와 교대로 상기 기판 상에 형성된다.
도 1은 본 명세서에 설명된 예시적인 구현예의 개요의 다이어그램이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 예시적인 광학 필터의 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 광학 필터를 제조하기 위한 스퍼터 증착 시스템의 예의 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 명세서에 설명된 스퍼터링 공정을 사용하여 형성된 AlN 층의 응력을 보여주는 예시적인 플롯의 다이어그램이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 스퍼터링 공정을 사용하여 형성된 AlN 층의 세트의 소광 계수와 굴절률의 예시적인 플롯의 다이어그램이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 광학 필터의 투과율 성능을 보여주는 예시적인 플롯의 다이어그램이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 예시적인 광학 필터의 다이어그램이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 광학 필터를 제조하기 위한 스퍼터 증착 시스템의 예의 다이어그램이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 명세서에 설명된 스퍼터링 공정을 사용하여 형성된 AlN 층의 응력을 보여주는 예시적인 플롯의 다이어그램이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 스퍼터링 공정을 사용하여 형성된 AlN 층의 세트의 소광 계수와 굴절률의 예시적인 플롯의 다이어그램이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 광학 필터의 투과율 성능을 보여주는 예시적인 플롯의 다이어그램이다.
예시적인 구현예의 이하의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조한다. 여러 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낼 수 있다. 이하의 설명은 일 실시예로서 분광계를 사용한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 기법, 원리, 절차, 및 방법은 다른 광학 센서 및 스펙트럼 센서를 포함하지만 이들로 제한되지 않는 임의의 센서와 함께 사용될 수 있다.
광학 필터는 기판 상에 하나 이상의 층을 형성함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 종래의 광학 필터는 종래의 광학 필터가 특정 스펙트럼 범위(예를 들어, 800 나노미터(㎚) 내지 1000㎚의 스펙트럼 범위)와 연관된 광의 임계 백분율(예를 들어, 광의 65% 이상)을 통과시킬 수 있도록 적어도 제1 물질, 제2 물질, 및 제3 물질의 교번하는 층(예를 들어, 수소화 규소(Si:H) 물질, 이산화규소(SiO2) 물질 및 오산화탄탈륨(Ta2O5) 물질의 교번하는 층)을 포함할 수 있다. 그러나, 적어도 3개의 물질의 교번하는 층을 형성하는 것은 복잡하고, 저품질 층의 형성으로 이어질 수 있으며, 이는 결함을 도입하거나 결함이 종래의 광학 필터를 통해 전파되도록 할 수 있다. 이는 종래의 광학 필터의 성능, 제조 가능성 및/또는 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
또한, 많은 경우에, 종래의 광학 필터의 하나 이상의 층의 각 층의 응력은 압축성이며(예를 들어, 층의 응력은 0 메가파스칼(㎫) 미만임), 이는 하나 이상의 층의 응력(예를 들어, 순 응력)이 압축성이 되도록 한다. 그 결과, 이는 종래의 광학 필터가 휘어지게 (예를 들어, 굴곡되게) 한다. 이로 인해 하나 이상의 층이 코팅에서 떨어져서 종래의 광학 필터의 성능에 영향을 미친다. 이것은 또한 종래의 광학 필터가 (예를 들어, 편평한 광학 필터에 비해) 더 취약하게 만들고/만들거나 종래의 광학 필터의 수송, 취급 및/또는 사용을 어렵게 만든다.
본 명세서에 설명된 일부 구현예는 기판 상에 배치된 층의 세트를 포함하는 광학 필터를 제공한다. 층의 세트는 질화알루미늄(AlN) 물질을 포함하는 층의 제1 서브세트, 및 이와 교번하는 층 순서로 배열된 수소화 규소(Si:H) 물질을 포함하는 층의 제2 서브세트를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 필터는 특정 스펙트럼 범위(예를 들어, 800㎚ 내지 1000㎚의 스펙트럼 범위)와 연관된 임계 백분율의 광(예를 들어, 광의 85% 이상)을 통과시킨다. 이러한 방식으로, 광학 필터는 종래의 광학 필터에 비해 향상된 투과율 성능을 제공한다. 또한, 광학 필터는 단 2개의 교번하는 층을 포함하여 층의 세트를 형성하는 것과 연관된 복잡성을 줄인다. 이것은 저품질 층의 형성 가능성을 감소시켜, 결함이 광학 필터에 도입되거나 광학 필터를 통해 전파될 가능성을 감소시킨다. 따라서, 광학 필터의 성능, 제조 가능성 및/또는 신뢰성이 종래의 광학 필터에 비해 향상된다.
일부 구현예에서, AlN 물질을 포함하는 층의 제1 서브세트의 응력은 -1000㎫ 내지 800㎫일 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, AlN 물질의 응력은 층의 제2 서브세트의 응력이 압축성일 때 인장성(예를 들어, 0㎫ 이상)이 되도록 구성될 수 있고, 또는 그 반대로도 될 수 있다. 이러한 방식으로, 기판 상에 배치된 층의 세트로 인해 발생하는 휘어짐의 양이 (예를 들어, 광학 필터의 압축성 층의 응력과 인장성 층의 응력을 균형 잡음으로써) 최소화될 수 있다. 예를 들어, 층의 제1 서브세트와 층의 제2 서브세트 중 하나는 인장성 물질을 포함할 수 있고, 층의 제1 서브세트와 층의 제2 서브세트 중 다른 하나는 압축성 물질을 포함할 수 있으며, 이는 층의 세트의 응력이 (예를 들어, 공차 이내에서) 약 0㎫이 되게 한다. 이는 광학 필터의 휘어짐의 양을 최소화하여 코팅이 떨어지는 것을 감소시켜 (예를 들어, 휘어짐이 발행하는 종래의 광학 필터에 비해) 광학 필터의 성능을 향상시킨다. 이것은 또한 광학 필터의 내구성을 향상시키고/시키거나 휘어짐이 발생하는 종래의 광학 필터에 비해 광학 필터의 수송, 취급 및/또는 사용을 더 쉽게 만든다.
도 1은 본 명세서에 설명된 예시적인 구현예(100)의 개요의 다이어그램이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예시적인 구현예(100)는 센서 시스템(110)을 포함한다. 센서 시스템(110)은 광학 시스템의 일부일 수 있고, 센서 결정에 대응하는 전기 출력을 제공할 수 있다. 센서 시스템(110)은 광학 필터(130)를 포함하는 광학 필터 구조물(120) 및 광학 센서(140)를 포함한다. 예를 들어, 광학 필터 구조물(120)은 통과대역 필터링 기능을 수행하는 광학 필터(130)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 광학 필터(130)는 광학 센서(140)의 센서 요소의 어레이에 정렬될 수 있다.
본 명세서에 설명된 일부 구현예는 센서 시스템의 광학 필터와 관련하여 설명될 수 있지만, 본 명세서에 설명된 구현예는 다른 유형의 시스템에서 사용될 수 있고, 센서 시스템의 외부에서 또는 다른 구성에서 사용될 수 있다.
도 1에 추가로 참조 번호(150)로 도시된 바와 같이, 입력 광학 신호는 광학 필터 구조물(120)로 보내진다. 입력 광학 신호는 특정 스펙트럼 범위(예를 들어, 약 900㎚에 중심을 둔 스펙트럼 범위, 예를 들어, 800㎚ 내지 1000㎚의 스펙트럼 범위; 500㎚ 내지 5500㎚의 스펙트럼 범위, 또는 다른 스펙트럼 범위)와 연관된 광을 포함할 수 있지만 이로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 광학 송신기는 광학 센서(140)로 광을 보내 광학 센서(140)로 하여금 광 측정을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 다른 예에서, 광학 송신기는 다른 예 중에서 테스트 기능, 감지 기능, 또는 통신 기능과 같은 다른 기능을 위해 다른 스펙트럼 범위의 광을 보낼 수 있다.
도 1에 추가로 참조 번호(160)로 도시된 바와 같이, 제1 스펙트럼 범위를 갖는 광학 신호의 제1 부분은 광학 필터(130)와 광학 필터 구조물(120)을 통과하지 못한다. 예를 들어, 광학 필터(130)의 고굴절률 물질 층과 저굴절률 물질 층을 포함할 수 있는 유전체 박막 층의 유전체 필터 스택은 광의 제1 부분을 제1 방향으로 반사하거나 흡수하는 등을 할 수 있다. 이 경우에, 광의 제1 부분은 광학 필터(130)의 대역통과에 포함되지 않은 광학 필터(130)에 입사하는 광의 임계 부분일 수 있으며, 예를 들어, 약 900㎚에 중심을 둔 특정 스펙트럼 범위 내에 있지 않은 95% 초과의 광일 수 있다. 참조 번호(170)로 도시된 바와 같이, 광학 신호의 제2 부분은 광학 필터(130)와 광학 필터 구조물(120)을 통과한다. 예를 들어, 광학 필터(130)는 광학 센서(140)를 향해 제2 방향으로 제2 스펙트럼 범위를 갖는 제2 부분의 광을 통과시킬 수 있다. 이 경우에, 광의 제2 부분은 광학 필터(130)의 대역통과 내에서 광학 필터(130)에 입사하는 광의 임계 부분, 예를 들어, 약 900㎚에 중심을 둔 스펙트럼 범위에서 입사하는 광의 50% 초과일 수 있다.
도 1에 추가로 도시된 바와 같이, 광학 신호의 제2 부분이 광학 센서(140)로 전달되는 것에 기초하여, 광학 센서(140)는 다른 예 중에서 예를 들어 이미징, 주변 광 감지, 물체의 존재 검출, 측정 수행, 또는 통신 촉진에 사용하기 위해 센서 시스템(110)을 위한 출력 전기 신호(180)를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 광학 필터(130)와 광학 센서(140)의 다른 배열이 이용될 수 있다. 예를 들어, 광학 신호의 제2 부분을 입력 광학 신호와 동일선상으로 통과시키는 것이 아니라, 광학 필터(130)는 광학 신호의 제2 부분을 다르게 위치된 광학 센서(140)를 향해 다른 방향으로 보낼 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 1은 예시로서 제공된다. 다른 예는 도 1과 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 2는 예시적인 광학 필터(200)의 다이어그램이다. 일부 구현예에서, 광학 필터(200)는 광학 간섭 필터일 수 있고/있거나, 다른 예 중에서 스펙트럼 필터, 다중 스펙트럼 필터, 대역통과 필터, 차단 필터, 장파 통과 필터, 단파 통과 필터, 다이크로익 필터, 선형 가변 필터, 원형 가변 필터, 패브리-페로 필터, 바이엘 필터, 플라즈몬 필터, 광 결정 필터, 나노구조 또는 메타물질 필터, 흡수성 필터, 빔 스플리터, 편광 빔 스플리터, 노치 필터, 반사 방지 필터, 반사기, 또는 거울 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 2는 광학 필터(200)의 예시적인 적층 상태를 도시한다. 도 2에 추가로 도시된 바와 같이, 광학 필터(200)는 기판(210)과 층의 세트(220)를 포함한다.
기판(210)은 유리 기판, 중합체 기판, 폴리카보네이트 기판, 금속 기판, 규소(Si) 기판, 게르마늄(Ge) 기판 또는 능동 디바이스 웨이퍼(예를 들어, 다른 예 중에서, 포토다이오드(PD), PD 어레이, 애벌란치 포토다이오드(APD), APD 어레이, 전하 결합 소자(CCD) 센서 및/또는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 센서를 포함함)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 기판(210)의 두께는 20 마이크로미터(㎛), 50㎛ 및/또는 500㎛ 이상일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기판의 두께는 특정 두께 임계값 이하일 수 있다. 특정 두께 임계값은 예를 들어, 5000 마이크론 이하일 수 있다.
층의 세트(220)(예를 들어, 광학 필터 층의 세트)는 기판(210) 상에(예를 들어, 바로 위에) 배치될 수도 있고, 층의 하나 이상의 서브세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 층의 세트(220)는 층의 제1 서브세트(230)(예를 들어, 층의 제1 서브세트(230-1) 내지 (230-(N+1))(N ≥ 1))(본 명세서에서 또한 A 층으로서 지칭됨) 및 층의 제2 서브세트(240)(예를 들어, 층의 제2 서브세트(240-1) 내지 (240-N))(본 명세서에서 또한 B 층으로서 지칭됨)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 층의 제1 서브세트(230)와 층의 제2 서브세트(240)는 특정 순서(예를 들어, 교번하는 층 순서), 예를 들어, (A-B) m (m ≥ 1) 순서, (A-B) m -A 순서, (B-A)m 순서, B-(B-A) m 순서 또는 또 다른 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 층의 제1 서브세트(230)와 층의 제2 서브세트(240)는, A 층(예를 들어, 층(230-1))이 광학 필터(200)의 표면(예를 들어, 상부 표면)에 배치되고 A 층(예를 들어, 층(230- (N+1)))이 기판(210)의 표면(예를 들어, 상부 표면)에 배치되는, (A-B) N -A 순서로 배치된다.
일부 구현예에서, 층의 세트(220)는 (예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이) 기판(210)의 단일의 표면(예를 들어, 상부 표면) 상에 배치될 수 있다. 대안적으로, 층의 세트(220)의 제1 부분은 기판(210)의 제1 표면(예를 들어, 상부 표면) 상에 배치될 수도 있고, 층의 세트(220)의 제2 부분은 기판(210)의 제2 표면(예를 들어, 하부 표면) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 층의 제1 서브세트(230)의 제1 부분과 층의 제2 서브세트(230)의 제1 부분은 기판(210)의 제1 표면 상에 제1 특정 순서로 배열될 수 있고, 층의 제1 서브세트(230)의 제2 부분과 층의 제2 서브세트(240)의 제2 부분은 기판(210)의 제2 표면 상에 제2 특정 순서로 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 다른 층, 예를 들어, 하나 이상의 보호층, 하나 이상의 캡층(예를 들어, 환경 보호를 층의 세트(220)에 제공함) 및/또는 하나 이상의 다른 필터링 기능을 제공하는 하나 이상의 층(예를 들어, 다른 예 중에서, 차단기 또는 반사 방지 코팅)이 광학 간섭 필터(200)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 단일의 표면 구성에서, 추가적인 층(예를 들어, 캡층), 예를 들어, 유전체층(예를 들어, 산화물 물질, 예를 들어, 이산화규소(SiO2) 물질, 이산화지르코늄(ZrO2) 물질 및/또는 산화이트륨(Y2O3) 물질; 질화물 물질, 예를 들어, 질화규소(Si3N4) 물질, 질화티타늄(TiN) 물질 및/또는 질화지르코늄(ZrN) 물질; 및/또는 환경 보호를 제공하는 다른 물질을 포함함)은 층의 세트(220)의 표면(예를 들어, 상부 표면) 상에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예로서, 이중 표면 구성에서, 제1 추가 층은 층의 세트(220)의 제1 부분의 표면(예를 들어, 상부 표면) 상에 배치될 수도 있고, 제2 추가 층은 층의 세트(220)의 제2 부분의 표면(예를 들어, 하부 표면) 상에 배치될 수 있다.
층의 제1 서브세트(230)는 질화알루미늄(AlN) 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층의 제1 서브세트(230)의 각 층(230)은 AlN 물질을 포함할 수 있다. 층의 제2 서브세트(240)는, 적어도 하나의 다른 물질(예를 들어, AlN 물질이 아닌 적어도 하나의 물질), 예를 들어, 다른 예 중에서, 규소(Si) 물질, 규소와 수소(SiH) 물질, 수소화 규소(Si:H) 물질, 헬륨을 가진 수소화 규소(Si:H-He) 물질, 비정질 규소(a-Si) 물질, 질화규소(SiN) 물질, 게르마늄(Ge) 물질, 수소화 게르마늄(Ge:H) 물질, 규소 게르마늄(SiGe) 물질, 수소화 규소 게르마늄(SiGe:H) 물질, 탄화규소(SiC) 물질, 수소화 탄화규소(SiC:H) 물질, 이산화규소(SiO2) 물질, 오산화탄탈륨(Ta2O5) 물질, 오산화니오븀(Nb2O5) 물질, 니오븀 티타늄 산화물(NbTiOx) 물질, 니오븀 탄탈륨 오산화물(Nb2TaO5) 물질, 이산화티타늄(TiO2) 물질, 산화알루미늄(Al2O3) 물질, 산화지르코늄(ZrO2) 물질, 산화이트륨(Y2O3) 물질 또는 산화하프늄(HfO2) 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 층의 제2 서브세트(240) 중 각각의 층(240)은 적어도 하나의 다른 물질을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 층의 제1 서브세트(230)의 응력(예를 들어, 순 응력)은 -1000㎫ 내지 800㎫(예를 들어, -1000㎫ 이상 800㎫ 이하)일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 층의 제1 서브세트(230)의 각 층(230)의 응력은 -1000㎫ 내지 800㎫일 수 있다. 즉, 층의 제1 서브세트(230)의 특정 층(230)의 응력은 -1000㎫ 내지 800㎫일 수 있고, 층의 제1 서브세트(230)의 다른 특정 층(230)의 응력은 -1000㎫ 내지 800㎫일 수 있다. 특정 층(230)의 응력은 다른 특정 층(230)의 응력과 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 특정 층(230)의 응력은 인장성(예를 들어, 0㎫ 이상)일 수 있고, 다른 특정 층(230)의 응력은 압축성(예를 들어, 0㎫ 미만)일 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다.
일부 구현예에서, 층의 세트(230)의 응력(예를 들어, 순 응력)은 (예를 들어, 5㎫ 이하인 공차 내에서) 약 영(0) ㎫일 수 있다. 따라서, 층의 제1 서브세트(230)와 층의 제2 서브세트(240) 중 적어도 하나는 인장성 물질을 포함할 수 있고, 층의 제1 서브세트(230)와 층의 제2 서브세트(240) 중 다른 하나는 (예를 들어, 층의 세트(230)의 응력이 약 0㎫이 되도록) 압축성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층의 제1 서브세트(230)는 인장성 물질을 포함할 수 있고, 층의 제2 서브세트(240)는 압축성 물질을 포함할 수 있고, 또는 그 반대일 수 있다. 다른 예로서, 층의 제1 서브세트(230)는 인장성 AlN 물질을 포함할 수 있고, 층의 제2 서브세트(240)는 적어도 하나의 압축성 다른 물질(예를 들어, 다른 예 중에서, 압축성 Si 물질, 압축성 Si:H 물질, 압축성 Si:H-He 물질, 또는 압축성 a-Si 물질 중 적어도 하나)을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 층의 세트(230)의 각각의 층은 특정 두께와 연관될 수 있다. 예를 들어, 층의 제1 서브세트(230) 또는 층의 제2 서브세트(240)의 층은 5㎚ 내지 2000㎚의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 층의 제1 서브세트(230) 또는 층의 제2 서브세트(240)는 다수의 두께와 연관될 수 있고, 다른 예 중에서 예를 들어, 층의 제1 서브세트(230)에 대한 제1 두께와 층의 제2 서브세트(240)에 대한 제2 두께, 층의 제1 서브세트(230)의 제1 부분에 대한 제1 두께와 층의 제1 서브세트(230)의 제2 부분에 대한 제2 두께, 또는 제2 층 서브세트(240)의 제1 부분에 대한 제1 두께와 제2 층 서브세트(240)의 제2 부분에 대한 제2 두께와 연관될 수 있다. 따라서, 층 두께 및/또는 층의 수량은 광학 필터(200)의 의도된 광학 특성 세트, 예를 들어, 의도된 통과대역, 의도된 투과율 및/또는 다른 광학 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 층 두께 및/또는 층의 수량은 광학 필터(200)가 800㎚ 내지 1000㎚의 스펙트럼 범위(예를 들어, 중심 파장이 약 900㎚), 500㎚ 내지 5500㎚의 스펙트럼 범위, 또는 다른 스펙트럼 범위에 대해 이용될 수 있도록 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 층의 세트(230)는 특정 스펙트럼 범위와 연관된 광의 임계 백분율을 통과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 층의 세트(230)는 800㎚ 내지 1000㎚의 스펙트럼 범위(예를 들어, 중심 파장이 약 900㎚)와 연관된 광의 임계 백분율을 통과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 임계값 범위는 85% 이상일 수 있다. 일부 구현예에서, 층의 제1 서브세트(230)의 굴절률은 500㎚ 내지 5500㎚의 파장을 갖는 광에 대해 1.9 내지 2.2일 수 있고/있거나, 층의 제2 서브세트(240)의 굴절률은 500㎚ 내지 5500㎚인 파장을 갖는 광에 대해 3.5 내지 3.9일 수 있다. 일부 구현예에서, 층의 제1 서브세트(230)의 소광 계수는 500㎚ 내지 5500㎚인 파장을 갖는 광에 대해 0.001 미만일 수 있다.
일부 구현예에서, 층의 세트(230)는 스퍼터링 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 층의 세트(230)는 기판(210) 상에 층의 제1 서브세트(230) 및/또는 층의 제2 서브세트(240)를 (예를 들어, 교번하는 층 순서로) 스퍼터링하기 위해 마그네트론 스퍼터링 공정(예를 들어, 펄스-마그네트론 스퍼터링 공정)을 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 필터(200)가 제조될 수 있다. 광학 필터(200)의 제조에 관한 추가 세부사항은 도 3과 관련하여 본 명세서에서 설명된다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 2는 예시로서 제공된다. 다른 예는 도 2와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 3은 본 명세서에 설명된 광학 필터(예를 들어, 광학 필터(200))를 제조하기 위한 스퍼터 증착 시스템의 예(300)의 다이어그램이다. 스퍼터 증착 시스템은 마그네트론 스퍼터링 공정과 같은 스퍼터링 공정을 수행하는 데 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예(300)는 진공 챔버(310), 기판(320)(예를 들어, 이는 도 2와 관련하여 본 명세서에 설명된 기판(210)에 대응함), 캐소드(330), 표적(331), 캐소드 전력 공급원(340), 애노드(350), 플라즈마 활성화 소스(PAS)(360), 및 PAS 전력 공급원(370)을 포함한다. 표적(331)은 알루미늄(Al) 물질을 포함할 수 있다. PAS 전력 공급원(370)은 PAS(360)에 전력을 공급하는 데 이용될 수 있고, 무선 주파수(RF) 전력 공급원을 포함할 수 있다. 캐소드 전력 공급원(340)은 캐소드(330)에 전력을 공급하는 데 이용될 수 있고, 펄스 직류(DC) 전력 공급원을 포함할 수 있다.
도 3과 관련하여, 표적(331)은 기판(320) 상에 적어도 하나의 층으로서 질화알루미늄(AlN)을 증착하기 위해 질소(N2) 가스 및/또는 불활성 가스(예를 들어, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및/또는 네온(Ne) 포함)의 존재 하에 스퍼터링될 수 있다. 예를 들어, N2 가스와 불활성 가스는 각각 진공 챔버(310)에 공급될 수 있고, 이를 통해 (예를 들어, 본 명세서에 추가로 설명된 바와 같이) 표적(331)을 스퍼터링하여 기판(320) 상에 AlN을 포함하는 층의 제1 세트를 형성할 수 있다. 일부 구현예에서, 층의 제1 세트는 (예를 들어, 도 2와 관련하여 본 명세서에 설명된 층의 제2 서브세트(240)와 관련하여) 적어도 하나의 다른 물질을 포함하는 층의 제2 세트, 예를 들어, 본 명세서에 설명된 Si, Si:H, Si:H-He, a-Si, 및/또는 임의의 다른 물질을 포함하는 층의 제2 세트와 교대로 기판 상에 형성될 수 있다. 층의 제2 세트는 예를 들어 다른 가스(예를 들어, 수소(H2) 가스) 및 불활성 가스(예를 들어, Ar, He 및/또는 Ne 포함)를 진공 챔버(310)에 공급하여 다른 표적(예를 들어, 규소 표적)을 스퍼터링하여 층의 제2 세트(예를 들어, 이 예에서는 Si:H 포함)를 형성하도록 함으로써 (예를 들어, 본 명세서에 추가로 설명된 바와 유사한 방식으로) 기판 상에 형성될 수 있다.
AlN 층을 형성하기 위해, 불활성 가스는 애노드(350) 및/또는 PAS(360)를 통해 진공 챔버(310) 내로 제공될 수 있다. N2 가스는 N2 가스를 활성화시키는 역할을 하는 PAS(360)를 통해 진공 챔버(310) 내부로 도입될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 캐소드(330)는 N2 가스 활성화를 야기할 수 있고(예를 들어, 이 경우에, N2 가스는 진공 챔버(310)의 다른 부분으로부터 도입될 수 있음), 또는 애노드(350)는 N2 가스 활성화를 야기할 수 있다(예를 들어, 이 경우에, N2 가스는 애노드(350)에 의해 진공 챔버(310) 내로 도입될 수 있다). PAS(360)는 캐소드(330)의 임계 근접도 내에 위치되어, PAS(360)로부터의 플라즈마와 캐소드(330)로부터의 플라즈마가 중첩되도록 할 수 있다. PAS(360)를 사용하면 AlN을 비교적 높은 증착 속도로 증착할 수 있다. 일부 구현예에서, AlN은 대략 0.05㎚/s 내지 대략 2.0㎚/s의 증착 속도로, 대략 0.5㎚/s 내지 대략 1.2㎚/s의 증착 속도로, 대략 0.8㎚/s의 증착 속도로 또는 유사한 속도로 증착될 수 있다.
일부 구현예에서, AlN 층의 (예를 들어, 형성 후) 응력은 진공 챔버(310)에 공급되는 불활성 가스의 조성 및/또는 불활성 가스의 양을 제어하는 것에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스가 Ar을 포함하는 경우, 불활성 가스의 Ar의 양 및/또는 진공 챔버(310)에 공급되는 불활성 가스의 양은 AlN 층의 응력이 -230㎫ 내지 800㎫이 되도록 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 불활성 가스가 Ar을 포함하는 경우, 불활성 가스 중 Ar의 양 및/또는 진공 챔버(310)에 공급되는 불활성 가스의 양은 AlN을 포함하는 층의 제1 세트의 응력(예를 들어, 순 응력)이 -230㎫ 내지 800㎫이 되도록 제어될 수 있다. 다른 예로서, 불활성 가스가 He 및/또는 Ne를 포함하는 경우, 불활성 가스 중 He 및/또는 Ne의 양 및/또는 진공 챔버(310)에 공급되는 불활성 가스의 양은 AlN 층의 응력이 -1000㎫ 내지 150㎫이 되도록 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 불활성 기체가 He 및/또는 Ne를 포함하는 경우, 불활성 가스 중 He 및/또는 Ne의 양 및/또는 진공 챔버(310)에 공급되는 불활성 가스의 양은 AlN을 포함하는 층의 제1 세트의 응력이 -1000㎫ 내지 150㎫이 되도록 제어될 수 있다.
스퍼터링 공정이 본 명세서에서 특정 기하 구조 및 특정 구현예와 관련하여 설명되지만, 다른 기하 구조 및 다른 구현예도 가능하다. 예를 들어, N2 가스는 다른 예 중에서 다른 방향으로부터 주입되고/되거나 캐소드(330)의 임계 근접도 내의 가스 매니폴드로부터 주입될 수 있다. 구성요소의 상이한 구성의 관점에서 본 명세서에 설명되었지만, AlN의 상이한 상대 농도는 또한 상이한 물질, 상이한 제조 공정 등을 사용하여 달성될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 3은 예시로서 제공된다. 다른 예는 도 3과 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 본 명세서에 설명된 스퍼터링 공정(예를 들어, 마그네트론 스퍼터링 공정)을 사용하여 형성된 AlN 층의 응력을 보여주는 예시적인 플롯(400)의 다이어그램이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, AlN 층의 응력은 Ar을 포함하는 불활성 가스가 120 sccm(standard cubic centimeters per minute) 내지 370 sccm의 유량으로 (예를 들어, 도 3과 관련하여 본 명세서에 설명된 스퍼터 증착 시스템의 진공 챔버(310)에) 공급될 때 -230㎫ 내지 650㎫이 되도록 구성될 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, AlN 층의 응력은 He를 포함하는 불활성 가스가 0 sccm 내지 500 sccm의 유량으로 (예를 들어, 도 3과 관련하여 본 명세서에 설명된 스퍼터 증착 시스템의 진공 챔버(310)에) 공급될 때 -950㎫ 내지 175㎫이 되도록 구성될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 4a 내지 도 4b는 예로서 제공된다. 다른 예는 도 4a 내지 도 4b와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 5는 본 명세서에 설명된 스퍼터링 공정(예를 들어, 마그네트론 스퍼터링 공정)을 사용하여 형성된 AlN 층의 세트의 소광 계수(k)와 굴절률(r)의 예시적인 플롯(500)의 다이어그램이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 소광 계수는 500㎚ 내지 2000㎚의 파장을 갖는 광에 대해 0.001 미만일 수 있다. 도 5에 추가로 도시된 바와 같이, 굴절률은 500㎚ 내지 2000㎚인 파장을 갖는 광에 대해 2.2 미만일 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 5는 예시로서 제공된다. 다른 예는 도 5와 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
도 6은 본 명세서에 설명된 광학 필터(예를 들어, 광학 필터(200))의 투과율 성능을 보여주는 예시적인 플롯(600)의 다이어그램이다. 광학 필터는 AlN 물질을 포함하는 층의 제1 서브세트(예를 들어, 층의 제1 서브세트(230)) 및 Si:H 물질을 포함하는 층의 제2 서브세트(예를 들어, 층의 제2 서브세트(240))를 포함하는 층의 세트(예를 들어, 층의 세트(220))를 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 광학 필터는 920㎚ 내지 960㎚의 파장을 갖는 광의 약 85% 초과(약 92%의 피크)를 투과시킬 수 있다. 대조적으로, Ta2O5 물질을 포함하는 층의 제1 서브세트 및 Si:H 물질을 포함하는 층의 제2 서브세트를 포함하는 층의 세트를 포함하는 대안적인 광학 필터는 920㎚ 내지 960㎚의 파장을 갖는 광의 약 60% 초과(약 67%의 피크)를 투과시킬 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 광학 필터는 920㎚ 내지 960㎚의 스펙트럼 범위에 대한 대안적인 광학 필터에 비해 향상된 투과 성능을 갖는다.
위에서 언급한 바와 같이, 도 6은 예시로서 제공된다. 다른 예는 도 6과 관련하여 설명된 것과 다를 수 있다.
전술한 내용은 예시와 설명을 제공하지만, 구현예를 개시된 정확한 형태로 제한하는 것도 아니고 또는 모든 실시예를 제시하려고 의도된 것이 아니다. 수정과 변형이 위의 내용을 고려하여 이루어질 수 있고 또는 구현예를 실시하는 것으로부터 얻어질 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "구성요소"라는 용어는 하드웨어, 펌웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로서 폭넓게 해석되는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 설명된 시스템 및/또는 방법은 하드웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 상이한 형태로 구현될 수 있다는 것은 분명하다. 이 시스템 및/또는 방법을 구현하도록 사용되는 실제 특정 제어 하드웨어 또는 소프트웨어 코드는 구현예를 제한하는 것이 아니다. 따라서, 시스템 및/또는 방법의 동작 및 거동은 특정한 소프트웨어 코드를 참조함이 없이 본 명세서에 설명되고, 소프트웨어와 하드웨어는 본 명세서의 설명에 기초하여 시스템 및/또는 방법을 구현하는 데 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용액 또는 물질이 특정 화학명 또는 화학식으로 언급될 때, 용액 또는 물질은 화학명으로 확인된 화학량론적으로 정확한 화학식의 비-화학량론적 변동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 질화알루미늄(AlN) 물질은 AlNx를 포함할 수 있으며, 여기서 x는 0.8 내지 1.2이다.
본 명세서에서 사용될 때, 임계값을 충족한다는 것은 문맥에 따라, 값이 임계값을 초과하는 것, 임계값 이상인 것, 임계값 미만인 것, 임계값 이하인 것, 임계값과 같은 것, 임계값과 같지 않는 것 등을 의미할 수 있다.
특징부의 특정 조합이 청구범위에 나열되고/되거나 본 명세서에 개시되어 있더라도, 이 조합은 다양한 구현예의 내용을 제한하는 것으로 의도된 것이 아니다. 사실상, 이 특징부 중 다수는 특히 청구범위에 나열되고/되거나 본 명세서에 개시되지 않는 방식으로 조합될 수 있다. 아래에 나열된 각각의 종속 청구항이 단 하나의 청구항에만 종속할 수도 있지만, 다양한 구현예의 내용은 청구범위의 모든 다른 청구항과 함께 각각의 종속 청구항을 포함한다. 본 명세서에서 사용된, 항목 목록 "중 적어도 하나"를 나타내는 어구는 단일 구성원을 포함하여 이 항목의 임의의 조합을 나타낸다. 일 실시예로서, "a, b 또는 c 중 적어도 하나"는, a, b, c, a-b, a-c, b-c 및 a-b-c뿐만 아니라, 다수의 동일한 항목과의 임의의 조합을 포함하는 것으로 의도된다.
본 명세서에서 사용된 요소, 동작 또는 명령어는 그러한 것으로 명시적으로 설명되지 않는 한, 중요하거나 핵심적인 것으로서 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 단수 표현은 하나 이상의 항목을 포함하는 것으로 의도되고, "하나 이상"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "상기"는 "상기"와 관련하여 언급되는 하나 이상의 항목을 포함하는 것으로 의도되고, "하나 이상"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "세트"라는 용어는 하나 이상의 항목(예를 들어, 관련된 항목, 관련 없는 항목, 또는 관련된 항목과 관련 없는 항목의 조합)을 포함하는 것으로 의도되고, "하나 이상"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 단 하나의 항목을 의도하는 경우에, "단 하나"라는 어구 또는 유사한 언어가 사용된다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "갖고", "갖는", "가진" 등과 같은 용어는 개방형 용어인 것으로 의도된다. 또한, "~에 기초하여"라는 어구는 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "적어도 부분적으로 ~에 기초하여"를 의미하는 것으로 의도된다. 또한, 본 명세서에서 사용된 "또는"이라는 용어는 시리즈로 사용될 때 포함하는 것으로 의도되고, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한 (예를 들어, "~ 중 하나" 또는 "~ 중 단 하나"와 함께 사용되는 경우) "및/또는"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 또한, "아래", "하위", "하부", "위에", "상위", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 다른 요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 하나의 요소 또는 특징부의 관계를 설명하기 위해 설명을 용이하게 하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 시 장치, 디바이스 및/또는 요소의 다른 배향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다른 방향으로 배향될 수 있고 (90도 회전되거나 다른 배향으로 배향될 수 있고), 본 명세서에 사용된 공간적으로 상대적인 설명자도 그에 따라 해석될 수 있다.
Claims (20)
- 광학 간섭 필터로서,
기판; 및
상기 기판 상에 배치된 층의 세트
를 포함하되, 상기 층의 세트는,
층의 제1 서브세트로서, 알루미늄 질화물(AlN) 물질을 포함하는, 상기 층의 제1 서브세트; 및
층의 제2 서브세트로서, 수소화 규소(Si:H) 물질을 포함하는, 상기 층의 제2 서브세트
를 포함하는, 광학 간섭 필터. - 제1항에 있어서, 상기 기판의 두께는 50 마이크론 이상인, 광학 간섭 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트는 인장성 AlN 물질을 포함하고,
상기 층의 제2 서브세트는 압축성 Si:H 물질을 포함하는, 광학 간섭 필터. - 제1항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트와 상기 층의 제2 서브세트 중 하나는 인장성 물질을 포함하고,
상기 층의 제1 서브세트와 상기 층의 제2 서브세트 중 다른 하나는 압축성 물질을 포함하는, 광학 간섭 필터. - 제1항에 있어서, 상기 층의 세트는 800 나노미터 내지 1000 나노미터의 스펙트럼 범위와 연관된 광의 임계 백분율을 통과시키도록 구성되고,
상기 광의 임계 백분율은 85% 이상인, 광학 간섭 필터. - 제1항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트의 굴절률은 500 나노미터 내지 5500 나노미터의 파장을 갖는 광에 대해 1.9 내지 2.2인, 광학 간섭 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 층의 제2 서브세트의 굴절률은 500 나노미터 내지 5500 나노미터의 파장을 갖는 광에 대해 3.5 내지 3.9인, 광학 간섭 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트의 소광 계수는 500 나노미터와 5500 나노미터의 파장을 갖는 광에 대해 0.001 미만인, 광학 간섭 필터.
- 제1 항에 있어서, 상기 층의 세트는 마그네트론 스퍼터링 공정을 사용하여 상기 기판 상에 증착되는, 광학 간섭 필터.
- 제1 항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트와 상기 층의 제2 서브세트는 교번하는 층 순서로 상기 기판 상에 배치되는, 광학 간섭 필터.
- 제1항에 있어서, 추가 층이 상기 층의 세트 상에 배치되고,
상기 추가 층은 이산화규소(SiO2) 물질을 포함하는, 광학 간섭 필터. - 광학 간섭 필터로서,
층 세트를 포함하되, 상기 층 세트는,
층의 제1 서브세트로서, 알루미늄 질화물(AlN) 물질을 포함하는, 상기 층의 제1 서브세트; 및
층의 제2 서브세트로서, 수소화 규소(Si:H) 물질을 포함하는, 상기 층의 제2 서브세트
를 포함하는, 광학 간섭 필터. - 제12항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트와 상기 층의 제2 서브세트 중 하나는 인장성 물질을 포함하고,
상기 층의 제1 서브세트와 상기 층의 제2 서브세트 중 다른 하나는 압축성 물질을 포함하는, 광학 간섭 필터. - 제12항에 있어서, 상기 층의 세트의 순 응력은 대략 0 메가파스칼인, 광학 간섭 필터.
- 제12항에 있어서, 상기 층의 제1 서브세트의 응력은 -1000 메가파스칼 내지 800 메가파스칼인, 광학 간섭 필터.
- 방법으로서,
챔버에 불활성 가스를 공급하는 단계로서,
상기 불활성 가스는 아르곤(Ar) 또는 헬륨(He) 중 적어도 하나를 포함하는, 상기 불활성 가스를 공급하는 단계;
상기 챔버에 질소(N2) 가스를 공급하는 단계; 및
상기 불활성 가스와 N2 가스를 공급한 것에 기초하여, 알루미늄(Al) 표적을 스퍼터링하여 기판 상에 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 층의 제1 세트를 형성하는 단계
를 포함하되, 상기 층의 제1 세트는 수소화 규소(Si:H)를 포함하는 층의 제2 세트와 교대로 상기 기판 상에 형성되는, 방법. - 제16항에 있어서, 상기 불활성 가스는 헬륨(He)을 포함하고,
상기 방법은,
상기 챔버에 수소(H2) 가스를 공급하는 단계; 및
상기 불활성 가스와 H2 가스를 공급한 것에 기초하여, 규소(Si) 표적을 스퍼터링하여 Si:H를 포함하는 층의 제2 세트를 형성하는 단계
를 더 포함하는, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 불활성 가스는 Ar을 포함하고;
상기 층의 제1 세트의 응력은 -230 메가파스칼 내지 800 메가파스칼인, 방법. - 제16항에 있어서,
상기 불활성 가스는 He를 포함하고;
상기 층의 제1 세트의 응력은 -1000 메가파스칼 내지 150 메가파스칼인, 방법. - 제16항에 있어서, 상기 기판, 상기 층의 제1 세트 및 상기 층의 제2 세트는 광학 필터에 포함되는, 방법.
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