KR20240028407A - 광학 센서 디바이스 및 디바이스 - Google Patents

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KR20240028407A
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조지 제이. 오큰푸스
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비아비 솔루션즈 아이엔씨.
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Abstract

광학 센서 디바이스는 광학 센서의 세트를 포함하는 기판을 포함할 수 있다. 광학 센서의 세트는 복수 개의 광학 센서의 열을 포함할 수 있다. 광학 센서 디바이스는 광학 센서의 세트로 증착된 미러를 포함할 수 있다. 미러는 금속-기반 반사기층일 수 있다. 광학 센서 디바이스는 광학 센서의 세트의 모든 광학 센서 상에 배치되는 제 1 스페이서 층을 포함할 수 있다. 광학 센서 디바이스는 광학 센서의 세트의 모든 광학 센서의 적어도 일부에 배치되는 제 2 스페이서 층을 포함할 수 있다.

Description

광학 센서 디바이스 및 디바이스{OPTICAL SENSOR DEVICE AND DEVICE}
다중스펙트럼 센서 디바이스는 정보를 캡처하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 다중스펙트럼 센서 디바이스는 전자기 주파수의 세트에 관한 정보를 캡처할 수 있다. 다중스펙트럼 센서 디바이스는 정보를 캡처하는 센서 요소(예컨대, 광학 센서, 스펙트럼 센서, 및/또는 이미지 센서)의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 센서 요소의 어레이는 다수의 주파수에 관한 정보를 캡처하기 위해 이용될 수 있다. 센서 요소 어레이의, 특정한 센서 요소는 특정한 센서 요소로 지향되는 주파수의 범위를 제한하는 필터와 연관될 수 있다.
몇몇 가능한 구현예에 따르면, 디바이스는 기판 상에 배치된 다중스펙트럼 필터 어레이를 포함할 수 있다. 다중스펙트럼 필터 어레이는 기판 상에 배치된 제1 금속 미러를 포함할 수 있다. 다중스펙트럼 필터는 제1 금속 미러 상에 배치된 스페이서를 포함할 수 있다. 스페이서는 층들의 세트를 포함할 수 있다. 스페이서는 스페이서 상에 배치된 제2 금속 미러를 포함할 수 있다. 제2 금속 미러는 센서 요소들의 세트 중 둘 이상의 센서 요소와 정렬(align)될 수 있다.
몇몇 가능한 구현예에 따르면, 광학 필터는 제1 층을 포함할 수 있다. 제1 층은 제1 층으로 지향된 광의 일부분을 반사하기 위한 제1 미러일 수 있다. 제1 층은 센서 요소들의 세트와 연관된 기판 상에 증착될 수 있다. 광학 필터는 제2 세트의 층들을 포함할 수 있다. 제2 세트의 층들은 단지 제1 층 상에만 증착될 수 있다. 제2 세트의 층들은 센서 요소들의 세트에 대응하는 채널들의 세트와 연관될 수 있다. 채널들의 세트 중, 하나의 채널은 센서 요소들의 세트 중 특정한 센서 요소로 지향될 광의 특정한 파장에 대응하는 특정한 두께와 연관될 수 있다. 광학 필터는 제3 층을 포함할 수 있다. 제3 층은 제3 층으로 지향된 광의 일부분을 반사하기 위한 제2 금속 미러일 수 있다. 제3 층은 제2 세트의 층들과 연관된 복수의 센서 요소들의 세트 상에 증착될 수 있다.
몇몇 가능한 구현예에 따르면, 시스템은 기판에 내장된 광학 센서들의 세트를 포함할 수 있다. 시스템은 기판 상에 증착된 다중스펙트럼 필터 어레이를 포함할 수 있다. 다중스펙트럼 필터 어레이는 제1 은(Ag) 금속 미러, 제2 은(Ag) 금속 미러, 및 제1 은(Ag) 금속 미러와 제2 은(Ag) 금속 미러 사이에 배치된 복수의 스페이서 층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 다중스펙트럼 필터를 갖는 광학 센서 디바이스 및 디바이스를 제공한다.
1. 광학 센서들의 세트를 포함하는 기판;
상기 광학 센서들의 세트 상에 증착된 미러;
상기 광학 센서들의 세트의 모든 광학 센서들 상에 배치되는 제 1 스페이서 층; 및
상기 광학 센서들의 세트의 모든 광학 센서들 보다 적은 부분 상에 배치되는 제 2 스페이서 층; 을 포함하고,
상기 광학 센서들의 세트는, 광학 센서들의 복수의 열을 포함하고,
상기 미러는, 금속-기반 반사기 층인,
광학 센서 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
상기 미러는, 상기 광학 센서들의 세트로 지향된 광의 일부분이 상기 광학 센서들을 향해 상기 미러를 통과하도록 하는, 광학 센서 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서 디바이스는,
상기 미러 상에 코팅되어 상기 미러의 산화를 감소시키는 재료; 를 더 포함하는, 광학 센서 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서,
상기 재료는,
5nm 내지 24nm 두께의 아연-산화물(ZnO)-기반 재료인, 광학 센서 디바이스.
5. 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 스페이서 층은, 상기 미러 상에 증착되는, 광학 센서 디바이스.
6. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스페이서 층은, 상기 제 1 스페이서 층의 일부분 상에 증착되는, 광학 센서 디바이스.
7. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스페이서 층은, 상기 광학 센서들의 복수의 열의 절반 상에 배치되는, 광학 센서 디바이스.
8. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스페이서 층은, 상기 제 1 스페이서 층 및 상기 미러의 에지를 커버하는, 광학 센서 디바이스.
9. 제 1 항에 있어서,
상기 금속-기반 반사기 층은 은(Ag)을 포함하는, 광학 센서 디바이스.
10. 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스페이서 층은 상기 광학 센서들의 세트의 절반 또는 절반 미만 상에 배치되는, 광학 센서 디바이스.
11. 광학 센서들의 세트를 포함하는 기판;
상기 광학 센서들의 세트 상에 증착된 미러; 및
상기 미러 상에 증착된 스페이서 층; 을 포함하고,
상기 광학 센서들의 세트는 광학 센서들의 복수의 열을 포함하고,
상기 미러는, 금속-기반 반사기 층인,
광학 센서 디바이스.
12. 제 11 항에 있어서,
상기 광학 센서들의 복수의 열 중 하나의 열은 2 이상의 광학 센서들을 포함하는, 광학 센서 디바이스.
13. 제 11 항에 있어서,
상기 광학 센서 디바이스는,
상기 광학 센서들의 세트의 모든 광학 센서들 보다 적게 커버하는 다른 스페이서 층; 을 더 포함하는, 광학 센서 디바이스.
14. 제 11 항에 있어서,
상기 광학 센서 디바이스는,
상기 스페이서 층 및 상기 미러의 에지를 커버하는 다른 스페이서 층; 을 더 포함하는, 광학 센서 디바이스.
15. 센서 요소들의 세트를 포함하는 기판;
상기 기판의 일부분 상에 배치되는 프레임;
상기 기판 상에 배치된 미러 층;
상기 미러 층 상에 배치된 제 1 스페이서 층; 및
상기 제 1 스페이서 층의 일부분 상에 배치되고, 상기 센서 요소들의 세트의 서브 세트를 커버하는 제 2 스페이서 층; 을 포함하고,
상기 센서 요소들의 세트의 서브 세트는 상기 센서 요소들의 세트의 모든 센서 요소들 보다 적은,
디바이스.
16. 제 15 항에 있어서,
상기 프레임은, 상기 제 1 스페이서 층의 일부분 또는 상기 제 2 스페이서 층의 일부분 중 하나 이상 상에 추가로 배치되는, 디바이스.
17. 제 15 항에 있어서,
상기 프레임은, 상기 제 2 스페이스 층과 상이한 재료로부터 구성되는, 디바이스.
18. 제 15 항에 있어서,
상기 프레임은, 상기 제 2 스페이스 층과 상이한 두께로 구성되는, 디바이스.
19. 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 스페이서 층은, 상기 프레임에 인접하거나 또는 상기 프레임에 의해 부분적으로 둘러싸이지 않는, 디바이스.
본 발명은 개선된 내구성, 개선된 스펙트럼 범위, 및 감소된 각도 시프트를 가진 광학 센서 디바이스를 제작하기 위한 방법을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 여기에 설명된 예시적인 구현예의 개요의 다이어그램;
도 2는 다중스펙트럼 필터 어레이를 가진 센서 디바이스를 제작하기 위한 예시적인 방법의 다이어그램;
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 예시적인 구현예의 다이어그램들;
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 또 다른 예시적인 구현예의 다이어그램들;
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 또 다른 예시적인 구현예의 다이어그램들;
도 6a 내지 도 6e는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 또 다른 예시적인 구현예의 다이어그램들;
도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 또 다른 예시적인 구현예의 다이어그램들;
도 8a 및 도 8b는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 또 다른 예시적인 구현예의 다이어그램들;
도 9는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 예시적인 다이어그램; 및
도 10a 및 도 10b는 도 2에 도시된 예시적인 방법에 관한 예시적인 다이어그램들.
예시적인 구현에 대한 다음의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조한다. 상이한 도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 또는 유사한 요소를 식별할 수 있다.
센서 요소(예컨대, 광학 센서)는 전자기 주파수의 세트에 관한 정보(예컨대, 스펙트럼 데이터)를 획득하기 위해 광학 센서 디바이스로 통합될 수 있다. 예를 들면, 광학 센서 디바이스는 특정한 광학 센서로 지향된 광의 센서 측정을 수행할 수 있는 이미지 센서, 다중스펙트럼 센서 등과 같은, 특정한 광학 센서를 포함할 수 있다. 이 경우에, 광학 센서는 상보적 금속-산화물-반도체(CMOS) 기술을 사용한 이미지 센서, 전하-결합 디바이스(CCD) 기술을 사용한 이미지 센서 등과 같은, 하나 이상의 이미지 센서 기술을 이용할 수 있다. 광학 센서 디바이스는 각각이 정보를 획득하도록 구성된, 다수의 센서 요소(예컨대, 센서 요소의 어레이)를 포함할 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 광학 센서 디바이스는 각각이 광의 상이한 파장과 연관된, 이미지의 세트를 획득하도록 구성된 센서 요소(예컨대, 광학 센서)들의 세트를 포함할 수 있다.
센서 요소는 센서 요소로의 광을 필터링하는 필터와 연관될 수 있다. 예를 들면, 센서 요소는 센서 요소로 지향된 광의 일부분이 필터링되게 하기 위해 선형 가변 필터(LVF), 순환 가변 필터(CVF), 파브리-페롯(Fabry-Perot) 필터 등과 정렬될 수 있다. 그러나, LVF 또는 CVF를 사용하여 필터 어레이를 통합하거나 또는 반도체에 관련하여 필터를 패터닝하는 것은 어려울 수 있다. 게다가, 다중스펙트럼 감지를 위해 이용되는, 필터의 몇몇 세트는 비교적 높은 각도 시프트 값, 비교적 낮은 스펙트럼 범위 등과 연관될 수 있으며, 이것은 캡처될 수 있는 정보의 스펙트럼 범위 또는 캡처되는 정보의 정확도를 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현예들은 다중스펙트럼 감지를 위해 금속 미러를 사용한 환경적으로 내구성이 있는 필터 어레이를 이용할 수 있다. 이러한 방식으로, 광학 필터는 하나 이상의 다른 유형의 필터에 대해 개선된 내구성, 개선된 스펙트럼 범위, 및 감소된 각도 시프트를 가진 광학 센서 디바이스를 위해 제공될 수 있다. 게다가, 반도체-기반 센서 요소 또는 센서 요소 어레이로 필터를 통합할 때의 어려움은 하나 이상의 다른 유형의 필터에 관하여 감소될 수 있다.
도 1은 본 명세서에서 설명된 예시적인 구현예(100)의 개요의 다이어그램이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다중스펙트럼 필터(105)(예컨대, 이진 구조 필터 어레이)는 제1 미러(110-1), 제2 미러(110-2) 및 스페이서(120)를 포함할 수 있다.
도 1에서 추가로 도시된 바와 같이, 제1 미러(110-1)와 제2 미러(110-2)는 스페이서(120)를 사이에 끼울 수 있다. 다시 말해서, 스페이서(120)는 임계 거리만큼 제1 미러(110-1)와 제2 미러(110-2)를 분리할 수 있고/있거나, 스페이서(120)의 면은 제1 미러(110-1) 및 제2 미러(110-2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 미러(110)는 특정한 재료와 연관될 수 있다. 예를 들면, 미러(110)는 금속(예컨대, 은)의 증착된 층일 수 있다. 미러(110)는 다중스펙트럼 필터 어레이의 각각의 채널과 연관된 센서 요소 어레이의 각각의 센서 요소와 정렬할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 스페이서(120)는 하나 이상의 스페이서 층(130)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 스페이서(120)는 스페이서 층(130-1 내지 130-5)(예컨대, 유전체 층)의 세트를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 층(130)의 두께는 특정한 파장에 대한 최소 스페이서 두께를 보장하는 것과 연관될 수 있다.
하나 이상의 센서로 지향될 380 나노미터(㎚)의 파장에 대해서와 같은, 몇몇 예에서, 층(130-1)은 2.448의 굴절률 및 190㎚의 광학 두께를 가진 스페이서 재료에 대해 77.6㎚의 두께와 연관될 수 있다. 이러한 방식으로, 스페이서(120)는 하나 이상의 센서 요소로 지향될 광의 최소 파장에 대해 미러(110)들 사이에서의 최소 간격을 보장한다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 스페이서 층(130)의 두께는 이진 수열(binary progression)에 기초하여 관련될 수 있다. 예를 들면, 스페이서 층(130-2)은 대략 56.6 나노미터(㎚)의 두께와 연관될 수 있고, 스페이서 층(130-3)은 대략 28.3㎚의 두께와 연관될 수 있고, 스페이서 층(130-4)은 대략 14.1㎚의 두께와 연관될 수 있으며, 스페이서 층(130-5)은 대략 7.1㎚의 두께와 연관될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 다중스펙트럼 필터(105)는 광학 센서 디바이스와 연관된 기판 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 미러(110-1)는 정보(예컨대, 스펙트럼 데이터)를 캡처하기 위해 센서 요소의 어레이를 포함하는 기판에 (예컨대, 증착 공정 및/또는 포토리소그래픽 리프트-오프 공정(lift-off process)을 통해) 증착될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 스페이서(120)는 다수의 파장에 관한 정보의 캡처를 허용할 수 있다. 예를 들면, 제1 센서 요소(센서 어레이의 후방 조사 광학 센서 또는 전방 조사 광학 센서)와 정렬된 스페이서(120)의 제1 부분은 제1 두께와 연관될 수 있으며 제2 센서 요소와 정렬된 스페이서(120)의 제2 부분은 제2 두께와 연관될 수 있다. 이 경우에, 제1 센서 요소 및 제2 센서 요소로 지향되는 광은 제1 두께에 기초한 제1 센서 요소에서의 제1 파장 및 제2 두께에 기초한 제2 센서 요소에서의 제2 파장에 대응할 수 있다. 이러한 방식으로, 다중스펙트럼 필터(105)는 다수의 부분과 연관된 스페이서(예컨대, 스페이서(120))를 사용하여 광학 센서 디바이스에 의한 다중스펙트럼 감지를 허용하며, 이것은 광학 센서 디바이스의 다수의 센서 요소와 정렬된, 다수의 두께와 연관된다.
몇몇 구현예에서, 미러(110)는 보호층과 연관될 수 있다. 예를 들면, 보호층은 미러(110-1)의 열화의 가능성을 감소시키기 위해 미러(110-1)로 (예컨대, 미러(110-1)와 스페이서(120) 사이에서) 증착될 수 있으며, 그에 의해 다중스펙트럼 필터(105)를 이용하는 광학 센서 디바이스의 내구성을 개선한다. 몇몇 구현예에서, 미러(110) 및/또는 스페이서(120)는 테이퍼링 에지와 연관될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 미러(110) 및/또는 스페이서(120)의 에지 부분은 광학 센서로 광을 향하게 하는 것과 연관된 미러(110) 및/또는 스페이서(120)의 또 다른 부분(예컨대, 비-에지 부분)을 막지 않고 에지 부분의 열화의 가능성을 감소시키기 위해 또 다른 층(예컨대, 보호층)이 에지 부분 상에 증착되도록 허용할 수 있으며, 그에 의해 다중스펙트럼 필터(105)를 이용하는 광학 센서 디바이스의 내구성을 개선한다.
위에서 나타낸 바와 같이, 도 1은 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 1에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 다중스펙트럼 필터(105)와 같은, 다중스펙트럼 필터 어레이를 가진 광학 센서 디바이스를 제작하기 위한 예시적인 방법(200)을 예시한 흐름도이다. 방법(200)은 스펙트럼 측정에 관한 정보를 캡처하기 위해 사용된 다중스펙트럼 필터 어레이를 가진 광학 센서 디바이스의 설계에 적용될 수 있다. 도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 예시적인 방법(200)에 관한 예시적인 구현예(300)의 다이어그램들이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 방법(200)은 광학 센서 디바이스 상에서 제작을 시작하는 것을 포함할 수 있다(블록 210). 예를 들면, 도 3a에 도시된 바와 같이 및 참조 부호(304)에 의해, 기판(306)은 기판(306)에 내장된 센서 요소(308)의 세트를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 기판(306)은 특정한 조성과 연관될 수 있다. 예를 들면, 기판(306)은 규소-기반 기판 등을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 기판(306)은 유리-기반 기판을 포함할 수 있으며, 센서 요소(308)는 규소-기반 웨이퍼에 배치되고, 이것은 도 8a 및 도 8b도 8b와 관련하여 본 명세서에서 설명된 바와 같이 유리-기반 기판에 접합된다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 기판(306)은 비교적 높은 온도 조건하에서 비교적 낮은 파장 또는 스펙트럼 시프트와 연관되는 다중스펙트럼 필터 어레이(예컨대, 열 내성 필터 어레이)와 연관될 수 있다.
몇몇 구현예에서, 기판(306)은 센서 요소(308)의 세트에 의해 획득된 정보를 제공하기 위해 하나 이상의 전도성 경로(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(306)은 기판(306)이 또 다른 디바이스에 장착되며 데이터를 센서 요소(308)의 세트로부터 카메라 디바이스, 스캐닝 디바이스, 측정 디바이스, 프로세서 디바이스, 마이크로제어기 디바이스 등과 같은, 다른 디바이스에 제공하도록 허용하는 전도성 경로의 세트를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 기판(306)은 기판 재료의 다수의 층과 연관될 수 있다. 예를 들면, 기판(306)은 다-층 기판을 포함할 수 있으며, 그것의 층은 센서 요소(308)의 세트를 수용하는 것과 연관된다.
몇몇 구현예에서, 기판(306)은 특정한 유형의 센서 요소(308)와 연관될 수 있다. 예를 들면, 기판(306)은 하나 이상의 포토다이오드들(예컨대, 포토다이오드 어레이), 센서 어레이 코팅의 또는 CMOS 기술에 근접한 하나 이상의 센서 요소, CCD 기술 등과 연관될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 기판(306)은 후방 조사식 광학 센서들의 세트와 연관될 수 있다. 이 경우에, 기판(306)은 또 다른 구성에 관하여 더 얇을 수 있으며, 그에 의해 광이 규소 표면을 통해 광학 센서로 향하게 되도록 허용한다.
도 2에서 더욱 도시된 바와 같이, 방법(200)은 광학 센서 디바이스와 연관된 기판으로 다중스펙트럼 필터 어레이의 다수의 층을 증착시키는 것을 포함할 수 있다(블록 220). 예를 들면, 도 3a에서 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(310)에 의해, 제1 미러 구조(312)가 기판(306) 상에 증착될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제1 미러 구조(312)는 광학 센서 디바이스의 센서 요소(예컨대, 센서 요소(308))의 세트와 정렬하여 배치된 단일의, 고체 금속 미러일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제1 미러 구조(312)는 균일한 두께와 연관될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제1 미러 구조(312)는, 예컨대, 기판(306)과 제1 미러 구조(312) 사이에서의 중간층 상에서, 기판(306)의 임계 근접성 내에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 미러 구조(312)는 반드시 기판(306)으로 배치되는 것은 아니며, 기판(306)과 제1 미러 구조(312) 사이에서의 중간층 상에 배치될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 미러 구조(312)는 금속 조성물(예컨대, 금속 미러)과 같은, 특정한 조성과 연관될 수 있다. 예를 들면, 미러 구조(312)는 은(Ag)-기반 재료, 알루미늄(Al)-기반 재료, 구리(Cu)-기반 재료 등을 이용할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 미러 구조(312)는 부분적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 미러 구조(312)는 광의 제1 부분(예컨대, 제1 파장 대역)이 센서 요소(308)의 세트로 향해지도록 및 광의 제2 부분(예컨대, 제2 파장 대역)이 센서 요소(308)의 세트로부터 멀리 재-지향되도록 허용할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 미러 구조(312) 및/또는 하나 이상의 다른 층은 펄싱 마그네트론 스퍼터링 증착 공정(pulsed magnetron sputtering process), 리프트-오프 공정 등을 사용하여 기판(306) 상에 또는 또 다른 층 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 코팅 플랫폼은 특정한 증착 공정을 사용하여 40㎚ 내지 50㎚의 두께 또는 또 다른 유사한 두께로 미러 구조(312)를 증착시키는 것과 연관될 수 있다. 유사하게, 코팅 플랫폼은 특정한 반도체 웨이퍼 크기(예컨대, 200 밀리미터(mm) 웨이퍼 또는 300mm 웨이퍼)와 연관될 수 있으며, 특정한 두께(예컨대, 몇몇 스페이서 층에 대해 5 나노미터(㎚) 미만 두께, 2㎚ 미만 두께, 또는 1㎚ 미만 두께 및 다른 스페이서 층에 대해 5㎚ 초과, 50㎚ 초과, 또는 100㎚ 초과와 같은 다른 두께)의, 본 명세서에서 설명된, 스페이서 층의 증착을 수행하기 위해 펄싱 마그네트론을 이용할 수 있다.
몇몇 구현예에서, 스페이서의 스페이서 층들의 세트는 또 다른 미러 구조로부터 미러 구조(312)를 분리하기 위해 증착될 수 있다. 예를 들면, 도 3a에서 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(314)에 의해, 스페이서의 제1 스페이서 층(316)은 미러 구조(312)로 증착될 수 있다(예컨대, 펄싱 마그네트론 스퍼터링 증착 공정을 사용하여). 몇몇 구현예에서, 제1 스페이서 층(316)은 패터닝 기술에 기초하여 미러 구조(312)로 증착될 수 있다. 예를 들면, 리프트-오프공정은 특정한 두께를 가진 제1 스페이서 층(316)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 제1 스페이서 층(316) 및/또는 또 다른 스페이서 층은 미러 구조(312)로 완전히 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 스페이서 층(316)은 연속적인, 고체 금속 미러 상에 연속적 스페이서 층을 형성하는 하나 이상의 이산 부분을 포함할 수 있다. 이 경우에, 제1 스페이서 층(316) 및/또는 하나 이상의 다른 스페이서 층은 센서 요소들의 세트와 정렬된 복수의 채널을 형성할 수 있으며, 이것은 본 명세서에서 설명된, 제1 미러 구조(312) 및 또 다른 미러 구조를 가진 층의 완전한 세트로서, 광을 대응하는 복수의 센서 요소(308)로 향하게 한다.
몇몇 구현예에서, 본 명세서에서 설명된, 제1 미러 구조(312) 및 또 다른 미러 구조에 관련하여, 제1 스페이서 층(316)은 특정한 필터링 기능을 구현하는 것과 연관될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 원하는 스펙트럼 범위(예컨대, 대략 380 나노미터 내지 대략 1100 나노미터) 또는 감소된 각도 시프트에 대한 요구에 기초하여, 제1 스페이서 층(316) 및/또는 하나 이상의 다른 스페이서 층은 산화물-기반 재료(예컨대, 가시 스펙트럼 범위용의 산화니오븀, 산화티타늄, 산화탄탈, 또는 이들의 조합물), 규소-기반 재료(예컨대, 650㎚ 이상의 스펙트럼 범위용의 규소 수소화물, 탄화규소(SiC), 또는 규소(Si)), 게르마늄(Ge)-기반 재료(예컨대, 적외선 스펙트럼 범위용) 등을 이용할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제1 스페이서 층(316)은 또 다른 재료에 대해 각도 시프트에서의 감소를 달성하기 위해 특정한 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, Si-H 기반 재료를 이용하는 것은 규소-이산화물(SiO2)-기반 재료를 사용하는 것에 대해 감소된 각도 시프트를 야기할 수 있다. 또 다른 예에서, 제1 스페이서 층(316)은 또 다른 유형의 산화물 재료, 질화물 재료, 플루오르화물 재료 등을 이용할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(318)에 의해, 제2 스페이서 층(320)은 제1 스페이서 층(316) 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 제2 스페이서 층(320)은 반응성 마그네트론 스퍼터링 공정, 펄싱-마그네트론 스퍼터링 공정, 이온 빔 보조 증착 공정, 이온 빔 스퍼터링 공정, 듀얼 이온 빔 스퍼터링 공정, 반응성 직류 스퍼터링 공정, 교류 스퍼터링 공정, 라디오 주파수 스퍼터링 공정, 원자 층 증착 공정 등을 사용하여 증착될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 층(312, 316, 320 등)에 대한 것과 같은, 본 명세서에서 설명된, 다른 증착물이 유사하게 증착될 수 있다. 층의 증착의 특정한 순서에 대하여 여기에서 설명되었지만, 층의 증착의 또 다른 순서가 이용될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제2 스페이서(120)는 제1 스페이서 층(316)에 관한 두께와 연관될 수 있다. 예를 들면, 제1 스페이서 층(316)은 제1 두께(t0)와 연관되고, 제2 스페이서 층(320)은 제2 두께(t1)를 갖고 증착될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제2 스페이서 층(320)은 제1 스페이서 층(316)의 일부분 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 채널들의 세트에 대한(예컨대, 채널들의 세트와 연관된 센서 요소(308)의 세트에 대한) 원하는 스페이서 두께 배열에 기초하여, 제2 스페이서 층(320)은 제1 센서 요소(308)가 제1 스페이서 두께와 연관되게 하며 제2 센서 요소(308)가 제2 스페이서 두께와 연관되게 하기 위해 제1 스페이서 층(316)의 표면의 서브세트로 증착될 수 있으며, 그에 의해 제1 센서 요소(308)가 제1 파장과 연관된 정보를 캡처하며 제2 센서 요소(308)가 제2 파장과 연관된 정보를 캡처하도록 허용한다. 예를 들면, 제1 층이 증착될 수 있으며 센서 요소들의 세트를 커버할 수 있고, 제2 층이 증착될 수 있으며 센서 요소들의 세트의 절반을 커버할 수 있고, 제3 층이 증착될 수 있으며 센서 요소들의 세트의 일부분을 커버할 수 있다. 스페이서 층들의 세트의 패터닝에 대한 추가 상세가 도 4a 내지 도 4c 및 도 5a 및 도 5b에 관하여 설명된다.
도 3b에서 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(322)에 의해, 제3 스페이서 층(324)은 제2 스페이서 층(320) 및/또는 제1 스페이서 층(316) 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 제3 스페이서 층(324) 및/또는 하나 이상의 후속 스페이서 층(도시되지 않음)이 증착될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제3 스페이서 층(324)(및/또는 하나 이상의 다른 스페이서 층(n), 여기에서 n≥2)은 이전 층(제3 스페이서 층(324)에 대해 제2 스페이서 층(320))의 두께의 절반과 연관될 수 있다. 다시 말해서, 제3 스페이서 층(324)은 제2 스페이서 층(320)의 두께의 1/2의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 제3 스페이서 층(324)은 제1 스페이서 층(316) 및/또는 제2 스페이서 층(320)의 일부분으로 선택적으로 증착될 수 있다. 예를 들면, 제3 스페이서 층(324)의 제1 부분은 제1 스페이서 층(316)의 일부분 상에 증착될 수 있으며 제3 스페이서 층(324)의 제2 부분은 제2 스페이서 층(320)의 일부분으로 증착될 수 있고, 그에 의해 다수의 센서 요소(308)가 다수의 스페이서 두께와 연관되며 다수의 파장과 연관된 정보를 캡처하도록 허용한다.
도 3b에서 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(326)에 의해, 미러 구조(328)가 증착될 수 있다. 예를 들면, 미러 구조(328)는 하나 이상의 층(예컨대, 제1 스페이서 층(316), 제2 스페이서 층(320), 제3 스페이서 층(324), 또는 또 다른 후속 층)의 하나 이상의 부분 상에 증착될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 미러 구조(328)는 광학 센서 디바이스의 광학 센서(예컨대, 센서 요소(308))와 정렬하여 배치된 고체의, 금속 미러일 수 있다. 증착되는 스페이서 층(316, 320, 및 324)에 기초하여, 미러 구조(328)는 스페이서에 의해 미러 구조(312)로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 광은 하나 이상의 파장에서 하나 이상의 센서 요소(308)로 지향될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 또 다른 층은 미러 구조(328)와 스페이서 층(324) 사이에서 증착될 수 있다. 예를 들면, 보호 프레임 층, 박막 층 등은 하나 이상의 기능을 수행하기 위해 증착될 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 렌즈(330)를 증착시키기 전에, 층(332)의 대역-외 차단기 세트(예컨대, 패터닝된 차단기를 형성하는 층들의 세트)가 증착될 수 있다. 대안적으로, 층(334)의 반사-방지 코팅 세트가 증착될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 다수의 이산 필터 코팅이 증착될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 단일 차단기는 다수의 파장, 다수의 채널 등을 위해 대역-외 광을 억제하기 위해 증착될 수 있다. 또 다른 예에서, 미러 구조의 은을 캡슐화하는 아연 산화물(ZnO) 층과 같은, 보호층이 제공될 수 있다.
도 2에서 추가로 도시된 바와 같이, 방법(200)은, 몇몇 구현예에서, 다중스펙트럼 필터 어레이와 연관된 하나 이상의 다른 층을 증착시키는 것을 포함할 수 있다(블록 230). 예를 들면, 반사-방지 코팅 필터, 대역-외 차단 필터, 고차 억제 필터 등과 같은, 필터가, 도 7a 및 도 7b 및 도 9에 관하여, 여기에서, 상세히 설명된 바와 같이, 예컨대, 미러 구조(328) 상에 증착될 수 있다.
도 2에서 추가로 도시되는 바와 같이, 방법(200)은 다중스펙트럼 필터 어레이를 갖고 광학 센서 디바이스를 완성하는 것을 포함할 수 있다(블록 240). 예를 들면, 도 3b에서 추가로 도시되는 바와 같이 및 참조 부호(326)에 의해, 렌즈(330)의 세트는 미러 구조(328)에 부착될 수 있다. 예를 들면, 유리 렌즈, 플라스틱 렌즈 등과 같은, 특정한 렌즈(330)가, 광을 집중시키고, 광을 왜곡시키고, 광을 향하게 하고, 광이 광학 센서 디바이스에 들어갈 수 있는 각도 공차를 증가시키고, 광학 센서 디바이스의 센서 요소(308)로 향하게 되는 광의 양을 증가시키는 등과 같은, 대응하는 센서 요소(308)로 지향되는 광의 특성을 변경하기 위해 미러 구조(328)에 부착될 수 있다.
이러한 방식으로, 다중스펙트럼(예컨대, 이진 구조) 파브리-페롯 필터 어레이는 금속 미러를 사용하여 구성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, Nb2O5-기반 스페이서 또는 TiO2-기반 스페이서는 가시 스펙트럼 범위에 대해 선호될 수 있다. 몇몇 구현예에서, Nb2O5 및 Si:H 또는 TiO2 및 Si:H의 조합은 근적외선(NIR) 스펙트럼 범위(예컨대, 750㎚에서 1100㎚까지)에 대해 선호될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 비정질 규소 또는 수소화 비정질 규소이 사용될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, Ag-기반 금속 미러를 이용하는 것에 기초하여, 비교적 큰 스펙트럼 대역폭이 달성될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 펄싱 마그네트론 스퍼터링 공정 및/또는 리프트오프 공정을 이용하는 것에 기초하여, 다중스펙트럼 파브리-페롯 필터 어레이는 과도한 제조의 어려움 없이 반도체 기판을 가진 광학 센서 디바이스로 통합될 수 있다.
도 2는 방법(200)의 예시적인 블록을 도시하지만, 몇몇 구현예에서, 방법(200)은 도 2에서 묘사된 것보다 부가적인 블록, 보다 적은 블록, 상이한 블록, 또는 상이하게 배열된 블록을 포함할 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 방법(200)의 블록 중 둘 이상은 동시에 수행될 수 있다. 상기 표시된 바와 같이, 도 3a 내지 도 3c는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 3a 내지 도 3c에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 예시적인 방법(200)에 관한 예시적인 구현예(400)의 다이어그램이다. 도 4a 내지 도 4c는 다중스펙트럼 필터에 대한 필터 어레이 레이아웃의 예를 도시한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 필터 어레이(401)는 층들의 세트와 연관될 수 있다. 필터 어레이(401)는 16개의 센서 요소에 대응하는 16개 채널(예컨대, 광학 채널)을 포함한 4×4 필터 어레이일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 필터 어레이(401)는 도 1에서의 단면에 도시된 예시적인 다중스펙트럼 필터(105)에 대응한다. 몇몇 구현예에서, 각각의 채널은 센서 어레이와 연관될 수 있다. 예를 들면, 채널은 채널을 사용하여 광원으로부터 지향된 광에 관한 정보를 캡처하는 것과 연관된 센서 요소들의 세트를 가진 센서 어레이를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 각각의 채널은 각각의 층에 대한 특정한 두께와 연관될 수 있다. 채널의 층들의 세트의 두께는 채널에 대응하는 광학 센서에 의해 캡처될 정보의 원하는 파장에 기초하여 선택될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 4×4 필터 어레이(예컨대, 또는 또 다른 차원 필터 어레이)는 모자이크 패턴(예컨대, 스냅샷 베이어 모자이크 패턴), 타일 패턴(예컨대, 스냅샷 타일 패턴), 라인 패턴(예컨대, 연속적 라인-스캔 패턴 또는 비연속적 라인-스캔 패턴) 등과 같은, 특정한 패터닝과 연관될 수 있다.
광학 센서에 의해 캡처될 스펙트럼 범위에 기초하여, 4×4 필터 어레이의 미러에 의해 끼워진 스페이서 층의 두께가 결정될 수 있다:
tmax = 2 * (λmax / (4*nref));
tmin = 2 * (λmin / (4*nref))
여기에서 tmax는 정보가 캡처될 최고 중심 파장에 대한 미러 구조의 세트를 분리하는 스페이서 층의 총 두께를 나타내고, λmax는 정보가 캡처될 최고 중심 파장을 나타내고, nref는 스페이서 층의 굴절률을 나타내고, tmin은 정보가 캡처될 최저 중심 파장에 대한 미러 구조의 세트를 분리하는 스페이서 층의 총 두께를 나타내며, λmin은 정보가 캡처되는 최저 중심 파장을 나타낸다.
채널들의 세트(예컨대, 4×4 필터 어레이의 16개 채널)를 형성하기 위해 증착되는 스페이서 층의 층의 수량이 결정될 수 있다:
c = 2x
여기에서 c는 증착된 x인 스페이서 층의 주어진 수량에 대해 생성될 수 있는 채널의 최대 수를 나타낸다. 몇몇 구현예에서, 최대 수량 미만의 채널은 스페이서 층의 특정한 수량에 대해 선택될 수 있다. 예를 들면, 16개 채널의 최대치가 4개의 스페이서 층의 증착과 함께 생성될 수 있지만, 9개 채널, 10개 채널 등과 같은, 또 다른 수량의 채널이 4개의 스페이서 층을 위해 선택될 수 있다. 이 경우에, 하나 이상의 채널은 생략되거나 또는 중복될 수 있다. 예를 들면, 특정한 광학 센서가 특정한 파장에 대한 정보를 캡처하기 위한 열악한 성능과 연관될 때, 특정한 파장에 관한 정보는 정보의 정확도를 개선하기 위해 다수의 채널과 연관된 다수의 광학 센서에 의해 캡처되도록 야기될 수 있다.
특정한 채널(예컨대, 등거리 채널들의 세트에 대한)의 스페이서 층의 각각의 층에 대한 두께가 결정될 수 있다:
t0 = tmin;
t1 = (c/2) / ((c-1) * 2 * nref) * (λmax - λmin);
tn = tn-1/2;
n = log2(c)
여기에서 tn은 제n 층(예컨대, t0은 제1 층이며 t1은 제2 층이다)의 두께를 나타내며 c는 채널들의 세트 중 채널에 대한 채널 번호를 나타낸다. 몇몇 구현예에서, 비-등거리 채널들의 세트가 이용될 수 있다. 예를 들면, 채널의 비연속적 패터닝은 제1 세트의 파장 및 제1 세트의 파장과 비연속적인 제2 세트의 파장에 관한 정보를 획득하기 위해 선택될 수 있다. 이 경우에, tmin 및 tmax가 여전히 결정될 수 있지만, 상이한 세트의 중간층이 선택될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상이한 수량의 채널이 이용될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 채널의 패터닝은 공통 두께를 가진 다수의 채널을 갖고 이용될 수 있으며, 그에 의해 다수의 광학 센서가 광의 공통 파장에 관한 정보를 캡처하도록 허용한다.
참조 부호(402)에 의해 도시된 바와 같이, 필터 어레이(401)는 층(402), N(예컨대, 제1 미러 구조와 제2 미러 구조 사이에서의 스페이서 층)을 포함하며, 각각의 채널은 광의 특정한 파장이 대응하는 광학 센서로 지향되게 하기 위해 특정한 두께와 연관된다. 예를 들면, 층(402)의 제1 그룹의 채널은 두께 8*t4의 층(여기에서 t4는 제4 층의 두께를 나타냄)이 (예컨대, 제1 유전체 미러 구조 상에, 또는 예컨대, 제1 유전체 미러 구조 상에 증착되는 산화물-기반 보호층과 같은 또 다른 층 상에) 증착되는 것을 나타내는, 8*t4의 두께와 연관된다. 유사하게, 층(402)의 제2 그룹의 채널은 이들 채널에 대해, 증착이 수행되지만, 리프트-오프가 증착되는 재료를 제거하기 위해 사용됨을 나타내는, 0*t4의 두께와 연관된다.
도 4a에서 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(404)에 의해, 층(404), N+1은 층(402) 상에 증착된다. 층(404)은 4*t4와 연관된 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께와 연관된 제2 그룹의 채널을 포함한다. 몇몇 구현예에서, 층(404)의 두께는 층(402)의 두께에 기초하여 선택된다. 예를 들면, 다중스펙트럼 필터(예컨대, 필터 층의 이진 수열과 연관된 필터)를 제조할 때, 층(404)의 두께는 층(402)의 두께의 1/2로서 선택될 수 있다. 또 다른 예에서, 층(402)과 층(404) 사이에서의 또 다른 관계가 이용될 수 있다. 예를 들면, 층(404)은 층(402)의 두께의 75%일 수 있으며 후속 층은 층(404)의 두께의 33%, 25% 등일 수 있다. 또 다른 예에서, 층(404)은 층(402)의 두께의 50%일 수 있으며 후속 층은 층(404)의 두께의 33%, 층(404)의 두께의 10% 등일 수 있다.
도 4a에서 추가로 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(406)에 의해, 층(406), N+2은 층(404) 상에 증착된다. 층(406)은 2*t4의 두께와 연관된 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께와 연관된 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(408)에 의해 도시된 바와 같이, 층(408), N+3은 층(406) 상에 증착된다. 층(408)은 1*t4의 두께와 연관된 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께와 연관된 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(410)에 의해 도시된 바와 같이, 층(N 내지 N+3)의 두께는 각각의 채널에 대해 각각의 층의 두께를 합산하는 것에 기초하여 필터 어레이(401)에 대해 식별된다. 예를 들면, 필터 층의 배열 및 이진 수열에 기초하여, 각각의 채널은 상이한 두께와 연관될 수 있으며, 그에 의해 각각의 대응하는 광학 센서가 상이한 파장에 관한 정보를 캡처하도록 허용한다. t1 내지 tn이 증착되는 층(t0)의 두께(예컨대, tmin)는 그것에 관한 정보(예컨대, 스펙트럼 데이터)가 캡처되는 광의 파장에 관련될 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 유사한 필터 어레이(421)는 층들의 세트와 연관될 수 있으며, 각각은 하나 이상의 두께와 연관된다. 참조 부호(422)에 의해 도시된 바와 같이, 층(422), M은 8*t4의 두께와 연관된 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께와 연관된 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(424)에 의해 도시된 바와 같이, 층(424), M+1은 4*t4의 두께와 연관된 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께와 연관된 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(426)에 의해 도시되 바와 같이, 층(426), M+2은 2*t4의 두께를 가진 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께를 가진 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(428)에 의해 도시된 바와 같이, 층(428), M+3은 1*t4의 두께를 가진 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께를 가진 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(430)에 의해 도시된 바와 같이, 층(422, 424, 426, 및 428)을 증착시킨 결과는 필터 어레이(421)의 채널들의 세트에 대한 두께의 세트이며, 필터 어레이(421)의 광학 센서가 파장의 세트에 관한 정보를 캡처하도록 허용한다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 또 다른 필터 어레이(441)는 필터 어레이(401) 및 필터 어레이(421)의 4×4 배열보다는 16개 채널의 선형 배열을 이용할 수 있다. 참조 부호(442)에 의해 도시된 바와 같이, 층(442), L은 8*t4의 두께를 가진 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께를 가진 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(444)로 표시된 바와 같이, 층(444), L+1은 4*t4의 두께를 가진 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께를 가진 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(446)에 의해 도시된 바와 같이, 층(446), L+2는 2*t4의 두께를 가진 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께를 가진 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(448)에 의해 도시된 바와 같이, 층(448), L+3은 1*t4의 두께를 가진 제1 그룹의 채널 및 0*t4의 두께를 가진 제2 그룹의 채널을 포함한다. 참조 부호(450)에 의해 도시된 바와 같이, 층(442, 444, 446, 및 448)을 증착시킨 결과는 광학 센서들의 세트가 파장의 세트에 관한 정보를 캡처하게 하기 위해 필터 어레이(441)의 채널들의 세트에 대한 두께의 세트이다.
상기 표시된 바와 같이, 도 4a 내지 도 4c는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 4a 내지 도 4c에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 예시적인 방법(200)에 관한 예시적인 구현예(500)의 다이어그램이다. 도 5a 및 도 5b는 불균일한 채널 간격을 가진 다중스펙트럼 필터에 대한 필터 어레이 레이아웃의 예를 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 필터 어레이(501)(예컨대, 다중스펙트럼 필터)는 비-등거리 채널 레이아웃을 이용할 수 있다. 예를 들면, 참조 부호(502 내지 508)에 의해 도시된 바와 같이, 층(502)은 10*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있고, 층(504)은 5*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있고, 층(506)은 3*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있으며, 층(508)은 1*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있다. 참조 부호(510)에 의해 도시된 바와 같이, 층(502, 504, 506, 및 508)을 증착시킨 결과는 각각의 채널에 대해 등거리가 아닌 두께의 세트이다. 예를 들면, 채널(511)은 0*t4의 두께와 연관되고, 채널(512)은 1*t4의 두께와 연관되고, 채널(513)은 4*t4의 두께와 연관되며, 채널(514)은 3*t4의 두께와 연관된다(예컨대, 2*t4의 두께와 연관된 채널은 생략된다). 이러한 방식으로, 필터 어레이(501)는 필터 어레이(501)와 연관된 광학 센서들의 세트가 비-인접 세트의 파장(예컨대, 등거리로 분리되지 않은 파장의 세트)에 관한 정보를 캡처하도록 허용할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 유사한 필터 어레이(521)는 또 다른 비-등거리 채널 간격을 이용할 수 있다. 예를 들면, 참조 부호(522 내지 528)에 의해 도시된 바와 같이, 층(522)은 15*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있고, 층(524)은 4*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있고, 층(526)은 2*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있으며, 층(528)은 1*t4의 두께를 가진 채널의 그룹을 포함할 수 있다. 참조 부호(530)에 의해 도시된 바와 같이, 층(522, 524, 526, 및 528)을 증착시킨 결과는 등거리가 아닌 채널들의 세트에 대한 두께의 세트이다. 예를 들면, 채널(531)은 2*t4의 두께와 연관되고, 채널(532)은 6*t4의 두께와 연관되고, 채널(533)은 21*t4의 두께와 연관되며, 채널(534)은 17*t4의 두께와 연관된다(예컨대, 두께(8*t4 내지 14*t4)의 채널은 생략된다). 채널(532)과 채널(533) 사이에서의 비연속성은 필터 어레이(521)와 연관된 광학 센서들의 세트가 필터 어레이(521)의 다른 채널 사이에서의 간격과 같지 않은 스펙트럼의 양만큼 분리된 파장의 2개의 범위에 관한 정보를 캡처하도록 허용한다.
상기 표시된 바와 같이, 도 5a 및 도 5b는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 5a 및 도 5b에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 도 2에 도시된 예시적인 방법(200)에 관한 예시적인 구현예(600)의 다이어그램이다. 도 6a 내지 도 6e는 다중스펙트럼 필터를 가진 광학 센서 디바이스의 예를 도시한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 기판(602)은 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(602)은 CMOS 기술, CCD 기술 등과 같은, 광학 센서(604)의 세트를 포함할 수 있다. 미러(606)(예컨대, 금속-기반 반사기 층)는 광학 센서(604)로 증착될 수 있으며, 광학 센서(604)로 지향된 광의 일부분이 광학 센서(604)를 향해 미러(606)를 통과하도록 허용할 수 있다. 미러(606)는 미러(606)의 산화를 감소시키기 위해 보호 코팅과 연관될 수 있다. 예를 들면, 아연-산화물(ZnO)-기반 재료가, 특정한 두께의 ZnO 코팅을 갖고, ZnO/Ag/ZnO 구성에서와 같은, 은-기반 미러로 코팅될 수 있다. 예를 들면, ZnO 코팅은 대략 0.5㎚ 내지 대략 4㎚ 두께, 대략 1㎚ 두께 내지 대략 2㎚ 두께 등일 수 있다. 다중스펙트럼 필터의 스페이서 부분의 제1 스페이서 층(608)은 미러(606)로 증착될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 스페이서 층(610)은 필터 어레이의 제1 그룹의 채널이 제1 두께와 연관되게 하며 필터 어레이의 제2 그룹의 채널이 제2 두께와 연관되게 하기 위해 제1 스페이서 층(608)의 일부분 상에 증착될 수 있다. 이 경우에, 제2 스페이서 층(610)은 광학 센서(604)와 정렬된 제1 스페이서 층(608)의 일부분 상에 증착된다. 이러한 방식으로, 다중스펙트럼 필터의 스페이서는 광학 센서(604)가 대역폭의 세트(예컨대, 제1 두께와 연관된 제1 대역폭 또는 제2 두께와 연관된 제2 대역폭)와 연관된 광을 수신하게 하기 위해 증착될 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 또 다른 예에서, 유사한 제2 스페이서 층(612)은 필터 어레이의 제1 그룹의 채널이 제1 두께와 연관되게 하며 필터 어레이의 제2 그룹의 채널이 제2 두께와 연관되게 하기 위해 제1 스페이서 층(608)의 유사한 부분 상에 증착될 수 있다. 이 경우에, 참조 부호(612)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 스페이서 층(612)은 단지 광학 센서(604)와 정렬된 제1 층의 부분보다는, 제1 스페이서 층(608) 및 미러(606)의 에지를 커버하기 위해 증착된다.
도 6d에 도시된 바와 같이, 그리고 참조 부호(620)에 의해, 제1 스페이서 층(608) 및 미러(606)의 에지는 광학 센서(604)와 정렬된 제1 스페이서 층(608)의 부분 및 제1 스페이서 층(608) 및 미러(606)의 에지 양쪽 모두를 둘러싸기 위해 증착되는 제2 스페이서 층(612)에 기초하여 제2 스페이서 층(612)에 의해 보호된다. 이러한 방식으로, 제2 스페이서 층(612)은 제1 스페이서 층(608) 및 미러(606)에 대한 통합된 보호 프레임(예컨대, 보호층)을 제공하며, 그에 의해 제1 스페이서 층(608) 및/또는 미러(606)가 손상되는 가능성을 감소시키며 노출된 미러 및/또는 미러의 노출된 코팅을 가진 필터 어레이를 가진 또 다른 광학 센서 디바이스에 관하여 광학 센서 디바이스의 내구성을 증가시킨다.
도 6e에 도시된 바와 같이, 유사한 기판(602)이 광학 센서(604)의 세트, 기판(602)과 특히 근접하여 배치된 제1 미러 층(606), 및 제1 미러 층(606)으로 배치된 제1 스페이서 층(608)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 아연-산화물 보호층은 기판(602)과 특히 근접하여 제1 금속 미러 층(606)을 끼워넣기 위해 증착되며, 그에 의해 제1 금속 미러 층(606)을 적어도 부분적으로 둘러싸며 제1 금속 미러 층(602)의 내구성을 개선한다. 제2 스페이서 층(622)은 제1 스페이서 층(608)의 일부분으로 배치된다(예컨대, 광학 센서(604)의 세트의 서브세트 및/또는 광학 센서(604)의 서브세트에 대응하는 픽셀과 정렬된다). 프레임(624)은 보호 프레임(예컨대, 보호층)을 제공하기 위해 기판(602)의 일부분, 제1 스페이서 층(608)의 일부분, 및/또는 제2 스페이서 층(620)의 일부분으로 배치되며, 그에 의해 기판(602), 미러(606), 제1 스페이서 층(608), 및/또는 제2 스페이서 층(622)이 손상될 수 있는 가능성을 감소시키며 광학 센서 디바이스의 내구성을 증가시킨다. 이 경우에, 프레임(624)은 제2 스페이서 층(622)으로부터 분리되며, 그에 의해 프레임(624)이 제2 스페이서 층(622)에 대해 상이한 두께를 갖고, 제2 스페이서 층(622)과 상이한 재료로부터 구성되도록 허용한다. 또 다른 예에서, 제2 스페이서 층(622)은 제2 스페이서 층(622)이 프레임(624) 등에 인접하여 증착되거나 또는 그것에 연결되지 않는 구성과 같은, 상이한 구성 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 에지(626)는 제2 스페이서 층(622)이 프레임(624)에 인접하거나 또는 그것에 의해 부분적으로 둘러싸임을 나타내지만, 제2 스페이서 층(622)은 제2 스페이서 층(622)이 에지(626) 또는 또 다른 에지에서 프레임(624)에 인접하거나 또는 그것에 의해 부분적으로 둘러싸이지 않도록 프레임(624)으로부터 특정한 거리로 이격될 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 도 6a 내지 도 6e는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 6a 내지 도 6e에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 도 2에 도시된 예시적인 방법(200)에 관한 예시적인 구현예(700)의 다이어그램이다. 도 7a 및 도 7b는 다중스펙트럼 필터 어레이와 연관된 또 다른 필터의 예를 도시한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 광학 센서 디바이스(702)는 층들의 세트를 포함할 수 있다. 광학 센서 디바이스(702)는 기판(705)(예컨대, 하나 이상의 광학 센서를 포함할 수 있는), 제1 아연-산화물 층(710-1), 제1 은 미러 층(715-1), 제2 아연-산화물 층(710-2), 니오븀-티타늄-산화물 층(720), 제3 아연-산화물 층(710-3), 제2 은 미러 층(715-2), 제4 아연-산화물 층(710-4), 제1 규소-산화물 층(725-1), 니오븀-티타늄-산화물 층(730), 및 제2 규소-산화물 층(725-2)을 포함할 수 있다. 아연-산화물 층(710)은 은 미러 층(715)을 적어도 부분적으로 둘러싸기 위해 증착되며, 그에 의해 은 미러 층(715)을 열화로부터 보호하고, 그에 의해 노출된 미러 층(예컨대, 기판(705)으로 직접 증착된 하나 이상의 미러 층 또는 니오븀-티타늄-산화물 층(720) 또는 그것 상으로 바로 니오븀-티타늄-산화물 층(720) 또는 제1 규소-산화물 층(725-1)이 증착되는 하나 이상의 은 미러 층(715))을 이용하는 것에 관하여 광학 센서 디바이스(702)의 내구성을 개선한다. 광학 센서 디바이스(702)는 제1 영역(740)(예컨대, 다중스펙트럼 필터 어레이)을 포함할 수 있으며, 이것은 아연-산화물 층(710), 은 미러 층(715), 및 니오븀-티타늄-산화물 층(720)을 포함한다. 광학 센서 디바이스(702)는 제2 영역(745)을 포함할 수 있으며, 이것은 규소-산화물 층(725) 및 니오븀-티타늄-산화물 층(730)을 포함한다. 제2 영역(745)의 층은 광학 센서 디바이스(702)를 위한 필터링 기능을 제공하기 위해 영역(740)의 부분 상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 제2 영역(745)은 광학 센서 디바이스(702)의 광학 센서를 위한 반사-방지 코팅을 제공할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 유사한 광학 센서 디바이스(702)는 기판(705), 유사한 영역(740)(예컨대, 유사한 다중스펙트럼 필터 어레이), 및 규소-산화물 층(750)의 세트(750-1 내지 750-5로 도시된) 및 니오븀-티타늄-산화물 층(755)의 세트(755-1 내지 755-4로 도시된)를 포함한다. 이 경우에, 규소-산화물 층(750)의 세트 및 니오븀-티타늄-산화물 층(755)의 세트를 포함하는 영역(760)은 특정한 파장(예컨대, 자외선(UV)-녹색 파장)의 고차 억제를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 필터링 기능은 하나 이상의 다른 층을 다중스펙트럼 필터 어레이로 증착시킴으로써 다중스펙트럼 필터 어레이에 부가될 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 도 7a 및 도 7b는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 7a 및 도 7b에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 2에 도시된 예시적인 방법(200)에 관한 예시적인 구현예(800)의 다이어그램이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 센서 요소(308)는 본 명세서에서 설명된 광학 센서 디바이스의 제조 동안 기판(306)에 배치될 수 있다. 유리 웨이퍼(802)가 제공될 수 있으며, 그 위에 필터 및 스페이서 층들의 세트가, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 증착될 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 유리 웨이퍼(802) 상에 층(804)의 세트를 증착시킨 후, 유리 웨이퍼(802) 및 층(804)은, 참조 부호(806)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(306)에 접합된다. 이러한 방식으로, 층은 센서 요소(308)로부터 별개의 기판 상에 형성되며 센서 요소(308)에 부착될 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 도 8a 및 도 8b는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 8a 및 도 8b에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 9는 파장(㎚로 광의)에 대한 투과율(광의 백분율로)의 다이어그램(900)의 예이다. 도 9는 참조 부호(905)에 의해 표시된 바와 같이, 보다 낮은 파장에서 고차 피크를 억제하기 위한, 도 7b에 관하여 본 명세서에서 설명된, 필터 스택의 스펙트럼 응답을 도시한다. 예를 들면, 큰 스펙트럼 대역폭이 도시된 바와 같이 커버되며, 850㎚에서와 같은, 스펙트럼 대역폭의 특정한 서브세트가 통과될 때, 도 7b에 관하여 설명된 바와 같이, 대역통과 필터가 350㎚ 및 450㎚에서 고차 피크를 차단하기 위해 제공될 수 있으며 다이어그램(900)과 유사한 스펙트럼 성능을 보일 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 도 9는 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 9에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
도 10a는 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 은 기반 미러 및 니오븀-티타늄-산화물 기반 스페이서를 사용한 64 채널 필터 어레이의 예시적인 다이어그램(1000 및 1010)이다. 도 10a는 대응하는 필터 부분에 기초하여 64 채널 필터 어레이의 각각의 센서 요소의 스펙트럼 범위를 도시한다. 도 10b는 대응하는 필터 부분에 기초하여 64 채널 필터 어레이의 각각의 센서 요소에 대한 중심 파장을 도시한다. 이 경우에, 각각의 센서 요소는 상이한 파장에 중심이 있다. 또 다른 예에서, 다수의 센서 요소가 공통 파장에 중심이 있을 수 있다.
상기 표시된 바와 같이, 도 10은 단지 예로서 제공된다. 다른 예가 가능하며 도 10에 관하여 설명된 것과 상이할 수 있다.
이러한 방식으로, 다중스펙트럼 필터 어레이가 광학 센서 디바이스의 반도체 기판으로 통합되고, 비교적 낮은 각도 시프트, 비교적 높은 스펙트럼 범위를 제공하며, 다른 필터 구조에 대해 환경적으로 내구성이 있는 광학 센서 디바이스를 위해 제작될 수 있다.
앞서 말한 개시는 예시 및 설명을 제공하지만, 철저하거나 또는 개시된 정확한 형태로 구현을 제한하도록 의도되지 않는다. 수정 및 변화는 상기 개시를 고려하여 가능하거나 또는 구현의 실시로부터 획득될 수 있다.
몇몇 구현예는 임계치와 관련하여 본 명세서에서 설명된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 임계치를 만족시키는 것은 임계치보다 큰, 임계치 이상, 임계치보다 높은, 임계치보다 크거나 또는 같은, 임계치 미만, 임계치보다 적은, 임계치보다 낮은, 임계치보다 낮거나 또는 같은, 임계치와 같은 등을 나타낼 수 있다.
피처의 특정한 조합이 청구항에서 나열되며 및/또는 명세서에서 개시될지라도, 이들 조합은 가능한 구현의 개시를 제한하도록 의도되지 않는다. 사실상, 많은 이들 피처는 구체적으로 청구항에서 나열되고 및/또는 명세서에서 개시되지 않은 방식으로 조합될 수 있다. 이하에서 열거된 각각의 종속 청구항은 단지 하나의 청구항에 직접 의존할 수 있지만, 가능한 구현의 개시는 청구항 세트에서의 모든 다른 청구항과 조합하여 각각의 종속 청구항을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 어떤 요소, 동작, 또는 지시도 이와 같이 명확하게 설명되지 않는다면 중대하거나 또는 필수적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 표현은 하나 이상의 아이템을 포함하도록 의도되며, "하나 이상"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 더욱이, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "세트"는 하나 이상의 아이템(예컨대, 관련 아이템, 관련되지 않은 아이템, 관련 아이템, 및 관련되지 않은 아이템의 조합 등)을 포함하도록 의도되며, "하나 이상"과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 단지 하나의 아이템이 의도되는 경우에, 용어 "하나" 또는 유사한 언어가 사용된다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "갖다(has, have)", "갖는" 등은 제약을 두지 않은 용어인 것으로 의도된다. 뿐만 아니라, 구절 "~에 기초한"은 달리 명확하게 서술되지 않는다면, "적어도 부분적으로 ~에 기초한"을 의미하도록 의도된다.

Claims (19)

  1. 광학 센서들의 세트를 포함하는 기판;
    상기 광학 센서들의 세트 상에 증착된 미러;
    상기 광학 센서들의 세트의 모든 광학 센서들 상에 배치되는 제 1 스페이서 층; 및
    상기 광학 센서들의 세트의 모든 광학 센서들 보다 적은 부분 상에 배치되는 제 2 스페이서 층; 을 포함하고,
    상기 광학 센서들의 세트는, 광학 센서들의 복수의 열을 포함하고,
    상기 미러는, 금속-기반 반사기 층인,
    광학 센서 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러는, 상기 광학 센서들의 세트로 지향된 광의 일부분이 상기 광학 센서들을 향해 상기 미러를 통과하도록 하는, 광학 센서 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 센서 디바이스는,
    상기 미러 상에 코팅되어 상기 미러의 산화를 감소시키는 재료; 를 더 포함하는, 광학 센서 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 재료는,
    5nm 내지 24nm 두께의 아연-산화물(ZnO)-기반 재료인, 광학 센서 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 스페이서 층은, 상기 미러 상에 증착되는, 광학 센서 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이서 층은, 상기 제 1 스페이서 층의 일부분 상에 증착되는, 광학 센서 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이서 층은, 상기 광학 센서들의 복수의 열의 절반 상에 배치되는, 광학 센서 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이서 층은, 상기 제 1 스페이서 층 및 상기 미러의 에지를 커버하는, 광학 센서 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속-기반 반사기 층은 은(Ag)을 포함하는, 광학 센서 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이서 층은 상기 광학 센서들의 세트의 절반 또는 절반 미만 상에 배치되는, 광학 센서 디바이스.
  11. 광학 센서들의 세트를 포함하는 기판;
    상기 광학 센서들의 세트 상에 증착된 미러; 및
    상기 미러 상에 증착된 스페이서 층; 을 포함하고,
    상기 광학 센서들의 세트는 광학 센서들의 복수의 열을 포함하고,
    상기 미러는, 금속-기반 반사기 층인,
    광학 센서 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 센서들의 복수의 열 중 하나의 열은 2 이상의 광학 센서들을 포함하는, 광학 센서 디바이스.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 센서 디바이스는,
    상기 광학 센서들의 세트의 모든 광학 센서들 보다 적게 커버하는 다른 스페이서 층; 을 더 포함하는, 광학 센서 디바이스.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 센서 디바이스는,
    상기 스페이서 층 및 상기 미러의 에지를 커버하는 다른 스페이서 층; 을 더 포함하는, 광학 센서 디바이스.
  15. 센서 요소들의 세트를 포함하는 기판;
    상기 기판의 일부분 상에 배치되는 프레임;
    상기 기판 상에 배치된 미러 층;
    상기 미러 층 상에 배치된 제 1 스페이서 층; 및
    상기 제 1 스페이서 층의 일부분 상에 배치되고, 상기 센서 요소들의 세트의 서브 세트를 커버하는 제 2 스페이서 층; 을 포함하고,
    상기 센서 요소들의 세트의 서브 세트는 상기 센서 요소들의 세트의 모든 센서 요소들 보다 적은,
    디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 프레임은, 상기 제 1 스페이서 층의 일부분 또는 상기 제 2 스페이서 층의 일부분 중 하나 이상 상에 추가로 배치되는, 디바이스.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 프레임은, 상기 제 2 스페이스 층과 상이한 재료로부터 구성되는, 디바이스.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 프레임은, 상기 제 2 스페이스 층과 상이한 두께로 구성되는, 디바이스.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 스페이서 층은, 상기 프레임에 인접하거나 또는 상기 프레임에 의해 부분적으로 둘러싸이지 않는, 디바이스.
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