(57)【要約】 【課題】  ８５０ｎｍから２０００ｎｍの波長範囲と少なくとも部分的に重なる通過帯域を有する光学フィルタおよびその形成方法を提供する。【解決手段】  基板、および前記基板の上に形成された複数のフィルタスタックを含み、前記複数のフィルタスタックのそれぞれは、３．５より高い第１の屈折率を有する高屈折率層と、前記高屈折率層の上に配置され、２．９より高く、前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する中屈折率層と、前記中屈折率層の上に配置され、前記第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する低屈折率層と、を含む光学フィルタ。【選択図】  図１
2020173420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、および
前記基板の上に形成された複数のフィルタスタックを含み、
前記複数のフィルタスタックのそれぞれは、
３．５より高い第１の屈折率を有する高屈折率層と、
前記高屈折率層の上に配置され、２．９より高く、前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する中屈折率層と、
前記中屈折率層の上に配置され、前記第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する低屈折率層と、を含む光学フィルタ。
【請求項２】
前記中屈折率層は、前記複数のフィルタスタックのそれぞれの前記高屈折率層と前記低屈折率層との間に、直接接触して配置され、
前記基板は、前記複数のフィルタスタックの中の１つの高屈折率層と直接接触しており、
前記複数のフィルタスタックの総厚は５μｍ以下である請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記第２の屈折率は、約２．９から約３．３の範囲であり、前記第３の屈折率は、１．６より低く、前記第２の屈折率と前記第３の屈折率との差は、前記第１の屈折率と前記第２の屈折率との差より大きい請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記複数のフィルタスタックのそれぞれの高屈折率層、中屈折率層、および低屈折率層は、水素化シリコン（ＳｉＨ）、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化シリコン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、またはそれらの任意の組み合わせを独立して含み、前記高屈折率層と前記中屈折率層は、水素化シリコン（ＳｉＨ）を含み、低屈折率層は、酸化シリコンを含む請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
基板を提供するステップ、および
前記基板の上に複数のフィルタスタックを形成するステップを含み、
前記複数のフィルタスタックのそれぞれを形成するステップは、
３．５より高い第１の屈折率を有する高屈折率層を形成するステップ、
前記高屈折率層の上に、２．９より高く、且つ前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する中屈折率層を形成するステップ、および
前記中屈折率層の上に、前記第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する低屈折率層を形成するステップを含む光学フィルタを形成する方法。
【請求項６】
前記複数のフィルタスタックのそれぞれの前記高屈折率層を形成するステップ、前記中屈折率層を形成するステップ、および前記低屈折率層を形成するステップは、スパッタリング堆積によって行われる請求項５に記載の光学フィルタを形成する方法。
【請求項７】
前記複数のフィルタスタックのそれぞれの前記高屈折率層を形成するステップ、前記中屈折率層を形成するステップ、および前記低屈折率層を形成するステップは、
スパッタリング堆積チャンバ内に、ニオブ、チタン、タンタル、シリコン、イットリウム、ジルコニウム、アルミニウム、銅、アモルファスシリコン、結晶シリコン、銀、金、ゲルマニウム、またはそれらの任意の組み合わせを含むターゲット材料を提供するステップ、および
水素、酸素、窒素、またはそれらの任意の組み合わせを含むプラズマ活性化反応性ガスを供給し、前記ターゲット材料をスパッタするステップを独立して含む請求項６に記載の光学フィルタを形成する方法。
【請求項８】
前記複数のフィルタスタックのそれぞれの前記高屈折率層を形成するステップ、前記中屈折率層を形成するステップ、および前記低屈折率層を形成するステップは、同じスパッタリング堆積チャンバ内でその場で行なわれる請求項７に記載の光学フィルタを形成する方法。
【請求項９】
前記複数のフィルタスタックのそれぞれの前記高屈折率層を形成するステップ、および前記中屈折率層を形成するステップは、
約５０ｓｃｃｍから約４５０ｓｃｃｍの不活性ガス流量で不活性ガス２６を供給するステップ、および
約０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍより大きい水素ガス流量でプラズマ活性化水素ガスを供給し、約６ｋＷから約８ｋＷのスパッタリングターゲット電力でシリコンターゲットをスパッタリングし、前記高屈折率層を堆積させるステップを含む請求項６に記載の光学フィルタを形成する方法。
【請求項１０】
前記高屈折率層を形成するスパッタリングターゲット電力は、前記中屈折率層を形成するスパッタリングターゲット電力より高く、前記高屈折率層の形成に用いられる不活性ガス流量は、前記中屈折率層の形成に用いられる不活性ガス流量より多く、前記低屈折率層の形成は、
約５０ｓｃｃｍから約４５０ｓｃｃｍの不活性ガス流量で不活性ガスを供給するステップ、および
約１５０ｓｃｃｍから約３５０ｓｃｃｍの酸素流量でプラズマ活性化酸素ガスを供給し、約６ｋＷから約８ｋＷのスパッタリングターゲット電力でシリコンターゲットをスパッタリングし、前記低屈折率層を堆積させるステップを含む請求項６に記載の光学フィルタを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルタおよびその形成方法に関するものであり、特に、８５０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長範囲と少なくとも部分的に重なる通過帯域を有する光学フィルタおよびその形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、イメージセンサは、さまざまな分野で広く用いられているだけでなく、光センサ、近接センサ、飛行時間型（ＴＯＦ）カメラ、分光計、分光検査用装置、カラーフィルタ、モノのインターネット（ＩＯＴ）で使用されるスマートセンサ、先進運転支援システム（ＡＤＡＳ）用のセンサなどのデバイスでも広く用いられている。十分な信号対ノイズ比と同様に向上された感度を提供するために、狭帯域通過フィルタはこれらのアプリケーションを実現するのに不可欠な構成要素である。
【０００３】
既存の狭帯域通過フィルタはそれらの意図する目的には十分であるが、それらは全ての点で完全に満足のいくものではない。従って、狭帯域通過フィルタには克服すべきいくつかの問題が依然としてある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
８５０ｎｍから２０００ｎｍまでの波長範囲と少なくとも部分的に重なる通過帯域を有する光学フィルタおよびその形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、光学フィルタおよびその形成方法に関するものである。フィルタスタックの設計により、高屈折率層、中屈折率層、および低屈折率層をそれぞれ含み、本開示の光学フィルタは、通過帯域と阻止帯域（ｂｌｏｃｋｂａｎｄ）との間に低い角度依存性および急峻なフィルタエッジを提供することができる。また、本実施形態によれば、少なくとも３つの層のそれぞれは、フィルタスタックのそれぞれに、独自の設計の屈折率を有するため、光学フィルタの総膜厚を大幅に減少させることができる。
【０００６】
本開示の本実施形態では、光学フィルタが提供される。光学フィルタは、基板、および基板の上に形成された複数のフィルタスタックを含む。複数のフィルタスタックのそれぞれは、高屈折率層、中屈折率層、および低屈折率層を含む。高屈折率層は、３．５より高い第１の屈折率を有する。中屈折率層は、高屈折率層の上に配置される。中屈折率層は、２．９より高く、且つ第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する。低屈折率層は、中屈折率層の上に配置される。低屈折率層は、第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する。
【０００７】
本開示の本実施形態では、光学フィルタを形成する方法が提供される。前記方法は、基板を提供し、基板の上に複数のフィルタスタックを形成するステップを含む。複数のフィルタスタックのそれぞれを形成するステップは、３．５より高い第１の屈折率を有する高屈折率層を形成するステップ、高屈折率層の上に、２．９より高く、且つ第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する中屈折率層を形成するステップ、および中屈折率層の上に、第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する低屈折率層を形成するステップを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学フィルタの総膜厚を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態による光学フィルタの断面図である。
【図２】図２は、スパッタ堆積システムの概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による光学フィルタを形成するプロセスを示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態による光学フィルタを形成するプロセスを示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施形態による光学フィルタを形成するプロセスを示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施形態による光学フィルタを形成するプロセスを示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施形態による光学フィルタを形成するプロセスを示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による光学フィルタの入射角０°および３１°における透過率スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、対数ｙ軸を有する図４の透過率スペクトルを示している。
【図６】図６は、本開示の比較例による光学フィルタの入射角０°および３１°における透過率スペクトルを示す図である。
【図７】図７は、対数ｙ軸を有する図６の透過率スペクトルを示している。
【図８】図８は、本開示のもう１つの実施形態による光学フィルタの入射角０°および３１°における透過率スペクトルを示している。
【図９】図９は、対数ｙ軸を有する図８の透過率スペクトルを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態では、フィルタスタックの設計により、高屈折率層、中屈折率層、および低屈折率層をそれぞれ含み、本開示の光学フィルタは、通過帯域と阻止帯域（ｂｌｏｃｋｂａｎｄ）との間に低い角度依存性および急峻なフィルタエッジを提供することができる。また、本実施形態によれば、少なくとも３つの層のそれぞれは、フィルタスタックのそれぞれに、独自の設計の屈折率を有するため、光学フィルタの総膜厚を大幅に減少させることができる。本実施形態の詳細は、添付の図面と共に説明される。実施形態に開示された特定の構造および組成は、例として、且つ開示を説明するためだけに用いられており、限定されるものとして解釈されるべきではない。当業者は、実際の用途に従って実施形態の対応する構造および構成を修正または変更することができる。
【００１１】
説明によって明示的に示されていない限り、本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するものであって、本発明を限定するものではない。本明細書では、単数形の「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈によって他の明確な指示がされない限り、複数形も含む。更に理解されることであろうが、「含む」 及び／又は「含んでいる」という用語が本明細書で使用される場合、述べられた特徴、ステップ、要素および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、ステップ、要素、構成要素および／またはこれらの群の存在或いはこれらの追加を除外するものではない。
【００１２】
本明細書中の「１つの実施例」、「一実施例」、「例示的な実施例」、「例」などのあらゆる言及は、実施例に関連して記述される特定の特徴、構造、または特性が本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。明細書のさまざまな箇所に出現するこのような表現は、必ずしも全て同じ実施例を指すとは限らない。また、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。以下の図は一定の縮尺で描かれているのではなく、むしろこれらの図は単なる例示であることを理解されたい。
【００１３】
図１は、本実施形態による光学フィルタ１０の断面図である。図１に示されるように、本実施形態によれば、光学フィルタ１０は、約８５０ｎｍから約２０００ｎｍまでの波長範囲、または約８５０ｎｍから約１５５０ｎｍまでの波長範囲と少なくとも部分的に重なる通過帯域を有する。光学フィルタ１０は、基板１００、および基板１００の上に形成された複数のフィルタスタック２００を含む。フィルタスタック２００のそれぞれは、高屈折率層２１０、中屈折率層２２０、および低屈折率層２３０を含む。高屈折率層２１０は、９４０ｎｍの波長において３．５より高い第１の屈折率を有する。中屈折率層２２０は、高屈折率層２１０の上に配置される。中屈折率層２２０は、９４０ｎｍの波長において２．９より高く、且つ第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する。低屈折率層２３０は、中屈折率層２２０の上に配置される。低屈折率層２３０は、９４０ｎｍの波長において第２の屈折率より低い第３の屈折率を有する。
【００１４】
本実施形態では、光学フィルタ１０は狭帯域通過フィルタである。例えば、本実施形態では、光学フィルタ１０は、約９３１ｎｍから約９６１ｎｍまでの波長範囲を有する光を透過するように設計された狭帯域フィルタである。本の実施形態の変形例では、光学フィルタ１０は、約１５２０ｎｍから約１５５０ｎｍまでの波長範囲を有する光を透過するように設計された狭帯域フィルタである。しかしながら、上述の例は例示的なものにすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。
【００１５】
本実施形態によれば、高屈折率層２１０、中屈折率層２２０、および低屈折率層２３０をそれぞれ含むフィルタスタック２００の設計では、本開示の光学フィルタ１０は、通過帯域（例えば９０％以上の透過率レベル）と阻止帯域（例えばＯＤ３以上のブロッキングレベル）との間に低い角度依存性および急峻なフィルタエッジを提供することができる。
【００１６】
また、本実施形態によれば、３つの層のそれぞれは、フィルタスタック２００のそれぞれに、独自の設計の屈折率を有するため、上述の満足できる光学特性を有しながら光学フィルタ１０の総膜厚を大幅に減少させることができる。
【００１７】
本実施形態では、図１に示されるように、複数のフィルタスタック２００のそれぞれでは、中屈折率層２２０は、高屈折率層２１０と低屈折率層２３０との間に配置され、中屈折率層２２０は、高屈折率層２１０および低屈折率層２３０と直接接している。
【００１８】
本実施形態では、中屈折率層２２０の第２の屈折率は、９４０ｎｍの波長において約２．９から約３．３までの範囲とすることができる。
【００１９】
本実施形態では、低屈折率層２３０の第３の屈折率は、９４０ｎｍの波長において１．６より低くするができる。
【００２０】
本実施形態では、中屈折率層２２０の第２の屈折率と低屈折率層２３０の第３の屈折率との差は、高屈折率層２１０の第１の屈折率と中屈折率層２２０の第２の屈折率との差より大きい。
【００２１】
本実施形態では、図１に示されるように、複数のフィルタスタック２００の総厚Ｔ１は５μｍ以下とすることができる。いくつかの実施形態では、複数のフィルタスタック２００の総厚Ｔ１は４．７μｍ以下とすることができる。
【００２２】
本実施形態では、図１に示されるように、基板１００は、複数のフィルタスタック２００の中の１つに含まれる高屈折率層２１０と直接接触している。この場合、図１に示されるように、基板１００は最下部のフィルタスタック２００の高屈折率層２１０と直接接触している。他の実施形態では、基板１００は、複数のフィルタスタック２００（図示せず）の中の１つに含まれる低屈折率層２３０と直接接触してもよい。
【００２３】
本実施形態では、複数のフィルタスタック２００のそれぞれの高屈折率層２１０、中屈折率層２２０、および低屈折率層２３０は、水素化シリコン（ＳｉＨ）、酸化ニオブ（Ｎ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００２４】
本実施形態では、高屈折率層２１０は、約３．５１の屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）、中屈折率層２２０は、約３．２０の屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）、および低屈折率層２３０は、約１．４５の屈折率を有する酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む。
【００２５】
本実施形態によれば、高屈折率層２１０および／または中屈折率層２２０の材料として用いられる所望の屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）は、通過帯域と阻止帯域との間に、向上された低い角度依存性および急峻なフィルタエッジを提供することができる。より具体的には、高屈折率層２１０および中屈折率層２２０が共に設計された屈折率を有する水素化ケイ素（ＳｉＨ）からなる設計では、光学フィルタの中心波長の通過帯域シフト（即ち、ブルーシフト）は、入射角が０°から３０°以下に変わると、１５ｎｍ以下になることができる。また、上述の設計では、光学フィルタ１０の透過率は、１０ｎｍ以下のような非常に小さい波長範囲内で１０％から９０％に上昇させることができる。本実施形態によれば、光学フィルタ１０は、高い通過帯域透過率、正確な中心波長、および広帯域ブロッキング範囲（ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｒａｎｇｅ）を有するため、優れた信号対ノイズ比を提供することができる。
【００２６】
図２は、スパッタ堆積システム２０の概略図である。図２に示されるスパッタ堆積システム２０は、本本実施形態に従って光学フィルタ１０を形成するように用いられることができる。
【００２７】
図２に示されるように、スパッタ堆積システム２０は、スパッタリング堆積チャンバ（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）２１、少なくとも１つのカソード２３（例えば、図２に示されたような３つのカソード２３）、プラズマ活性化源２５、陽極２７、プラズマ電源２８、およびカソード電源２９を含む。スパッタリング堆積チャンバ２１は真空チャンバであり、カソード２３、プラズマ活性化源２５、アノード２７がスパッタリング堆積チャンバ２１内に配置されている。カソード２３はカソード電源２９によって電力を供給される。電力起動源２５は、プラズマ電源２８によって電力を供給される。ターゲット材料２２はカソード２３に設置され、次いでターゲット材料２２はスパッタリング堆積チャンバ２１内に配置された基板１００の上に堆積されるようにスパッタリングされる。本実施形態では、電力活性化源２５は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源である。
【００２８】
図２に示されるように、不活性ガス２６がスパッタリング堆積チャンバ２１内に供給される。本実施形態では、不活性ガス２６は、プラズマ活性化源２５を介してスパッタリング堆積チャンバ２１内に導入される。本実施形態では、不活性ガス２６は、アノード２７を介して更に導入されてもよい。例えば、図２に示されるように、プラズマ活性化反応ガス２４がプラズマ活性化源２５を介してスパッタリング堆積チャンバ２１内に導入されることができる。
【００２９】
図３Ａ〜図３Ｅは、本開示の本実施形態による光学フィルタを形成するためのプロセスを示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｅに示される以下のステップは、一例として図２に示されるスパッタ堆積システム２０を用いて行われる。上述した要素と同一または類似の符号を共有する要素は、同様または同一の要素であるためここでは説明を省略する。
【００３０】
図２および図３Ａに示すように、基板１００が提供される。本実施形態では、基板１００は、ガラス基板、または約８５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの波長範囲を有する光に対して実質的に透明な任意の適切な基板である。図２に示すように、本実施形態では、基板１００は、スパッタリング堆積チャンバ２１内に配置され、スパッタリング堆積チャンバ２１内のカソード２３にターゲット材料２２が提供される。
【００３１】
その後、本開示の本実施形態によれば、複数のフィルタスタック２００のそれぞれの高屈折率層２１０、中屈折率層２２０、および低屈折率層２３０の形成は、スパッタリング堆積によって行われる。スパッタリング堆積は、図２に示されるようにスパッタ堆積システム２０を用いることによって行われてもよく、その詳細は後述される。
【００３２】
次いで、図２および図３Ａに示されるように、不活性ガス２６がスパッタリング堆積チャンバ２１内に供給され、プラズマ活性化反応性ガス２４が供給されてターゲット材料２２をスパッタリングし、基板１００上に高屈折率層２１０を堆積させる。図３Ａに示されるように、本実施形態では、高屈折率層２１０は基板１００と直接接触している。
【００３３】
本実施形態では、スパッタリング堆積チャンバ２１内に提供されるターゲット材料２２は、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、シリコン（Ｓｉ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、アモルファスシリコン（α‐Ｓｉ）、結晶シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。本実施形態では、プラズマ活性化反応性ガス２４は、水素、酸素、窒素、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。本実施形態では、不活性ガス２６はアルゴン、ヘリウム、またはそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【００３４】
本実施形態では、ターゲット材料２２はシリコンターゲットとすることができ、プラズマ活性化反応性ガス２４はプラズマ活性化水素ガスとすることができる。この場合、形成されたままの高屈折率層２１０は、９４０ｎｍの波長において３．５より高い屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）層であることができる。
【００３５】
本実施形態では、高屈折率層２１０の形成中、供給される不活性ガス２６の不活性ガス流量は、約５０ｓｃｃｍから約４５０ｓｃｃｍである。本実施形態では、高屈折率層２１０の形成中、シリコンターゲットをスパッタリングするために供給されるプラズマ活性化水素ガスの水素ガス流量は、約０ｓｃｃｍから約１５０ｓｃｃｍより大きい。本実施形態では、高屈折率層２１０の形成中、スパッタリングターゲット電力は約６ｋＷから約８ｋＷである。
【００３６】
本実施形態では、図３Ａに示されるように高屈折率層２１０の形成中、供給された不活性ガス２６はアルゴンであり、供給された不活性ガス２６の不活性ガス流量は約２２５ｓｃｃｍであり、供給されたプラズマ活性化酸素ガスの酸素ガス流量は約１５０ｓｃｃｍであり、スパッタリングターゲット電力は約８ｋＷである。
【００３７】
次いで、図２および図３Ｂに示されるように、不活性ガス２６がスパッタリング堆積チャンバ２１内に供給され、プラズマ活性化反応性ガス２４が供給されてターゲット材料２２をスパッタリングし、高屈折率層２１０上に中屈折率層２２０を堆積させる。図３Ｂに示されるように、本実施形態では、中屈折率層２２０は高屈折率層２１０と直接接触している。
【００３８】
本実施形態では、中屈折率層２２０を堆積するのに用いられるターゲット材料２２、プラズマ活性化反応性ガス２４、および不活性ガス２６は、高屈折率層２１０を堆積するのに用いたものと同じでもよく、類似していてもよい。
【００３９】
本実施形態では、ターゲット材料２２はシリコンターゲットとすることができ、プラズマ活性化反応性ガス２４はプラズマ活性化水素ガスとすることができる。この場合、形成されたままの中屈折率層２２０は、９４０ｎｍの波長において２．９より高く、且つ前記第１の屈折率より低い屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）層であることができる。
【００４０】
本実施形態では、図３Ｂに示されるように中屈折率層２２０の形成中、供給された不活性ガス２６はアルゴンであり、供給された不活性ガス２６の不活性ガス流量は約１７０ｓｃｃｍであり、供給されたプラズマ活性化酸素ガスの水素ガス流量は約１５０ｓｃｃｍであり、スパッタリングターゲット電力は約６ｋＷである。
【００４１】
本実施形態では、高屈折率層２１０を形成するスパッタリングターゲット電力は、中屈折率層２２０を形成するスパッタリングターゲット電力より大きくてもよい。
【００４２】
本実施形態では、高屈折率層２１０の形成に用いられる不活性ガス流量は、中屈折率層２２０の形成に用いられる不活性ガス流量よりも多くてもよい。
【００４３】
次いで、図２および図３Ｃに示されるように、不活性ガス２６がスパッタリング堆積チャンバ２１内に供給され、プラズマ活性化反応性ガス２４が供給されてターゲット材料２２をスパッタリングし、中屈折率層２２０上に低屈折率層２３０を堆積させる。図３Ｃに示されるように、本実施形態では、低屈折率層２３０は中屈折率層２２０と直接接触している。
【００４４】
本実施形態では、低屈折率層２３０を堆積するのに用いられるターゲット材料２２、プラズマ活性化反応性ガス２４、および不活性ガス２６は、高屈折率層２１０および／または  低屈折率層２２０を堆積するのに用いたものと同じでもよく、類似していてもよい。
【００４５】
本実施形態では、ターゲット材料２２はシリコンターゲットとすることができ、プラズマ活性化反応性ガス２４はプラズマ活性化酸素ガスとすることができる。この場合、形成されたままの低屈折率層２３０は、９４０ｎｍの波長において中屈折率層２２０の屈折率より低い屈折率を有する酸化シリコン層であることができる。
【００４６】
本実施形態では、低屈折率層２３０の形成中、供給される不活性ガス２６の不活性ガス流量は、約５０ｓｃｃｍから約４５０ｓｃｃｍまでの範囲内である。本実施形態では、低屈折率層２３０の形成中、供給されるプラズマ活性化酸素ガスの酸素ガス流量は、約１５０ｓｃｃｍから約３５０ｓｃｃｍの範囲内である。本実施形態では、低屈折率層２３０の形成中、スパッタリングターゲット電力は約６ｋＷから約８ｋＷの範囲内である。
【００４７】
本実施形態では、図３Ｃに示されるように低屈折率層２３０の形成中、供給された不活性ガス２６はアルゴンであり、供給された不活性ガス２６の不活性ガス流量は約２２５ｓｃｃｍであり、供給されたプラズマ活性化酸素ガスの酸素ガス流量は約１５０ｓｃｃｍであり、スパッタリングターゲット電力は約６ｋＷである。
【００４８】
この時点で、図３Ｃに示されるように、高屈折率層２１０、中屈折率層２２０、および低屈折率層２３０を含むフィルタスタック２００の中の１つが基板１００上に堆積される。図３Ｃに示されるように実施形態では、最下部のフィルタスタック２００がまず基板１００上に形成され、最下部のフィルタスタック２００の高屈折率層２１０は、基板１００と直接接触しており、中屈折率層２２０は、高屈折率層２１０と低屈折率層２３０との間に、且つ直接接触して形成される。
【００４９】
本実施形態では、基板１００は比較的低い屈折率（例えば、ガラスの屈折率は約１．４５である）を有し、高屈折率層２１０は、フィルタスタック２００の３層の中で最も高い屈折率を有する。従って、基板１００の屈折率と高屈折率層２１０の屈折率との間には比較的大きな差がある。本開示の実施形態によれば、フィルタスタック２００のうちの第１のフィルタスタックの高屈折率層２１０を基板１００上に直接堆積するプロセス中、屈折率間の大きな差によって提供される優れた分解能により、高屈折率層２１０の堆積された厚さを観察し制御することが比較的容易になる。従って、加工誤差（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｅｒｒｏｒ）を回避することができ、堆積層の厚さに対する制御を向上させることができる。
【００５０】
本実施形態では、図２に示すように、異なるカソード２３上に提供されたターゲット材料２２は、互いに同じでも異なっていてもよい。本実施形態では、各フィルタスタック２００の異なる層を形成するために導入される不活性ガス２６は、互いに同じでも異なっていてもよい。本実施形態では、各フィルタスタック２００の異なる層を形成するために導入されるプラズマ活性化反応性ガス２４は、互いに同じでも異なっていてもよい。
【００５１】
次いで、図３Ｄ〜図３Ｅに示されるように、図３Ａ〜図３Ｃに示すステップは複数回繰り返され、複数のフィルタスタック２００を形成する。例えば、図３Ｄに示されるように、フィルタスタック２００のうちの第２のフィルタスタック２００の高屈折率層２１０は、フィルタスタック２００のうちの第１のフィルタスタックの低屈折率層２３０上に堆積され、次いで、中屈折率層２２０および低屈折率層２３０は、その上に順次に堆積されて、フィルタスタック２００のうちの第２のフィルタスタックを形成し、図３Ｅに示されるように複数のフィルタスタック２００を形成する。
【００５２】
本実施形態では、複数のフィルタスタック２００のそれぞれの高屈折率層２１０の形成、中屈折率層２２０の形成、および低屈折率層２３０の形成は、同じスパッタリング堆積チャンバ２１内でその場で行なわれてもよい。
【００５３】
図４は、本実施形態による光学フィルタの入射角０°および３１°における透過率スペクトルを示す図である。図５は、対数ｙ軸を有する図４の透過率スペクトルを示している。図６は、比較例による光学フィルタの入射角０°および３１°における透過率スペクトルを示す図である。図７は、対数ｙ軸を有する図６の透過率スペクトルを示している。本開示に提示される透過率スペクトルの結果は、薄膜計算ソフト（Ｅｓｓｅｎｔｉａｌ  Ｍａｃｌｅｏｄ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ｓｏｆｔｗａｒｅ  ｐａｃｋａｇｅ）を用いてシミュレートされた。
【００５４】
図４〜図７に示すように、実施例１および比較例１の光学フィルタは、０°〜３１°の入射角の範囲に対して９３１ｎｍ〜９６１ｎｍの波長範囲の光を透過するように設計された狭帯域フィルタである。実施例１および比較例１の光学フィルタの層数（空気から基板まで）、材料、および層の厚さは、それぞれ表１および表２に示される。実施例１の光学フィルタのフィルタスタックは、総厚が約４．６μｍの６６層を含む。比較例１の光学フィルタのフィルタスタックは、約６．６μｍの総厚を有する４１層を含む。
【００５５】
本実施形態では、９４０ｎｍの波長において３．５１４の屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）層は、スパッタリング堆積によって形成されることができ、スパッタリング堆積は、約２２５ｓｃｃｍのアルゴン流量および約１５０ｓｃｃｍのプラズマ活性化水素ガスの水素ガス流量で行われ、約８ｋＷのスパッタリングターゲット電力が印加されて、シリコンターゲットをスパッタする。本実施形態では、９４０ｎｍの波長において３．２０６の屈折率を有する水素化シリコン（ＳｉＨ）層は、スパッタリング堆積によって形成されることができ、スパッタリング堆積は、約１７０ｓｃｃｍのアルゴン流量および約１５０ｓｃｃｍのプラズマ活性化水素ガスの水素ガス流量で行われ、約６ｋＷのスパッタリングターゲット電力が印加されて、シリコンターゲットをスパッタする。
【００５６】
表１および表２では、９４０ｎｍの波長において３．５１の屈折率を有するＳｉＨ層（ＳｉＨ‐２）、９４０ｎｍの波長において３．１６の屈折率を有するＳｉＨ層（ＳｉＨ‐１）、および９４０ｎｍの波長において１．４５の屈折率を有するＳｉＯ２層が、シミュレーションに用いられている。
【００５７】
＜実施例１＞
【表１】
2020173420.tif 000003
【００５８】
＜比較例１＞
【表２】
2020173420.tif 000004
【００５９】
図４〜図７に示されるようなシミュレーション結果の異なる波長範囲に関する透過率特性は、実施例１および比較例１の表３および表４にそれぞれまとめられている。以下の表では、本開示からのシミュレーション結果、および異なる所定の波長範囲内の光の平均透過率、最大透過率、および最小透過率の産業からの要件が列挙されている。例えば、「ａｖｇ（４００〜７００）」は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光の平均透過率（％）を示しており、「ｍａｘ（４００〜７００）」は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光の最大透過率（％）を示しており、且つ「ｍｉｎ（４００〜７００）」は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲の光の最小透過率（％）を示している。
【００６０】
＜実施例１＞
【表３】
2020173420.tif 000005
【００６１】
＜比較例１＞
【表４】
2020173420.tif 000006
【００６２】
図４は、実施例１の入射角０°および３１°における透過率スペクトル４００および４０１を示している。図５に示すように、透過率スペクトル５００および５０１は、対数ｙ軸を有する透過率スペクトル４００および４０１をそれぞれ表しており、透過スペクトル５１０および５１１は、透過率スペクトル５００および５０１にそれぞれ対応する産業要件をそれぞれ表している。同様に、図６は、比較例１の入射角０°および３１°における透過率スペクトル６００および６０１を示している。図７に示すように、透過率スペクトル７００および７０１は、対数ｙ軸を有する透過率スペクトル６００および６０１をそれぞれ表しており、透過スペクトル７１０および７１１は、透過率スペクトル７００および７０１にそれぞれ対応する産業要件をそれぞれ表している。
【００６３】
図６〜図７および表４に示されるように、比較例１の光学フィルタは、９３１ｎｍ〜９６１ｎｍの波長範囲内で、入射角０°において９５．５％より低い透過率レベルを有する。また、９２２ｎｍから約９５０ｎｍにシフトした波長範囲の入射角３１°において比較例１の光学フィルタはわずか８４．０８％の比較的低い透過率レベルを有する。更に、比較例１の光学フィルタは、入射角０°において７００ｎｍから８７０ｎｍの波長範囲内で１１．８７％のブロッキングレベルを有し、入射角３１°において８７０ｎｍから８９６ｎｍのシフトした波長範囲内で３．５４％のブロッキングレベルを有する。また、比較例１の光学フィルタは、入射角０°において９９０ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲内で２．２２％のブロッキングレベルを有し、入射角３１°において９８０ｎmから１１００ｎmのシフトした波長範囲内で４８．３０％のブロッキングレベルを有する。以上のことから、比較例１の光学フィルタは、実施例１の光学フィルタよりも総厚が厚いだけでなく、望ましくない高い角度依存性および低いブロッキングレベルを有する。
【００６４】
これに対して、図４〜図５および表３に示されるように、実施例１の光学フィルタは、入射角０°における９３１ｎｍ〜９６１ｎｍの波長範囲内で９９．２２％の平均透過率、９６．９２％の最小透過率を有する。即ち、実施例１の光学フィルタは、９３１ｎｍから９６１ｎｍの波長範囲内で９６％以上の透過率レベルを有する。また、約９２２ｎｍから約９５０ｎｍにシフトした波長範囲の入射角３１°においても、実施例１の光学フィルタは、依然として９１％以上の透過率レベルを有する。また、実施例１の光学フィルタは、上述の波長範囲外のＯＤ３以上のブロッキングレベルを有する。
【００６５】
更に、図４〜図５に示されるように、実施例１の光学フィルタの中心波長の通過帯域シフト（即ちブルーシフト）は、入射角が０°から３１°に変わると、１３ｎｍ以下になる。また、実施例１の光学フィルタの透過率は、６ｎｍ以下の比較的小さい波長範囲（例えば、９２４ｎｍ〜９３０ｎｍ）内で１０％から９０％に上昇することができる。このように、本開示の実施形態によれば、優れた信号対ノイズ比は、光学フィルタによって提供されることができる。
【００６６】
図８は、本発明のもう１つの実施形態による光学フィルタの入射角０°および３１°における透過率スペクトルを示しており、図９は、対数ｙ軸を有する図８の透過率スペクトルを示している。
【００６７】
図８〜図９に示すように、実施例２の光学フィルタは、０°〜３１°の入射角の範囲に対して１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの波長範囲の光を透過するように設計された狭帯域フィルタである。実施例２の光学フィルタの層数（空気から基板まで）、材料、および層の厚さは、表５に示される。実施例２の光学フィルタのフィルタスタックは、総厚が約９．１５μｍの８４層を含む。
【００６８】
表５では、９４０ｎｍの波長において３．５１の屈折率を有するＳｉＨ層（ＳｉＨ‐２）、９４０ｎｍの波長において３．１６の屈折率を有するＳｉＨ層（ＳｉＨ‐１）、および９４０ｎｍの波長において１．４５の屈折率を有するＳｉＯ２層が、シミュレーションに用いられている。
【００６９】
＜実施例２＞
【表５】
2020173420.tif 000007
【００７０】
図８は、実施例２の入射角０°および３１°における透過率スペクトル８００および８０１を示している。図９に示すように、透過率スペクトル９００および９０１は、対数ｙ軸を有する透過率スペクトル８００および８０１をそれぞれ表している。
【００７１】
図８〜図９に示されるように、実施例１の光学フィルタは、１５２０ｎｍ〜１５５０ｎｍの波長範囲内で、入射角０°において９５．５％より低い透過率レベルを有する。また、図９に示されるように、実施例２の光学フィルタは、上述の波長範囲外のＯＤ３以上のブロッキングレベルを有する。
【００７２】
更に、図８〜図９に示されるように、実施例２の光学フィルタの透過率は、１０ｎｍ以下の波長範囲（例えば、１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）内で１０％から９０％に上昇することができる。このように、優れた信号対ノイズ比は、光学フィルタによって提供されることができる。
【００７３】
以上、当業者が本開示の態様をより理解できるように幾つかの実施の形態特徴を概説した。上記実施の形態は、他のプロセスおよび構造を設計又は改変するための基礎となり得る。本開示の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、等価な構成を含み、本開示の精神および範囲を逸脱せずに、ここで種々の変更、代替、および改変も含む。
【符号の説明】
【００７４】
１０  光学フィルタ
１００  基板
２００  フィルタスタック
２１０  高屈折率層
２２０  中屈折率層
２３０  低屈折率層
Ｔ１  フィルタスタックの総厚
２０  スパッタ堆積システム
２１  スパッタリング堆積チャンバ
２２  ターゲット材料
２３  カソード
２４  プラズマ活性化反応ガス
２５  プラズマ活性化源
２６  不活性ガス
２７  陽極
２８  プラズマ電源
２９  カソード電源
【図１】
2020173420.tif 000008
【図２】
2020173420.tif 000009
【図３Ａ】
2020173420.tif 000010
【図３Ｂ】
2020173420.tif 000011
【図３Ｃ】
2020173420.tif 000012
【図３Ｄ】
2020173420.tif 000013
【図３Ｅ】
2020173420.tif 000014
【図４】
2020173420.tif 000015
【図５】
2020173420.tif 000016
【図６】
2020173420.tif 000017
【図７】
2020173420.tif 000018
【図８】
2020173420.tif 000019
【図９】
2020173420.tif 000020