JP2019145813A - Metal-dielectric optical filter, sensor device, and fabrication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属誘電体光学フィルター、当該光学フィルターを含むセンサーデバイス、
および当該光学フィルターの製造方法に関する。
The present invention relates to a metal dielectric optical filter, a sensor device including the optical filter,
And a method for producing the optical filter.
光学センサーは、画像センサー、環境光センサー、近接センサー、色相センサー、およ
びＵＶセンサー等の光学センサーデバイスに用いられ、光信号を電気信号に変換して、光
信号の検出や撮像を可能にする。光学センサーは、一般に、１つ以上のセンサー素子と、
該１つ以上のセンサー素子の上に配置される１つ以上の光学フィルターとを含む。
The optical sensor is used in an optical sensor device such as an image sensor, an ambient light sensor, a proximity sensor, a hue sensor, and a UV sensor, and converts an optical signal into an electrical signal to enable detection and imaging of the optical signal. An optical sensor generally includes one or more sensor elements,
And one or more optical filters disposed on the one or more sensor elements.
例えば、カラー画像センサーは、アレイ状に配置されるの複数のカラーフィルター、即
ち、カラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）を含む。ＣＦＡは、赤色、緑色、および青色（Ｒ
ＧＢ）フィルター等、異なる色通過帯域を有する異なる種類のカラーフィルターを含む。
For example, a color image sensor includes a plurality of color filters arranged in an array, that is, a color filter array (CFA). CFA is red, green, and blue (R
GB) including different types of color filters having different color pass bands, such as filters.
従来、染料を用いて形成される吸収フィルターが、カラーフィルターとして利用されて
いる。しかし、このような染料ベースのカラーフィルターは、相対的に色通過帯域が広く
、その結果、色の鮮やかさに劣る。あるいは、積層誘電体層から成るダイクロイックフィ
ルター、即ち、干渉フィルターも、カラーフィルターとして利用可能である。このような
全誘電体カラーフィルターは、より高い透過レベルおよびより狭い色通過帯域を有するた
め、より明るく鮮やかな色を実現する。しかし、全誘電体カラーフィルターの色通過帯域
は、入射角の変化に伴う中心波長シフトが相対的に大きいため、望ましくない色ずれが起
こる。
Conventionally, an absorption filter formed using a dye has been used as a color filter. However, such a dye-based color filter has a relatively wide color passband, resulting in poor color vividness. Alternatively, a dichroic filter composed of a laminated dielectric layer, that is, an interference filter can also be used as a color filter. Such an all-dielectric color filter has a higher transmission level and a narrower color passband, thus realizing a brighter and brighter color. However, the color pass band of the all-dielectric color filter has an undesired color shift due to a relatively large center wavelength shift accompanying a change in incident angle.
さらに、全誘電体カラーフィルターは、典型的に、多数の積層誘電体層を含み、相対的
に厚い。そのため、全誘電体カラーフィルターは、高価であり、製造するのが難しい。特
に、全誘電体カラーフィルターは、化学的にエッチングすることが難しい。したがって、
パターン化には、リフトオフプロセスが好まれる。ＣＦＡにおける全誘電体カラーフィル
ターをパターン化するためのリフトオフプロセスの例は、１９９２年６月９日発行のＨａ
ｎｒａｈａｎの米国特許第５，１２０，６２２号、１９９８年１月２７日発行のＢｕｃｈ
ｓｂａｕｍの米国特許第５，７１１，８８９号、２００１年５月２９日発行のＥｄｌｉｎ
ｇｅｒ他の米国特許第６，２３８，５８３号、２００３年１０月２８日発行のＢｕｃｈｓ
ｂａｕｍ他の米国特許第６，６３８，６６８号、および２０１０年１月１９日発行のＢｕ
ｃｈｓｂａｕｍ他の米国特許第７，６４８，８０８号に開示されている。しかし、リフト
オフプロセスは、一般に、フィルター高さの約２倍のフィルター間隔に限定されており、
より小型のカラー画像センサーに好適な全誘電体ＣＦＡを実現するのは困難である。
In addition, all dielectric color filters typically include multiple laminated dielectric layers and are relatively thick. Therefore, all dielectric color filters are expensive and difficult to manufacture. In particular, the all-dielectric color filter is difficult to chemically etch. Therefore,
For patterning, a lift-off process is preferred. An example of a lift-off process for patterning all-dielectric color filters in CFA can be found in Ha, issued June 9, 1992.
Nrahan US Pat. No. 5,120,622, Buch issued on Jan. 27, 1998
Sbaum US Pat. No. 5,711,889, Edlin, issued May 29, 2001
Buchs issued to Ger et al., US Pat. No. 6,238,583, issued Oct. 28, 2003.
Baum et al., US Pat. No. 6,638,668, and Bu issued January 19, 2010.
US Pat. No. 7,648,808 to chsbaum et al. However, the lift-off process is generally limited to a filter spacing of approximately twice the filter height,
It is difficult to realize an all-dielectric CFA suitable for a smaller color image sensor.
色通過帯域において可視光を透過するのに加えて、染料ベースおよび全誘電体カラーフ
ィルターの双方ともが、赤外（ＩＲ）光も透過し、これがノイズの一因となる。よって、
カラー画像センサーは、典型的に、ＣＦＡの上に配置されるＩＲブロッキングフィルター
も含む。ＩＲブロッキングフィルターは、可視スペクトル領域で動作する他の光学センサ
ーデバイスにも用いられる。従来、色ガラスから成る吸収フィルターや積層誘電体層から
成るダイクロイックフィルターは、ＩＲブロッキングフィルターとして利用されている。
あるいは、積層金属誘電体層から成る誘導透過フィルターも、ＩＲブロッキングフィルタ
ーとして利用可能である。金属誘電体ＩＲブロッキングフィルターの例は、１９９７年７
月１５日発行のＳａｋａｍｏｔｏ他の米国特許第５，６４８，６５３号および２００６年
１１月７日発行のＯｃｋｅｎｆｕｓｓ他の米国特許第７，１３３，１９７号に開示されて
いる。
In addition to transmitting visible light in the color passband, both dye-based and all-dielectric color filters also transmit infrared (IR) light, which contributes to noise. Therefore,
Color image sensors typically also include an IR blocking filter disposed on the CFA. IR blocking filters are also used in other optical sensor devices that operate in the visible spectral region. Conventionally, absorption filters made of colored glass and dichroic filters made of laminated dielectric layers have been used as IR blocking filters.
Alternatively, an inductive transmission filter made of a laminated metal dielectric layer can also be used as an IR blocking filter. An example of a metal dielectric IR blocking filter is
U.S. Pat. No. 5,648,653 to Sakamoto et al. Issued on Nov. 15 and U.S. Pat. No. 7,133,197 to Ockenfuss et al. Issued Nov. 7, 2006.
ＩＲブロッキングフィルターの使用を避けるために、積層金属誘電体層から成る誘導透
過フィルターをカラーフィルターとして用いることができる。金属誘電体カラーフィルタ
ー等の金属誘電体光学フィルターは、本質的に、ＩＲブロッキングである。典型的に、金
属誘電体カラーフィルターは、入射角の変化に伴って波長が大きくシフトしない相対的に
狭い色通過帯域を有する。さらに、金属誘電体カラーフィルターは、一般に、全誘電体カ
ラーフィルターよりもずっと薄い。金属誘電体カラーフィルターの例は、１９９０年１２
月２５日発行のＭｃＧｕｃｋｉｎ他の米国特許第４，９７９，８０３号、２０００年２月
２９日発行のＷａｎｇの米国特許第６，０３１，６５３号、２００９年１２月１０日公開
のＧｉｄｏｎ他の米国特許出願第２００９／０３０２４０７号、２０１１年８月２５日公
開のＧｒａｎｄの米国特許出願第２０１１／０２０４４６３号、および、２０１２年４月
１２日公開のＧｉｄｏｎ他の米国特許出願第２０１２／００８５９４４号に開示されてい
る。
In order to avoid the use of an IR blocking filter, an inductive transmission filter comprising a laminated metal dielectric layer can be used as a color filter. Metal dielectric optical filters, such as metal dielectric color filters, are inherently IR blocking. Typically, a metal dielectric color filter has a relatively narrow color passband where the wavelength does not shift significantly with changes in incident angle. Moreover, metal dielectric color filters are generally much thinner than all dielectric color filters. An example of a metal dielectric color filter is 1990
McGuckin et al. U.S. Pat. No. 4,979,803 issued 25 May, Wang U.S. Pat. No. 6,031,653 issued 29 Feb. 2000, Gidon et al. Published Dec. 10, 2009 Disclosure in patent application No. 20090302407, Grand US patent application 2011/0204463 published August 25, 2011, and Gidon et al. US patent application 2012/0085944 published April 12, 2012. Has been.
典型的に、金属誘電体カラーフィルター等の金属誘電体光学フィルターにおける金属層
は、銀またはアルミニウム層であり、これらの層は、環境的に不安定で、少量の水または
硫黄に露出されただけで劣化する。銀層の化学エッチングでは、銀層のエッジが環境に露
出され、劣化を引き起こす。したがって、大抵の場合、ＣＦＡにおける金属誘電体カラー
フィルターは、金属誘電体カラーフィルターにとって異なる色通過帯域を選択するために
誘電体層のみの厚みを調整することによって、パターン化される。言い換えれば、異なる
色通過帯域を有する異なる種類の金属誘電体カラーフィルターは、互いに同じ数の銀層を
有し、互いに同じ厚みの銀層を有する必要がある。しかし、これらの要件は、金属誘電体
カラーフィルターの可能な光学設計を厳しく制限するものである。
Typically, the metal layers in metal dielectric optical filters such as metal dielectric color filters are silver or aluminum layers, which are environmentally unstable and only exposed to small amounts of water or sulfur. It deteriorates with. In chemical etching of the silver layer, the edge of the silver layer is exposed to the environment and causes degradation. Thus, in most cases, the metal dielectric color filter in CFA is patterned by adjusting the thickness of only the dielectric layer to select different color pass bands for the metal dielectric color filter. In other words, different types of metal dielectric color filters having different color pass bands need to have the same number of silver layers and the same thickness of silver layers. However, these requirements severely limit the possible optical design of metal dielectric color filters.
本発明は、これらの要件に制限されない金属誘電体光学フィルターであって、画像セン
サーや、環境光センサー、近接センサー、色相センサー、ＵＶセンサー等の他のセンサー
デバイスでの使用に特に好適な金属誘電体光学フィルターを提供する。
The present invention is a metal dielectric optical filter that is not limited to these requirements, and is particularly suitable for use in image sensors, ambient light sensors, proximity sensors, hue sensors, UV sensors, and other sensor devices. A body optical filter is provided.
本発明は、基板上に配置される光学フィルターであって、１つ以上の誘電体層と、前記
基板上の前記１つ以上の誘電体層と交互に積層される１つ以上の金属層と、を含み、前記
１つ以上の金属層の各々は、テーパ状エッジを有し、前記テーパ状エッジは、前記光学フ
ィルターの周縁部で金属層の全周縁部に沿って伸び、前記１つ以上の誘電体層の少なくと
も１つによって金属層の全周縁部に沿って保護的に覆われている、光学フィルターに関す
る。
The present invention is an optical filter disposed on a substrate, comprising one or more dielectric layers and one or more metal layers alternately stacked with the one or more dielectric layers on the substrate. Each of the one or more metal layers has a tapered edge, the tapered edge extending along the entire peripheral edge of the metal layer at a peripheral edge of the optical filter, and the one or more metal layers And an optical filter that is protectively covered along the entire periphery of the metal layer by at least one of the dielectric layers.
また、本発明は、センサーデバイスであって、１つ以上のセンサー素子と、前記１つ以
上のセンサー素子の上に配置される１つ以上の光学フィルターと、を含み、前記１つ以上
の光学フィルターの各々は、１つ以上の誘電体層と、前記１つ以上の誘電体層と交互に積
層される１つ以上の金属層と、を含み、前記１つ以上の金属層の各々は、テーパ状エッジ
を有し、前記テーパ状エッジは、前記光学フィルターの周縁部で金属層の全周縁部に沿っ
て伸び、前記１つ以上の誘電体層の少なくとも１つによって金属層の全周縁部に沿って保
護的に覆われる、センサーデバイスに関する。
The present invention is also a sensor device, comprising one or more sensor elements and one or more optical filters disposed on the one or more sensor elements, wherein the one or more optical elements Each of the filters includes one or more dielectric layers and one or more metal layers alternately stacked with the one or more dielectric layers, each of the one or more metal layers comprising: Having a tapered edge, the tapered edge extending along the entire peripheral edge of the metal layer at the peripheral edge of the optical filter, and the entire peripheral edge of the metal layer by at least one of the one or more dielectric layers And a sensor device that is protectively covered along.
さらに、本発明は、光学フィルターの製造方法であって、基板を設けるステップと、前
記基板上にフォトレジスト層を塗布するステップと、前記フォトレジスト層をパターン化
して、前記基板のフィルター領域を露出するステップであって、前記フィルター領域を囲
むパターン化フォトレジスト層においてオーバーハングが形成されるステップと、１つ以
上の誘電体層と交互に積層される１つ以上の金属層を含む多層積層体を、前記パターン化
フォトレジスト層および前記基板のフィルター領域の上に堆積するステップと、前記パタ
ーン化フォトレジスト層および前記パターン化フォトレジスト層の上の前記多層積層体の
部分を除去して、前記基板のフィルター領域の上に残存する多層積層体の部分で光学フィ
ルターを形成するステップと、を含み、前記光学フィルターにおける前記１つ以上の金属
層の各々は、テーパ状エッジを有し、前記テーパ状エッジは、前記光学フィルターの周縁
部で金属層の全周縁部に沿って伸び、前記１つ以上の誘電体層の少なくとも１つによって
金属層の全周縁部に沿って保護的に覆われる、方法に関する。
Furthermore, the present invention is a method for manufacturing an optical filter, comprising: providing a substrate; applying a photoresist layer on the substrate; and patterning the photoresist layer to expose a filter region of the substrate. A multilayer stack comprising the step of forming an overhang in a patterned photoresist layer surrounding the filter region and one or more metal layers alternately stacked with one or more dielectric layers Depositing on the patterned photoresist layer and the filter region of the substrate, removing a portion of the multilayer stack over the patterned photoresist layer and the patterned photoresist layer, and Forming an optical filter with the portion of the multilayer stack remaining on the filter region of the substrate; Each of the one or more metal layers in the optical filter has a tapered edge, and the tapered edge extends along the entire peripheral edge of the metal layer at the peripheral edge of the optical filter; It relates to a method in which at least one of the one or more dielectric layers is protectively covered along the entire periphery of the metal layer.
以下の添付図面を参照し、本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
本発明は、画像センサー、環境光センサー、近接センサー、色相センサー、紫外線（Ｕ
Ｖ）センサー等のセンサーデバイスに特に好適に用いられる、保護金属層を有する金属誘
電体光学フィルターを提供する。光学フィルターは、交互に積層される１つ以上の誘電体
層と１つ以上の金属層とを含む。金属層は、誘電体層によって本質的に保護される。特に
、金属層は、誘電体層の１つ以上によって保護的に覆われるテーパ状エッジを有する。よ
って、金属層の環境劣化に対する金属層の耐性が高まり、より環境耐久性の高い光学フィ
ルターが得られる。
The present invention includes an image sensor, an ambient light sensor, a proximity sensor, a hue sensor, ultraviolet light (U
V) A metal dielectric optical filter having a protective metal layer, which is particularly preferably used for a sensor device such as a sensor. The optical filter includes one or more dielectric layers and one or more metal layers that are alternately stacked. The metal layer is inherently protected by the dielectric layer. In particular, the metal layer has a tapered edge that is protectively covered by one or more of the dielectric layers. Therefore, the resistance of the metal layer to environmental degradation of the metal layer is increased, and an optical filter with higher environmental durability is obtained.
いくつかの実施形態において、１つ以上の誘電体層および１つ以上の金属層は、介在層
なしに積層される。図１Ａを参照して、光学フィルター１００の第１実施形態は、基板１
１０上に設けられ、交互に積層される３つの誘電体層１２０と２つの金属層１３０とを含
む。金属層１３０の各々は、２つの誘電体層１２０の間に隣接して設けられることにより
、環境から保護される。誘電体層１２０および金属層１３０は、その中に微細構造を有さ
ない連続層である。
In some embodiments, the one or more dielectric layers and the one or more metal layers are stacked without an intervening layer. Referring to FIG. 1A, a first embodiment of an optical filter 100 is formed on a substrate 1
10 includes three dielectric layers 120 and two metal layers 130 that are alternately stacked. Each of the metal layers 130 is protected from the environment by being provided adjacently between the two dielectric layers 120. The dielectric layer 120 and the metal layer 130 are continuous layers that do not have a fine structure therein.
金属層１３０は、光学フィルター１００の周縁部１０１にテーパ状エッジ１３１を有す
る。言い換えれば、金属層１３０は、光学フィルター１００の中心部１０２にわたって厚
みが実質的に一定であるが、光学フィルター１００の周縁部１０１で厚みが次第に減少す
る。テーパ状エッジ１３１は、光学フィルター１００の周縁部１０１において、金属層１
３０の全周縁に沿って伸びる。同様に、誘電体層１２０は、光学フィルター１００の中心
部１０２にわたって厚みが実質的に一定であるが、光学フィルター１００の周縁部１０１
で厚みが次第に減少する。よって、光学フィルター１００の中心部１０２は、高さが実質
的に一定である一方、光学フィルター１００の周縁部１０１は、傾斜している。言い換え
れば、光学フィルター１００は、実質的に平坦な上面および傾斜側面を有する。典型的に
、光学フィルター１００の側面は、水平面から約４５°未満の角度で傾斜する。光学フィ
ルター１００の側面は、好ましくは、水平面から約２０°未満の角度で傾斜し、より好ま
しくは、水平面から約１０°未満の角度で傾斜する。
The metal layer 130 has a tapered edge 131 at the peripheral edge 101 of the optical filter 100. In other words, the thickness of the metal layer 130 is substantially constant over the central portion 102 of the optical filter 100, but the thickness gradually decreases at the peripheral portion 101 of the optical filter 100. The tapered edge 131 is formed on the metal layer 1 at the peripheral edge 101 of the optical filter 100.
It extends along the entire circumference of 30. Similarly, the dielectric layer 120 has a substantially constant thickness over the central portion 102 of the optical filter 100, but the peripheral portion 101 of the optical filter 100.
The thickness gradually decreases. Therefore, the central portion 102 of the optical filter 100 has a substantially constant height, while the peripheral portion 101 of the optical filter 100 is inclined. In other words, the optical filter 100 has a substantially flat upper surface and inclined side surfaces. Typically, the sides of the optical filter 100 are inclined at an angle of less than about 45 ° from the horizontal plane. The side surface of the optical filter 100 is preferably inclined at an angle of less than about 20 ° from the horizontal plane, more preferably at an angle of less than about 10 ° from the horizontal plane.
有利には、金属層１３０のテーパ状エッジ１３１は、環境に露出されない。むしろ、金
属層１３０のテーパ状エッジ１３１は、金属層１３０の全周縁に沿って、誘電体層１２０
の１つ以上で保護的に覆われている。当該１つ以上の誘電体層１２０は、例えば金属層１
３０内部への硫黄や水の拡散を抑えることによって、金属層１３０の腐食等の環境劣化を
抑制する。好ましくは、金属層１３０は、誘電体層１２０によって実質的に封入される。
より好ましくは、金属層１３０のテーパ状エッジ１３１は、隣接する誘電体層１２０によ
って保護的に覆われ、金属層１３０は、隣接する誘電体層１２０によって実質的に封入さ
れる。場合によっては、上部誘電体層１２０、即ち、光学フィルター１００上面の誘電体
層１２０は、その下の全ての金属層１３０のテーパ状エッジ１３１を保護的に覆う。
Advantageously, the tapered edge 131 of the metal layer 130 is not exposed to the environment. Rather, the tapered edge 131 of the metal layer 130 extends along the entire periphery of the metal layer 130.
One or more of which are protectively covered. The one or more dielectric layers 120 are, for example, metal layers 1
By suppressing the diffusion of sulfur and water into the interior of the 30, environmental degradation such as corrosion of the metal layer 130 is suppressed. Preferably, the metal layer 130 is substantially encapsulated by the dielectric layer 120.
More preferably, the tapered edge 131 of the metal layer 130 is protectively covered by the adjacent dielectric layer 120, and the metal layer 130 is substantially encapsulated by the adjacent dielectric layer 120. In some cases, the upper dielectric layer 120, ie, the dielectric layer 120 on the top surface of the optical filter 100, protectively covers the tapered edges 131 of all the metal layers 130 below it.
図１Ｂ〜１Ｇを参照して、光学フィルター１００の第１実施形態は、リフトオフプロセ
スにより製造されてもよい。特に図１Ｂを参照して、第１ステップで、基板１１０が設け
られる。特に図１Ｃを参照して、第２ステップで、フォトレジスト層１４０が、基板１１
０上に塗布される。典型的に、フォトレジスト層１４０は、スピンコーティングまたはス
プレーコーティングで塗布される。
1B-1G, the first embodiment of the optical filter 100 may be manufactured by a lift-off process. With particular reference to FIG. 1B, in a first step, a substrate 110 is provided. With particular reference to FIG. 1C, in the second step, the photoresist layer 140 is applied to the substrate 11.
0 applied on top. Typically, the photoresist layer 140 is applied by spin coating or spray coating.
特に図１Ｄを参照して、第３ステップで、フォトレジスト層１４０がパターン化されて
、光学フィルター１００が配置されるべき基板１１０の領域、即ち、フィルター領域が露
出される。基板１１０の他の領域は、パターン化フォトレジスト層１４０によって覆われ
たままである。典型的に、フォトレジスト層１４０は、まず基板１１０のフィルター領域
を覆っているフォトレジスト層１４０の領域をマスクを通してＵＶ光に露出して、その後
好適な現像液または溶媒を用いてフォトレジスト層１４０の露出領域を現像、即ち、エッ
チングすることによって、パターン化される。
Referring specifically to FIG. 1D, in a third step, the photoresist layer 140 is patterned to expose the area of the substrate 110 where the optical filter 100 is to be placed, i.e., the filter area. Other areas of the substrate 110 remain covered by the patterned photoresist layer 140. Typically, the photoresist layer 140 first exposes the area of the photoresist layer 140 that covers the filter area of the substrate 110 to UV light through a mask and then uses a suitable developer or solvent to form the photoresist layer 140. The exposed areas are patterned by developing, ie, etching.
フォトレジスト層１４０は、フィルター領域を囲むパターン化フォトレジスト層１４０
においてオーバーハング１４１、即ち、アンダーカットが形成されるように、パターン化
される。典型的に、オーバーハング１４１は、好適な溶媒を用いる等してフォトレジスト
層１４０の上部を化学的に改質して、フォトレジスト層１４０の上部が底部よりも遅く現
像されるように、形成される。あるいは、オーバーハング１４１は、より遅く現像される
上部層とより早く現像される底部層とから構成される二重層フォトレジスト層１４０を基
板１１０に塗布することによって、形成されてもよい。
The photoresist layer 140 is a patterned photoresist layer 140 that surrounds the filter region.
Is patterned to form an overhang 141, ie, an undercut. Typically, the overhang 141 is formed such that the top of the photoresist layer 140 is chemically modified, such as with a suitable solvent, so that the top of the photoresist layer 140 is developed later than the bottom. Is done. Alternatively, the overhang 141 may be formed by applying to the substrate 110 a bilayer photoresist layer 140 comprised of a top layer that is developed later and a bottom layer that is developed earlier.
図１Ｅに示すように、オーバーハング１４１は、その後パターン化フォトレジスト層１
４０および基板１１０上に堆積させるコーティング、即ち、多層積層体１０３が、基板１
１０からパターン化フォトレジスト層１４０まで連続しないように、十分な大きさである
必要がある。オーバーハング１４１は、典型的に、２μｍよりも大きく、好ましくは、４
μｍよりも大きい。一般に、コーティングは、パターン化フォトレジスト層１４０の側面
を覆うべきではない。
As shown in FIG. 1E, the overhang 141 is then applied to the patterned photoresist layer 1.
40 and the coating deposited on the substrate 110, ie the multilayer stack 103,
It should be large enough not to continue from 10 to the patterned photoresist layer 140. The overhang 141 is typically larger than 2 μm, preferably 4
It is larger than μm. In general, the coating should not cover the sides of the patterned photoresist layer 140.
図９Ａおよび９Ｂを参照して、コーティング９０３が基板９１０およびパターン化フォ
トレジスト層９４０上で連続していると、その後に行われるフォトレジスト層９４０およ
びその上のコーティング９０３部分のリフトオフにおいて、コーティング９０３が、パタ
ーン化フォトレジスト層９４０の底縁で破断し、コーティング９０３から成る光学フィル
ターのエッジ、特に、光学フィルターの金属層のエッジが環境に露出する。露出エッジは
、高湿度・高温露出等の環境攻撃の影響を受けやすく、図９Ｃの銀含有光学フィルター９
００に示すように、腐食につながる。
Referring to FIGS. 9A and 9B, once coating 903 is continuous on substrate 910 and patterned photoresist layer 940, coating 903 is subsequently lifted off at photoresist layer 940 and portions of coating 903 thereon. However, it breaks at the bottom edge of the patterned photoresist layer 940, exposing the edge of the optical filter comprising the coating 903, in particular the edge of the metal layer of the optical filter. The exposed edge is susceptible to environmental attacks such as high humidity and high temperature exposure, and the silver-containing optical filter 9 in FIG.
As shown in 00, it leads to corrosion.
図１０を参照して、非連続コーティング１００３を提供する実施形態において、フォト
レジスト層は、二層構造を有し、上部層１０４２と底部層１０４３とを含む。上部層１０
４２は、感光性であり、ＵＶ光への選択的露出によってパターン化可能である。底部層１
０４３は、一般に、感光性でなく、剥離層として機能する。レジストの好適な例には、上
部感光層１０４２用のＡＺ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＭａｔｅｒｉａｌｓのｎＬＯＦ２０
２０および底部剥離層１０４３用のＭｉｃｒｏｃｈｅｍ Ｃｏｒｐ．のＬＯＲ１０Ｂがあ
る。
Referring to FIG. 10, in an embodiment providing a non-continuous coating 1003, the photoresist layer has a bilayer structure and includes a top layer 1042 and a bottom layer 1043. Upper layer 10
42 is photosensitive and can be patterned by selective exposure to UV light. Bottom layer 1
043 is generally not photosensitive and functions as a release layer. Suitable examples of resists include AZ Electronic Materials nLOF20 for the top photosensitive layer 1042.
20 and Microchem Corp. for the bottom release layer 1043. LOR10B.
フォトレジスト層が現像される際、オーバーハング１０４１の程度は、現像時間によっ
て制御される。図１０において、約３μｍのオーバーハング１０４１になるように、現像
時間が選択された。好ましくは、底部剥離層１０４３の厚みは、約５００ｎｍを超え、オ
ーバーハング１０４１の厚みは、約２μｍを超える。きれいなリフトオフ、即ち、堆積コ
ーティング１００３の破断のないリフトオフを保証するために、コーティング１００３の
厚みは、一般に、底部剥離層１０４３の厚みの約７０％未満であるべきである。図１０に
おいて、底部剥離層１０４３の厚みは、約８００ｎｍであり、上部感光層１０４２の厚み
は、約２μｍであり、コーティングの厚みは、約５００ｎｍである。オーバーハング１０
４１の下の光学フィルター１０００の側面は、角度約１０°で傾斜している。
When the photoresist layer is developed, the degree of overhang 1041 is controlled by the development time. In FIG. 10, the development time was selected so that an overhang 1041 of about 3 μm was obtained. Preferably, the thickness of the bottom release layer 1043 exceeds about 500 nm and the thickness of the overhang 1041 exceeds about 2 μm. In order to ensure a clean lift-off, i.e., an unbreakable lift-off of the deposited coating 1003, the thickness of the coating 1003 should generally be less than about 70% of the thickness of the bottom release layer 1043. In FIG. 10, the bottom release layer 1043 has a thickness of about 800 nm, the upper photosensitive layer 1042 has a thickness of about 2 μm, and the thickness of the coating is about 500 nm. Overhang 10
The side surface of the optical filter 1000 below 41 is inclined at an angle of about 10 °.
図１１を参照して、場合によっては、より厚い底部剥離層１１４３が使用され、例えば
あるプロセスでは約８０秒〜約１００秒等のより長い現像時間でより大きなオーバーハン
グ１１４１が生成される。これらの特徴により、光学フィルター１１００の側面の傾斜を
低減して光学フィルター１１００の周縁部での上部誘電体層１１２１の厚みを大きくして
、エッジ耐久性を高める。図１１において、約６μｍのオーバーハング１１４１になるよ
うに、現像時間が選択された。好ましくは、底部剥離層１１４３の厚みは、約２μｍを超
え、オーバーハング１１４１の厚みは、約４μｍを超える。コーティング層１１０３の厚
みは、一般に、底部剥離層１１４３の厚みの約３０％未満であるべきである。図１１にお
いて、底部剥離層１１４３の厚みは、約２．６μｍであり、上部感光層１１４２の厚みは
、約２μｍであり、コーティング１１０３の厚みは、約５００ｎｍである。オーバーハン
グ１１４１の下の光学フィルター１１００の側面は、角度約５°で傾斜している。
Referring to FIG. 11, in some cases, a thicker bottom release layer 1143 is used, for example, some processes produce larger overhangs 1141 with longer development times, such as about 80 seconds to about 100 seconds. Due to these features, the inclination of the side surface of the optical filter 1100 is reduced, and the thickness of the upper dielectric layer 1121 at the peripheral edge of the optical filter 1100 is increased to enhance edge durability. In FIG. 11, the development time was selected so that an overhang 1141 of about 6 μm was obtained. Preferably, the thickness of the bottom release layer 1143 exceeds about 2 μm, and the thickness of the overhang 1141 exceeds about 4 μm. The thickness of the coating layer 1103 should generally be less than about 30% of the thickness of the bottom release layer 1143. In FIG. 11, the bottom release layer 1143 has a thickness of about 2.6 μm, the upper photosensitive layer 1142 has a thickness of about 2 μm, and the coating 1103 has a thickness of about 500 nm. The side surface of the optical filter 1100 under the overhang 1141 is inclined at an angle of about 5 °.
特に図１Ｅを参照して、第４ステップで、多層積層体１０３は、パターン化フォトレジ
スト層１４０および基板１１０のフィルター領域上に非連続コーティングとして堆積され
る。基板１１０のフィルター領域上に堆積された多層積層体１０３の部分が、光学フィル
ター１００を形成する。光学フィルター１００の層に対応する多層積層体１０３の層は、
熱蒸着、電子ビーム蒸着、プラズマ支援蒸着、反応性イオン蒸着等の蒸着や、マグネトロ
ンスパッタリング、反応性スパッタリング、交流（ＡＣ）スパッタリング、直流（ＤＣ）
スパッタリング、パルスＤＣスパッタリング、イオンビームスパッタリング等のスパッタ
リングや、プラズマ強化化学蒸着等の化学蒸着や、原子層堆積といった、さまざまな堆積
技術を用いて堆積することができる。また、異なる層を、異なる堆積技術で堆積してもよ
い。例えば、金属層１３０を、金属ターゲットのスパッタリングによって堆積し、誘電体
層１２０を、酸素の存在下における金属ターゲットの反応性スパッタリングによって堆積
してもよい。
With particular reference to FIG. 1E, in a fourth step, the multilayer stack 103 is deposited as a discontinuous coating on the patterned photoresist layer 140 and the filter region of the substrate 110. The portion of the multilayer stack 103 deposited on the filter region of the substrate 110 forms the optical filter 100. The layer of the multilayer laminate 103 corresponding to the layer of the optical filter 100 is
Thermal vapor deposition, electron beam vapor deposition, plasma assisted vapor deposition, reactive ion vapor deposition, magnetron sputtering, reactive sputtering, alternating current (AC) sputtering, direct current (DC)
It can be deposited using a variety of deposition techniques such as sputtering, pulsed DC sputtering, ion beam sputtering, and other sputtering, plasma enhanced chemical vapor deposition, and atomic layer deposition. Different layers may also be deposited with different deposition techniques. For example, the metal layer 130 may be deposited by sputtering of a metal target and the dielectric layer 120 may be deposited by reactive sputtering of the metal target in the presence of oxygen.
オーバーハング１４１は基板１１０のフィルター領域の周縁部を覆うため、堆積層の厚
みは、光学フィルター１００の周縁部１０１に向かって次第に減少する。オーバーハング
１４１は、光学フィルター１００の周縁部１０１に向かって、コーティングの緩やかなロ
ールオフを生じる。誘電体層１２０が金属層１３０上に堆積されると、誘電体層１２０は
、金属層１３０の上面だけでなく金属層１３０のテーパ状エッジ１３１も覆うことにより
、金属層１３０を環境から保護する。また、上部誘電体層１２０は、一般に、下の金属層
１３０の保護層の役割を果たす。例えば、図１１の実施形態において、厚み約１００ｎｍ
の上部誘電体層１１２１は、図１１Ａに示すように、下のより耐久性の低い金属層、特に
、金属層のテーパ状エッジ上に伸びて保護的に覆う。
Since the overhang 141 covers the periphery of the filter region of the substrate 110, the thickness of the deposited layer gradually decreases toward the periphery 101 of the optical filter 100. The overhang 141 causes a gradual roll-off of the coating toward the peripheral edge 101 of the optical filter 100. When the dielectric layer 120 is deposited on the metal layer 130, the dielectric layer 120 protects the metal layer 130 from the environment by covering not only the upper surface of the metal layer 130 but also the tapered edge 131 of the metal layer 130. . The upper dielectric layer 120 generally serves as a protective layer for the underlying metal layer 130. For example, in the embodiment of FIG.
The upper dielectric layer 1121 extends and overly protects a lower durable metal layer, particularly a tapered edge of the metal layer, as shown in FIG. 11A.
特に図１Ｆを参照して、第５ステップにおいて、パターン化フォトレジスト層１４０上
の多層積層体１０３の部分が、フォトレジスト層１４０と共に、除去、即ち、リフトオフ
される。典型的に、フォトレジスト層１４０は、好適なストリッパーまたは溶媒を用いて
、剥がされる。基板１１０のフィルター領域上に残存する多層積層体１０３の部分が、光
学フィルター１００を形成する。基板１１０は、例えば、従来のセンサー素子であっても
よい。
With particular reference to FIG. 1F, in the fifth step, the portion of the multilayer stack 103 on the patterned photoresist layer 140 is removed, ie lifted off, along with the photoresist layer 140. Typically, the photoresist layer 140 is stripped using a suitable stripper or solvent. The portion of the multilayer laminate 103 remaining on the filter region of the substrate 110 forms the optical filter 100. The substrate 110 may be, for example, a conventional sensor element.
尚、図１Ｂ〜１Ｆのリフトオフプロセスを用いて、基板１１０上に、同一種類、即ち、
同一光学設計の複数の光学フィルター１００を同時に形成してもよい。また、リフトオフ
プロセスを繰り返して、引き続き、同一基板１１０に、異なる種類、即ち、異なる光学設
計の１つ以上の光学フィルターを形成してもよい。場合によっては、以下により詳細に説
明するように、リフトオフプロセスや場合によってはドライまたはウエットエッチングプ
ロセスを用いて、より環境耐久性の高い１つ以上の光学フィルターを後で基板１１０上に
形成して、より環境耐久性の低い１つ以上の光学フィルター１００と部分的に重なるよう
にしてもよい。このようにして、光学フィルターアレイを基板１１０上に形成することが
できる。基板１１０は、例えば、従来のセンサーアレイであってもよい。
It should be noted that the same type, i.e., on the substrate 110, using the lift-off process of FIGS.
A plurality of optical filters 100 having the same optical design may be formed simultaneously. Also, the lift-off process may be repeated to subsequently form one or more optical filters of different types, i.e. different optical designs, on the same substrate 110. In some cases, as described in more detail below, one or more optical filters that are more environmentally durable can be later formed on the substrate 110 using a lift-off process or, optionally, a dry or wet etching process. Alternatively, it may be partially overlapped with one or more optical filters 100 having lower environmental durability. In this way, an optical filter array can be formed on the substrate 110. The substrate 110 may be a conventional sensor array, for example.
特に図１Ｇを参照して、任意の第６ステップで、付加的な保護コーティング１５０が、
光学フィルター１００上に堆積される。保護コーティング１５０は、前述の堆積技術のう
ちの１つを用いて堆積されてもよい。保護コーティング１５０は、光学フィルター１００
の中心部１０２および周縁部１０１の双方、即ち、光学フィルター１００の全ての露出部
分を覆うことによって、光学フィルター１００を環境から保護する。
With particular reference to FIG. 1G, in an optional sixth step, an additional protective coating 150 is
Deposited on the optical filter 100. The protective coating 150 may be deposited using one of the aforementioned deposition techniques. The protective coating 150 is applied to the optical filter 100.
The optical filter 100 is protected from the environment by covering both the central portion 102 and the peripheral portion 101 of the optical filter 100, that is, all exposed portions of the optical filter 100.
他の実施形態において、光学フィルターは、誘電体層と金属層との間に配置される複数
の腐食抑制層を含み、これらがさらに金属層を保護する。図２を参照して、基板２１０上
に配置された光学フィルター２００の第２実施形態は、光学フィルター１００の第１実施
形態と類似しているが、さらに３つの誘電体層２２０と２つの金属層２３０との間に４つ
の腐食抑制層２６０を含む。
In other embodiments, the optical filter includes a plurality of corrosion-inhibiting layers disposed between the dielectric layer and the metal layer, which further protect the metal layer. Referring to FIG. 2, the second embodiment of the optical filter 200 disposed on the substrate 210 is similar to the first embodiment of the optical filter 100, but with three more dielectric layers 220 and two metals. Four corrosion inhibiting layers 260 are included between the layers 230.
金属層２３０の各々は、２つの腐食抑制層２６０の間に隣接して配置されることによっ
て、さらに環境から保護される。腐食抑制層２６０は、主に堆積プロセスにおいて、金属
層２３０の腐食を抑制する。特に、腐食抑制層２６０は、光路における金属層２３０の部
分を保護して、金属層２３０の光学特性の劣化を抑える。好ましくは、金属層２３０のテ
ーパ状エッジ２３１は、最も近い誘電体層２２０と共に、隣接する腐食抑制層２６０によ
って保護的に覆われる。このように、金属層２３０は、好ましくは、最も近い誘電体層２
２０と共に、隣接する腐食抑制層２６０によって実質的に封入される。
Each of the metal layers 230 is further protected from the environment by being disposed adjacently between the two corrosion inhibition layers 260. The corrosion suppression layer 260 suppresses the corrosion of the metal layer 230 mainly in the deposition process. In particular, the corrosion suppression layer 260 protects the portion of the metal layer 230 in the optical path and suppresses deterioration of the optical characteristics of the metal layer 230. Preferably, the tapered edge 231 of the metal layer 230 is protectively covered by the adjacent corrosion inhibiting layer 260 along with the nearest dielectric layer 220. Thus, the metal layer 230 is preferably the nearest dielectric layer 2
20 is substantially encapsulated by adjacent corrosion inhibition layer 260.
光学フィルター２００の第２実施形態は、光学フィルター１００の第１実施形態の製造
に用いられたものと同様のリフトオフプロセスで製造されてもよい。但し、第４ステップ
で堆積される多層積層体の層は、光学フィルター２００の層に対応する。特に、腐食抑制
層２６０は、各金属層２３０の前後に堆積される。有利には、腐食抑制層２６０は、誘電
体層２２０の堆積中、金属層２３０の腐食、即ち、酸化を抑制する。腐食抑制層２６０は
、金属層２３０が銀またはアルミニウムを含有する場合に、特に有用である。そのような
実施形態において、腐食抑制層２６０は、金属層２３０からの銀またはアルミニウムと誘
電体層２２０からの酸素が反応して酸化銀または酸化アルミニウムを形成するのを抑制す
る。
The second embodiment of the optical filter 200 may be manufactured by a lift-off process similar to that used in the manufacture of the first embodiment of the optical filter 100. However, the layer of the multilayer laminate deposited in the fourth step corresponds to the layer of the optical filter 200. In particular, the corrosion inhibition layer 260 is deposited before and after each metal layer 230. Advantageously, the corrosion inhibition layer 260 inhibits the corrosion, ie oxidation, of the metal layer 230 during the deposition of the dielectric layer 220. The corrosion inhibition layer 260 is particularly useful when the metal layer 230 contains silver or aluminum. In such embodiments, the corrosion inhibition layer 260 inhibits silver or aluminum from the metal layer 230 and oxygen from the dielectric layer 220 from reacting to form silver oxide or aluminum oxide.
腐食抑制層２６０は、反応性スパッタリング等の前述の堆積技術の１つを用いて、金属
窒化物または金属酸化物等の金属化合物の層として堆積されてもよい。あるいは、腐食抑
制層２６０は、まず前述の堆積技術の１つを用いて好適な金属層を堆積し、その後金属層
を酸化させることによって、形成されてもよい。好ましくは、金属層２３０の上部の腐食
抑制層２６０の各々は、まず好適な金属層を堆積し、金属層を酸化させて、その後金属酸
化物層を堆積することによって、形成される。例えば、これらの腐食抑制層２６０は、好
適な金属ターゲットをスパッタリングした後、酸化させて、続いて酸素の存在下で好適な
金属ターゲットを反応性スパッタリングすることによって、形成されてもよい。腐食抑制
層の形成方法のさらなる詳細については、後述すると共に、米国特許第７，１３３，１９
７号に開示されている。
The corrosion inhibition layer 260 may be deposited as a layer of a metal compound such as a metal nitride or metal oxide using one of the aforementioned deposition techniques such as reactive sputtering. Alternatively, the corrosion inhibition layer 260 may be formed by first depositing a suitable metal layer using one of the aforementioned deposition techniques and then oxidizing the metal layer. Preferably, each of the corrosion inhibition layers 260 on top of the metal layer 230 is formed by first depositing a suitable metal layer, oxidizing the metal layer, and then depositing a metal oxide layer. For example, these corrosion inhibition layers 260 may be formed by sputtering a suitable metal target and then oxidizing, followed by reactive sputtering of the suitable metal target in the presence of oxygen. Further details of the method of forming the corrosion inhibiting layer will be described later and U.S. Pat. No. 7,133,19.
No. 7 is disclosed.
本発明の光学フィルターは、さまざまな光学設計を有してもよい。例示光学フィルター
の光学設計について、以下にさらに詳細に記載する。一般に、光学フィルターの光学設計
は、好適な層数、材料、および／または厚みを選択することによって、特定の通過帯域に
対して最適化される。
The optical filter of the present invention may have various optical designs. The optical design of the exemplary optical filter is described in further detail below. In general, the optical design of an optical filter is optimized for a particular passband by selecting a suitable number of layers, materials, and / or thicknesses.
光学フィルターは、少なくとも１つの金属層と、少なくとも１つの誘電体層とを含む。
多くの場合、光学フィルターは、複数の金属層と複数の誘電体層とを含む。典型的に、光
学フィルターは、２〜６つの金属層と、３〜７つの誘電体層と、任意に４〜１２つの腐食
抑制層とを含む。金属層の数が増えると、より急峻なエッジの通過帯域が提供されるが、
帯域内透過率はより低くなる。
The optical filter includes at least one metal layer and at least one dielectric layer.
In many cases, the optical filter includes a plurality of metal layers and a plurality of dielectric layers. Typically, the optical filter includes 2-6 metal layers, 3-7 dielectric layers, and optionally 4-12 corrosion inhibiting layers. Increasing the number of metal layers provides a steeper edge passband,
In-band transmission is lower.
光学設計における最初または底部層、即ち、基板上に堆積される最初の層は、金属層ま
たは誘電体層であってもよい。光学設計における最後または上部層、即ち、基板上に堆積
される最後の層は、通常、誘電体層である。底部層が金属層である場合、光学フィルター
は、シーケンス（Ｍ／Ｄ）ｎで積層されるｎ個の金属層（Ｍ）とｎ個の誘電体層（Ｄ）と
から構成されてもよい（ｎ≧１）。あるいは、光学フィルターは、シーケンス（Ｃ／Ｍ／
Ｃ／Ｄ）ｎで積層されるｎ個の金属層（Ｍ）と、ｎ個の誘電体層（Ｄ）と、２ｎ個の腐食
抑制層（Ｃ）とから構成されてもよい（ｎ≧１）。底部層が誘電体層である場合、光学フ
ィルターは、シーケンスＤ（Ｍ／Ｄ）ｎで積層されるｎ個の金属層（Ｍ）とｎ＋１個の誘
電体層（Ｄ）とから構成されてもよい（ｎ≧１）。あるいは、光学フィルターは、シーケ
ンスＤ（Ｃ／Ｍ／Ｃ／Ｄ）ｎで積層されるｎ個の金属層（Ｍ）と、ｎ＋１個の誘電体層（
Ｄ）と、２ｎ個の腐食抑制層（Ｃ）とから構成されてもよい（ｎ≧１）。
The first or bottom layer in the optical design, ie the first layer deposited on the substrate, may be a metal layer or a dielectric layer. The last or top layer in the optical design, ie the last layer deposited on the substrate, is usually a dielectric layer. When the bottom layer is a metal layer, the optical filter may be composed of n metal layers (M) and n dielectric layers (D) stacked in sequence (M / D) n ( n ≧ 1). Alternatively, the optical filter is a sequence (C / M /
C / D) n-number of metal layers that are stacked in n and (M), n pieces of dielectric layer (D), which may be configured from the 2n corrosion inhibiting layer and (C) (n ≧ 1 ). When the bottom layer is a dielectric layer, the optical filter may be composed of n metal layers (M) and n + 1 dielectric layers (D) stacked in sequence D (M / D) n. Good (n ≧ 1). Alternatively, the optical filter includes n metal layers (M) stacked in sequence D (C / M / C / D) n and n + 1 dielectric layers (
D) and 2n corrosion-inhibiting layers (C) (n ≧ 1).
金属層の各々は、金属または合金から成る。いくつかの実施形態において、金属層の各
々は、銀から成る。あるいは、金属層の各々は、銀合金から成ってもよい。例えば、基本
的に金を約０．５ｗｔ％、スズを約０．５ｗｔ％、および残部を銀とする銀合金は、耐腐
食性を向上させる。他の実施形態において、金属層の各々は、アルミニウムから成る。金
属または合金の選択は、用途に依存する。銀は、通常、可視スペクトル領域に通過帯域を
有する光学フィルターに好ましく、アルミニウムは、通常、ＵＶスペクトル領域に通過帯
域を有する光学フィルターに好ましい。但し、銀は、通過帯域が約３５０ｎｍを超える波
長を中心とする場合に用いられることもある。
Each of the metal layers is made of a metal or an alloy. In some embodiments, each of the metal layers consists of silver. Alternatively, each of the metal layers may be made of a silver alloy. For example, a silver alloy that is basically about 0.5 wt% gold, about 0.5 wt% tin, and the balance silver, improves the corrosion resistance. In other embodiments, each of the metal layers consists of aluminum. The choice of metal or alloy depends on the application. Silver is usually preferred for an optical filter having a pass band in the visible spectral region, and aluminum is usually preferred for an optical filter having a pass band in the UV spectral region. However, silver may be used when the pass band is centered on a wavelength exceeding about 350 nm.
必ずしもそうではないが、一般に、金属層は、同一の金属または合金から成り、異なる
厚みを有する。典型的に、金属層の各々は、約５ｎｍ〜約５０ｎｍの物理厚みを有し、好
ましくは、約１０ｎｍ〜約３５ｎｍの物理厚みを有する。
Generally, though not necessarily, the metal layers are made of the same metal or alloy and have different thicknesses. Typically, each of the metal layers has a physical thickness of about 5 nm to about 50 nm, and preferably has a physical thickness of about 10 nm to about 35 nm.
誘電体層の各々は、光学フィルターの通過帯域において透明である誘電材料から成る。 Each of the dielectric layers is made of a dielectric material that is transparent in the passband of the optical filter.
可視スペクトル領域に通過帯域を有する光学フィルターでは、誘電体層は、典型的に、
各々、可視スペクトル領域で透明である５５０ｎｍで約１．６５を超える屈折率を持つ高
指数誘電材料から成る。このようなフィルターの高指数誘電材料の好適な例には、二酸化
チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）
、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、およびこれらの混合物
がある。好ましくは、このようなフィルターの高指数誘電材料は、また、ＵＶ吸収性、即
ち、近ＵＶスペクトル領域において吸収性である。例えば、ＴｉＯ２および／またはＮｂ
２Ｏ５を含むかＴｉＯ２および／またはＮｂ２Ｏ５から成る高指数誘電材料は、近ＵＶス
ペクトル領域において、より高いＵＶブロッキング、即ち、より低い帯域外透過率を提供
する。好ましくは、高指数誘電材料の屈折率は、５５０ｎｍで約２．０を超え、より好ま
しくは、５５０ｎｍで約２．３５を超える。通常、より高い屈折率が望ましい。但し、現
在利用可能な透明高指数誘電材料は、一般に、５５０ｎｍで約２．７の屈折率を有する。
In an optical filter having a passband in the visible spectral region, the dielectric layer is typically
Each consists of a high index dielectric material having a refractive index greater than about 1.65 at 550 nm that is transparent in the visible spectral region. Suitable examples of high index dielectric materials for such filters include titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), hafnium dioxide (HfO 2 ).
, Niobium pentoxide (Nb 2 O 5 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), and mixtures thereof. Preferably, the high index dielectric material of such a filter is also UV absorbing, i.e. absorbing in the near UV spectral region. For example, TiO 2 and / or Nb
High index dielectric materials containing 2 O 5 or consisting of TiO 2 and / or Nb 2 O 5 provide higher UV blocking, ie, lower out-of-band transmission, in the near UV spectral region. Preferably, the refractive index of the high index dielectric material is greater than about 2.0 at 550 nm, and more preferably greater than about 2.35 at 550 nm. Usually, a higher refractive index is desirable. However, currently available transparent high index dielectric materials generally have a refractive index of about 2.7 at 550 nm.
ＵＶスペクトル領域に通過帯域を有するフィルターでは、誘電体層は、典型的に、各々
、ＵＶスペクトル領域で透明である３００ｎｍで約１．４〜１．６５の屈折率を有する中
間指数誘電材料、または、好ましくは、３００ｎｍで約１．６５を超える屈折率、より好
ましくは、３００ｎｍで約２．２を超える屈折率を有する高指数誘電材料から成る。ＵＶ
スペクトル領域に通過帯域を有するこのようなフィルターの中間指数および高指数誘電材
料の好適な例には、Ｔａ２Ｏ５、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、三酸化アルミニウム（
Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、三酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、三酸化
イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、ＺｒＯ２、二酸化マグネシウム（ＭｇＯ２）、二フッ化マグ
ネシウム（ＭｇＦ２）、その他のフッ化物、およびこれらの混合物がある。例えば、Ｔａ
２Ｏ５を３４０ｎｍを超える波長を中心とする通過帯域用の高指数誘電材料として使用し
、ＨｆＯ２を約４００ｎｍ未満の波長を中心とする通過帯域用の高指数誘電材料として使
用してもよい。
For filters having a passband in the UV spectral region, the dielectric layer is typically a medium index dielectric material having a refractive index of about 1.4 to 1.65 at 300 nm, each transparent at the UV spectral region, or Preferably, it comprises a high index dielectric material having a refractive index greater than about 1.65 at 300 nm, and more preferably greater than about 2.2 at 300 nm. UV
Suitable examples of medium index and high index dielectric materials for such filters having a passband in the spectral region include Ta 2 O 5 , hafnium dioxide (HfO 2 ), aluminum trioxide (
Al 2 O 3), silicon dioxide (SiO 2), trioxide scandium (Sc 2 O 3), trioxide yttrium (Y 2 O 3), ZrO 2, magnesium dioxide (MgO 2), magnesium difluoride (MgF 2 ), Other fluorides, and mixtures thereof. For example, Ta
2 O 5 may be used as a high index dielectric material for passbands centered at wavelengths above 340 nm, and HfO 2 may be used as a high index dielectric material for passbands centered at wavelengths below about 400 nm. .
必ずしもそうではないが、一般に、誘電体層は、同一の誘電材料から成り、異なる厚み
を有する。典型的に、誘電体層の各々は、約２０ｎｍ〜約３００ｎｍの物理厚みを有する
。好ましくは、上部誘電体層は、約４０ｎｍを超える物理厚みを有し、より好ましくは、
約１００ｎｍを超える物理厚みを有することで、下の金属層の保護層としての役割を果た
すことができる。各誘電体層の物理厚みは、光学設計によって要求される１／４波長光学
的厚み（ＱＷＯＴ（ｑｕａｒｔｅｒ ｗａｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）
）に対応するように選択される。ＱＷＯＴは、４ｎｔとして定義される。ここで、ｎは、
誘電材料の屈折率であり、ｔは、物理厚みである。典型的に、誘電体層の各々は、約２０
０ｎｍ〜約２４００ｎｍのＱＷＯＴを有する。
In general, though not necessarily, the dielectric layers are made of the same dielectric material and have different thicknesses. Typically, each of the dielectric layers has a physical thickness of about 20 nm to about 300 nm. Preferably, the top dielectric layer has a physical thickness greater than about 40 nm, more preferably
Having a physical thickness greater than about 100 nm can serve as a protective layer for the underlying metal layer. The physical thickness of each dielectric layer is ¼ wavelength optical thickness required by the optical design (QWOT (quarter wave optical thickness).
) Is selected. QWOT is defined as 4nt. Where n is
The refractive index of the dielectric material and t is the physical thickness. Typically, each of the dielectric layers is about 20
It has a QWOT from 0 nm to about 2400 nm.
任意の腐食抑制層の各々は、腐食抑制材料から成る。典型的に、腐食抑制層は、腐食抑
制誘電材料から成る。好適な腐食抑制誘電材料の例には、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、Ｔ
ｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、およびこれらの混合物がある。好ましくは、
腐食抑制誘電材料は、金属層の金属または合金よりも高いガルバニー電位を有する金属の
、窒化物または酸化物等の、化合物である。
Each optional corrosion inhibiting layer is made of a corrosion inhibiting material. Typically, the corrosion inhibiting layer comprises a corrosion inhibiting dielectric material. Examples of suitable corrosion inhibiting dielectric materials include silicon nitride (Si 3 N 4 ), T
There are iO 2 , Nb 2 O 5 , zinc oxide (ZnO), and mixtures thereof. Preferably,
The corrosion-inhibiting dielectric material is a compound, such as a nitride or oxide, of a metal having a higher galvanic potential than the metal or metal of the metal layer.
場合によっては、金属層の下の腐食抑制層は、ＺｎＯから成り、金属層の上の腐食抑制
層は、亜鉛から成る１ｎｍ未満の厚み等の極薄層およびＺｎＯから成る薄層を含む。亜鉛
層は、金属層に堆積され、その後ポスト酸化されて、光学吸収を防ぐ。金属層の上下のＺ
ｎＯ層は、典型的に、反応性スパッタリングにより堆積される。有利には、ＺｎＯ層を堆
積する前に金属層の上に亜鉛層を堆積することによって、金属層が、反応性スパッタリン
グ中に生じる活性化イオン化酸素種に露出されるのを防ぐ。亜鉛層は、優先的に酸素を吸
収し、金属層の酸化を抑制する。
In some cases, the corrosion-inhibiting layer below the metal layer comprises ZnO, and the corrosion-inhibiting layer above the metal layer includes an ultrathin layer such as a thickness of less than 1 nm composed of zinc and a thin layer composed of ZnO. A zinc layer is deposited on the metal layer and then post-oxidized to prevent optical absorption. Z above and below the metal layer
The nO layer is typically deposited by reactive sputtering. Advantageously, depositing a zinc layer over the metal layer prior to depositing the ZnO layer prevents the metal layer from being exposed to activated ionized oxygen species generated during reactive sputtering. The zinc layer preferentially absorbs oxygen and suppresses oxidation of the metal layer.
腐食抑制層は、一般に、特に当該層が可視スペクトル領域において吸収している際に、
光学フィルターの光学設計に寄与することを実質的に避けるために、好適に薄い。典型的
に、腐食抑制層の各々は、約０．１ｎｍ〜約１０ｎｍの物理厚みを有し、好ましくは、約
１ｎｍ〜約５ｎｍの物理厚みを有する。好適な腐食抑制層のさらなる詳細は、米国特許第
７，１３３，１９７号に開示されている。
A corrosion-inhibiting layer is generally typically absorbed especially in the visible spectral region.
It is preferably thin to substantially avoid contributing to the optical design of the optical filter. Typically, each of the corrosion inhibition layers has a physical thickness of about 0.1 nm to about 10 nm, and preferably has a physical thickness of about 1 nm to about 5 nm. Further details of suitable corrosion inhibiting layers are disclosed in US Pat. No. 7,133,197.
任意の保護コーティングは、典型的に、誘電材料から成る。保護コーティングは、誘電
体層と同じ誘電材料から成ってもよく、同じ範囲の厚みを有してもよい。多くの場合、保
護コーティングは、上部誘電体層と同じ誘電材料から成り、上部誘電体層の設計厚みの部
分、即ち、光学設計によって要求される厚みである厚みを有する。言い換えれば、光学設
計の上部誘電体層は、誘電体層と誘電体保護コーティングとに分けられる。あるいは、保
護コーティングは、エポキシ樹脂等の有機材料から成ってもよい。
The optional protective coating typically consists of a dielectric material. The protective coating may be made of the same dielectric material as the dielectric layer and may have the same range of thicknesses. In many cases, the protective coating is made of the same dielectric material as the upper dielectric layer and has a thickness that is a portion of the design thickness of the upper dielectric layer, ie, the thickness required by the optical design. In other words, the upper dielectric layer of the optical design is divided into a dielectric layer and a dielectric protective coating. Alternatively, the protective coating may be made of an organic material such as an epoxy resin.
図３を参照して、光学フィルター３００は、典型的に、１μｍ未満のフィルター高さｈ
、即ち、光学フィルター３００の中心部の基板３１０からの高さを有し、好ましくは、０
．６μｍ未満のフィルター高さｈを有する。尚、フィルター高さは、一般に、前述の堆積
コーティングの厚みに対応する。画像センサーに用いられる場合、光学フィルター３００
は、典型的に、２μｍ未満のフィルター幅ｗ、即ち、光学フィルター３００の中心部の幅
を有し、好ましくは、１μｍ未満のフィルター幅ｗを有する。有利には、相対的に低いフ
ィルター高さによって、複数の光学フィルター３００がリフトオフプロセスで形成される
際により小さなフィルター間隔にすることができる。典型的に、画像センサーにおける光
学フィルター３００は、２μｍ未満のフィルター間隔ｄ、即ち、最も近い光学フィルター
３００の中心部の間の間隔を有し、好ましくは、１μｍ未満のフィルター間隔ｄを有する
。より大きな画素サイズを有する他のセンサーデバイスに用いられる場合、フィルター幅
は、約５０μｍ〜約１００μｍであってもよい。
Referring to FIG. 3, the optical filter 300 typically has a filter height h of less than 1 μm.
That is, it has a height from the substrate 310 at the center of the optical filter 300, preferably 0.
. It has a filter height h of less than 6 μm. Note that the filter height generally corresponds to the thickness of the deposited coating described above. When used in an image sensor, the optical filter 300
Typically has a filter width w of less than 2 μm, ie, the width of the central portion of the optical filter 300, and preferably has a filter width w of less than 1 μm. Advantageously, the relatively low filter height allows a smaller filter spacing when multiple optical filters 300 are formed in a lift-off process. Typically, the optical filter 300 in the image sensor has a filter spacing d of less than 2 μm, i.e. a spacing between the centers of the nearest optical filters 300, preferably a filter spacing d of less than 1 μm. When used in other sensor devices with larger pixel sizes, the filter width may be from about 50 μm to about 100 μm.
光学フィルターは、高い帯域内透過率および低い帯域外透過率を有する金属誘電体バン
ドパスフィルター、即ち、誘導透過フィルターである。いくつかの実施形態において、光
学フィルターは、可視スペクトル領域において相対的に狭い色通過帯域を有するカラーフ
ィルターである。例えば、光学フィルターは、赤色、緑色、青色、シアン、黄色、または
マゼンタフィルターである。他の実施形態において、光学フィルターは、可視スペクトル
領域において明所通過帯域、即ち、相対的に明るい光への人間の眼のスペクトル応答を模
倣した明所光度効率関数に一致する通過帯域を有する明所フィルターである。また他の実
施形態において、光学フィルターは、可視スペクトル領域において相対的に広い通過帯域
を有するＩＲブロッキングフィルターである。
The optical filter is a metal dielectric bandpass filter with high in-band transmission and low out-of-band transmission, i.e. a stimulated transmission filter. In some embodiments, the optical filter is a color filter having a relatively narrow color passband in the visible spectral region. For example, the optical filter is a red, green, blue, cyan, yellow, or magenta filter. In other embodiments, the optical filter has a bright band in the visible spectral region, i.e. a bright band that matches a bright spot luminous efficiency function that mimics the spectral response of the human eye to relatively bright light. Filter. In yet another embodiment, the optical filter is an IR blocking filter having a relatively wide passband in the visible spectral region.
そのような実施形態において、光学フィルターは、典型的に、約５０％を超える最大帯
域内透過率、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、即ち、近ＵＶスペクトル領域において約２％
未満の平均帯域外透過率、および、約７５０ｎｍ〜約１１００ｎｍ、即ち、赤外線（ＩＲ
）スペクトル領域において約０．３％未満の平均帯域外透過率を有する。一方、従来の全
誘電体カラーおよび明所フィルターは、典型的に、本質的にＩＲブロッキングではない。
一般に、そのような実施形態において、光学フィルターはまた、低角シフト、即ち、０°
からの入射角の変化に伴う中心波長シフトを有する。典型的に、光学フィルターは、６０
０ｎｍを中心とする光学フィルターに対して、大きさで約５％または約３０ｎｍ未満の入
射角６０°での角度シフトを有する。一方、従来の全誘電体カラーおよび明所フィルター
は、典型的に、極めて角度感度が高い。
In such embodiments, the optical filter typically has a maximum in-band transmission greater than about 50%, about 300 nm to about 400 nm, ie, about 2% in the near UV spectral region.
An average out-of-band transmission of less than about 750 nm to about 1100 nm, ie infrared (IR
) Have an average out-of-band transmission of less than about 0.3% in the spectral region. On the other hand, conventional all-dielectric collars and daylight filters are typically not inherently IR-blocking.
In general, in such an embodiment, the optical filter also has a low angle shift, ie 0 °.
Center wavelength shift with a change in incident angle from. Typically, the optical filter is 60
For an optical filter centered at 0 nm, it has an angle shift at an incident angle of 60 ° that is less than about 5% in size or less than about 30 nm. On the other hand, conventional all-dielectric collars and daylight filters are typically extremely angular sensitive.
図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃは、それぞれ例示赤色、緑色、および青色フィルター、即ち
、例示ＲＧＢフィルターセットの光学設計、即ち、層数、材料、および厚みの表である。
図４Ｄは、例示明所フィルターの光学設計の表である。各光学設計の層は、基板上に堆積
される第１または底部層から番号付けされている。
4A, 4B, and 4C are tables of optical designs, ie, number of layers, materials, and thicknesses, respectively, of exemplary red, green, and blue filters, ie, exemplary RGB filter sets.
FIG. 4D is a table of optical design for an exemplary daylight filter. Each optical design layer is numbered from the first or bottom layer deposited on the substrate.
金属層の各々は、銀から成り、約１３ｎｍ〜約３４ｎｍの物理厚みを有する。誘電体層
の各々は、高指数誘電材料（Ｈ）から成り、約２４０ｎｍ〜約２０９０ｎｍのＱＷＯＴを
有する。例えば、高指数誘電材料は、５５０ｎｍで約２．４３の屈折率を有するＮｂ２Ｏ
５とＴｉＯ２との混合物であってもよい。腐食抑制層の各々は、ＺｎＯから成り、約２ｎ
ｍの物理厚みを有する。
Each of the metal layers is made of silver and has a physical thickness of about 13 nm to about 34 nm. Each of the dielectric layers is made of a high index dielectric material (H) and has a QWOT of about 240 nm to about 2090 nm. For example, a high index dielectric material is Nb 2 O having a refractive index of about 2.43 at 550 nm.
It may be a mixture of 5 and TiO 2 . Each of the corrosion inhibition layers is made of ZnO and has a thickness of about 2n.
having a physical thickness of m.
高指数誘電材料が５５０ｎｍで約２．４３の屈折率を有する場合、赤色フィルターのフ
ィルター高さは６０６ｎｍ、緑色フィルターのフィルター高さは５３１ｎｍ、青色フィル
ターのフィルター高さは２５２ｎｍ、および明所フィルターのフィルター高さは５２２ｎ
ｍである。これらのフィルター高さは、従来の全誘電体カラーおよび明所フィルターより
大幅に低い。
When the high index dielectric material has a refractive index of about 2.43 at 550 nm, the filter height of the red filter is 606 nm, the filter height of the green filter is 531 nm, the filter height of the blue filter is 252 nm, and the light filter The filter height is 522n
m. These filter heights are significantly lower than conventional all-dielectric color and photopic filters.
図５Ａおよび５Ｂは、例示赤色、緑色、および青色フィルターの透過スペクトル５７０
、５７１、および５７２のプロットである。例示赤色フィルターの透過スペクトル５７０
は、約６２０ｎｍを中心とする赤色通過帯域を含み、例示緑色フィルターの透過スペクト
ル５７１は、約５３０ｎｍを中心とする緑色通過帯域を含み、例示青色フィルターの透過
スペクトル５７２は、約４４５ｎｍを中心とする青色通過帯域を含む。
FIGS. 5A and 5B show transmission spectra 570 of exemplary red, green, and blue filters.
, 571, and 572. Example red filter transmission spectrum 570
Includes a red passband centered at about 620 nm, the transmission spectrum 571 of the exemplary green filter includes a green passband centered at about 530 nm, and the transmission spectrum 572 of the exemplary blue filter is centered at about 445 nm. Includes blue passband.
図５Ｃは、入射角０°〜６０°での例示明所フィルターの透過スペクトル５７３（０°
）および５７４（６０°）のプロットである。入射角０°での例示明所フィルターの透過
スペクトル５７３は、約５５５ｎｍを中心とする明所通過帯域を含む。入射角６０°での
例示明所フィルターの透過スペクトル５７４では、明所通過帯域は、約５２０ｎｍを中心
とする。言い換えれば、入射角６０°での例示明所フィルターの角度シフトは、約-２５
ｎｍである。有利には、例示明所フィルターの角度シフトは、従来の全誘電体明所フィル
ターの角度シフトよりも大幅に小さい。
FIG. 5C shows the transmission spectrum 573 (0 ° for an exemplary daylight filter at incident angles of 0 ° -60 °.
) And 574 (60 °) plots. The transmission spectrum 573 of the exemplary daylight filter at an incident angle of 0 ° includes a daylight passband centered at about 555 nm. In the transmission spectrum 574 of the exemplary daylight filter at an incident angle of 60 °, the daylight passband is centered at about 520 nm. In other words, the angular shift of the exemplary daylight filter at an incident angle of 60 ° is about −25.
nm. Advantageously, the angular shift of the exemplary daylight filter is much smaller than that of a conventional all-dielectric daylight filter.
例示カラーおよび明所フィルターの各々は、約６０％を超える最大帯域内透過率を有す
る。有利には、例示カラーおよび明所フィルターは、従来の染料ベースおよび全誘電体カ
ラーおよび明所フィルターと比べて向上したＩＲブロッキングを提供し、ＩＲ漏れに因る
ノイズを低減する。とりわけ、例示カラーおよび明所フィルターの各々は、約７５０ｎｍ
〜約１１００ｎｍ、即ち、ＩＲスペクトル領域において、約０．３％未満の平均帯域外透
過率を有する。例示カラーおよび明所フィルター、特に例示赤色フィルターはまた、いく
つかの従来の金属誘電体カラーフィルターと比べて向上したＵＶブロッキングを提供し、
ＵＶ漏れに因るノイズを低減する。とりわけ、例示カラーおよび明所フィルターの各々は
、約３００ｎｍ〜約４００ｎｍ、即ち、近ＵＶスペクトル領域において、約２％未満の平
均帯域外透過率を有する。
Each of the exemplary color and light filter has a maximum in-band transmission of greater than about 60%. Advantageously, the exemplary color and photo filters provide improved IR blocking compared to conventional dye-based and all-dielectric color and photo filters and reduce noise due to IR leakage. In particular, each of the exemplary color and light filter is about 750 nm.
˜about 1100 nm, ie, having an average out-of-band transmission of less than about 0.3% in the IR spectral region. Exemplary color and light filters, especially exemplary red filters, also provide improved UV blocking compared to some conventional metal dielectric color filters,
Reduce noise due to UV leakage. In particular, each of the exemplary color and light filter has an average out-of-band transmission of about 300 nm to about 400 nm, ie, less than about 2% in the near UV spectral region.
例示ＲＧＢフィルターセットの色域６８０を、比較用の従来の染料ベースＲＧＢフィル
ターセットの色域６８１と共に、図６ＡにおけるＣＩＥｘｙ色度図にプロットする。有利
には、例示ＲＧＢフィルターセットの色域６８０は、従来の染料ベースＲＧＢフィルター
セットの色域６８１よりも大幅に大きい。
The color gamut 680 of the exemplary RGB filter set is plotted in the CIExy chromaticity diagram in FIG. 6A, along with the color gamut 681 of the conventional dye-based RGB filter set for comparison. Advantageously, the color gamut 680 of the exemplary RGB filter set is significantly larger than the color gamut 681 of the conventional dye-based RGB filter set.
入射角０°〜６０°での例示赤色フィルターの色軌道６８２を、入射角０°〜６０°で
の従来の全誘電体赤色フィルターの色軌道６８３と共に、図６ＢにおけるＣＩＥｘｙ色度
図にプロットする。入射角０°〜６０°での例示明所フィルターの色軌道６８４を、図６
ＣにおけるＣＩＥｘｙ色度図にプロットする。有利には、例示赤色および明所フィルター
の角度シフトは、従来の全誘電体赤色および明所フィルターの角度シフトよりも大幅に小
さい。
The color trajectory 682 of an exemplary red filter at an incident angle of 0 ° -60 ° is plotted in the CIExy chromaticity diagram in FIG. 6B, along with the color trajectory 683 of a conventional all-dielectric red filter at an incident angle of 0 ° -60 °. . The color trajectory 684 of the exemplary daylight filter at incident angles of 0 ° -60 ° is shown in FIG.
Plot on CIExy chromaticity diagram in C. Advantageously, the angular shift of the exemplary red and light filters is significantly less than the angle shift of the conventional all-dielectric red and light filters.
いくつかの実施形態において、光学フィルターは、約１８０ｎｍ〜約４２０ｎｍ等、Ｕ
Ｖスペクトル領域において相対的に狭い通過帯域を有するＵＶフィルターである。例えば
、光学フィルターは、紫外線Ａ（ＵＶＡ）または紫外線Ｂ（ＵＶＢ）フィルターであって
もよい。そのような実施形態において、光学フィルターは、典型的に、約５％を超える、
好ましくは約１５％を超える最大帯域内透過率を有し、約４２０ｎｍ〜約１１００ｎｍ、
即ち、可視およびＩＲスペクトル領域において約０．３％未満の平均帯域外透過率を有す
る。一方、従来の全誘電体ＵＶフィルターは、典型的に、本質的にＩＲブロッキングでは
ない。一般に、そのような実施形態において、光学フィルターはまた、低角度シフト、即
ち、０°からの入射角の変化に伴う中心波長シフトを有する。典型的に、光学フィルター
は、３００ｎｍを中心とする光学フィルターに対して、大きさで約５％または大きさで約
１５ｎｍ未満の入射角６０°での角度シフトを有する。一方、従来の全誘電体ＵＶフィル
ターは、典型的に、極めて角度感度が高い。
In some embodiments, the optical filter comprises U, such as about 180 nm to about 420 nm.
A UV filter having a relatively narrow passband in the V spectral region. For example, the optical filter may be an ultraviolet A (UVA) or ultraviolet B (UVB) filter. In such embodiments, the optical filter is typically greater than about 5%.
Preferably having a maximum in-band transmittance of greater than about 15%, from about 420 nm to about 1100 nm;
That is, it has an average out-of-band transmission of less than about 0.3% in the visible and IR spectral regions. On the other hand, conventional all dielectric UV filters are typically not inherently IR blocking. In general, in such embodiments, the optical filter also has a low angle shift, ie, a central wavelength shift with a change in incident angle from 0 °. Typically, the optical filter has an angular shift at an incident angle of 60 ° of about 5% in size or less than about 15 nm in size relative to an optical filter centered at 300 nm. On the other hand, conventional all-dielectric UV filters are typically extremely angular sensitive.
図１２は、例示ＵＶＡ、ＵＶＢ、および２２０ｎｍ中心フィルターの光学設計、即ち、
層数、材料、および厚みの一覧である。金属層の各々は、アルミニウムから成り、約１０
ｎｍ〜約２０ｎｍの物理厚みを有する。誘電体層の各々は、高指数誘電材料、即ち、ＵＶ
ＡフィルターではＴａ２Ｏ５、ＵＶＢおよび２２０ｎｍ中心フィルターではＨｆＯ２から
成り、約４０ｎｍ〜約６０ｎｍの物理厚みを有する。例示ＵＶフィルターは、腐食抑制層
を含まない。なぜなら、腐食抑制層が提供する付加的な保護は、金属層がアルミニウムか
ら成る場合、通常必要ないからである。
FIG. 12 illustrates the optical design of exemplary UVA, UVB, and 220 nm center filters, ie,
It is a list of the number of layers, material, and thickness. Each of the metal layers is made of aluminum and has a thickness of about 10
having a physical thickness of nm to about 20 nm. Each of the dielectric layers is a high index dielectric material, ie UV
The A filter consists of Ta 2 O 5 , UVB, and the 220 nm central filter consists of HfO 2 and has a physical thickness of about 40 nm to about 60 nm. The exemplary UV filter does not include a corrosion inhibiting layer. This is because the additional protection provided by the corrosion inhibition layer is usually not necessary when the metal layer is made of aluminum.
ＵＶＡフィルターのフィルター高さは３５０ｎｍ、ＵＶＢフィルターのフィルター高さ
は３９８ｎｍ、および２２０ｎｍ中心フィルターのフィルター高さは２７７ｎｍである。
これらのフィルター高さは、従来の全誘電体ＵＶフィルターよりも大幅に低い。
The filter height of the UVA filter is 350 nm, the filter height of the UVB filter is 398 nm, and the filter height of the 220 nm center filter is 277 nm.
These filter heights are significantly lower than conventional all-dielectric UV filters.
図１３Ａは、入射角０°〜６０°での例示ＵＶＡフィルターの透過スペクトル１３７０
（０°）および１３７１（６０°）のプロットである。図１３Ｂは、入射角０°〜６０°
での例示ＵＶＢフィルターの透過スペクトル１３７２（０°）および１３７３（６０°）
のプロットである。図１３Ｃは、入射角０°〜６０°での例示２２０ｎｍ中心フィルター
の透過スペクトル１３７４（０°）および１３７５（６０°）のプロットである。入射角
０°での例示ＵＶＡフィルターの透過スペクトル１３７０は、約３５５ｎｍを中心とする
ＵＶＡ通過帯域を含み、入射角０°での例示ＵＶＢフィルターの透過スペクトル１３７２
は、約２９５ｎｍを中心とするＵＶＢ通過帯域を含み、入射角０°での２２０ｎｍ中心フ
ィルターの透過スペクトル１３７４は、約２２０ｎｍを中心とする通過帯域を含む。入射
角６０°での例示ＵＶフィルターの角度シフトは、大きさで約１５ｎｍ未満である。有利
には、例示ＵＶフィルターの角度シフトは、従来の全誘電体ＵＶフィルターの角度シフト
よりも大幅に小さい。
FIG. 13A shows an exemplary UVA filter transmission spectrum 1370 at incident angles of 0 ° -60 °.
(0 °) and 1371 (60 °) plots. FIG. 13B shows an incident angle of 0 ° to 60 °.
Example UVB filter transmission spectra at 1372 (0 °) and 1373 (60 °)
Is a plot of FIG. 13C is a plot of the transmission spectra 1374 (0 °) and 1375 (60 °) of an exemplary 220 nm center filter at incident angles from 0 ° to 60 °. The transmission spectrum 1370 of the exemplary UVA filter at an incident angle of 0 ° includes a UVA passband centered at about 355 nm, and the transmission spectrum 1372 of the exemplary UVB filter at an incident angle of 0 °.
Includes a UVB passband centered at approximately 295 nm, and the transmission spectrum 1374 of the 220 nm center filter at an incident angle of 0 ° includes a passband centered at approximately 220 nm. The angular shift of the exemplary UV filter at an incident angle of 60 ° is less than about 15 nm in size. Advantageously, the angular shift of the exemplary UV filter is much smaller than that of a conventional all-dielectric UV filter.
例示ＵＶフィルターの各々は、約１０％を超える最大帯域内透過率を有する。特に、Ｕ
ＶＡおよびＵＶＢフィルターの各々は、約２０％を超える最大帯域内透過率を有する。有
利には、例示ＵＶフィルターは、従来の全誘電体ＵＶフィルターと比べて向上したＩＲブ
ロッキングを提供し、ＩＲ漏れに因るノイズを低減する。とりわけ、例示ＵＶフィルター
の各々は、約４２０ｎｍ〜約１１００ｎｍ、即ち、可視およびＩＲスペクトル領域におい
て、約０．３％未満の平均帯域外透過率を有する。
Each of the exemplary UV filters has a maximum in-band transmission greater than about 10%. In particular, U
Each of the VA and UVB filters has a maximum in-band transmission of greater than about 20%. Advantageously, the exemplary UV filter provides improved IR blocking compared to conventional all-dielectric UV filters and reduces noise due to IR leakage. In particular, each of the exemplary UV filters has an average out-of-band transmission of about 420 nm to about 1100 nm, ie, less than about 0.3% in the visible and IR spectral regions.
本発明の光学フィルターは、センサーデバイスまたは他の能動デバイスの一部に含まれ
る場合に特に有用である。センサーデバイスは、本発明に係る１つ以上の光学フィルター
に加えて、１つ以上のセンサー素子を含む任意の種類のセンサーデバイスであってもよい
。場合によっては、センサーデバイスはまた、１つ以上の従来の光学フィルターを含んで
もよい。例えば、センサーデバイスは、画像センサー、環境光センサー、近接センサー、
色相センサー、ＵＶセンサー、またはそれらの組み合わせであってもよい。１つ以上のセ
ンサー素子は、任意の種類の従来のセンサー素子であってもよい。典型的に、１つ以上の
センサー素子は、フォトダイオード、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー素子、相補型金属
酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサー素子、シリコン検出器、または特定ＵＶ高感度検出器
等の光検出器である。１つ以上のセンサー素子は、前面または背面照射であってもよい。
センサー素子は、シリコン、ヒ化ガリウムインジウム（Ｉｎ１-ｘＧａｘＡｓ）、ヒ化ガ
リウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム、硫化鉛（ＰｂＳ）、または窒化ガリウム（ＧａＮ）
等の任意の典型的なセンサー材料から成ってもよい。
The optical filter of the present invention is particularly useful when included as part of a sensor device or other active device. The sensor device may be any type of sensor device that includes one or more sensor elements in addition to one or more optical filters according to the present invention. In some cases, the sensor device may also include one or more conventional optical filters. For example, sensor devices include image sensors, ambient light sensors, proximity sensors,
It may be a hue sensor, a UV sensor, or a combination thereof. The one or more sensor elements may be any type of conventional sensor element. Typically, the one or more sensor elements are light such as a photodiode, a charge coupled device (CCD) sensor element, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) sensor element, a silicon detector, or a specific UV sensitive detector. It is a detector. One or more sensor elements may be front or back illuminated.
The sensor element is silicon, gallium indium arsenide (In 1-x Ga x As), gallium arsenide (GaAs), germanium, lead sulfide (PbS), or gallium nitride (GaN).
Or any other typical sensor material.
１つ以上の光学フィルターは、１つ以上のセンサー素子の上に配置され、１つ以上の光
学フィルターが、１つ以上のセンサー素子に提供される光をフィルタリングする。典型的
に、各光学フィルターは、１つのセンサー素子の上に配置される。言い換えれば、センサ
ーデバイスの各画素は、典型的に、１つの光学フィルターと１つのセンサー素子とを含む
。好ましくは、１つ以上の光学フィルターは、１つ以上のセンサー素子のパッシベーショ
ン層の上等、１つ以上のセンサー素子の上に直接配置される。例えば、１つ以上の光学フ
ィルターは、リフトオフプロセスによって１つ以上のセンサー素子の上に形成されてもよ
い。しかし、場合によっては、１つ以上の光学フィルターと１つ以上のセンサー素子との
間には１つ以上のコーティングが配置され得る。場合によっては、１つ以上の光学フィル
ターは、１つ以上のセンサー素子と一体化されてもよい。
One or more optical filters are disposed over the one or more sensor elements, and the one or more optical filters filter light provided to the one or more sensor elements. Typically, each optical filter is placed on one sensor element. In other words, each pixel of the sensor device typically includes one optical filter and one sensor element. Preferably, the one or more optical filters are disposed directly on the one or more sensor elements, such as on the passivation layer of the one or more sensor elements. For example, one or more optical filters may be formed on one or more sensor elements by a lift-off process. However, in some cases, one or more coatings may be disposed between one or more optical filters and one or more sensor elements. In some cases, one or more optical filters may be integrated with one or more sensor elements.
いくつかの実施形態において、センサーデバイスは、単一のセンサー素子と、センサー
素子の上に配置される本発明に係る単一の光学フィルターとを含む。図７を参照して、セ
ンサーデバイス７９０の第１実施形態は、センサー素子７１１と、センサー素子７１１の
上に配置される光学フィルター７００とを含む。例えば、センサーデバイス７９０は、環
境光センサーであってもよく、センサー素子７１１は、フォトダイオードであってもよく
、光学フィルター７００は、図４Ｄの例示明所フィルター等の明所フィルター、または、
ＩＲブロッキングフィルターであってもよい。他の例では、センサーデバイス７９０は、
ＵＶセンサーであってもよく、センサー素子７１１は、フォトダイオードであってもよく
、光学フィルター７００は、図１２の例示ＵＶＡ、ＵＶＢ、または２２０ｎｍ中心フィル
ター等のＵＶフィルターであってもよい。
In some embodiments, the sensor device includes a single sensor element and a single optical filter according to the present invention disposed over the sensor element. Referring to FIG. 7, the first embodiment of the sensor device 790 includes a sensor element 711 and an optical filter 700 disposed on the sensor element 711. For example, the sensor device 790 may be an ambient light sensor, the sensor element 711 may be a photodiode, and the optical filter 700 may be a light filter such as the exemplary light filter of FIG. 4D, or
An IR blocking filter may be used. In another example, sensor device 790 is
The sensor may be a UV sensor, the sensor element 711 may be a photodiode, and the optical filter 700 may be a UV filter such as the exemplary UVA, UVB, or 220 nm center filter of FIG.
環境光センサーの例示実施形態において、本発明に係る明所フィルターは、フォトダイ
オードと一体化される。明所フィルターは、フォトダイオードの上、典型的に、フォトダ
イオードの例えばＳｉ３Ｎ４から成る平坦化パッシベーション層の上に配置される。例え
ばエポキシ樹脂から成る任意の保護コーティングまたは封入層は、明所フィルターおよび
フォトダイオードの上に配置されてもよい。明所フィルターの光学設計は、パッシベーシ
ョン層、および、存在する場合は封入層を考慮して最適化される。
In an exemplary embodiment of the ambient light sensor, the light filter according to the present invention is integrated with a photodiode. The light place filter is placed on the photodiode, typically on the planarization passivation layer of the photodiode, eg, Si 3 N 4 . An optional protective coating or encapsulating layer, for example made of epoxy resin, may be placed over the light filter and photodiode. The optical design of the light filter is optimized taking into account the passivation layer and, if present, the encapsulating layer.
入射角０°〜６０°でのフォトダイオードとの一体化のために最適化された例示明所フ
ィルターの透過スペクトル１４７０（０°）および１４７１（６０°）を、正規化明所応
答曲線１４７２と共に、図１４にプロットする。透過スペクトル１４７０および１４７１
は、Ｓｉ３Ｎ４パッシベーション層およびエポキシ樹脂封入層と適合する。入射角０°で
の例示明所フィルターの透過スペクトル１４７０は、約５５５ｎｍを中心とする明所通過
帯域を含む。例示明所フィルターの透過スペクトル１４７０は、入射角０°〜４０°で正
規化明所応答曲線１４７２にある程度追従する。また、例示明所フィルターは、入射角０
°〜６０°でＵＶおよびＩＲ光をどちらもブロックし、低角度シフトを有する。有利には
、例示明所フィルターは、例えば温度１２５℃および相対湿度１００％で９６時間、環境
的耐久性がある。
The transmission spectra 1470 (0 °) and 1471 (60 °) of an exemplary daylight filter optimized for integration with a photodiode at an incident angle of 0 ° -60 °, together with a normalized photopic response curve 1472 And is plotted in FIG. Transmission spectra 1470 and 1471
Is compatible with the Si 3 N 4 passivation layer and the epoxy resin encapsulation layer. The transmission spectrum 1470 of the exemplary daylight filter at an incident angle of 0 ° includes a daylight passband centered at about 555 nm. The transmission spectrum 1470 of the exemplary photopic filter follows the normalized photopic response curve 1472 to some extent at an incident angle of 0 ° to 40 °. In addition, the exemplified bright place filter has an incident angle of 0.
Blocks both UV and IR light from ˜60 ° and has a low angle shift. Advantageously, the exemplary light filter is environmentally durable, for example, at a temperature of 125 ° C. and a relative humidity of 100% for 96 hours.
他の実施形態において、センサーデバイスは、複数のセンサー素子と、複数のセンサー
素子の上に配置される本発明に係る複数の光学フィルターとを含む。典型的に、センサー
素子は、アレイ状に配置される。言い換えれば、センサー素子は、フォトダイオードアレ
イ、ＣＣＤアレイ、ＣＭＯＳアレイ、または任意の他の種類の従来のセンサーアレイ等の
センサーアレイを形成する。また、典型的に、光学フィルターは、アレイ状に配置される
。言い換えれば、光学フィルターは、カラーフィルターアレイ（ＣＦＡ）等の光学フィル
ターアレイを形成する。好ましくは、センサーアレイおよび光学フィルターアレイは、対
応する二次元アレイ、即ち、モザイクである。例えば、アレイは、行と列とを有する長方
形アレイである。
In another embodiment, the sensor device includes a plurality of sensor elements and a plurality of optical filters according to the present invention disposed on the plurality of sensor elements. Typically, the sensor elements are arranged in an array. In other words, the sensor elements form a sensor array, such as a photodiode array, a CCD array, a CMOS array, or any other type of conventional sensor array. Typically, the optical filters are arranged in an array. In other words, the optical filter forms an optical filter array such as a color filter array (CFA). Preferably, the sensor array and the optical filter array are corresponding two-dimensional arrays, ie mosaics. For example, the array is a rectangular array having rows and columns.
多くの場合、そのような実施形態において、光学フィルターは、実質的に互いに離間し
ている。言い換えれば、光学フィルターの周縁部は、通常、互いに接触していない。しか
し、場合によっては、光学フィルターの誘電体層は、非意図的に接触するかもしれず、他
方、金属層の特にテーパ状エッジは、互いに離間したままである。
In many cases, in such embodiments, the optical filters are substantially spaced from one another. In other words, the peripheral edges of the optical filters are usually not in contact with each other. However, in some cases, the dielectric layers of the optical filter may unintentionally contact, while the particularly tapered edges of the metal layer remain spaced apart from each other.
典型的に、複数の光学フィルターは、互いに異なる通過帯域を有する異なる種類の光学
フィルターを含む。例えば、複数の光学フィルターは、赤色、緑色、青色、シアン、黄色
、および／またはマゼンタフィルター等のカラーフィルター、明所フィルター、ＩＲブロ
ッキングフィルター、ＵＶフィルター、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。いく
つかの実施形態において、複数の光学フィルターは、異なる種類のカラーフィルターを含
み、ＣＦＡを形成する。例えば、複数の光学フィルターは、図４Ａ〜４Ｃの例示赤色、緑
色、および青色フィルター等の赤色、緑色、および青色フィルターを含み、ベイヤーフィ
ルターアレイ等のＲＧＢフィルターアレイを形成してもよい。他の例では、複数の光学フ
ィルターは、シアン、マゼンタ、および黄色フィルターを含み、ＣＭＹフィルターアレイ
を形成してもよい。
Typically, the plurality of optical filters includes different types of optical filters having different passbands. For example, the plurality of optical filters may include a color filter such as a red, green, blue, cyan, yellow, and / or magenta filter, a light place filter, an IR blocking filter, a UV filter, or a combination thereof. In some embodiments, the plurality of optical filters includes different types of color filters to form a CFA. For example, the plurality of optical filters may include red, green, and blue filters such as the exemplary red, green, and blue filters of FIGS. 4A-4C to form an RGB filter array such as a Bayer filter array. In other examples, the plurality of optical filters may include cyan, magenta, and yellow filters to form a CMY filter array.
有利には、異なる種類の光学フィルターは、互いに異なる数の金属層および／または異
なる厚みの金属層を有してもよい。いくつかの実施形態において、少なくとも２つの異な
る種類の光学フィルターは、互いに異なる数の金属層を含む。同じまたは他の実施形態に
おいて、少なくとも２つの異なる種類の光学フィルターは、互いに異なる金属層厚みを有
する。例えば、図４Ｃの例示青色フィルターは、図４Ａおよび４Ｂの例示赤色および緑色
フィルターと異なる数の金属層を有する。また、図４Ａ〜４Ｃの例示赤色、緑色、および
青色フィルターは全て、互いに異なる金属層厚みを有する。
Advantageously, different types of optical filters may have different numbers of metal layers and / or metal layers of different thickness. In some embodiments, the at least two different types of optical filters include different numbers of metal layers from each other. In the same or other embodiments, the at least two different types of optical filters have different metal layer thicknesses. For example, the exemplary blue filter of FIG. 4C has a different number of metal layers than the exemplary red and green filters of FIGS. 4A and 4B. Also, the exemplary red, green, and blue filters of FIGS. 4A-4C all have different metal layer thicknesses.
図８を参照して、センサーデバイス８９０の第２実施形態は、複数のセンサー素子８１
１と、複数のセンサー素子８１１の上に配置される複数の光学フィルター８００および８
０４とを含む。複数の光学フィルター８００および８０４は、第１通過帯域を有する第１
種類の光学フィルター８００と、第１通過帯域と異なる第２通過帯域を有する第２種類の
光学フィルター８０４とを含む。例えば、センサーデバイス８９０は、画像センサーであ
り、複数のセンサー素子８１１は、ＣＣＤアレイであり、複数の光学フィルター８００お
よび８０４は、ベイヤーフィルターアレイであってもよい（そのうちの１行の一部のみが
図示されている）。第１種類の光学フィルター８００は、図４Ｂの例示緑色フィルター等
の緑色フィルターであってもよく、第２種類の光学フィルター８０４は、図４Ａの例示赤
色フィルター等の赤色フィルターまたは図４Ｃの例示青色フィルター等の青色フィルター
であってもよい。
Referring to FIG. 8, the second embodiment of the sensor device 890 includes a plurality of sensor elements 81.
1 and a plurality of optical filters 800 and 8 arranged on a plurality of sensor elements 811
04. The plurality of optical filters 800 and 804 are first having a first passband.
A type of optical filter 800 and a second type of optical filter 804 having a second passband different from the first passband are included. For example, the sensor device 890 may be an image sensor, the plurality of sensor elements 811 may be a CCD array, and the plurality of optical filters 800 and 804 may be a Bayer filter array (only part of one row thereof). Is shown). The first type of optical filter 800 may be a green filter such as the exemplary green filter of FIG. 4B, and the second type of optical filter 804 may be a red filter such as the exemplary red filter of FIG. 4A or the exemplary blue color of FIG. 4C. It may be a blue filter such as a filter.
前述のセンサーデバイスの実施形態のいずれも、より環境耐久性のある１つ以上の付加
的な光学フィルターおよび１つ以上の付加的なセンサー素子と組み合わせてもよい。
Any of the foregoing sensor device embodiments may be combined with one or more additional optical filters and one or more additional sensor elements that are more environmentally durable.
よって、いくつかの実施形態において、センサーデバイスは、１つ以上の第１センサー
素子の上に配置される本発明に係る１つ以上の第１光学フィルターに加えて、１つ以上の
第２センサー素子の上に配置される１つ以上の第２光学フィルターを含む。１つ以上の第
２光学フィルターは、１つ以上の第１光学フィルターよりも環境耐久性が高い。例えば、
１つ以上の第１光学フィルターは、金属層が銀または銀合金から成る本発明に係る銀誘電
体光学フィルターであってもよい。１つ以上の第２光学フィルターは、金属層がアルミニ
ウムから成る本発明に係るアルミニウム誘電体光学フィルターであってもよい。あるいは
、１つ以上の第２光学フィルターは、全誘電体、シリコン誘電体、または水素化シリコン
誘電体光学フィルター等の従来の光学フィルターであってもよい。
Thus, in some embodiments, a sensor device includes one or more second sensors in addition to one or more first optical filters according to the present invention disposed on one or more first sensor elements. One or more second optical filters are disposed on the element. The one or more second optical filters have higher environmental durability than the one or more first optical filters. For example,
The one or more first optical filters may be a silver dielectric optical filter according to the present invention in which the metal layer is made of silver or a silver alloy. The one or more second optical filters may be an aluminum dielectric optical filter according to the present invention in which the metal layer is made of aluminum. Alternatively, the one or more second optical filters may be conventional optical filters such as an all-dielectric, silicon dielectric, or silicon hydride dielectric optical filter.
そのような実施形態において、１つ以上の第２光学フィルターは、１つ以上の第１光学
フィルターと部分的に重なり、より環境耐久性の高い１つ以上の第２光学フィルターがよ
り環境耐久性の低い１つ以上の第１光学フィルターの周縁部を保護的に覆う。有利には、
この重複レイアウトによって、１つ以上の第１光学フィルターの特に金属層のテーパ状エ
ッジに、腐食等の環境劣化からの付加的な保護を与える。１つ以上の第１光学フィルター
のフィルター側面の小傾斜および低フィルター高さのため、１つ以上の第１光学フィルタ
ーの周縁部の傾斜側面および基板上に配置されると、１つ以上の第２光学フィルターは、
合致して、１つ以上の第２光学フィルターに連続層を提供する。
In such an embodiment, the one or more second optical filters partially overlap the one or more first optical filters, and the one or more second optical filters that are more environmentally durable are more environmentally resistant. The peripheral edge of one or more first optical filters having a low height is covered in a protective manner. Advantageously,
This overlapping layout provides additional protection from environmental degradation, such as corrosion, on the tapered edges of the one or more first optical filters, particularly the metal layer. Because of the small slope of the filter side of one or more first optical filters and the low filter height, the one or more first optical filters when placed on the sloped side of the peripheral edge of the one or more first optical filters and the substrate. 2 Optical filters
Consistently, providing a continuous layer to one or more second optical filters.
１つ以上の第２光学フィルターは、金属層のテーパ状エッジを含む１つ以上の第１光学
フィルターの周縁部の傾斜側面へ、好ましくは１つ以上の第１光学フィルターの全周縁部
に沿って伸びる。好ましくは、１つ以上の第２光学フィルターは、１つ以上の第１光学フ
ィルターの周縁部の傾斜側面を完全に覆う。しかし、１つ以上の第２光学フィルターは、
１つ以上の第１センサー素子を覆って妨げることはない。
The one or more second optical filters are on the inclined side surface of the peripheral edge of the one or more first optical filters including the tapered edge of the metal layer, preferably along the entire peripheral edge of the one or more first optical filters. It grows. Preferably, the one or more second optical filters completely cover the inclined side surfaces of the peripheral edge of the one or more first optical filters. However, one or more second optical filters are
It does not cover or obstruct one or more first sensor elements.
典型的に、１つ以上の第１光学フィルターおよび１つ以上の第２光学フィルターは、互
いに異なる通過帯域を有する。例えば、１つ以上の第１光学フィルターは、赤色、緑色、
青色、シアン、黄色、またはマゼンタフィルター等のカラーフィルター、明所フィルター
、ＩＲブロッキングフィルター、またはそれらの組み合わせであってもよい。特に、１つ
以上の第１光学フィルターは、図４Ａ〜４Ｃの例示赤色、緑色、および／または青色フィ
ルター等の銀誘電体カラーフィルター、図４Ｄの例示明所フィルター等の銀誘電体明所フ
ィルター、または銀誘電体ＩＲブロッキングフィルターであってもよい。
Typically, the one or more first optical filters and the one or more second optical filters have different passbands. For example, the one or more first optical filters may be red, green,
It may be a color filter such as a blue, cyan, yellow, or magenta filter, a light filter, an IR blocking filter, or a combination thereof. In particular, the one or more first optical filters include a silver dielectric color filter such as the exemplary red, green, and / or blue filters of FIGS. 4A-4C, and a silver dielectric light filter such as the exemplary light filter of FIG. 4D. Or a silver dielectric IR blocking filter.
１つ以上の第２光学フィルターは、例えば、ＵＶフィルター、近ＩＲフィルター、また
はそれらの組み合わせであってもよい。特に、１つ以上の第２光学フィルターは、図１２
の例示ＵＶＡ、ＵＶＢ、および／または２２０ｎｍ中心フィルター等のアルミニウム誘電
体ＵＶフィルター、または、全誘電体ＵＶフィルターであってもよい。あるいは、１つ以
上の第２光学フィルターは、２０１４年１月１６日公開のＨｅｎｄｒｉｘ他の米国特許出
願公報第２０１４／００１４８３８号に記載の光学フィルター等の、シリコン誘電体また
は水素化シリコン誘電体近ＩＲフィルターであってもよい。
The one or more second optical filters may be, for example, a UV filter, a near IR filter, or a combination thereof. In particular, the one or more second optical filters are shown in FIG.
It may be an aluminum dielectric UV filter such as the exemplary UVA, UVB, and / or 220 nm center filter, or an all-dielectric UV filter. Alternatively, the one or more second optical filters may be a silicon dielectric or a silicon hydride dielectric, such as the optical filter described in Hendrix et al. US 2014/0014838 published Jan. 16, 2014. An IR filter may be used.
典型的に、センサーデバイスは、そのような実施形態において、多機能であり、１つ以
上の第１光学フィルターおよび１つ以上の第２光学フィルターの通過帯域によって主に決
定される異なる機能を有する異なる種類の光学センサーを組み合わせる。１つ以上の第１
光学フィルターおよび１つ以上の第１センサー素子は、第１種類の光学センサーを形成し
、１つ以上の第２光学フィルターおよび１つ以上の第２センサー素子は、第２種類の光学
センサーを形成する。例えば、第１種類の光学センサーは、明所フィルターまたはＩＲブ
ロッキングフィルターを含む環境光センサー、１つ以上の異なる種類のカラーフィルター
を含む色相センサー、または複数の異なる種類のカラーフィルターを含む画像センサーで
あってもよい。第２種類の光学センサーは、例えば、ＵＶフィルターを含むＵＶセンサー
、または、近ＩＲフィルターを含む近接センサーであってもよい。
Typically, the sensor device is multifunctional in such embodiments and has different functions that are mainly determined by the passbands of the one or more first optical filters and the one or more second optical filters. Combine different types of optical sensors. One or more first
The optical filter and the one or more first sensor elements form a first type of optical sensor, and the one or more second optical filters and the one or more second sensor elements form a second type of optical sensor. To do. For example, the first type of optical sensor is an ambient light sensor that includes a daylight filter or an IR blocking filter, a hue sensor that includes one or more different types of color filters, or an image sensor that includes a plurality of different types of color filters. There may be. The second type of optical sensor may be, for example, a UV sensor including a UV filter, or a proximity sensor including a near IR filter.
図１５を参照して、センサーデバイス１５９０の第３実施形態は、第１センサー素子１
５１１と、第１センサー素子１の上に配置される本発明に係る第１光学フィルター１５０
０とを含み、第１種類の光学センサーを形成する。センサーデバイス１５９０はさらに、
第２センサー素子１５１２と、第２センサー素子１５１２の上に配置されるより環境耐久
性の高い第２光学フィルター１５０５とを含み、第２種類の光学センサーを形成する。
Referring to FIG. 15, the third embodiment of the sensor device 1590 includes the first sensor element 1.
511 and the first optical filter 150 according to the present invention disposed on the first sensor element 1.
A first type of optical sensor is formed. The sensor device 1590 further includes
The second sensor element 1512 and the second optical filter 1505 having a higher environmental durability disposed on the second sensor element 1512 are included to form a second type of optical sensor.
例えば、第１種類の光学センサーは、環境光センサーであってもよく、第１光学フィル
ター１５００は、図４Ｄの例示明所フィルター等の銀誘電体明所フィルター、または、銀
誘電体ＩＲブロッキングフィルターであってもよい。第２種類の光学センサーは、例えば
、ＵＶセンサーであってもよく、第２光学フィルター１５０５は、図１２の例示ＵＶＡ、
ＵＶＢ、または２２０ｎｍ中心フィルター等のアルミニウム誘電体ＵＶフィルター、また
は、全誘電体ＵＶフィルターであってもよい。あるいは、第２種類の光学センサーは、近
接センサーであってもよく、第２光学フィルター１５０５は、全誘電体、シリコン誘電体
、または水素化シリコン誘電体等の近ＩＲフィルターであってもよい。第１センサー素子
１５１１および第２センサー素子１５１２は、フォトダイオードであってもよい。
For example, the first type of optical sensor may be an ambient light sensor, and the first optical filter 1500 may be a silver dielectric light place filter such as the example light place filter of FIG. 4D or a silver dielectric IR blocking filter. It may be. The second type optical sensor may be, for example, a UV sensor, and the second optical filter 1505 includes the exemplary UVA in FIG.
It may be an aluminum dielectric UV filter, such as a UVB or 220 nm center filter, or an all-dielectric UV filter. Alternatively, the second type of optical sensor may be a proximity sensor, and the second optical filter 1505 may be a near IR filter such as an all dielectric, a silicon dielectric, or a silicon hydride dielectric. The first sensor element 1511 and the second sensor element 1512 may be photodiodes.
特に図１５Ａを参照して、第２光学フィルター１５０５は、第１光学フィルター１５０
０の全周縁部に沿って、第１光学フィルター１５００の傾斜側面の上に伸びる。こうして
、第２光学フィルター１５０５は、金属層のテーパ状エッジを含む第１光学フィルター１
５００の周縁部を保護的に覆う。
Referring particularly to FIG. 15A, the second optical filter 1505 is the first optical filter 150.
It extends on the inclined side surface of the first optical filter 1500 along the entire periphery of zero. Thus, the second optical filter 1505 is the first optical filter 1 including the tapered edge of the metal layer.
The peripheral edge of 500 is covered protectively.
特に図１５Ｂおよび１５Ｃを参照して、第１光学フィルター１５００は、第１センサー
素子１５１１を覆い第１センサー素子１５１１に与えられる光をフィルタリングする。第
２光学フィルター１５０５は、第２センサー素子１５１２を覆い第２センサー素子１５１
２に与えられる光をフィルタリングし、第１センサー素子１５１１を取り囲むが覆いはし
ない。図１５Ｂに示すレイアウトにおいて、第１センサー素子１５１１および第２センサ
ー素子１５１２は、接着パッド１５１３の行の間の行に配置される。図１５Ｃに示す代替
レイアウトにおいて、第２センサー素子１５１２は、環状であり、第１センサー素子１５
１１を取り囲む。
With particular reference to FIGS. 15B and 15C, the first optical filter 1500 covers the first sensor element 1511 and filters the light provided to the first sensor element 1511. The second optical filter 1505 covers the second sensor element 1512 and the second sensor element 151.
2 is filtered to surround the first sensor element 1511 but not cover it. In the layout shown in FIG. 15B, the first sensor element 1511 and the second sensor element 1512 are arranged in a row between the rows of the adhesive pads 1513. In the alternative layout shown in FIG. 15C, the second sensor element 1512 is annular and the first sensor element 15
11 is surrounded.
図１６を参照して、センサーデバイス１６９０の第４実施形態は、複数の第１センサー
素子１６１１と、複数の第１センサー素子１６１１の上に配置される本発明に係る複数の
第１光学フィルター１６００、１６０４、および１６０６とを含み、第１種類の光学セン
サーを形成する。センサーデバイス１６９０はさらに、第２センサー素子１６１２と、第
２センサー素子１６１２の上に配置される第２光学フィルター１６０５とを含み、第２種
類の光学センサーを形成する。
Referring to FIG. 16, the fourth embodiment of the sensor device 1690 includes a plurality of first sensor elements 1611 and a plurality of first optical filters 1600 according to the present invention disposed on the plurality of first sensor elements 1611. , 1604 and 1606 to form a first type of optical sensor. The sensor device 1690 further includes a second sensor element 1612 and a second optical filter 1605 disposed on the second sensor element 1612 to form a second type of optical sensor.
例えば、第１種類の光学センサーは、画像センサーまたは色相センサーであってもよく
、複数の第１光学フィルター１６００、１６０４、および１６０６は、図４Ａ〜４Ｃの例
示銀誘電体赤色、緑色、および青色フィルター等の異なる種類のカラーフィルターであっ
てもよい。第２種類の光学センサーは、例えば、ＵＶセンサーであってもよく、第２光学
フィルター１６０５は、図１２の例示アルミニウム誘電体ＵＶＡ、ＵＶＢ、または２２０
ｎｍ中心フィルター等のＵＶフィルターであってもよい。あるいは、第２種類の光学セン
サーは、近接センサーであってもよく、第２光学フィルター１６０５は、全誘電体、シリ
コン誘電体、または水素化シリコン誘電体近ＩＲフィルター等の近ＩＲフィルターであっ
てもよい。複数の第１センサー素子１６１１および第２センサー素子１６１２は、フォト
ダイオードアレイを形成してもよい。
For example, the first type of optical sensor may be an image sensor or a hue sensor, and the plurality of first optical filters 1600, 1604, and 1606 may be the exemplary silver dielectric red, green, and blue of FIGS. Different types of color filters such as filters may be used. The second type of optical sensor may be, for example, a UV sensor, and the second optical filter 1605 may be the exemplary aluminum dielectric UVA, UVB, or 220 of FIG.
It may be a UV filter such as a nm center filter. Alternatively, the second type of optical sensor may be a proximity sensor, and the second optical filter 1605 is a near IR filter such as an all dielectric, silicon dielectric, or silicon hydride dielectric near IR filter. Also good. The plurality of first sensor elements 1611 and second sensor elements 1612 may form a photodiode array.
Claims (30)
１つ以上の誘電体層と、
前記基板上の前記１つ以上の誘電体層と交互に積層される１つ以上の金属層と、を含み
、
前記１つ以上の金属層の各々は、テーパ状エッジを有し、前記テーパ状エッジは、前記
光学フィルターの周縁部で金属層の全周縁部に沿って伸び、前記１つ以上の誘電体層の少
なくとも１つによって金属層の全周縁部に沿って保護的に覆われる、光学フィルター。 An optical filter disposed on a substrate,
One or more dielectric layers;
One or more metal layers alternately stacked with the one or more dielectric layers on the substrate;
Each of the one or more metal layers has a tapered edge, and the tapered edge extends along the entire peripheral edge of the metal layer at a peripheral edge of the optical filter, and the one or more dielectric layers An optical filter that is protectively covered along the entire periphery of the metal layer by at least one of the above.
前記１つ以上の金属層は、複数の金属層から構成される、請求項１に記載の光学フィル
ター。 The one or more dielectric layers are composed of a plurality of dielectric layers,
The optical filter according to claim 1, wherein the one or more metal layers are composed of a plurality of metal layers.
前記光学フィルターの側面は、水平面から約４５°未満の角度で傾斜している、請求項
２に記載の光学フィルター。 The optical filter has a substantially flat top surface and inclined side surfaces;
The optical filter according to claim 2, wherein a side surface of the optical filter is inclined at an angle of less than about 45 ° from a horizontal plane.
３に記載の光学フィルター。 The optical filter according to claim 3, wherein a side surface of the optical filter is inclined at an angle of less than about 20 ° from a horizontal plane.
学フィルター。 The optical filter of claim 2, wherein the optical filter has a filter height of less than about 1 μm.
みを有する、請求項２に記載の光学フィルター。 The optical filter according to claim 2, wherein each of the plurality of metal layers has a substantially constant thickness over a central portion of the optical filter.
載の光学フィルター。 The optical filter according to claim 2, wherein each of the plurality of metal layers is made of silver, a silver alloy, or aluminum.
ルター、または紫外線フィルターである、請求項７に記載の光学フィルター。 The optical filter according to claim 7, wherein the optical filter is a color filter, a bright place filter, an infrared blocking filter, or an ultraviolet filter.
層を含む、請求項２に記載の光学フィルター。 The optical filter according to claim 2, wherein the plurality of dielectric layers include an upper dielectric layer that protectively covers tapered edges of the plurality of metal layers.
ーデバイス。 The sensor device of claim 9, wherein the top dielectric layer has a physical thickness greater than about 40 nm.
１つ以上の第１センサー素子と、
前記１つ以上の第１センサー素子の上に配置される１つ以上の第１光学フィルターと、
を含み、
前記１つ以上の第１光学フィルターの各々は、
１つ以上の誘電体層と、
前記１つ以上の誘電体層と交互に積層される１つ以上の金属層と、を含み、
前記１つ以上の金属層の各々は、テーパ状エッジを有し、前記テーパ状エッジは、前
記光学フィルターの周縁部で金属層の全周縁部に沿って伸び、前記１つ以上の誘電体層の
少なくとも１つによって金属層の全周縁部に沿って保護的に覆われる、センサーデバイス
。 A sensor device,
One or more first sensor elements;
One or more first optical filters disposed on the one or more first sensor elements;
Including
Each of the one or more first optical filters includes:
One or more dielectric layers;
One or more metal layers alternately stacked with the one or more dielectric layers,
Each of the one or more metal layers has a tapered edge, and the tapered edge extends along the entire peripheral edge of the metal layer at a peripheral edge of the optical filter, and the one or more dielectric layers A sensor device that is protectively covered along at least one of the peripheral edges of the metal layer.
前記１つ以上の金属層は、複数の金属層から構成される、請求項１１に記載のセンサー
デバイス。 The one or more dielectric layers are composed of a plurality of dielectric layers,
The sensor device of claim 11, wherein the one or more metal layers are comprised of a plurality of metal layers.
ション層の上に配置される、請求項１２に記載のセンサーデバイス。 The sensor device of claim 12, wherein the one or more first optical filters are disposed on a passivation layer of the one or more first sensor elements.
される封入層をさらに含む、請求項１３に記載のセンサーデバイス。 14. The sensor device of claim 13, further comprising an encapsulating layer disposed over the one or more first optical filters and the one or more first sensor elements.
ー、紫外線センサー、またはそれらの組み合わせである、請求項１２に記載のセンサーデ
バイス。 The sensor device according to claim 12, wherein the sensor device is an image sensor, an ambient light sensor, a proximity sensor, a hue sensor, an ultraviolet sensor, or a combination thereof.
前記１つ以上の第２センサー素子の上に配置される１つ以上の第２光学フィルターと、
を含み、
前記１つ以上の第２光学フィルターは、前記１つ以上の第１光学フィルターよりも環境
耐久性が高く、
前記１つ以上の第２光学フィルターは、前記１つ以上の第１光学フィルターと部分的に
重なり、前記１つ以上の第１光学フィルターの周縁部を保護的に覆う、請求項１２に記載
のセンサーデバイス。 One or more second sensor elements;
One or more second optical filters disposed on the one or more second sensor elements;
Including
The one or more second optical filters have higher environmental durability than the one or more first optical filters,
The one or more second optical filters partially overlap with the one or more first optical filters and protectively cover a peripheral edge of the one or more first optical filters. Sensor device.
前記１つ以上の第２光学フィルターは、前記１つ以上の第１光学フィルターの傾斜側面
の上に伸びる、請求項１６に記載のセンサーデバイス。 The one or more first optical filters have a substantially flat top surface and inclined side surfaces;
The sensor device of claim 16, wherein the one or more second optical filters extend over an inclined side surface of the one or more first optical filters.
バイス。 The sensor device according to claim 16, wherein each of the plurality of metal layers is made of silver or a silver alloy.
、赤外線ブロッキングフィルター、またはそれらの組み合わせである、請求項１８に記載
のセンサーデバイス。 The sensor device of claim 18, wherein the one or more first optical filters are one or more color filters, a bright place filter, an infrared blocking filter, or a combination thereof.
ウム誘電体光学フィルター、シリコン誘電体光学フィルター、水素化シリコン誘電体光学
フィルター、またはそれらの組み合わせである、請求項１８に記載のセンサーデバイス。 The one or more second optical filters are one or more all dielectric optical filters, aluminum dielectric optical filters, silicon dielectric optical filters, silicon hydride dielectric optical filters, or combinations thereof. 18. A sensor device according to 18.
ター、またはそれらの組み合わせである、請求項２０に記載のセンサーデバイス。 21. The sensor device of claim 20, wherein the one or more second optical filters are one or more ultraviolet filters, near infrared filters, or combinations thereof.
基板を設けるステップと、
前記基板上にフォトレジスト層を塗布するステップと、
前記フォトレジスト層をパターン化して、前記基板のフィルター領域を露出するステッ
プであって、前記フィルター領域を囲むパターン化フォトレジスト層においてオーバーハ
ングが形成されるステップと、
１つ以上の誘電体層と交互に積層される１つ以上の金属層を含む多層積層体を、前記パ
ターン化フォトレジスト層および前記基板のフィルター領域の上に堆積するステップと、
前記パターン化フォトレジスト層および前記パターン化フォトレジスト層の上の前記多
層積層体の部分を除去して、前記基板のフィルター領域の上に残存する多層積層体の部分
で光学フィルターを形成するステップと、を含み、
前記光学フィルターにおける前記１つ以上の金属層の各々は、テーパ状エッジを有し、
前記テーパ状エッジは、前記光学フィルターの周縁部で金属層の全周縁部に沿って伸び、
前記１つ以上の誘電体層の少なくとも１つによって金属層の全周縁部に沿って保護的に覆
われる、方法。 An optical filter manufacturing method comprising:
Providing a substrate;
Applying a photoresist layer on the substrate;
Patterning the photoresist layer to expose a filter region of the substrate, wherein an overhang is formed in the patterned photoresist layer surrounding the filter region;
Depositing a multilayer stack comprising one or more metal layers alternately stacked with one or more dielectric layers on the patterned photoresist layer and the filter region of the substrate;
Removing the patterned photoresist layer and the portion of the multilayer stack over the patterned photoresist layer to form an optical filter with the portion of the multilayer stack remaining on the filter region of the substrate; Including,
Each of the one or more metal layers in the optical filter has a tapered edge;
The tapered edge extends along the entire periphery of the metal layer at the periphery of the optical filter;
A method wherein the at least one of the one or more dielectric layers is protectively covered along the entire periphery of the metal layer.
前記１つ以上の誘電体層は、複数の誘電体層から構成される、請求項２２に記載の方法
。 The one or more metal layers are composed of a plurality of metal layers,
The method of claim 22, wherein the one or more dielectric layers are comprised of a plurality of dielectric layers.
。 24. The method of claim 23, wherein the photoresist layer includes a bottom release layer and a top photosensitive layer.
２７に記載の方法。 28. The method of claim 27, wherein the multilayer stack is deposited with a thickness that is less than about 70% of the thickness of the bottom release layer.
２８に記載の方法。 30. The method of claim 28, wherein the multilayer stack is deposited with a thickness of less than about 30% of the thickness of the bottom release layer.
成して、前記第２光学フィルターが前記第１光学フィルターと部分的に重なり、前記第１
光学フィルターの周縁部を保護的に覆うようにするステップをさらに含む、請求項２３に
記載の方法。 A second optical filter having a higher environmental durability than the first optical filter is formed on the substrate, and the second optical filter partially overlaps the first optical filter.
24. The method of claim 23, further comprising the step of protectively covering the periphery of the optical filter.
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