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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023081852
(43)【公開日】2023-06-13
(54)【発明の名称】光学干渉フィルタ
(51)【国際特許分類】
G02B 5/28 20060101AFI20230606BHJP
【ＦＩ】
G02B5/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022188210
(22)【出願日】2022-11-25
(31)【優先権主張番号】17/457,123
(32)【優先日】2021-12-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】502151820
【氏名又は名称】ヴァイアヴィ・ソリューションズ・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】Ｖｉａｖｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100225543
【弁理士】
【氏名又は名称】上原 真
(72)【発明者】
【氏名】ゲオルク ジェイ オケンファス
(72)【発明者】
【氏名】ヤン ジンフイ
(72)【発明者】
【氏名】マリウス グリゴニス
(72)【発明者】
【氏名】カレン デニス ヘンドリックス
(72)【発明者】
【氏名】アンディー シュカブコ
【テーマコード（参考）】
2H148
【Ｆターム（参考）】
2H148GA04
2H148GA12
2H148GA33
2H148GA36
2H148GA51
2H148GA60
(57)【要約】 （修正有）
【課題】層のセットの形成に伴う複雑さを低減することにより、光学フィルタの性能、製造性、及び／又は信頼性が向上する。
【解決手段】光学干渉フィルタが、基板と、基板上に配置された層のセットと、を備え、層のセットは、層の第１のサブセット、及び層の第２のサブセットを有し、各層の第１のサブセットは窒化アルミニウム(ＡｌＮ)材料を含み、各層の第1のサブセットの応力が、－１０００～８００メガパスカルであり、層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、各層の第２のサブセットは少なくとも１つの他の材料を含み、層の第２のサブセットは、第１の値とは異なる第２の値を有する第２の屈折率を有し、光学干渉フィルタは、第１の値及び第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を有する。
【選択図】図２
【解決手段】光学干渉フィルタが、基板と、基板上に配置された層のセットと、を備え、層のセットは、層の第１のサブセット、及び層の第２のサブセットを有し、各層の第１のサブセットは窒化アルミニウム(ＡｌＮ)材料を含み、各層の第1のサブセットの応力が、－１０００～８００メガパスカルであり、層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、各層の第２のサブセットは少なくとも１つの他の材料を含み、層の第２のサブセットは、第１の値とは異なる第２の値を有する第２の屈折率を有し、光学干渉フィルタは、第１の値及び第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、並びに
前記基板上に配置される層のセットと、
を備える光学干渉フィルタであって、
前記層のセットは、
層の第１のサブセット、及び
層の第２のサブセット、
を有し、
各前記層の第１のサブセットは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含み、
各前記層の第１のサブセットの応力は－１０００～８００メガパスカルであり、
前記層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、
各前記層の第２のサブセットは少なくとも１つの他の材料を含み、
前記層の第２のサブセットは、前記第１の値と異なる第２の値を有する第２の屈折率を有し、
前記光学干渉フィルタは、前記第１の値及び前記第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を有する、光学干渉フィルタ。
前記基板上に配置される層のセットと、
を備える光学干渉フィルタであって、
前記層のセットは、
層の第１のサブセット、及び
層の第２のサブセット、
を有し、
各前記層の第１のサブセットは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含み、
各前記層の第１のサブセットの応力は－１０００～８００メガパスカルであり、
前記層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、
各前記層の第２のサブセットは少なくとも１つの他の材料を含み、
前記層の第２のサブセットは、前記第１の値と異なる第２の値を有する第２の屈折率を有し、
前記光学干渉フィルタは、前記第１の値及び前記第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を有する、光学干渉フィルタ。
【請求項2】
請求項１に記載の光学干渉フィルタであって、前記光学干渉フィルタの中心波長における角度シフトは、入射角が０度～３０度の場合、前記中心波長の１．０％未満である、光学干渉フィルタ。
【請求項3】
請求項１に記載の光学干渉フィルタであって、前記層のセットの正味応力が約０メガパスカルである、光学干渉フィルタ。
【請求項4】
請求項１に記載の光学干渉フィルタであって、前記層の第１のサブセット及び前記層の第２のサブセットは、交互の層順序で前記基板上に配置される、光学干渉フィルタ。
【請求項5】
請求項１に記載の光学干渉フィルタであって、前記少なくとも１つの他の材料は、
シリコン（Ｓｉ）材料、
水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）材料、
水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料、
シリコン及び水素材料（ＳｉＨ）材料、
アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）材料、
窒化シリコン（ＳｉＮ）材料、
ゲルマニウム（Ｇｅ）材料、
水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）材料、
シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料、
水素化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）材料、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料、
水素化炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｈ）材料、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、
五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）材料、
五酸化ニオブタンタル（Ｎｂ２－ｘＴａｘＯ５）材料、
二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）材料、
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）材料、又は
酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）材料、
のうち少なくとも１つを含む、光学干渉フィルタ。
シリコン（Ｓｉ）材料、
水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）材料、
水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料、
シリコン及び水素材料（ＳｉＨ）材料、
アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）材料、
窒化シリコン（ＳｉＮ）材料、
ゲルマニウム（Ｇｅ）材料、
水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）材料、
シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料、
水素化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）材料、
炭化ケイ素（ＳｉＣ）材料、
水素化炭化ケイ素（ＳｉＣ：Ｈ）材料、
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、
五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、
五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、
酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）材料、
五酸化ニオブタンタル（Ｎｂ２－ｘＴａｘＯ５）材料、
二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）材料、
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）材料、又は
酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）材料、
のうち少なくとも１つを含む、光学干渉フィルタ。
【請求項6】
請求項１に記載の光学干渉フィルタであって、前記層のセットの上に追加の層が配置され、前記追加の層は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料を含む、光学干渉フィルタ。
【請求項7】
請求項１に記載の光学干渉フィルタであって、前記光学干渉フィルタは、８００～１６００ナノメートルのスペクトル域に関連する光を通過させるように構成される、光学干渉フィルタ。
【請求項8】
層の第１のサブセット、及び
層の第２のサブセット、
を有する層のセットを備える光学干渉フィルタであって、
各前記層の第１のサブセットは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含み、
前記層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、
各前記層の第２のサブセットは、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料を含み、
前記層の第２のサブセットは、前記第１の値よりも大きい第２の値を有する第２の屈折率を有し、
前記光学干渉フィルタは、前記第２の値の９５％以上の有効屈折率を有する、光学干渉フィルタ。
層の第２のサブセット、
を有する層のセットを備える光学干渉フィルタであって、
各前記層の第１のサブセットは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含み、
前記層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、
各前記層の第２のサブセットは、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料を含み、
前記層の第２のサブセットは、前記第１の値よりも大きい第２の値を有する第２の屈折率を有し、
前記光学干渉フィルタは、前記第２の値の９５％以上の有効屈折率を有する、光学干渉フィルタ。
【請求項9】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記層の第１のサブセット及び前記層の第２のサブセットのうち一方は引張材を含み、また
前記層の第１のサブセット及び前記層の第２のサブセットのうち他方は圧縮材を含む、光学干渉フィルタ。
前記層の第１のサブセット及び前記層の第２のサブセットのうち他方は圧縮材を含む、光学干渉フィルタ。
【請求項10】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記層のセットの正味応力が約０メガパスカルである、光学干渉フィルタ。
【請求項11】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記層のセットの正味応力が特定量の応力にほぼ等しい、光学干渉フィルタ。
【請求項12】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、
前記第１の値は、５００～５５００ナノメートルの波長を有する光に対して、１．９～２．２であり、
前記第２の値は、５００～５５００ナノメートルの波長を有する光に対して、３．５～３．９である、光学干渉フィルタ。
前記第１の値は、５００～５５００ナノメートルの波長を有する光に対して、１．９～２．２であり、
前記第２の値は、５００～５５００ナノメートルの波長を有する光に対して、３．５～３．９である、光学干渉フィルタ。
【請求項13】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記層のセットの上に追加の層が配置され、
前記追加の層は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料を含む、請求項８に記載の光学干渉フィルタ。
前記追加の層は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料を含む、請求項８に記載の光学干渉フィルタ。
【請求項14】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記光学干渉フィルタは、入射角が０度～３０度の場合、９４０ｎｍの波長で７．０ナノメートル（ｎｍ）未満の角度シフトを有し、且つ３．７以上の有効屈折率を有する、光学干渉フィルタ。
【請求項15】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記光学干渉フィルタの中心波長における角度シフトは、入射角が０度～３０度の場合、前記中心波長の１．０％未満である、光学干渉フィルタ。
【請求項16】
請求項１５に記載の光学干渉フィルタであって、前記中心波長が９４０ナノメートルである、光学干渉フィルタ。
【請求項17】
請求項８に記載の光学干渉フィルタであって、前記光学干渉フィルタは、前記光学干渉フィルタのピーク透過率の９０％～１００％の透過率と、０度～３０度の入射角と、に関連付けられている、光学干渉フィルタ。
【請求項18】
チャンバに不活性ガスを供給するステップであり、前記不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のうち少なくとも１つを含む、ステップと、
チャンバへ窒素ガス（Ｎ２）を供給するステップと、並びに
前記不活性ガス及び前記Ｎ２ガスを供給することに基づいて、アルミニウム（Ａｌ）ターゲットをスパッタリングさせて、基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む層の第１のセットを形成するステップと、
を含む方法であって、
前記層の第１のセットを、層の第２のセットと交互になるように前記基板上に形成することにより、層の配列を形成し、
前記層の第２のセットは、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）を含み、
前記層の配列は、３．７以上の有効屈折率を有する、方法。
チャンバへ窒素ガス（Ｎ２）を供給するステップと、並びに
前記不活性ガス及び前記Ｎ２ガスを供給することに基づいて、アルミニウム（Ａｌ）ターゲットをスパッタリングさせて、基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む層の第１のセットを形成するステップと、
を含む方法であって、
前記層の第１のセットを、層の第２のセットと交互になるように前記基板上に形成することにより、層の配列を形成し、
前記層の第２のセットは、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）を含み、
前記層の配列は、３．７以上の有効屈折率を有する、方法。
【請求項19】
請求項１８に記載の方法であって、
前記不活性ガスはＨｅを含み、
前記層の第１のセットの応力が、－１０００～１５０メガパスカルであり、
前記層の第１のセットの屈折率が、５００～５５００ナノメートルの波長を有する光に対して、１．９～２．２である、方法。
前記不活性ガスはＨｅを含み、
前記層の第１のセットの応力が、－１０００～１５０メガパスカルであり、
前記層の第１のセットの屈折率が、５００～５５００ナノメートルの波長を有する光に対して、１．９～２．２である、方法。
【請求項20】
請求項１８に記載の方法であって、前記不活性ガスはヘリウム（Ｈｅ）を含み、
前記方法はさらに、
前記チャンバに水素（Ｈ２）ガスを供給するステップと、
前記不活性ガス及び前記Ｈ２ガスを供給することに基づいて、前記シリコン（Ｓｉ）ターゲットをスパッタリングさせて、Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅを有する前記層の第２のセットを形成するステップと、
を含む、方法。
前記方法はさらに、
前記チャンバに水素（Ｈ２）ガスを供給するステップと、
前記不活性ガス及び前記Ｈ２ガスを供給することに基づいて、前記シリコン（Ｓｉ）ターゲットをスパッタリングさせて、Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅを有する前記層の第２のセットを形成するステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は光学干渉フィルタに関する。
【背景技術】
【0002】
光学デバイスを利用することにより、光に関する情報を捕捉することができる。例えば、光学デバイスは、光に関連する波長のセットに関する情報を捕捉することができる。光学デバイスは、情報を捕捉するセンサ素子（例えば、光学センサ、スペクトルセンサ、及び／又はイメージセンサ）のセットを含むことができる。例えば、複数の波長に関する情報を捕捉するために、センサ素子アレイを利用することができる。センサ素子アレイは、光学フィルタと関連付けることができる。光学フィルタは、センサ素子アレイを通る第１波長域の光に関連する通過帯域を含んでもよい。光学フィルタは、第２波長域の光がセンサ素子アレイに通過するのを阻止することに関連付けられてもよい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
いくつかの実装形態では、光学干渉フィルタが、基板と、並びに基板上に配置された層のセットと、を備え、層のセットは、層の第１のサブセット、及び層の第２のサブセット、を有し、各層の第１のサブセットは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含み、各層の第１のサブセットの応力は－１０００～８００メガパスカルであり、層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、各層の第２のサブセットは少なくとも１つの他の材料を含み、層の第２のサブセットは、第１の値と異なる第２の値を有する第２の屈折率を有し、光学干渉フィルタは、第１の値及び第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を有する。
【0004】
いくつかの実装形態では、光学干渉フィルタが層のセットを備え、層のセットは、層の第１のサブセット、及び層の第２のサブセットを有し、各層の第１のサブセットは、ＡｌＮ材料を含み、層の第１のサブセットは、第１の値を有する第１の屈折率を有し、各層の第２のサブセットは、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料を含み、層の第２のサブセットは、第１の値よりも大きい第２の値を有する第２の屈折率を有し、光学干渉フィルタは、第２の値の９５％以上の有効屈折率を有する。
【0005】
いくつかの実施態様では、方法が、チャンバに不活性ガスを供給するステップであり、不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のうち少なくとも１つを含む、ステップと、チャンバに窒素ガス（Ｎ２）を供給するステップと、並びに、不活性ガス及びＮ２ガスを供給することに基づいて、アルミニウム（Ａｌ）ターゲットをスパッタリングさせて、基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む層の第１のセットを形成するステップと、を含み、層の第１のセットを、層の第２のセットと交互になるように基板上に形成することにより、層の配列を形成し、層の第２のセットは、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）を含み、層の配列は、３．７以上の有効屈折率を有する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本明細書に記載されている例示的な実装形態の概略図である。
【図2】本明細書に記載されている例示的な光学フィルタの説明図である。
【図3】本明細書に記載されている光学フィルタを製造するためのスパッタ堆積システムにおける実施例の説明図である。
【図4A】本明細書に記載されているスパッタリングプロセスを使用して形成されたＡｌＮ層の応力を示す例示的なプロットの図表である。
【図4B】本明細書に記載されているスパッタリングプロセスを使用して形成されたＡｌＮ層の応力を示す例示的なプロットの図表である。
【図5】本明細書に記載されているスパッタリングプロセスを使用して形成されたＡｌＮ層のセットの吸光係数及び屈折率の例示的なプロットの図表である。
【図6】本明細書に記載されている光学フィルタの透過性能を示す例示的なプロットの図表である。
【図7A】本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理特性である。
【図7B】本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理特性である。
【図7C】本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理特性である。
【図8A】本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理特性である。
【図8B】本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理特性である。
【図8C】本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理特性である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
例示的な実装形態に関する以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同一の参照符号は、同一又は類似の要素を特定することがある。以下の説明では、例として分光器を使用する。しかしながら、本明細書に記載されている技術、原理、手順、及び方法は、他の光学センサ及びスペクトルセンサを含むがそれらに限定されない任意のセンサとともに使用してもよい。
【0008】
光学フィルタは、基板上に１つ以上の層を形成することによって製造することができる。例えば、従来の光学フィルタは、少なくとも第１の材料、第２の材料、及び第３の材料の交互層（例えば、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）材料、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、及び五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料の交互層）を備えることにより、特定のスペクトル域（例えば、８００～１６００ナノメートル（ｎｍ）のスペクトル域）に関連する光のうち閾値割合（例えば、光の少なくとも６５％）を通過させることができる。しかしながら、少なくとも３つの材料の交互層を形成するのは難しく、また低品質層の形成につながってしまい、そのため、欠陥が導入され、又は従来の光学フィルタを通じて欠陥が伝播する可能性がある。これにより、従来の光学フィルタの性能、製造性、及び／又は信頼性が低下するおそれがある。
【0009】
さらに、多くの場合、従来の光学フィルタにおける１つ以上の層の各層の応力は圧縮性（例えば、層の応力は０メガパスカル（ＭＰａ）未満）を示し、そのため、１つ以上の層の応力（例えば、正味応力）が圧縮性を示す。その結果、この圧縮性は従来の光学フィルタを湾曲させる（例えば、屈曲させる）。これにより、１つ以上の層でコーティングの流出が生じ、従来の光学フィルタの性能に影響が出る。またこれにより、従来の光学フィルタが（例えば、平坦な光学フィルタと比較して）より壊れやすくなり、かつ／又は従来の光学フィルタの運搬、取扱い、及び／又は使用が困難になる。
【0010】
さらに、従来の光学フィルタのフィルタ性能は、光学フィルタに向かう光の入射角（ＡＯＩ）が設定入射角（例えば、０度（法線）、３０度、４５度など）から閾値入射角（例えば、設定入射角から約１０度の偏位、設定入射角から２０度の偏位、及び／又は設定入射角から３０度の偏位よりも大きい）に変化するときに、劣化することがある。例えば、従来の光学フィルタでは、入射角が増加すると、より低い波長に向かってシフトすることがある。このように、従来の光学フィルタは不要な又は不所望の光を通過させることがあり、このため、通過した光を受光する光学センサの検知精度に影響を与えることがある。
【0011】
角度シフトは、光学フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）の有効屈折率に関連することがある。例えば、より高い有効屈折率は、より低い角度シフトと相関する。有効屈折率は、光学フィルタの構成材料の構成材料毎の屈折率から計算可能である。例えば、高屈折率構成材料層及び低屈折率成分材料層が交互になって形成されたミラーを有する光学フィルタの有効屈折率は、少なくとも部分的に、以下の形の１組の方程式に基づいて計算することができる。
ここでｎｅｆｆ＿Ｈは、ミラー間のスペーサとしての高屈折率層（例えば、閾値より大きい、例として２．０より大きい）を有する光学フィルタの有効屈折率の上限であり、ｎｅｆｆ＿Ｌは、ミラー間のスペーサとしての低屈折率層（例えば、閾値より小さい、例として２．０以下など）を有する光学フィルタの有効屈折率であり、ｎＨは、各ミラーの高屈折率層材料の屈折率であり、ｎｅｆｆ＿Ｈのスペーサに使用され、ｎＬは、各ミラーの低屈折率層材料の屈折率であり、ｎｅｆｆ＿Ｌのスペーサに使用され、ｍはスペーサのオーダー（例えば、光学フィルタの設定中心波長の１／２の倍数としてのスペーサの大きさ）である。これらの方程式から、ｎｅｆｆ、ｎＨ、ｎＬの間の関係は、次の形になる。
有効屈折率の別の計算は、光学フィルタの観測された波長シフト（例えば、角度シフト）に関連し得る。例えば、光学フィルタ（例えば、バンドパスフィルタ）の特定の入射角における波長シフトは、次の方程式に基づいて求めることができる。
ここで、λθは、入射角θにおける中心波長を表し、λ０は、光学フィルタが設定されている入射角（例えば、垂直入射角又は別の入射角）における中心波長を表す。上記の方程式は、観測された波長シフトに基づいて有効屈折率を計算するために、再構成することができる。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【0012】
上記の方程式は、有効屈折率が高くなれば、フィルタの角度シフトが低くなることを示す。しかしながら、フィルタの有効屈折率の限界値は、フィルタ内の最高屈折率材料の屈折率未満である（式（３））。
【0013】
本明細書に記載されているいくつかの実装形態は、基板上に配置された層のセットを備える光学フィルタを提供する。層のセットは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含む層の第１のサブセットと、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料などの少なくとも１つの他の材料（例えば、ＡｌＮ材料ではない少なくとも１つの材料）を含む層の第２のサブセットとを、交互に配置したものを備えることができる。いくつかの実装形態において、光学フィルタは、特定のスペクトル域（例えば、８００～１６００ｎｍのスペクトル域）に関連する光のうち閾値割合（例えば、光の少なくとも９０％）を通過させる。このようにして、光学フィルタは、従来の光学フィルタと比較して改善された透過性能を提供する。さらに、光学フィルタは２つの交互層のみを含み、それにより、層のセットの形成に伴う複雑さを低減する。こうすることで、低品質層を形成する可能性が低減し、したがって、欠陥が光学フィルタ内に導入され、又は光学フィルタを通じて伝播させる可能性が低減する。そのため、従来の光学フィルタと比較して、光学フィルタの性能、製造性、及び／又は信頼性が向上する。
【0014】
いくつかの実装形態では、ＡｌＮ材料を含む層の第１のサブセットの応力を、－１０００～８００ＭＰａにすることができる。したがって、いくつかの実装形態において、層の第２のサブセットの応力が圧縮応力である場合、ＡｌＮ材料の応力は引張応力（例えば、０ＭＰａ以上）となるように構成することができ、又はその逆にすることができる。このようにして、（例えば、圧縮層の応力と光学フィルタの引張層の応力のバランスをとることにより、）基板上に配置された層のセットによって引き起こされる湾曲の量を最小限に抑えることができる。例えば、層の第１のサブセット及び層の第２のサブセットのうち一方が引張材を備えてもよく、また層の第１のサブセット及び層の第２のサブセットのうち他方が圧縮材を備えてもよく、それにより、層のセットの応力を約０ＭＰａ（例えば、公差の範囲内）にすることができる。こうすることで、光学フィルタの湾曲量を最小限に抑え、コーティング流出を低減し、それにより、（例えば、湾曲が生じてしまう従来の光学フィルタと比較して）光学フィルタの性能が改善する。またこうすることで、光学フィルタの耐久性が改善し、並びに／若しくは、湾曲が生じてしまう従来の光学フィルタと比較して、光学フィルタの運搬、取扱い、及び／又は使用がより容易になる。光学フィルタの直径が約２００ミリメートル（ｍｍ）である場合などの特定の例では、本明細書に記載されているいくつかの実装形態により、光学フィルタの湾曲量を、とりわけ、１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、及び／又は０．１ｍｍ未満にすることができる。別の例では、光学フィルタが、波長λに関連する光を通過させるように構成されている場合、本明細書に記載されているいくつかの実装形態により、光学フィルタの湾曲量を、とりわけ、λ／４未満、λ／１０未満、及び／又はλ／１００未満にすることができる。
【0015】
さらに、本明細書に記載されているいくつかの実装形態は、有効屈折率が低角度シフト光学フィルタ内にある最高屈折率材料の屈折率の９５％よりも大きい、低角度シフト光学フィルタを提供する。例えば、低角度シフト光学フィルタは、以下の形の有効屈折率を有することができる。
【数5】
【0016】
付加的に、又は代替的に、低角度シフト光学フィルタは、低角度シフト光学フィルタ内にある最高屈折率材料の屈折率の１００％超、１１０％超、１２０％超などの有効屈折率を有することができる。このようにして、低角度シフト光学フィルタは、低角度シフト光学フィルタを通過する不要な又は不所望の光の量を低減し、それにより、低角度シフト光学フィルタを通過する光を受光する光学センサの検知精度を向上させる。
【0017】
図１は、本明細書に記載されている例示的な実装形態１００の概略図である。図１に示されるように、例示的な実装形態１００はセンサシステム１１０を含む。センサシステム１１０は、光学システムの一部であってもよく、センサの判定に対応する電気出力を供給してもよい。センサシステム１１０は、光学フィルタ１３０を含む光学フィルタ構造体１２０、及び光学センサ１４０を含む。例えば、光学フィルタ構造体１２０が、通過帯域フィルタリング機能を実行する光学フィルタ１３０を含んでもよい。別の例では、光学フィルタ１３０が光学センサ１４０のセンサ素子アレイに位置合わせされてもよい。
【0018】
本明細書に記載されているいくつかの実施形態は、センサシステム内の光学フィルタに関して説明されることがあるが、本明細書に記載されている実施形態は、別のタイプのシステムで使用してもよく、センサシステムの外部で使用してもよく、又はその他の構成で使用してもよい。
【0019】
図１に、また参照符号１５０によってさらに示されるように、入力光信号が１つ以上の入射角θで光学フィルタ構造体１２０に向けられる。例えば、入力光信号１５０－１及び１５０－２を、入射角θ０（例えば、設定入射角）及びθで光学フィルタ１２０に向けることができる。入力光信号は、特定のスペクトル域（例えば、８００ｎｍ～１０００ｎｍのスペクトル域等の、約９００ｎｍを中心とするスペクトル域；８００ｎｍ～１６００ｎｍのスペクトル域；８００ｎｍ～１１００ｎｍのスペクトル域；１４００ｎｍ～１６００ｎｍのスペクトル域、例えば、１５５０ｎｍのピーク波長；５００ｎｍ～５５００ｎｍのスペクトル域；又は別のスペクトル域）に関連する光を含んでもよいが、これらに限定されない。例えば、光学センサ１４０が光の測定を実行できるようにするために、光送信機が光学センサ１４０に光を向けてもよい。別の例では、光送信機が、とりわけ、検査機能、検知機能、又は通信機能などの別の機能用に、別のスペクトル域の光を向けてもよい。
【0020】
図１に、また参照符号１６０によってさらに示されるように、光信号のうち第１のスペクトル域を有する第１の部分は、光学フィルタ１３０及び光学フィルタ構造体１２０を通過しない。例えば、誘電体薄膜層の誘電体フィルタ積層体が、光学フィルタ１３０の高屈折率材料層及び低屈折率材料層を含んでもよく、この誘電体フィルタ積層体によって、光の第１の部分を第１の方向に反射させ、又は吸収等させることができる。この場合、光の第１の部分は、光学フィルタ１３０に入射する光のうち、光学フィルタ１３０の通過帯域に含まれない閾値部分であってもよく、例えば、約９００ｎｍを中心とする特定のスペクトル域内にはない光のうちの９５％超であってもよい。参照符号１７０によって示されるように、光信号の第２の部分は、光学フィルタ１３０及び光学フィルタ構造体１２０を通過する。例えば、光学フィルタ１３０は、光のうち第２のスペクトル域を有する第２の部分を、光学センサ１４０に向かう第２の方向に通過させることができる。この場合、光の第２の部分は、光学フィルタ１３０に入射する光のうち、光学フィルタ１３０の帯域通過に含まれる閾値部分であってもよく、例えば、約９００ｎｍを中心とするスペクトル域内にある入射光のうちの５０％超であってもよい。光の第２の部分は、本明細書でより詳細に説明するように、閾値角度シフト未満で光学フィルタ１３０を通過することができる。
【0021】
図１にさらに示されるように、光信号の第２の部分が光学センサ１４０を通過することに基づいて、光学センサ１４０は、とりわけ、画像、周囲光検知、物体の存在の検出、測定の実行、又は通信の容易化に使用等するために、センサシステム１１０用の出力電気信号１８０を供給することができる。いくつかの実装形態では、光学フィルタ１３０及び光学センサ１４０の別の配置を利用することができる。例えば、光学フィルタ１３０は、光信号の第２の部分を入力光信号と同一線上で通過させるのではなく、光信号の第２の部分を、別の位置にある光学センサ１４０に向かう別の方向に向けてもよい。
【0022】
【0023】
図２は例示的な光学フィルタ２００の図である。いくつかの実装形態では、光学フィルタ２００が光学干渉フィルタであってもよく、及び/又は、とりわけ、スペクトルフィルタ、マルチスペクトルフィルタ、バンドパスフィルタ、ブロッキングフィルタ、長波パスフィルタ、短波パスフィルタ、ダイクロイックフィルタ、線形可変フィルタ、円形可変フィルタ、ファブリペローフィルタ、ベイヤフィルタ、プラズモンフィルタ、フォトニック結晶フィルタ、ナノ構造若しくはメタマテリアルフィルタ、吸収フィルタ、ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタ、ノッチフィルタ、反射防止フィルタ、反射材、又はミラーのうち少なくとも1つを備えてもよい。図２は、光学フィルタ２００の例示的な積み重ねを示す。図２にさらに示されるように、光学フィルタ２００は、基板２１０と、層のセット２２０を含む。
【0024】
基板２１０は、ガラス基板、ポリマー基板、ポリカーボネート基板、金属基板、シリコン（Ｓｉ）基板、ゲルマニウム（Ｇｅ）基板、又は（例えば、とりわけ、フォトダイオード（ＰＤ）、ＰＤアレイ、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＡＰＤアレイ、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、及び／又は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）センサを備える）能動素子ウェハを含んでもよい。いくつかの実装形態では、基板２１０の厚さが、２０ミクロン（μｍ）、５０μｍ、及び／又は５００μｍ以上であってもよい。付加的に、又は代替的に、基板の厚さは、特定の厚さ閾値以下であってもよい。特定の厚さ閾値は、例えば５ミリメートル（ｍｍ）以下であってもよい。
【0025】
層のセット２２０（例えば、光学フィルタ層のセット）は、基板２１０上に（例えば、直接上に）配置されてもよく、また層の１つ以上のサブセットを含んでもよい。例えば、層のセット２２０は、層の第１のサブセット２３０（例えば、層の第１のサブセット２３０－１～２３０－（Ｎ＋１）（Ｎ≧１））（本明細書ではＡ層とも称する）と、層の第２のサブセット２４０（例えば、層の第２のサブセット２４０－１～２４０－Ｎ）（本明細書ではＢ層とも称する）とを含んでもよい。いくつかの実施態様において、層の第１のサブセット２３０及び層の第２のサブセット２４０は、（Ａ－Ｂ）ｍ（ｍ≧１）の順序、（Ａ－Ｂ）ｍ－Ａの順序、（Ｂ－Ａ）ｍの順序、Ｂ－（Ｂ－Ａ）ｍの順序、又は別の順序などの、特定の順序（例えば、交互の層順序）で配列されてもよい。例えば、図２に示されるように、層２３０の第１のサブセット及び層２４０の第２のサブセットは（Ａ－Ｂ）Ｎ－Ａの順序で配列され、光学フィルタ２００の表面（例えば、上面）上にＡ層（例えば、層２３０－１）が配列され、基板２１０の表面（例えば、上面）上にＡ層（例えば、層２３０－（Ｎ＋１））が配列される。
【0026】
いくつかの実装形態において、層のセット２２０は、（例えば、図２に示されるように）基板２１０の片面（例えば、上面）上に配置されてもよい。代替として、層のセット２２０の第１の部分が基板２１０の第１の表面（例えば、上面）上に配置されてもよく、また層のセット２２０の第２の部分が基板２１０の第２の表面（例えば、底面）上に配置されてもよい。例えば、層の第１のサブセット２３０の第１の部分及び層の第２のサブセット２４０の第１の部分が、第１の特定の順序で基板２１０の第１の表面上に配置されてもよく、また層の第１のサブセット２３０の第２の部分及び層の第２のサブセット２４０の第２の部分が、第２の特定の順序で基板２１０の第２の表面上に配置されてもよい。
【0027】
いくつかの実装形態では、１つ以上の保護層、（例えば、層のセット２２０に環境保護を与える）１つ以上のキャップ層、及び／又は１つ以上の他のフィルタリング機能（例えば、とりわけブロッカー又は反射防止コーティング）を与える１つ以上の層などの、１つ以上の他の層を光学フィルタ２００に含めてもよい。例えば、片面構成では、誘電体層（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）材料、及び／又は酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）材料などの酸化物材料；窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）材料、窒化チタン（ＴｉＮ）材料、及び／又は窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）材料などの窒化物材料；及び／又は環境保護を与える別の材料を含む）などの追加の層（例えば、キャップ層）が、層のセット２２０の表面（例えば、上面）上に配置されてもよい。別の例として、両面構成では、第１の追加層が、層のセット２２０の第１の部分の表面（例えば、上面）上に配置されてもよく、また第２の追加層が、層のセット２２０の第２の部分の表面（例えば、底面）上に配置されてもよい。
【0028】
層の第１のサブセット２３０は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材料を含んでもよい。例えば、層の第１のサブセット２３０の各層２３０がＡｌＮ材料を含んでもよい。層の第２のサブセット２４０は、とりわけ、シリコン（Ｓｉ）材料、シリコン及び水素（ＳｉＨ）材料、水素化シリコン（Ｓｉ：Ｈ）材料、水素化シリコン－ヘリウム（Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ）材料、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）材料、窒化シリコン（ＳｉＮ）材料、ゲルマニウム（Ｇｅ）材料、水素化ゲルマニウム（Ｇｅ：Ｈ）材料、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）材料、水素化シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ：Ｈ）材料、炭化シリコン（ＳｉＣ）材料、水素化炭化シリコン（ＳｉＣ：Ｈ）材料、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）材料、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）材料、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）材料、酸化ニオブチタン（ＮｂＴｉＯｘ）材料、五酸化ニオブタンタル（Ｎｂ２－ｘＴａｘＯ５）材料、二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）材料、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）材料、又は酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）材料などの、少なくとも１つの他の材料（例えば、ＡｌＮ材料以外の少なくとも１つの他の材料）を含んでもよい。例えば、層の第２のサブセット２４０の各層２４０は、少なくとも１つの他の材料を含んでもよい。
【0029】
いくつかの実装形態では、層の第１のサブセット２３０の応力（例えば、正味応力）が、－１０００～８００ＭＰａ（例えば、－１０００ＭＰａ以上８００ＭＰａ以下）であってもよい。付加的に、又は代替的に、層の第１のサブセット２３０の各層２３０の応力が、－１０００～８００ＭＰａであってもよい。すなわち、層の第１のサブセット２３０における特定の層２３０の応力が－１０００～８００ＭＰａであってもよく、層の第１のサブセット２３０における別の特定の層２３０の応力が－１０００～８００ＭＰａであってもよい。特定の層２３０の応力は、他の特定の層２３０の応力と同じであってもよいし、又は異なっていてもよい。例えば、特定の層２３０の応力は引張応力（例えば、０ＭＰａ以上）でもよく、他の特定の層２３０の応力は圧縮応力（例えば、０ＭＰａ未満）でもよく、又はその逆であってもよい。
【0030】
いくつかの実装形態では、層のセット２２０の応力（例えば、正味応力）を約ゼロ（０）ＭＰａ（例えば、公差が５ＭＰａ以下として、公差の範囲内）にすることができる。したがって、層の第１のサブセット２３０及び層の第２のサブセット２４０のうち少なくとも一方が引張材料を備えてもよく、また層の第１のサブセット２３０及び層の第２のサブセット２４０のうち他方が（例えば、層のセット２２０の応力を約０ＭＰａにさせる）圧縮材料を備えてもよい。例えば、層の第１のサブセット２３０は引張材料を含んでもよく、層の第２のサブセット２４０は圧縮材料を含んでもよく、又はその逆であってもよい。別の例として、層の第１のサブセット２３０は、引張ＡｌＮ材料を含んでもよく、層の第２のサブセット２４０は少なくとも１つの圧縮性の他の材料（例えば、とりわけ、圧縮Ｓｉ材料、圧縮Ｓｉ：Ｈ材料、圧縮Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ材料、又は圧縮ａ－Ｓｉ材料のうち少なくとも１つ）を含んでもよい。いくつかの実装形態では、層のセット２２０の応力（例えば、正味応力）が、特定量の応力にほぼ等しくてもよい（例えば、公差が５ＭＰａ以下として、公差の範囲内）。例えば、層の第１のサブセット２３０及び層の第２のサブセット２４０は、層のセット２３０の応力が３５０ＭＰａなどの特定量の応力に等しくなるように、圧縮材料及び／又は引張材料の特定の構成を含んでもよい。
【0031】
いくつかの実装形態では、層のセット２２０の各層が特定の厚さに関連付けられてもよい。例えば、層の第１のサブセット２３０又は層の第２のサブセット２４０からなる層が、５～２０００ｎｍの厚さを有してもよい。いくつかの実装形態では、層の第１のサブセット２３０又は層の第２のサブセット２４０は、とりわけ、層の第１のサブセット２３０に対する第１の厚さ及び層の第２のサブセット２４０に対する第２の厚さ、層の第１のサブセット２３０の第１の部分に対する第１の厚さ及び層の第１のサブセット２３０の第２の部分に対する第２の厚さ、あるいは層の第２のサブセット２４０の第１の部分に対する第１の厚さ及び層の第２のサブセット２４０の第２の部分に対する第２の厚さなどの、複数の厚さに関連付けられてもよい。したがって、層の厚さ及び／又は層の量は、目的とする通過帯域、目的とする透過率、及び／又は別の光学特性などの、光学フィルタ２００の目的とする光学特性のセットに基づいて選択することができる。例えば、層の厚さ及び／又は層の量は、光学フィルタ２００を、（例えば、中心波長が約９００ｎｍである）８００～１０００ｎｍのスペクトル域、８００ｎｍ～１６００ｎｍのスペクトル域、８００ｎｍ～１１００ｎｍのスペクトル域、（例えば、ピーク波長が１５５０ｎｍである）１４００ｎｍ～１６００ｎｍのスペクトル域、５００～５５００ｎｍのスペクトル域、又は別のスペクトル域用に利用する（例えば、これらのスペクトル域に関連する光を通過させる）ことができるように、選択されてもよい。
【0032】
いくつかの実装形態において、層のセット２３０は、特定のスペクトル域に関連する光のうち閾値割合を通過させるように構成されてもよい。例えば、層のセット２３０は、（例えば、中心波長が約９００ｎｍである）８００～１０００ｎｍのスペクトル域に関連する光のうち閾値割合を通過させるように構成されてもよい。閾値範囲は、例えば８５％以上であってもよい。いくつかの実装形態では、層の第１のサブセット２３０の吸光係数が、５００ｎｍ～５５００ｎｍの波長を有する光に対して０．００１未満であってもよい。
【0033】
いくつかの実装形態において、層の第１のサブセット２３０は、第１の値を有する第１の屈折率を有してもよく、また層の第２のサブセット２４０は、（例えば、第１の値とは異なる）第２の値を有する第２の屈折率を有してもよい。例えば、層の第１のサブセット２３０の屈折率は、５００～５５００ｎｍの波長を有する光に対して１．９～２．２であってもよく、及び／又は層の第２のサブセット２４０の屈折率は、５００～５５００ｎｍの波長を有する光に対して３．５～３．９であってもよい。いくつかの実装形態において、光学フィルタ２００は、第１の値及び第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を有してもよい。例えば、層２３０の第１のサブセット及び層２４０の第２のサブセットが特定の層順序（例えば、高屈折率及び低屈折率層が交互になる層順序）で配列される場合、層２３０の第１のサブセット及び層２４０の第２のサブセットは、例えば、第１の値及び第２の値のうち最高値の９５％以上の有効屈折率を達成するようにサイズ決めしてもよい。いくつかの実装形態において、光学フィルタ２００は、第１の値及び第２の値のうち最高値の１００％以上（例えば、最大で最高値の１１０％、１２０％、１３０％、１４０％、又は１５０％）の有効屈折率を有してもよい。したがって、例えば、層２４０の第２のサブセットの屈折率が３．５～３．９であり、層２３０の第１のサブセットの屈折率よりも大きい場合、有効屈折率は、３．７、４．０、４．５、５．０、及び／又は５．５以上であってもよい。
【0034】
いくつかの実装形態において、層のセット２３０は、スパッタリングプロセスを使用して形成してもよい。例えば、層のセット２３０をマグネトロンスパッタリングプロセス（例えば、パルスマグネトロンスパッタリングプロセス）を使用して形成し、それにより、基板２１０上に層の第１のサブセット２３０及び／又は層の第２のサブセット２４０を（例えば、交互の層順序で）スパッタリングしてもよい。このようにして、光学フィルタ２００を製造してもよい。光学フィルタ２００の製造に関するさらなる詳細は、図３に関連して本明細書に記載されている。
【0035】
【0036】
図３は、本明細書に記載の光学フィルタ（例えば、光学フィルタ２００）を製造するためのスパッタ堆積システムの実施例３００の図である。スパッタ堆積システムは、マグネトロンスパッタリングプロセスなどのスパッタリングプロセスを可能にするために使用することができる。
【0037】
図３に示されるように、実施例３００は、真空チャンバ３１０、（例えば、図２に関連して本明細書に記載されている基板２１０に対応する）基板３２０、陰極３３０、ターゲット３３１、陰極電源３４０、陽極３５０、プラズマ活性化源（ＰＡＳ）３６０、及びＰＡＳ電源３７０を含む。ターゲット３３１は、アルミニウム（Ａｌ）材料を含んでもよい。ＰＡＳ電源３７０は、ＰＡＳ３６０に電力を供給するために利用してもよく、無線周波数（ＲＦ）電源を含んでもよい。陰極電源３４０は、陰極３３０に電力を供給するために利用してもよく、パルス直流（ＤＣ）電源を含んでもよい。
【0038】
図３に関して、窒素ガス（Ｎ２）及び／又は不活性ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、及び／又はネオン（Ｎｅ）を含む）の存在下でターゲット３３１をスパッタリングすることにより、基板３２０上に少なくとも１つの層として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を堆積させることができる。例えば、Ｎ２ガス及び不活性ガスをそれぞれ真空チャンバ３１０に供給し、それにより、ターゲット３３１をスパッタリングして（例えば、本明細書にさらに記載されているように）基板３２０上にＡｌＮを含む層の第１のセットを形成することができる。いくつかの実装形態では、層の第１のセットを、Ｓｉ、Ｓｉ：Ｈ、Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ、ａ－Ｓｉ、及び／又は（例えば、図２に関して本明細書に記載されている層の第２のサブセット２４０に関して）本明細書に記載されている任意の他の材料を含む層の第２のセットなどの、少なくとも１つの他の材料を含む層の第２のセットと交互になるように基板上に形成することによって、層の配列を形成してもよい。層の第２のセットは、例えば、別のガス（例えば、水素ガス（Ｈ２））及び不活性ガス（例えば、Ａｒ、Ｈｅ、及び／又はＮｅを含む）を真空チャンバ３１０に供給し、別のターゲット（例えば、シリコンターゲット）をスパッタリングして、第２の組の層（例えば、この例では、Ｓｉ：Ｈ又はＳｉ：Ｈ－Ｈｅを含む）を形成することによって、基板上に（例えば、本明細書にさらに記載されているのと同様の方法で）形成されてもよい。
【0039】
いくつかの実装形態において、層の配列は、層の形成物の有効屈折率が最高屈折率材料の値の９５％以上（例えば、最大で１１０％、１２０％、１３０％、１４０％、又は１５０％）となるように、特定の層順序（例えば、高屈折率層及び低屈折率層が交互になる層順序）で配列されてもよい。したがって、例えば、有効屈折率は、（例えば、第２のサブセットの層の屈折率が３．５～３．９の屈折率であり、第１のサブセットの層の屈折率よりも大きい場合、）３．７、４．０、４．５、５．０、及び／又は５．５以上であってもよい。
【0040】
ＡｌＮ層を形成するために、陽極３５０及び／又はＰＡＳ３６０を通じて真空チャンバ３１０内に不活性ガスを供給することができる。Ｎ２ガスは、Ｎ２ガスを活性化するＰＡＳ３６０を通じて真空チャンバ３１０内に導入される。付加的に、又は代替的に、陰極３３０によってＮ２ガスを活性化でき（例えば、この場合、Ｎ２ガスを真空チャンバ３１０の別の部分から導入でき）、又は陽極３５０によってＮ２ガスを活性化することができる（例えば、この場合、陽極３５０によってＮ２ガスを真空チャンバ３１０内に導入できる）。ＰＡＳ３６０は、陰極３３０の閾値近傍内に位置してもよく、そうすることで、ＰＡＳ３６０からのプラズマと陰極３３０からのプラズマを積み重ねることが可能になる。ＰＡＳ３６０を使用することにより、ＡｌＮを比較的高い堆積速度で堆積することができる。いくつかの実装形態では、ＡｌＮを、約０．０５ｎｍ／ｓ～約２．０ｎｍ／ｓの堆積速度、約０．５ｎｍ／ｓ～約１．２ｎｍ／ｓの堆積速度、約０．８ｎｍ／ｓの堆積速度で、又は同様の速度で堆積することができる。
【0041】
いくつかの実装形態では、（例えば、形成後の）ＡｌＮ層の応力は、不活性ガスの組成物及び／又は真空チャンバ３１０に供給される不活性ガスの量を制御することに基づいて調整することができる。例えば、不活性ガスがＡｒを含む場合、不活性ガス中のＡｒの量及び／又は真空チャンバ３１０に供給される不活性ガスの量は、ＡｌＮ層の応力が－２３０～８００ＭＰａになるように制御することができる。付加的に、又は代替的に、不活性ガスがＡｒを含む場合、不活性ガス中のＡｒの量及び／又は真空チャンバ３１０に供給される不活性ガスの量は、ＡｌＮを含む層の第１のセットの応力（例えば、正味応力）が－２３０～８００ＭＰａになるように制御することができる。別の例として、不活性ガスがＨｅ及び／又はＮｅを含む場合、不活性ガス中のＨｅ及び／若しくはＮｅの量、並びに／又は真空チャンバ３１０に供給される不活性ガスの量は、ＡｌＮ層の応力が－１０００～１５０ＭＰａになるように制御することができる。付加的に、又は代替的に、不活性ガスがＨｅ及び／又はＮｅを含む場合、不活性ガス中のＨｅ及び／若しくはＮｅの量、並びに／又は真空チャンバ３１０に供給される不活性ガスの量は、ＡｌＮを含む第１の組の層の応力が－１０００～１５０ＭＰａになるように制御することができる。
【0042】
本明細書ではスパッタリングプロセスについて説明されているが、特定のジオメトリ及び特定の実装形態に関して、他のジオメトリ及び他の実装形態も可能である。例えば、Ｎ２ガスは、別の方向から、及び／又は、とりわけ、カソード３３０の閾値近傍内にある別のガスマニホールドから注入されてもよい。本明細書では構成要素の異なる構成に関して説明されているが、異なる材料、異なる製造プロセスなどを使用して、ＡｌＮの異なる相対濃度を達成することもできる。
【0043】
【0044】
図４Ａ～図４Ｂは、本明細書に記載されているスパッタリングプロセス（例えば、マグネトロンスパッタリングプロセス）を使用して形成されたＡｌＮ層の応力を示す例示的なプロット４００の図表である。図４Ａに示されるように、ＡｌＮ層の応力は、Ａｒを含む不活性ガスが１２０～３７０標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）の流量で（例えば、図３に関して本明細書に記載されているスパッタ堆積システムの真空チャンバ３１０に）供給されるときに、－２３０～６５０ＭＰａになるように設定することができる。図４Ｂに示されるように、ＡｌＮ層の応力は、Ｈｅを含む不活性ガスが０～５００ｓｃｃｍの流量で（例えば、図３に関して本明細書に記載されているスパッタ堆積システムの真空チャンバ３１０に）供給されるときに、－９５０～１７５ＭＰａとなるように設定することができる。いくつかの実装形態では、Ａｒを含む不活性ガスも、１２０～３７０ｓｃｃｍの流量で（例えば、図３に関して本明細書に記載されているスパッタ堆積システムの真空チャンバ３１０に）供給される。
【0045】
【0046】
図５は、本明細書に記載されているスパッタリングプロセス（例えば、マグネトロンスパッタリングプロセス）を使用して形成されたＡｌＮ層のセットの吸光係数（ｋ）及び屈折率（ｒ）の例示的なプロット５００である。図５に示されるように、吸光係数は、５００～２０００ｎｍの波長を有する光に対して０．００１未満にすることができる。図５にさらに示されるように、屈折率は、５００～２０００ｎｍの波長を有する光に対して２．２未満にすることができる。
【0047】
【0048】
図６は、本明細書に記載されている光学フィルタ（例えば、光学フィルタ２００）の透過性能を示す例示的なプロット６００の図表である。光学フィルタは、ＡｌＮ材料を含む層の第１のサブセット（例えば、層の第１のサブセット２３０）と、Ｓｉ：Ｈ材料を含む層の第２のサブセット（例えば、層の第２のサブセット２４０）と、を含む層のセット（例えば、層のセット２２０）を備える。図６に示されるように、光学フィルタは、９２０～９６０ｎｍの波長を有する光のうち約８５％超（ピークが約９２％である）を透過させることができる。これに対し、Ｔａ２Ｏ５材料を含む層の第１のサブセットと、Ｓｉ：Ｈ材料を含む層の第２のサブセットと、を有する層のセットを備える代替的な光学フィルタは、９２０～９６０ｎｍの波長を有する光のうち約６０％超（ピークが約６７％である）を透過させることができる。したがって、本明細書に記載されている光学フィルタは、９２０～９６０ｎｍのスペクトル域における代替の光学フィルタと比較して、改善された透過性能を有する。
【0049】
【0050】
図７Ａ～７Ｃは、本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理的特性の図表７００／７１０／７２０である。
【0051】
図７Ａに示されるように、図表７００は、光学フィルタ（例えば、本明細書に記載されている光学フィルタ２００）の角度シフト性能を示す。光学干渉フィルタの中心波長における角度シフトは、入射角（図７Ａにθとして示される）が０度～３０度の場合、中心波長の１．０％未満にすることができる。例えば、光学フィルタが中心波長を９４０ナノメートル（ｎｍ）に設定されている場合、光学フィルタは、最大３０度の入射角で、例えば９．４ｎｍ未満の角度シフトを有し得る。いくつかの実装形態では、光学フィルタが、最大３０度の入射角で、７．０ｎｍ未満の角度シフトを有し得る。この場合、光学フィルタは、例えば、３．７、４．０、４．５、５．０、及び／又は５．５以上の有効屈折率を達成することができる。いくつかの実装形態において、光学フィルタは、中心波長で、８０％超、８５％超、９０％超、及び／又は９５％超などの透過率閾値を超える透過率（例えば、入射角が０～３０度のときの光学フィルタのピーク透過率）を達成することができる。さらに、光学フィルタは、＋／－１０％未満、＋／－５％未満、又は＋／－１％未満のリップル（ripple）を達成することができ、リップルとは、入射角が０度～３０度の場合の通過帯域にわたる透過率の偏位を表す。
【0052】
図７Ｂ及び７Ｃに示されるように、図表７１０及び７２０は、光学フィルタの例示的な積層及び層厚の例を示す。この場合、光学フィルタは、ＡｌＮ材料（例えば、５００～５５００ｎｍの波長を有する光に対して１．９～２．２の屈折率を有する）を含む層と、Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ材料（例えば、５００～５５００ｎｍの波長を有する光に対して３．５～３．９の屈折率を有する）を含む層とを交互に重ねることによって製造される。光学フィルタは、閾値厚さ（例えば、１つ又は２つ以上の層の次に最も厚い層よりも２００％超で厚い厚さ、かつ例えば、次に最も厚い層よりも５００％未満で厚い厚さ）よりも大きい１つ又は２つの「厚い層」を含む。いくつかの実装形態では、光学フィルタが２つの厚い層を含んでもよく、またこれらの厚い層同士が１０％～２５％ずれていてもよい。例えば、２つの厚い層のうち小さい方の層の厚さは、２つの厚い層のうち大きい方の層の厚さよりも１０％～２５％小さくてもよい。
【0053】
【0054】
図８Ａ～８Ｃは、本明細書に記載されている例示的な実装形態の光学特性及び物理的特性の図表８００／８１０／８２０である。
【0055】
図８Ａに示されるように、図表８００は光学フィルタ（例えば、本明細書に記載されている光学フィルタ２００）の角度シフト性能を示す。光学干渉フィルタの中心波長における角度シフトは、入射角（図８Ａにθとして示される）が０度～３０度の場合、中心波長の１．０％未満にすることができる。例えば、光学フィルタが中心波長を９４０ナノメートル（ｎｍ）に設定されている場合、光学フィルタは、最大３０度の入射角で、例えば、９．４ｎｍ未満の角度シフトを有することができる。いくつかの実装形態では、光学フィルタが、最大３０度の入射角で７．０ｎｍ未満の角度シフトを有することができる。この場合、光学フィルタは、例えば、３．７、４．０、４．５、５．０、及び／又は５．５以上の有効屈折率を達成することができる。いくつかの実装形態において、光学フィルタは、中心波長で、８０％超、８５％超、９０％超、及び／又は９５％超などの透過率閾値を超える透過率（例えば、入射角が０～３０度のときの光学フィルタのピーク透過率）を達成することができる。さらに、光学フィルタは、＋／－１０％未満、＋／－５％未満、又は＋／－１％未満のリップルを達成することができ、リップルは、入射角が０～３０度の場合の通過帯域にわたる透過率の偏位を表す。
【0056】
図８Ｂ及び８Ｃに示されるように、図表８１０及び８２０は、光学フィルタの積層例及び層厚の例を示す。この場合、光学フィルタは、ＡｌＮ材料（例えば、５００～５５００ｎｍの波長を有する光に対して１．９～２．２の屈折率を有する）を含む層と、Ｓｉ：Ｈ－Ｈｅ材料（例えば、５００～５５００ｎｍの波長を有する光に対して３．５～３．９の屈折率を有する）を含む層とを交互に重ねることによって製造される。また光学フィルタは、ＳｉＯ２材料を含む追加の層（例えば、本明細書に記載されているようなキャップ層）を備えることもできる。
【0057】
【0058】
前述の開示は例示及び説明を与えるものだが、網羅的であること、又は実装形態を開示されている厳密な形態に限定することを意図するものではない。修正及び変形は、上記の開示に照らしてなされてもよく、又は実装形態の実施から得られてもよい。
【0059】
本明細書で使用する場合、用語「コンポーネント」は、ハードウェア、ファームウェア、又はハードウェアとソフトウェアの組合せとして広く解釈されるように意図される。本明細書に記載されているシステム及び／又は方法がハードウェア、ファームウェア、及び／又はハードウェアとソフトウェアの組合せの異なる形態で実装されてもよいことは、明らかであろう。これらのシステム及び／又は方法を実施するために使用される実際の専用制御ハードウェア又はソフトウェアコードは、実装形態を限定するものではない。したがって、システム及び／又は方法の動作及び挙動は、特定のソフトウェアコードを参照することなく本明細書に記載され、本明細書の説明に基づいてシステム及び／又は方法を実装するためにソフトウェア及びハードウェアが使用されてもよいことが理解される。
【0060】
本明細書で使用される場合、閾値を満たすとは、文脈に応じて、閾値よりも大きい、閾値以上、閾値よりも小さい、閾値以下、閾値に等しい、閾値に等しくない等の値を指すことがある。
【0061】
特徴の特定の組合せが特許請求の範囲に記載され、かつ／又は本明細書に開示されているが、これらの組合せは、様々な実装形態の開示を限定することを意図するものではない。実際、これらの特徴の多くは、特許請求の範囲に具体的に記載されていない、及び／又は本明細書に開示されていない方法で組み合わせることができる。以下に列挙される各従属クレームは、１つの請求項のみに直接依存するが、様々な実装形態の開示は、請求項のセットにおける他のすべての請求項と組み合わせられた各従属クレームを含む。本明細書で使用する場合、項目のリスト「のうちの少なくとも１つ」を指す語句は、単一要素を含む、それらの項目の任意の組合せを指す。一例として、「ａ、ｂ、又はｃのうちの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ－ｂ、ａ－ｃ、ｂ－ｃ、及びａ－ｂ－ｃ、ならびに同じ項目の倍数との任意の組合せを包含することが意図される。
【0062】
本明細書で使用される要素、行為、又は命令は、そうであると明示的に記載されない限り、重要又は必須であると解釈されるべきではない。また、本明細書で使用される場合、冠詞「a」及び「an」は１つ以上の項目を含むことが意図され、本明細書で使用される場合、冠詞「the」は冠詞「the」に関連して参照される１つ以上の項目を含むことが意図され、「１つ以上（the one or more）」と互換的に使用され得る。さらに、本明細書で使用される場合、用語「セット（set）」は、１つ以上の項目（例えば、関連する項目、無関係な項目、又は関連する項目と無関係な項目の組合せ）を含むことが意図され、「１つ以上」と互換的に使用され得る。また、本明細書で使用する場合、用語「有する（have, has, having）」などは、オープンエンドの用語であることが意図される。さらに、「～に基づく（based on）」という語句は、特に明記しない限り、「～に少なくとも部分的に基づく（based, at least in part, on）」ように意図される。また、本明細書で使用される場合、用語「又は（or）」は、連続して使用される場合に包括的であることが意図され、明示的に別段の定め（例えば、「いずれか」又は「一方のみ」と組み合わせて使用される場合）がない限り、「及び／又は（and/or）」と互換的に使用され得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【外国語明細書】