JP2004046134A

JP2004046134A - 高鮮明度のアパーチャを形成するためのコーティング

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Publication number: JP2004046134A
Application number: JP2003139670A
Authority: JP
Inventors: Paul J Gasloli; ポール　ジェイ．　ガスロリ
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-02-12
Also published as: US7147794B2; US20040247906A1; TWI269057B; US20050024745A1; TW200411204A

Abstract

【課題】光学式パッケージのための窓が、微細なエッジ鮮明度および低減されたエッジ反射率を有するダークアパーチャを備えること。
【解決手段】本発明による光学アパーチャは、基板と、複数の薄膜層を含むダークミラー薄膜構造と、選択されたエッジプロファイルを有するアパーチャエッジによって規定される該光学アパーチャの透過領域部分とを備え、該複数の薄膜層のうちの少なくとも１つの密度が選択されて、該選択されたエッジプロファイルを提供する。
【選択図】　図５Ａ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して光学アパーチャに関し、より具体的には、デジタルミラーディスプレイ（「ＤＭＤ」）タイプの空間光変調素子（「ＳＬＭ」）および他の光学デバイスをパッケージ化する際に用いられ得るダークアパーチャを有する光学窓（ｏｐｔｉｃａｌ　ｗｉｎｄｏｗ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＭＤは、ディスプレイ技術において用いられるＳＬＭの１つのタイプである。ＤＭＤは、基本的には、半導体の製造から応用されたフォトリソグラフィ技術を用いて製造される非常に小さいミラーのアレイである。一般にピクセルと呼ばれるミラーは、電子信号を用いて変調されて、ミラーへの入射光を異なった方向に方向付ける。あるＤＭＤは８００×６００のピクセルを有し、相補性金属−酸化物半導体（「ＣＭＯＳ」）スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）チップ上に蝶番式に取り付けられる、１６×１６μｍの傾斜可能なアルミニウムミラーのアレイからなる。ここで、ミラーは、１７μｍのピッチにて構成され、ほぼ９０％のフィルファクタを提供する。チップは、通常、電気的ピンアウト接続を提供し、かつミラーアレイへの光およびミラーアレイからの光を結合するための窓を有するパッケージ内にパッケージ化される。
【０００３】
多くの場合、窓はガラスの一部であり、アパーチャは、暗い周囲部分が明るい中央部分を包囲して規定するように形成される。周辺部分は、ＤＭＤの活性領域の輪郭を定め、送光または散乱光を光学系内に閉じ込める。いくつかのデバイスにおいて、ダークアパーチャは、ダークミラー干渉スタックを形成するリフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）またはエッチング法のどちらかによって形成されたクロム酸化物（通常Ｃｒ_２Ｏ_３）とクロムが交互に重なった薄膜層から形成される。
【０００４】
アパーチャのエッジが鮮明に規定されること、および、アパーチャがＤＭＤの活性ピクセル領域と位置合わせされることが望ましい。残念ながら、アパーチャを規定すると、比較的でこぼこのエッジが残り得る。このエッジは、アパーチャエッジにおいて明るい反射領域を形成し得、投影された像を取り囲む薄い輪郭として現れ得る。いくつかの製品において、アパーチャエッジの下に位置する、別段問題のないミラーのいくつかの行が意図的に不活性になっており、従って、チップ面積を過剰に使い、アパーチャエッジがでこぼこであることに起因して、ウェハ毎のチップの潜在的歩留まりを低減する。
【０００５】
生じ得る別の問題は、基板からの薄膜スタックのはく離である。多くの場合、窓のガラス基板への薄膜スタックの付着性を向上させるためにクロム層が含まれる。しかしながら、このクロム層は、薄膜スタックの暗さを制限し得る。接着層が単に省略された場合、ダークアパーチャの大規模なはく離が生じ得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、微細なエッジ鮮明度および低減されたエッジ反射率を有するダークアパーチャを備える光学式パッケージのための窓が所望される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
金属および金属酸化物（単数または複数）が交互に重なった層のダークミラー薄膜スタックは、イオン支援蒸着（「ＩＡＤ」）を用いて堆積される。薄膜スタックでの層の特性、例えば、エッチング特性および反射率は、堆積パラメータを制御することによって選択的に改変され得る。ＩＡＤ堆積パラメータを変更することは、層の密度、従って、エッチング特性を制御するために用いられ得ると考えられる。さらなる実施形態において、ＩＡＤ洗浄工程は、ダークミラー薄膜スタックのためのガラス基板を準備することをインサイチュで実行する。インサイチュＩＡＤ洗浄は、薄膜スタックがガラス上に堆積されることを可能にする。そこで、第１の層はクロムではなくクロム酸化物である。これによってダークミラーが提供される。
【０００８】
本発明の１実施形態は、ガラス基板上に形成される光学アパーチャを提供する。光学アパーチャは、光学アパーチャの暗領域部分（ｄａｒｋ　ｆｉｅｌｄ　ｐｏｒｔｉｏｎ）および透過領域部分を形成するダークミラー薄膜構造を含む。特定の実施形態において、光学アパーチャの透過領域部分は、平滑なアパーチャエッジによって規定される。１実施形態において、アパーチャエッジは、２０ミクロン未満のエッジ鮮明度を有する。別の実施形態において、アパーチャエッジは、１０ミクロン未満のエッジ鮮明度を有し、別の実施形態において、アパーチャエッジは、約５ミクロンのエッジ鮮明度を有する。別の実施形態において、アパーチャエッジは、約１〜６０度の選択エッジプロファイルを有する。ダークミラー薄膜スタックの堆積中のＩＡＤ条件は、所望のエッジプロファイルを達成するように選択的に変更され得る。
【０００９】
本発明による光学アパーチャは、基板と、複数の薄膜層を含むダークミラー薄膜構造と、選択されたエッジプロファイルを有するアパーチャエッジによって規定される該光学アパーチャの透過領域部分とを備える光学アパーチャであって、該複数の薄膜層のうちの少なくとも１つの密度が選択されて、該選択されたエッジプロファイルを提供する。
【００１０】
前記ダークミラー薄膜構造は、金属を含む金属層と、該金属の酸化物を含む酸化物層とを含んでもよい。
【００１１】
前記選択されたエッジプロファイルは、３０度と６０度との間であってもよい。
【００１２】
前記基板はガラス基板であり、前記ダークミラー薄膜構造は、該ガラス基板に近接する酸化物層を含んでもよい。
【００１３】
前記ダークミラー薄膜構造は、ガラス基板上に堆積されるクロム酸化物層を含んでもよい。
【００１４】
前記ダークミラー薄膜構造は、５０％より大きい反射率を有するクロム層を含んでもよい。
【００１５】
前記ダークミラー薄膜構造は、前記選択されたエッジプロファイルに従って選択されたクロム酸化物密度を有するクロム酸化物層を含んでもよい。
【００１６】
前記ダークミラー薄膜構造は、前記選択されたエッジプロファイルに従って選択されたクロム金属密度を有するクロム金属層を含んでもよい。
【００１７】
前記ダークミラー薄膜構造は、選択されたクロム酸化物密度を有する少なくとも１つのクロム酸化物層と、選択されたクロム金属密度を有する少なくとも１つのクロム金属層とを含んでもよい。
【００１８】
本発明によるダークミラーは、ガラス基板と、該ガラス基板上に堆積された第１のＣｒ_２Ｏ_３層と、該第１のＣｒ_２Ｏ_３層上に堆積された第１のクロム層と、該第１のクロム層上に堆積された第２のＣｒ_２Ｏ_３層と、該Ｃｒ_２Ｏ_３層上に堆積された第２のクロム層とを備えるダークミラーであって、該第１のＣｒ_２Ｏ_３層と該第１のクロム層と該第２のＣｒ_２Ｏ_３層と該第２のクロム層とのうちの少なくとも１つは、選択された密度を有する。
【００１９】
前記第２のクロム層は、５０％より大きい反射率を有してもよい。
【００２０】
本発明によるダーク反射体光学スタックを基板上に堆積させる方法は、該基板をイオン支援蒸着（「ＩＡＤ」）チャンバに提供する工程と、第１の酸化物層を堆積させる工程と、第１の金属層を堆積させる工程と、第２の酸化物層を堆積させる工程と、第２の金属層を堆積させる工程とを包含する。
【００２１】
前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層はＣｒ_２Ｏ_３を含み、前記第１の金属層および前記第２の金属層はクロムを含んでもよい。
【００２２】
前記ダーク反射体光学スタック内にアパーチャをエッチングする工程をさらに包含し、前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の少なくとも１つは、所望のエッチングプロファイルに従って選択されたアノード電流を用いて堆積されてもよい。
【００２３】
前記ダーク反射体光学スタック内にアパーチャをエッチングする工程をさらに包含し、前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の少なくとも１つは、所望のエッチングプロファイルに従って選択された酸素の分圧を用いて堆積されてもよい。
【００２４】
前記ダーク反射体光学スタックにアパーチャをエッチングする工程をさらに包含し、前記第１の金属層と前記第２の金属層の少なくとも１つは、所望のエッチングプロファイルに従って選択されたアノード電流を用いて堆積されてもよい。
【００２５】
前記第１の酸化物層を堆積させる工程の前に、前記ＩＡＤチャンバ内にてイオン支援洗浄プロセスを用いて前記基板を洗浄する工程をさらに包含してもよい。
【００２６】
前記第１の酸化物層を堆積させる工程の前に、前記ＩＡＤチャンバ内にてイオン支援洗浄プロセスを用いて前記基板を洗浄する工程をさらに包含してもよい。
【００２７】
本発明の選択されたプロファイルを用いてダークアパーチャを規定する方法は、基板上に薄膜スタックを形成する工程であって、該基板をイオン支援蒸着（「ＩＡＤ」）チャンバに提供する工程と、第１の酸化物層を堆積させる工程と、金属の第１の金属層を堆積させる工程と、第２の酸化物層を堆積させる工程と、該金属の第２の金属層を堆積させる工程とを含む工程と、窓領域を規定する工程と、該窓領域から該薄膜スタックをエッチングする工程とを包含し、該第１の酸化物層は該金属の酸化物を含み、該第２の酸化物層は該金属の該酸化物を含み、該第１の酸化物層と該第１の金属層と該第２の酸化物層と該第２の金属層との少なくとも１つは、選択された堆積条件を用いて堆積されて１度と６０度との間の選択されたエッジプロファイルを達成する。
【００２８】
前記エッチング工程は、プラズマエッチング工程であってもよい。
【００２９】
前記プラズマエッチング工程は、単一のエッチング剤を用いて前記薄膜スタックをエッチングしてもよい。
【００３０】
前記エッチング工程は、ウェット化学エッチング工程であってもよい。
【００３１】
前記ウェット化学エッチング工程は、単一のエッチング剤を用いて前記薄膜スタックをエッチングしてもよい。
【００３２】
前記第１の酸化物および前記第２の酸化物はＣｒ_２Ｏ_３であり、前記第１の金属および前記第２の金属はクロムであってもよい。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（関連出願の相互参照）
該当なし
（連邦政府により支援された研究または開発に関する報告）
該当なし
（マイクロフィッシュの付録）
該当なし
（発明の詳細な説明）
（Ｉ．序文）
ダークアパーチャは、ＩＡＤおよび従来のウェットエッチング技術を用いて形成される。ＩＡＤが熱蒸着技術（ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｖａｐｏｒａｔｉｖｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いて通常達成されるよりも高密度の層を提供すること、および、より高密度の層がエッチプロセス中のアンダーカッティングを防止すると考えられている。アンダーカッティングが生じた場合、明るい反射領域がアパーチャの周囲部分の周りで形成され得る。これは、アパーチャを通って投影される像に望ましくない効果を及ぼし得る。アンダーカッティングは、さらに、ぎざぎざのエッジをもたらし得る。
【００３４】
（ＩＩ．例示的ダークアパーチャ）
図１は、パッケージ化されたＤＭＤ１０の部分の簡略化された断面である。ＳＬＭチップ１２は、パッケージのベース１４上にマウントされる。このベースは、打ち抜きされた金属シュラウド１６またはガラスパッケージ上面１８を受け取る開口部を有する「ハット」を含む。ダークコーティングスタック２０がガラスパッケージの上面上に堆積され、パッケージ化されたＤＭＤに光が出入し得る際に通るアパーチャまたは窓２２がコーティングスタック内に形成される。特定の実施形態において、シュラウドは、ＫＯＶＡＲ^ＴＭ製であり、ガラスがこのシュラウドに封止される。従って、パッケージは気密封止されて、チップを保護し、その周囲環境を維持する。
【００３５】
ＳＬＭチップ１２は、個別に活性化された多数のミラーを有する。現在の設計において、これらのミラーが透過窓の下に位置しない場合、ミラーを活性させないことが一般的である。従って、ダークコーティングスタックのわずかに重なる部分の下にあるピクセルは利用されない。
【００３６】
ダークコーティングスタックは、「ダークミラー」として設計された一組の薄膜層である。複数の光学設計が可能である一方で、適切なコーティングスタックの例は、ガラス基板上に４０ｎｍのクロム酸化物層（Ｃｒ_ＸＯ_Ｙ、通常、Ｃｒ_２Ｏ_３）、続いて１０ｎｍのＣｒ層、続いてもう一つ４０ｎｍのＣｒ_２Ｏ_３層、続いて１３０ｎｍのＣｒ層が堆積される。ダークミラーは、最後のクロム層がＳＬＭ側にあるように、すなわち、ガラス基板上に堆積されたダークミラースタックの最後の層であるように配置される。従来の設計は、ダークミラー薄膜スタックとガラス基板との間の付着性を向上させるために、クロム金属の薄層を第１の層として用いた。しかしながら、これらの薄膜スタックは、それほど暗くない。クロム接着層を利用する薄膜スタックは、通常、１５％より大きい反射率を達成したが、他方、クロム接着層を用いない類似の薄膜スタックは、約１５％から１％未満までの反射率を達成した。反射防止（「ＡＲ」）コーティング１７、１９は、パッケージ上面への透過損および反射を低減するようにガラス基板の片面または両面に付加され得る。
【００３７】
ガラス上面内の窓は、スピンオン（ｓｐｉｎ−ｏｎ）フォトレジストおよび従来のウェット化学エッチング技術を用いたダークコーティングスタックをエッチングすることによって製作される。他の例において、プラズマエッチングまたはリフトオフプロセスが用いられ得る。電子ビーム（「Ｅビーム」）蒸着法を用いて堆積される薄膜スタックをウェット化学エッチングする場合、明るい周囲部分が窓のエッジを取り囲むことがわかる。これは、ＤＭＤによって変調された光のフレア（ｆｌａｒｉｎｇ）を引き起す。上部のクロム層が、約６０％のバルク反射率と比較して、約５０％の反射率を有することがさらにわかる。
【００３８】
解析は、アパーチャの所望のエッジから２０ミクロンにまで延びたぎざぎざのエッジ、実質的には、クロムおよび／またはクロム酸化物のフラップを示した。ぎざぎざのフラップを形成する性向は、薄膜スタック内の層の優先的なエッチングと関連すると考えられる。換言すると、層は均一にエッチングされないが、下に位置する層の１つは、上に位置する（「上部」）クロム層よりも速くエッチングされるか、または上に位置するクロム層が速くエッチングされる。クロムおよび／またはクロム酸化物層の密度を改変すると、より平滑なエッジを有し、明るい周囲を有さない、より高い質のアパーチャが提供され得ることが見出された。
【００３９】
上部クロム層の低い反射率は、比較的小さい密度を有する層を示し、かつ、よりエネルギー性の堆積プロセスは、より高密度の層を生成し得、ぎざぎざのエッジの形成を低減すると考えられる。スパッタリング技術を用いて薄膜スタック内にクロムおよびクロム酸化物層を堆積させると、平滑なアパーチャエッジを有する、均一にエッチングされたダークミラー薄膜スタックが提供される。スパッタリングは、より高密度の層を達成し、これは、上部クロム層の反射率が約６０％であり、これに対して同様のＥビームによって堆積された層の場合、約５０％であるためであると考えられている。しかしながら、比較的厚い層は、充電されると、帯電すると最も近い電気的グラウンドに放電する傾向がある。
【００４０】
イオン支援蒸着またはイオン支援熱蒸着（「ＩＡＤ」）は、ブロードビームイオン源を用いて、エネルギー性のイオンビームを金属または誘電性材料の蒸着と同時に基板上に方向付ける。イオンビームは、例えば、酸素ガスから形成される反応性の化学種、または、例えば、アルゴンおよび同様のガスから形成される比較的非反応性の化学種を含み得る。イオン源（単数または複数）は、通常、独立した電子源を用いて中和される。
【００４１】
クロム／クロム酸化物層のＩＡＤは、クロムのバルク反射率と類似、および、スパッタリングされた層によって達成される反射率と類似の約６０％の反射率を有する上部クロム層を生成する。さらに、Ｃｒ_２Ｏ_３の層（単数または複数）の薄膜成長が改変されていることが考えられる。これらのダークミラースタックが、同じウェット化学法を用いてエッチングされた場合、エッジ鮮明度は５ミクロンよりも小さく、場合によっては、はるかに小さくなる。エッチング処理間のエッジ鮮明度の変動もまた減少する。従って、ＩＡＤを用いてダークミラー薄膜スタックを堆積させると、アパーチャの質および製造性が向上する。
【００４２】
インサイチュでのＩＡＤ洗浄工程は、さらに、優れた表面洗浄または仕上げを提供することが見出される。表面洗浄が十分でない場合、ダークミラースタックはガラスからはく離する傾向がある。１０ｎｍ厚さのクロム層がスタックに付加されて、ガラスと第１のＣｒ_２Ｏ_３層との間で接着層として作用する。クロム層を除去して、ダークミラー薄膜スタックの反射率を低減し、かつ高いレベルの製造性を提供することが望ましい。
【００４３】
クロム酸化物層は、名目上、同じ化学量論比を有すると説明されるが、各層は、組成が異なり得る。同様に、異なった金属−金属酸化物または他の系がダークミラーを形成するために用いられ得る。例えば、本発明の実施形態によるダークミラーは、チタン−チタン酸化物、ニオブ−ニオブ酸化物またはシリコン−シリコン酸化物系を用いて製作され得る。ダークミラー薄膜スタックは、金属層においてはあるタイプの金属および他の層においては別のタイプの金属酸化物といった混合された要素を含み得る。例えば、ダークミラー薄膜スタックは、クロム金属層およびシリコン二酸化物層を含み得る。しかしながら、クロム−クロム酸化物といった単金属系が所望される。なぜなら、このような系は、アパーチャを形成するために単一のエッチング剤を用いて、ウェット化学技術またはプラズマエッチング技術を用いることを可能にするからである。混合金属系は、アパーチャをエッチングするために、さらなるエッチング剤、従って、さらなるエッチング工程を必要とし得る。
【００４４】
（ＩＩＩ．エッジ鮮明度、アンダーカッティングおよびはく離）
図２は、エッジ鮮明度を示すエッチングされたアパーチャ３０の上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングを示す。Ｃｒ／Ｃｒ酸化物（単数または複数）が交互に重なったダークミラー薄膜スタックは、電子ビーム蒸着を用いてガラス基板上に蒸着される。アパーチャの周囲３２は、好適には、暗領域３４と透過領域（窓）３６との間の鋭いエッジとして定義される。薄膜スタックの１つ以上の層のぎざぎざのエッジ３８は、アパーチャの周囲から除去されていない。上述したように、２０ミクロンのエッジ鮮明度は、周囲から透過領域へのクロムフラップの最も大きい長さが２０ミクロンであることを意味する。本例示の実施形態において、例えば、コーナーの領域等、窓のいくつかの領域はクロムフラップを有し得ない。
【００４５】
図３は、アパーチャのエッジのアンダーカッティングを示すアパーチャ４６の断面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。倍率は、約５０，０００ｘである。１ミクロンの基準棒４７がおおよその目盛として提供される。ダークコーティングスタック２０は、電子ビーム蒸着を用いてガラススライド１８上に堆積され、ウェット化学エッチングプロセスを用いてエッチングされて、アパーチャ２２を形成する。反射防止（「ＡＲ」）コーティングスタック４８は、ダークミラー部分を含むガラススライドの表面にわたって堆積される。フラップ５０は、簡略化された表現で示され、ＡＲ堆積からの透過窓のエッジを著しく覆うことはない。このようなフラップは、明るい周囲を形成し、かつパッケージ化されたＤＬＭデバイスにフレアを引き起こし得ると考えられる。
【００４６】
図４は、アパーチャエッジのはく離を示すアパーチャエッジ５４の上面部分の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。１０ミクロンの基準棒５６がおおよその目盛として提供される。ダークミラー薄膜スタックは、電子ビーム技術を用いて堆積され、基板は、インサイチュでのグロー放電技術を用いて堆積される前に洗浄される。基板は、堆積チャンバ内に挿入される前に、洗浄剤および水を用いて洗浄される。薄膜スタックは、第１の堆積層としてのクロム層を含む。
【００４７】
倍率は、約６，５００ｘである。ダークコーティングスタックの一部５８は、ガラス基板から完全にはく離し、部分的にアパーチャの暗領域３４’の下にとどまる。亀裂６０は、アパーチャの透過部分３６’から暗領域３４’の中へ伝播しているように見える。取り除かれた粒子（単数または複数）がＳＬＭチップ上に落ちた場合、デバイス障害を引き起こし得る。はく離もまたアパーチャエッジの質を低下させる。亀裂は、ダークコーティングスタックにおける少なくとも上部クロム層を通って延びると考えられるが、観察されたはく離および亀裂が、単にデバイス処理が原因で生じるかどうかは不明である。換言すると、電子顕微鏡のフォーカスされたイオンビームは見掛けの欠陥に寄与し得る。
【００４８】
欠陥は、主に、製作プロセスにおけるファクタの組み合わせによって起こると考えられる。第１に、ウェット化学エッチングは、コーティングスタックにおいてすべての層を等しいレートでエッチングし得ない。これは、少なくとも部分的に、層の密度が異なるためであると考えられる。第２に、インサイチュでの基板洗浄工程は、大規模なはく離を防止するために十分ではない。
【００４９】
はく離を解決する１つのアプローチは、ダークコーティングスタックを堆積させる前の洗浄プロセスを向上させることである。エネルギー性のＩＡＤ洗浄は、付着性を十分に向上させることが見出され、ガラスと第１のクロム酸化物層との間のクロム接着層を省略することを可能にする。ＩＡＤ表面洗浄は、約５１ｃｍで約５０マイクロアンペア／ｃｍ^２である３アンペアのアノード電流およびＩＡＤ電子ビーム蒸着システムにおいて堆積源を用いることなく、７０ｅＶビームエネルギーでのＯ_２／Ａｒの浄化（ｓｃｒｕｂ）を用いて実行される。ＩＡＤエネルギーは、堆積の間に通常用いられるものとほぼ同じであるが、グロー放電よりも高い。インサイチュでの洗浄は、Ｃｒ_２Ｏ_３の付着性を向上させるために十分に攻撃的であり、クロムベース（接着）層の削除を可能にする。比較すると、ガラス基板上に堆積されたダークミラースタックは、グロー放電技術を用いてインサイチュで洗浄された後、基板からはく離する傾向を有する。
【００５０】
（ＩＶ．エッジプロファイル）
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の１実施形態による堆積パラメータの第１のセットに関するエッジプロファイルを示すアパーチャエッジの上面の部分の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。図１により説明されるダークミラー薄膜スタック（４０ｎｍのＣｒ_２Ｏ_３、１０ｎｍのＣｒ、４０ｎｍのＣｒ_２Ｏ_３、および１３０ｎｍのＣｒ）が、図５Ａ〜図５Ｄに示される例として堆積される。インサイチュでのＩＡＤ洗浄は、薄膜層を堆積させる前に実行される。
【００５１】
ＩＡＤを用いたダークコーティングスタックの堆積を用いて、薄膜の成長を制御し、かつ、エッジ鮮明度を向上させることが決定された後、アパーチャのプロファイル（すなわち、エッジの角）が、従来のウェット化学エッチングを用いてＩＡＤパラメータを変更することによって制御され得ることをさらなる研究を示す。約１２．０ミクロン〜約０．５ミクロンの範囲の制御可能なエッチングプロファイルが示される。これは、約０．３ミクロンの層厚さを有する薄膜スタックの約１度〜約４７度の（ガラス基板の表面からの）エッチング角度にほぼ相当する。より急峻なプロファイルが達成可能であること、および、少なくとも６０度のエッジプロファイルが得られ得ることが考えられる。約３０度と約６０度との間のプロファイルが許容され得る。しかしながら、好適なプロファイルは、４５〜約６０度である。
【００５２】
エッジプロファイルを制御する際に重要であると見なされる２つのパラメータは、アノード電流、および、堆積チャンバ内の酸素対アルゴンの分圧の比率である。アノード電流は、堆積中に、その部分に送達されるエネルギーと関連する。アノード電流およびＯ_２対Ａｒの比率は層間で変更され、定められた比率は、Ｃｒ_２Ｏ_３層の堆積のために用いられる。酸素は、中間および上部のクロム層の堆積の間、実質的に止められる。エッジプロファイルは、選択されたＩＡＤ条件の下で、金属および／または酸化物の層を堆積させることによって制御され得ると考えられる。得られた正確なプロファイルは、通常、少なくとも部分的に、用いられるエッチング剤、および、エッチング条件、例えば、ウェット化学エッチングプロセスにおける濃度、攪拌、および温度に依存する。従って、以下における特定のプロセスパラメータは例示にすぎない。
【００５３】
ガス混合物は、堆積チャンバ内へ流れる酸素とアルゴンとの流量を変更することによって調整される。推定分圧は、流量およびチャンバ圧から計算される。説明を簡略化するために、相対的流量は、酸素（Ｏ_２）対アルゴンガス（Ａｒ）の比率として表現される。ここで、アルゴンの流量は１である（任意の単位）。当業者は、絶対的流量（単数または複数）が、例えば、チャンバの大きさ、チャンバ圧および排気速度といったいくつかの条件に依存することを理解する。
【００５４】
図５Ａは、本発明の実施形態による、上方から見たアパーチャエッジの走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。第１のＣｒ_２Ｏ_３層７１のエッジが鮮明に見られるが、１０ｎｍのＣｒ層は、関連する走査電子顕微鏡写真において見られるには極度に薄いと考えられる。第１のＣｒ_２Ｏ_３層７１および第２のＣｒ_２Ｏ_３層７２は、３．０アンペアの電流、３：２の酸素対アルゴンの流量比率にて堆積される。これは、ＩＡＤチャンバ内に約１．３Ｅ−４の酸素の分圧および約３．０Ｅ−５のアルゴンの分圧を提供すると考えられる。１０ｎｍ厚さのＣｒ層および１３０ｎｍ厚さのＣｒ層７４は、６アンペアのアノード電流にて酸素を用いずに、約１．２Ｅ−４の分圧のアルゴンを用いて堆積される。従って、ダークミラースタックの厚さ全体は、約０．３ミクロンである。透過ガラス窓７５における薄膜スタックのエッジ７３は、クロム層７４のエッジ７６から約０．７５ミクロンである。従って、エッチングプロファイルは、ガラス基板の表面から測定して、０．３ミクロンの薄膜スタックに対して約０．７５ミクロン、または約２０度である。
【００５５】
図５Ｂは、本発明の別の実施形態による堆積パラメータの第２のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジ８０の上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。Ｃｒ_２Ｏ_３の層の堆積中の電流は、再び３．０アンペアであるが、酸素対アルゴンの流量比率は１：１１である。これは、ＩＡＤチャンバ内に、約１．０Ｅ−４の酸素の分圧、および約６Ｅ−５のアルゴンの分圧を提供すると考えられる。ガラス窓８５上の薄膜スタックのエッジ８３は、クロム層８４のエッジ８６から約１．５ミクロンである。第１のＣｒ_２Ｏ_３の層８１および第２のＣｒ_２Ｏ_３の層８２のエッジがさらに示される。再び、薄膜スタックは約０．３ミクロンの厚さであり、１．５ミクロンのエッチングプロファイルは、約１１度の角度を提供する。
【００５６】
図５Ｃは、本発明の別の実施形態による堆積パラメータの第３のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジ９０の上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。Ｃｒ_２Ｏ_３の層の堆積中の電流は６アンペアであり、酸素対アルゴンの流量比率は３：２である。ガラス基板９５上の薄膜スタックのエッジ９３は、クロム層９４のエッジ９６から約７ミクロンである（１ミクロンの目盛バー９７が異なることに留意されたい）。第１のＣｒ_２Ｏ_３の層９１のエッジおよび第２のＣｒ_２Ｏ_３層９２のエッジもまた示される。薄膜スタックは、約０．３ミクロン厚さであり、エッチングプロファイルは、約２度であると推定される。エッチングプロファイルは、ガラス基板９５に向かって減少するので、「島状」の材料９８（おそらくＣｒ_２Ｏ_３）は、ガラスから完全には除去されず、薄膜スタックのエッジ９３はより不規則になる。しかしながら、島状と不規則なエッジのどちらもアパーチャの光学性能を著しく低下させることはないと考えられる。
【００５７】
図５Ｄは、本発明の別の実施形態による、堆積パラメータの第４のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジ１００の上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。Ｃｒ_２Ｏ_３の層の堆積中の電流は６アンペアであり、酸素対アルゴンの流量比率は１：１１である。これは、ＩＡＤチャンバ内に、１．０Ｅ−４の酸素の分圧、および約６Ｅ−５のアルゴンの分圧を提供すると考えられる。ガラス基板１０５上の薄膜スタックのエッジ１０３は、クロム層１０４のエッジ１０６から約１１ミクロンである。目盛が、図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃとは異なっていることに留意されたい。エッジのより大きい部分は、クロム層のエッジ１０６における不規則性１０８を示すために図示される。この不規則性の原因は知られていないが、その位置および寸法は、アパーチャの光学性能に著しい影響を及ぼさないと考えられる。第１のＣｒ_２Ｏ_３の層１０１および第２のＣｒ_２Ｏ_３の層１０２のエッジが示される。薄膜スタックは、約０．３ミクロンの厚さであり、エッチングプロファイルは約１度と推定される。
【００５８】
従って、クロム−クロム酸化物層の光学薄膜スタックのウェット化学エッチングにおいて得られるエッジプロファイルは、熱ＩＡＤプロセスにおける堆積条件を選択することによって制御され得る。特に、約１〜４７度のエッジプロファイルは、標準的湿式クロムエッチングとの関連ですでに述べられた光学薄膜スタックに対して得られる。アパーチャを通って透過された像のエッジを取り囲んで「フレーム」が形成されることを回避するために、一般に、約３０度と約６０度との間のエッジプロファイルを有することが所望される。換言すると、３０度と６０度との間のエッジプロファイルは、投影された像においてアパーチャの周囲が出現することを阻止する。いくつかの実施形態において、約３０度と約４５度との間のエッジプロファイルを有することが望ましい。他の実施形態において、約４５と約６０度との間のエッジプロファイルを有することが望ましい。
【００５９】
さらなる実験の後、エッチングプロファイルは、金属（Ｃｒ）層の堆積中にアノード電流を低減することによって、さらに約０．２５μｍに低減され得る。これは、約４５度の角度を有するエッジプロファイルを達成する。
【００６０】
（Ｖ．例示的方法）
図６は、本発明の実施形態によるダーク反射体光学スタック（ｄａｒｋ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｔａｃｋ）を堆積させるための方法６００の簡略化されたフローチャートである。基板が熱ＩＡＤ堆積チャンバ内に配置され（工程６０２）、非堆積ＩＡＤプロセスを用いてインサイチュで洗浄される（工程６０４）。クロム酸化物等の酸化物層は、洗浄された基板上に直接的に堆積される（工程６０６）。クロム等の金属の層が堆積され（工程６０８）、その後、酸化物の第２の層が堆積される（工程６１０）。上部の金属層が、その後、堆積される（工程６１２）。さらなる実施形態において、酸化物および／または金属の層が、所望のエッジプロファイルにより選択されたアノード電流および／または酸素対アルゴン比率にて堆積される。さらに別の実施形態において、上部の金属層は、選択されたアノード電流および不活性ガスの分圧にて堆積される。
【００６１】
さらなる実施形態において、アパーチャは、フォトリソグラフィ（工程６１４）およびエッチング（工程６１６）工程を用いて規定され、所望のエッジプロファイルが得られる。特定の実施形態において、エッチングの後に選択されたエッジプロファイルは、約１度と約６０度との間である。さらなる実施形態において、選択されたエッジプロファイルは、約４５度と約６０度との間である。エッチングは、ウェット化学エッチングまたはプラズマエッチングであり得る。単一の化学系が用いられる場合（例えば、Ｃｒ−Ｃｒ酸化物またはＳｉ−Ｓｉ酸化物）、単一のエッチング剤が用いられ得る。
【００６２】
本発明は、これまで種々の特定の実施形態に関して説明されてきたが、本発明は、本発明の主旨から逸脱することなく他の特定の形態で実施され得る。従って、本発明を例示する上述の実施形態は、上記の請求項によって示される本発明を限定するものではない。請求項の意味および範囲内に含まれるすべての改変および等価物はそれらの請求項の範囲に含まれる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、ダークアパーチャのための光学薄膜スタックが熱イオン支援蒸着（「ＩＡＤ」）を用いて堆積される。ＩＡＤは、クロムおよびクロム酸化物のエネルギー性の堆積を提供し、これは優れたエッチング特性を有するダークミラー光学薄膜スタックをもたらす。エッジ鮮明度が改善され、エッジプロファイルは、ＩＡＤパラメータの選択によって制御可能である。インサイチュでのＩＡＤ洗浄プロセスが、基板を十分に洗浄するために用いられるので、クロムの中間接着層は必要とされない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、パッケージ化されたＤＭＤの部分の簡略化された断面である。
【図２】図２は、エッジ鮮明度を示すエッチングされたアパーチャの上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図３】図３は、アパーチャエッジアンダーカッティングを示すアパーチャの部分の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図４】図４は、エッジはく離を図示するアパーチャエッジの上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の１実施形態による、堆積パラメータの第１のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジの上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の別の実施形態による、堆積パラメータの第２のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジの上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の別の実施形態による、堆積パラメータの第３のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジの上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明の別の実施形態による、堆積パラメータの第４のセットのエッジプロファイルを示すアパーチャエッジの上面の走査電子顕微鏡写真の簡略化されたトレーシングである。
【図６】図６は、本発明の１実施形態による、暗反射体光学スタックを堆積し、かつアパーチャを形成する方法の簡略化されたフローチャートである。

Claims

光学アパーチャであって、
基板と、
複数の薄膜層を含むダークミラー薄膜構造と、
選択されたエッジプロファイルを有するアパーチャエッジによって規定される該光学アパーチャの透過領域部分とを備える光学アパーチャであって、該複数の薄膜層のうちの少なくとも１つの密度が選択されて、該選択されたエッジプロファイルを提供する、光学アパーチャ。
前記ダークミラー薄膜構造は、金属を含む金属層と、該金属の酸化物を含む酸化物層とを含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記選択されたエッジプロファイルは、３０度と６０度との間である、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記基板はガラス基板であり、前記ダークミラー薄膜構造は、該ガラス基板に近接する酸化物層を含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記ダークミラー薄膜構造は、ガラス基板上に堆積されるクロム酸化物層を含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記ダークミラー薄膜構造は、５０％より大きい反射率を有するクロム層を含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記ダークミラー薄膜構造は、前記選択されたエッジプロファイルに従って選択されたクロム酸化物密度を有するクロム酸化物層を含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記ダークミラー薄膜構造は、前記選択されたエッジプロファイルに従って選択されたクロム金属密度を有するクロム金属層を含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
前記ダークミラー薄膜構造は、選択されたクロム酸化物密度を有する少なくとも１つのクロム酸化物層と、選択されたクロム金属密度を有する少なくとも１つのクロム金属層とを含む、請求項１に記載の光学アパーチャ。
ガラス基板と、
該ガラス基板上に堆積された第１のＣｒ_２Ｏ_３層と、
該第１のＣｒ_２Ｏ_３層上に堆積された第１のクロム層と、
該第１のクロム層上に堆積された第２のＣｒ_２Ｏ_３層と、
該Ｃｒ_２Ｏ_３層上に堆積された第２のクロム層とを備えるダークミラーであって、該第１のＣｒ_２Ｏ_３層と該第１のクロム層と該第２のＣｒ_２Ｏ_３層と該第２のクロム層とのうちの少なくとも１つは、選択された密度を有する、ダークミラー。
前記第２のクロム層は、５０％より大きい反射率を有する、請求項１０に記載のダークミラー。
ダーク反射体光学スタックを基板上に堆積させる方法であって、該方法は、
該基板をイオン支援蒸着（「ＩＡＤ」）チャンバに提供する工程と、
第１の酸化物層を堆積させる工程と、
第１の金属層を堆積させる工程と、
第２の酸化物層を堆積させる工程と、
第２の金属層を堆積させる工程と
を包含する、方法。
前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層はＣｒ_２Ｏ_３を含み、前記第１の金属層および前記第２の金属層はクロムを含む、請求項１２に記載の方法。
前記ダーク反射体光学スタック内にアパーチャをエッチングする工程をさらに包含し、前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の少なくとも１つは、所望のエッチングプロファイルに従って選択されたアノード電流を用いて堆積される、請求項１２に記載の方法。
前記ダーク反射体光学スタック内にアパーチャをエッチングする工程をさらに包含し、前記第１の酸化物層および前記第２の酸化物層の少なくとも１つは、所望のエッチングプロファイルに従って選択された酸素の分圧を用いて堆積される、請求項１２に記載の方法。
前記ダーク反射体光学スタックにアパーチャをエッチングする工程をさらに包含し、前記第１の金属層と前記第２の金属層の少なくとも１つは、所望のエッチングプロファイルに従って選択されたアノード電流を用いて堆積される、請求項１２に記載の方法。
前記第１の酸化物層を堆積させる工程の前に、前記ＩＡＤチャンバ内にてイオン支援洗浄プロセスを用いて前記基板を洗浄する工程をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
前記第１の酸化物層を堆積させる工程の前に、前記ＩＡＤチャンバ内にてイオン支援洗浄プロセスを用いて前記基板を洗浄する工程をさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
選択されたプロファイルを用いてダークアパーチャを規定する方法であって、該方法は、
基板上に薄膜スタックを形成する工程であって、
該基板をイオン支援蒸着（「ＩＡＤ」）チャンバに提供する工程と、
第１の酸化物層を堆積させる工程と、
金属の第１の金属層を堆積させる工程と、
第２の酸化物層を堆積させる工程と、
該金属の第２の金属層を堆積させる工程と
を含む工程と、
窓領域を規定する工程と、
該窓領域から該薄膜スタックをエッチングする工程と
を包含し、該第１の酸化物層は該金属の酸化物を含み、該第２の酸化物層は該金属の該酸化物を含み、該第１の酸化物層と該第１の金属層と該第２の酸化物層と該第２の金属層との少なくとも１つは、選択された堆積条件を用いて堆積されて１度と６０度との間の選択されたエッジプロファイルを達成する、方法。
前記エッチング工程は、プラズマエッチング工程である、請求項１９に記載の方法。
前記プラズマエッチング工程は、単一のエッチング剤を用いて前記薄膜スタックをエッチングする、請求項２０に記載の方法。
前記エッチング工程は、ウェット化学エッチング工程である、請求項１９に記載の方法。
前記ウェット化学エッチング工程は、単一のエッチング剤を用いて前記薄膜スタックをエッチングする、請求項２２に記載の方法。
前記第１の酸化物および前記第２の酸化物はＣｒ_２Ｏ_３であり、前記第１の金属および前記第２の金属はクロムである、請求項１９に記載の方法。