JP2022513448A

JP2022513448A - 封入のためのｐｖｄ指向性堆積

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Publication number: JP2022513448A
Application number: JP2021533310A
Authority: JP
Inventors: ルドヴィークゴデット，; ベンチャーキムバルキ，; ジンシンフー，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2022-02-08
Also published as: US20200192108A1; US20240084435A1; EP3899616A4; US11851740B2; CN113242990A; WO2020131783A1; KR20210094111A; TW202032629A; EP3899616A1

Abstract

本明細書に記載の実施形態は、封入されたナノ構造光学素子、及び、非対称な選択的物理的気相堆積（ＰＶＤ）によってそのような素子の格子を封入する方法に関する。幾つかの実施形態において、光学素子の格子を封入する方法は、同時に又は連続的に実施されうる第１のＰＶＤプロセス及び第２のＰＶＤプロセスを含む。第１のＰＶＤプロセスが、格子の基板に対して垂直ではない第１の角度で、材料の第１の流れを供給しうる。第２のＰＶＤプロセスが、格子の基板に対して垂直ではない第２の角度で、材料の第２の流れを供給しうる。第１のＰＶＤプロセスと第２のＰＶＤプロセスとを組み合わせることで、格子の上に封入層が形成され、格子の隣り合うフィン間に１つ以上の空隙が形成される。【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、概して光学素子に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、ナノ構造光学素子の格子を封入する方法に関する。

仮想現実は、一般に、ユーザがあたかもそこに物理的に存在している、コンピュータが生成したシミュレート環境であると考えられる。仮想現実体験は、３Ｄで生成して、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ）で、例えば、実際の環境に取って代わる仮想現実の環境を表示するための、レンズとしてのニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイデバイスで見ることが可能である。

しかしながら拡張現実では、ユーザが、眼鏡又は他のＨＭＤデバイスのディスプレイレンズを通じて周囲環境を未だ見ることが可能であるが、さらに加えて、表示のために生成され環境の一部として出現する仮想オブジェクトの画像も見ることが可能な体験が可能となる。拡張現実は、オーディオ入力及び触覚入力といった任意の種類の入力、並びに、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス、及び映像を含むことが可能である。新たな技術として、拡張現実には多くの課題及び設計上の制約が存在する。

そのような課題の１つは、周囲環境に重ね合わされた仮想画像を表示することである。導波路が、画像を重ね合わせるのを支援するために利用される。生成された光は、導波路を介して伝搬され、その後、当該光は導波路から出て周囲環境に重ね合わされる。導波路は不均一な特性を有する傾向があるため、導波路の製造は困難になりうる。従って、当該技術分野で必要とされるのは、導波路の格子を封入するための改良された方法である。

一実施形態において、非対称な選択物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光学素子の格子を封入する方法が、ここで示され記載される。本方法は、
第１のＰＶＤ源から、基板上の第１のフィン構造の１つ以上の表面に向かって第１の方向に、基板表面に対して垂直ではない第１の角度で、第１の材料の第１の流れを供給することと、
第１のフィン構造の１つ以上の表面上に第１の材料を堆積させて、第１のフィン構造から側方に延在する第１の突出部を形成することと、
第２のＰＶＤ源から、基板上の第２のフィン構造の１つ以上の表面に向かって第２の方向に、基板表面に対して垂直ではない第２の角度で、第２の材料の第２の流れを供給することと、
第２のフィン構造の１つ以上の表面上に第２の材料を堆積させて、第２のフィン構造から側方に延在する第２の突出部を形成すること
を含む。
第２の突出部が第１の突出部に収斂して、第１のフィン構造及び第２のフィン構造の上に封入層を形成する。

一実施形態において、非対称な選択物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光学素子の格子を封入する方法が、ここで示され記載される。本方法は、
第１のＰＶＤ源から、基板に堆積された格子の１つ以上の表面に向かって第１の方向に、基板の上面の平面に対して垂直ではない第１の角度で、第１の材料の第１の流れを供給することと、
格子の１つ以上の表面上に第１の材料を堆積させることと、
第２のＰＶＤ源から、格子の１つ以上の表面に向かって第２の方向に、基板の上面の平面に対して垂直ではない第２の角度で、第２の材料の第２の流れを供給することと、
格子の１つ以上の表面上に第２の材料を堆積させること
を含む。
格子の１つ以上の表面上への第１の材料及び第２の材料の堆積によって、格子の上に封入層が形成され、封入層が、格子の隣り合うフィン間の１つ以上の空隙を部分的に画定する。

一実施形態において、非対称な選択物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光学素子の格子を封入する方法が示され、本明細書において記載される。本方法は、
第１のＰＶＤ源から、基板上の第１のフィン構造の１つ以上の表面に向かって第１の方向に、基板表面に対して垂直ではない第１の角度で、第１の材料の第１の流れを供給することと、
少なくとも１つの開口部を有するコリメータを介して第１の材料の第１の流れを方向付けて、少なくとも１つの開口部を通過する第１の材料の角度範囲を制限することと、
第１のフィン構造の１つ以上の表面上に第１の材料を堆積させて、第１のフィン構造の上部から側方に延在する第１の突出部を形成することと、
第２のＰＶＤ源から、基板上の第２のフィン構造の１つ以上の表面に向かって第２の方向に、基板表面に対して垂直ではない第２の角度で、第２の材料の第２の流れを供給することと、
少なくとも１つの開口部を有するコリメータを介して第２の材料の前記第２の流れを方向付けること
を含む。

本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、先に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態の一部が添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているのにすぎず、従って、その範囲を限定するものと見做すべきではなく、他の同等に有効な実施形態を許容しうることに注意されたい。

本明細書に記載の一実施形態に係る導波路コンバイナの概略的な正面図である。本明細書に記載の一実施形態に係る、導波路コンバイナの、格子が封入された領域の概略的な断面図である。本明細書に記載の一実施形態に係る、ＰＶＤ堆積のために使用される装置の概略図である。本明細書に記載の一実施形態に係る、導波路の格子の上に封入層を形成する方法のフロー図である。本明細書に記載の実施形態に係る、導波路の格子の上に封入層を形成する方法の概略図である。本明細書に記載の一実施形態に係る、導波路の格子の上に封入層を形成する方法のフロー図である。本明細書に記載の一実施形態に係る、導波路の格子の上に封入層を形成する方法の概略図である。

理解を容易にするため、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。１の実施形態の構成要素及び特徴が、更なる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうることが想定されている。

本開示の実施形態は、角度が付けられたＰＶＤ装置及び方法に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、格子上に封入層を堆積させる方法を提供する。

本明細書に記載の実施形態は、封入されたナノ構造光学素子、及び、非対称な選択的物理的気相堆積（ＰＶＤ）によって、そのような素子の格子を封入する方法に関する。ナノ構造光学素子の例としては、導波路及びメタレンズが挙げられる。幾つかの実施形態において、光学素子の格子を封入する方法は、第１のＰＶＤプロセス及び第２のＰＶＤプロセスを含み、第１のＰＶＤプロセス及び第２のＰＶＤプロセスは、同時に又は連続的に実施されうる。第１のＰＶＤプロセスが、格子の基板に対して垂直ではない第１の角度で、材料の第１の流れを供給しうる。第２のＰＶＤプロセスが、格子の基板に対して垂直ではない第２の角度で、材料の第２の流れを供給しうる。第１のＰＶＤプロセスと第２のＰＶＤプロセスとを組み合わせることで、格子の上に封入層が形成され、格子の隣り合うフィン間に１つ以上の空隙が形成される。

図１は、（例えば、ＶＲ又はＡＲ用途のための）例示的な導波路コンバイナ１００の正面図を示し、導波路コンバイナ１００は、３つの格子１０３、１０５、及び１０７を有する。以下に記載する導波路コンバイナ１００は、本明細書に記載のシステム及び方法を利用して形成されうる例示的な導波路コンバイナであり、本開示のシステム及び方法は、他の導波路コンバイナといった他の光学素子及びナノ構造光学素子を形成又は変更するために利用されうると理解されたい。例えば、３つより多い格子、例えば５つ以上の格子有する光学素子が形成されうる。代替的に、３つより少ない格子、例えば２つという複数の格子を有する光学素子が形成されてよい。他の例において、両側の主要平面に格子を有する光学素子が形成されてよい。さらに別の例において、１つより多い入力結合領域、及び１つより多い出力結合領域を有する光学素子が形成されてよい。

導波路コンバイナ１００は、第１の格子１０３によって画定される入力結合領域１０２と、第２の格子１０５によって画定される中間領域１０４と、第３の格子１０７によって画定される出力結合領域１０６と、を含む。各格子１０３、１０５、及び１０７はそれぞれ、複数のフィン１１３、１１５、１１７を含む。幾つかの実施形態において、複数のフィン１１３、１１５及び１１７のうちの１つ以上が、幾何学的形状が異なるフィンであって、例えば傾斜角又は寸法がその格子における他のフィンとは異なる上記フィンを含む。さらに、複数のフィン１１３、１１５、又は１１７内で１つの個別のフィンの傾斜角が、その格子の長さ又は幅にわたって異なりうる。幾つかの実施形態において、入力結合領域１０２と、中間領域１０４と、出力結合領域１０６とは、入力結合領域１０２と出力結合領域１０６との間で、光の実質的に全ての内部反射を実現するよう配置されている。

図２は、本明細書に記載の実施形態に係る、例示的な格子２００の概略的な断面図を示す。格子２００は、格子１０３、１０５、又は１０７のうちの１つと実質的に同様とすることができ、従って、入力結合領域１０２、中間領域１０４、又は出力結合領域１０６のうちの１つで利用されうる。

格子２００は、基板２０５上に配置された格子材料層２０３を含む。幾つかの実施形態において、格子材料層２０３が、基板２０５上に配置された１つ以上のスペーサ層（図示せず）上に配置されうる。スペーサ層を含む実施形態では、スペーサ層は、格子２００の支持を提供するよう機能可能であり、かつ、格子２００の所望の光学特性に従った厚さ及び材料によるものである。

基板２０５が、所望の波長又は波長範囲の光を適切に透過させることができ、格子２００のための適切な支持体として機能しうるという前提で、基板２０５は、任意の適切な材料から形成され、任意の適切な厚さを有しうる。幾つかの実施形態において、基板２０５の材料は、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ガラス、プラスチック、ポリカーボネート、及びサファイア含有材料のうちの１つ以上を含むが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、基板２０５はドープガラスを含む。例えば、基板２０５は、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）等の重いドーパントがドープされたガラスを含む。基板２０５の材料は、くるりと巻ける可撓性の特性をさらに有しうる。幾つかの実施形態において、基板２０５の材料は、約１．５と約２．４との間の屈折率を有する材料を含むが、これに限定されない。例えば、基板２０５は、約１．７と約２．４との間の屈折率を有するドープされた高屈折率基板でありうる。

格子材料層２０３は、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、ＴｉＯｘナノ材料、酸化ニオブ（ＮｂＯｘ）、ニオブ－ゲルマニウム（Ｎｂ_３Ｇｅ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、シリコンオキシカルボニトリド（ＳｉＯＣＮ）、酸化バナジウムＶＯｘ（ＩＶ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、Ｓｉ_３Ｎ_４シリコン－リッチ、Ｓｉ_３Ｎ_４水素ドープ、Ｓｉ_３Ｎ_４ホウ素ドープ、硝酸炭素ケイ素（ＳｉＣＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、多結晶（ＰＣＤ）、ナノ結晶ダイヤモンド（ＮＣＤ）、及び、ドープダイヤモンド含有材料、のうちの少なくとも１つを含む。格子材料層２０３は、任意の適切な手段によって、基板２０５の表面の上に形成されうる。例えば、格子材料層２０３は、ＰＶＤ、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ）、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ：ｆｌｏｗａｂｌｅＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃｌａｙｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及びスピンオンプロセスのうちの１つ以上によって形成されうる。幾つかの実施形態において、格子材料層２０３の材料は、約１．５と約２．６５との間の屈折率を有する。幾つかの実施形態において、格子材料層２０３の材料は、約３．５と約４．０との間の屈折率を有する。

本明細書に記載の方法に係る格子材料層２０３の上には、高さｈ及び横方向距離ｄを有する複数のフィン２０７が配置されている。図２に示す実施形態では、フィン２０７の高さｈは、格子材料層２０３の表面２１４からフィン２０７の上面２１６までの距離として定義される。格子材料層２０３が設けられない実施形態において、フィン２０７の高さｈは、基板２０５の上面からフィン２０７の上面２１６までの距離として定義されうる。間隙ｇは、格子２００の隣り合うフィン２０７の間の距離である。幾つかの実施形態において、複数のフィン２０７のうちの隣り合うフィン２０７のそれぞれの間隙ｇが、実質的に同じである。他の実施形態において、少なくとも１組の隣り合うフィン２０７の間隙ｇが、複数のフィン２０７のうちの更なる組の隣り合うフィン２０７の間隙ｇとは異なっている。（図２に示される）幾つかの実施形態において、複数のフィン２０７が、当該フィン２０７をひとくくりにした部分２０９を有することができ、この中の各フィン２０７は、面法線２１５に対して同じ傾斜角θ’を有する。幾つかの実施形態（図示せず）において、複数のフィン２０７が、当該フィン２０７のうちの２つ以上の部分を有することができ、その各フィンは、基板２０５の面法線２１５に対して異なる傾斜角θ’を有しうる。幾つかの実施形態において、格子材料層２０３の材料が、複数のフィン２０７の所望の深さ及び傾斜角に基づいて選択される。幾つかの実施形態において、フィン２０７は、面法線２１５に対して０に等しい傾斜角θ’有することができ、したがって、フィン２０７をバイナリフィンとすることができる。

格子２００は、複数のフィン２０７の上に配置された封入層２０８をさらに含む。封入層２０８は、フィン２０７の上面２１６の上に配置された材料の実質的に平坦な層であり、フィン２０７と、基板２０５の表面２１４又はスペーサ層の上面と共に、隣り合うフィン２０７間に配置された１つ以上の空隙（例えば、キャビティ）２１８を画定する。幾つかの実施形態において、封入層２０８は、約５ｎｍと約１０００ｎｍの間、例えば約５０ｎｍと約７５０ｎｍの間の厚さを有する。例えば、封入層２０８は、約１００ｎｍと約６００ｎｍとの間、例えば約２００ｎｍと約４００ｎｍとの間、例えば約３００ｎｍの厚さを有する。

典型的には、封入層２０８は、格子材料層２０３の屈折率よりも低い屈折率を有する。幾つかの実施形態において、封入層２０８の屈折率は、約１．０と約１．７との間であり、例えば約１．２と約１．５との間である。幾つかの実施形態において、封入層２０８は、約０．００１未満の吸収係数を有する。封入層２０８は、任意の適切な透明材料から形成することができ、この任意の適切な透明材料は、シリカ含有材料、及び非シリカ含有材料、例えば、フルオロポリマー材料といったポリマー含有材料を含むが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、封入層２０８は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）又は低誘電率膜、例えば、炭素及び窒素がドープされた酸化ケイ素（ＳｉＣＯＮ）若しくは炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）等から形成される。幾つかの実施形態において、封入層２０８は、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）といった、フッ素含有材料を含む。他の実施形態において、封入層２０８及び基板２０５又は格子材料層２０３は、実質的に同じ材料から形成される。

各空隙２１８は、その隣りのフィン２０７の高さｈと実質的に同様の高さと、隣り合うフィン２０７間の間隙ｇと等しい幅と、を有する。空隙２１８は、大気又は任意の他の適切なガスで充填さうる。空気は、屈折率１．０及び吸収係数０を有し、したがって、空隙２１８を空気で充填することにより、間隙充填材料又は他のコーティングの利用と比較して、格子２００を通る光の透過の改善が可能となる。これに対応して、空隙２１８によって、格子２００のより良好な効率が可能となり、光学素子の設計において必要とされるフィン２０７の高さｈが低減されうる。幾つかの実施形態において、空隙２１８は、大気圧又はそれに近い圧力の１つ以上のガスで充填される。他の実施形態において、空隙２１８は、大気圧より低い圧力の１つ以上のガスで充填される。

図３は、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、ＰＶＤ堆積のための装置３００の概略的な側面図である。具体的には、図３は、角度を付けたＰＶＤを格子に施して、その上にほぼ平坦な封入層を形成するための装置３００を概略的に示す。装置３００は、概して、第１のＰＶＤ源３０２と、格子２００を支持する支持体３０８と、任意のコリメータ３１０と、を含む。第１のＰＶＤ源３０２は、支持体３０８（及び、支持体３０８上に配置された格子２００又は他の基板）に向かって、ＰＶＤ源３０２から材料の第１の方向付けられた流れ（図３に描かれた流れ３１２）を供給するよう構成される。幾つかの実施形態において、装置３００は、支持体３０８（及び、支持体３０８上に配置された格子２００又は他の基板）に向かう、ＰＶＤ源３０４からの材料流束の第２の方向付けられた流れ（図３に示す流れ３１４）を含む。第１のＰＶＤ源３０２及び／又は第２のＰＶＤ源３０４は、回転可能なリッド（図示せず）又は他の回転可能な支持構造に結合され、支持体３０８に対してｙ軸を中心とする、第１のＰＶＤ源３０２及び／又は第２のＰＶＤ源３０４の３６０度又は１８０度までの回転を可能にしうる。

支持体３０８は、堆積される格子２００の１つ以上の作用面が、第１の流れ３１２及び第２の流れ３１４に曝露されるように格子２００を支持するための支持面３１１を含む。支持体３０８は、矢印３１６により示されるように、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４に対してｘ、ｙ、及びｚ軸に沿って移動（例えば、走査）するよう構成することができ、ここで、移動は、直線又は非直線でありうる。任意選択的に、支持体３０８は追加的に、矢印３１６によって示されるように、ｙ軸の周りを回転し、又はｘ軸及びｚ軸の周りで傾斜するよう構成されてよい。一般に、支持体３０８は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の周りの支持体３０８の並進運動的及び回転的作動のためのアクチュエータ３０９に接続されている。

第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４は、格子２００上にスパッタ堆積させられるターゲット材料を含む。幾つかの実施形態において、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４のターゲット材料は、同じターゲット材料である。他の実施形態において、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４によって供給されるターゲット材料が、互いに異なっている。幾つかの実施形態において、ターゲット材料は、先に記載した封入層２０８に含まれる１つ以上の材料を含む。例えば、ターゲット材料は、シリカ含有材料、及び非シリカ含有材料、例えばポリマー含有材料、例えばフルオロポリマー材料を含みうる。幾つかの実施形態において、ターゲット材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、炭素及び窒化がドープされた酸化ケイ素（ＳｉＣＯＮ）、及び／又は炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）といった、シリコン含有（Ｓｉ）材料を含む。幾つかの実施形態において、ターゲット材料は、アルミニウム含有（Ａｌ）材料を含む。幾つかの実施形態において、ターゲット材料は、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ_３）及びフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）といった、フッ素含有（Ｆ_２）材料を含む。他の材料も、本明細書で提供される教示に従って適切に使用されうる。ＰＶＤ源３０２、３０４はさらに、ターゲット材料の近くでプラズマを形成するため及びターゲット材料から原子をスパッタリングするために適切な電力を供給するために、電源を含み又は当該電源に接続されている。電源は、ＤＣ電源又はＲＦ電源のいずれか又は両方でありうる。

幾つかの実施形態において、イオンビーム又は他のイオン源とは異なって、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４が主として、ターゲット材料の中性原子を供給し及びイオンをほとんど供給しないよう構成される。従って、プラズマが十分に低い密度を有して形成され、ターゲット材料からスパッタリングされた原子があまりに多くイオン化されることが回避される。印加される電力又は電力密度は、他のサイズの導波路又は他の基板に対して増減（ｓｃａｌｅ）されうる。さらに、他のパラメータが、材料の流れ３１２、３１４中で主として中性原子を供給するのを支援するよう制御されうる。例えば、圧力が十分に低くなるよう制御することができ、これにより、平均自由経路が、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４の、支持体３０８に向かって材料流束の流れが流過する開口部の一般的な寸法よりも長くなる。幾つかの実施形態において、圧力が、約０．５ミリトル（ｍＴｏｒｒ）と約２５ｍＴｏｒｒとの間、例えば、約１ｍＴｏｒｒと約２０ｍＴｏｒｒとの間、例えば、約５ｍＴｏｒｒと約１５ｍＴｏｒｒとの間、例えば約１０ｍＴｏｒｒに制御されうる。

本開示に係る実施形態において、材料流束の第１の流れ３１２及び第２の流れ３１４の、横方向の入射角を制御することが可能である。例えば、図３は、本開示の少なくとも幾つかの実施形態に係る、第１のＰＶＤ源３０２からの第１の流れ３１２の材料堆積角度α３３０と、第２のＰＶＤ源３０４からの第２の流れ３１４の角度β３３２とを示す装置３００を示している。幾つかの実施形態において、角度α３３０は、矢印３３２によって示されるように第１のＰＶＤ源３０２を傾斜させることによって、固定され又は調整可能であり、及び／又は、角度β３３２は、矢印３２４によって示されるように第２のＰＶＤ源３０４を傾斜させることによって、固定され又は調整可能でありうる。これに対応して、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４は、当該ＰＶＤ源３０２、３０４をｘ軸及びｚ軸の周りで傾斜させるために、アクチュエータ３０３、３０５に通信可能に接続されている。

上述のように、装置３００は、任意のコリメータ３１０を含むことができる。幾つかの実施形態において、コリメータ３１０は、ＰＶＤ源３０２、３０４と格子２００との間に介在する、１つ以上の開口部３４０を有するシュラウド、ディスク、又は複数のバッフルといった物理的構造であり、これにより、材料流束の流れ３１２、３１４が、当該構造（例えば、コリメータ３１０）を通って進む。コリメータ３１０の開口部３４０を通過するには角度が大き過ぎ又は小さ過ぎる材料がすべて遮断されることになり、したがって、格子２００に到達する材料の許容される角度範囲が制限される。幾つかの実施形態において、コリメータ３１０は、単一の開口部を含みうる。他の実施形態において、装置３００は、複数の開口部を有する単一のコリメータ３１０を含む。さらに、他の実施形態において、コリメータ３１０は、１つ以上の開口をそれぞれが有する複数のコリメータを含みうる。本明細書では、コリメータ３１０は、第１のＰＶＤ源３０２及び／又は第２のＰＶＤ源３０４から放出された材料の広がりの角度を制御する広がり角制御装置として機能する。幾つかの実施形態において、１つ以上のコリメータ３１０は、矢印３２８によって示されるように直線的に移動しうる。

幾つかの実施形態において、材料の流れ３１２、３１４が格子２００の１つ以上の表面と実際に接触する入射角３３０’、３３２’は、材料の流れ３１２、３１４が第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４によって供給される入射角３３０、３３２とは異なりうる。材料の流れ３１２、３１４が格子２００表面と実際に接触する入射角３３０’、３３２’は、以下の１つ以上、即ち、材料の流れが第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４によって供給される入射角３３０、３３２、任意のコリメータ３１０の開口の数及び配置、ＰＶＤ源３０２、３０４及び格子２００又は支持体３０８に対する、任意のコリメータ３１０の直線的位置、並びに、支持体３０８の回転３２６及び直線移動３１６、のうちの１つ以上によって制御（例えば変更）されうる。

本明細書に開示される方法及び実施形態によって、有利に、導波路の格子を封入するための材料の堆積が可能となる。例えば、図４は、一実施形態に係る、装置３００を用いて格子２００の複数のフィン２０７の上に封入層２０８を形成する方法４００のフロー図である。図５Ａ及び図５Ｂは、一実施形態に係る、封入層２０８を形成する方法４００の概略図である。具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、封入層２０８が堆積された格子２００の概略的な断面図を示す。格子２００が示されているが、ピラー、トレンチ、ビアといったフィーチャを有する光学素子を含む他の構造が、本明細書に記載の方法から等しく利益を得ることができる。

格子２００上に封入層２０８を堆積させる方法４００は、工程４０２で始まり、工程４０２では、材料の第１の流れ３１２が、第１のＰＶＤ源３０２から第１の方向に、フィン２０７の１つ以上の表面に向かって供給される。例えば、第１のＰＶＤ源３０２にバイアスをかけ、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、及びキセノン（Ｘｅ）イオンといった不活性ガスイオンを衝突させて、複数のフィン２０７上に、材料の第１の流れ３１２をスパッタ堆積させることができる。幾つかの実施形態において、ＰＶＤ化学物質は、反応性ＰＶＤ化学物質である。例えば、ＰＶＤ化学物質は、酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）、アルゴンと酸素の混合物、及び／又はアルゴンガスとフッ素（Ｆ_２）ガスの混合物を含みうる。材料の第１の流れ３１２が、基板２０５の上面２１４の平面に対して垂直でない第１の角度α３３０で供給される。第１の角度α３３０は、封入層２０８及びフィン２０７の所望の寸法、並びにフィン２０７の傾斜角度に基づいて選択される。幾つかの実施形態において、第１の角度α３３０は、基板２０５の面法線２１５に対して約４５度と約８９度の間、例えば、基板２０５の面法線２１５に対して約６０度と約８９度との間である。例えば、第１の角度α３３０は、基板２０５の面法線２１５に対して約７５度と約８５度との間、例えば約７８度と約８２度との間である。

工程４０４において、材料の第１の流れ３１２が、任意選択的に、少なくとも１つの開口部３４０を有するコリメータ３１０を介して方向付けられ、開口部３４０を流過する第１の流れ３１２の角度範囲（例えば、広がり）をさらに制限し、したがって、フィン２０７上への材料の第１の流れ３１２の堆積角度をさらに制限する。幾つかの実施形態において、材料の第１の流れ３１２がフィン２０７と接触する入射角３３０’を制御するものは、第１のＰＶＤ源３０２によって供給される流れの角度と、任意のコリメータ３１０の物理的構造及び配置と、支持体３０８の表面角度と、の組み合わせである。堆積中に、入射角３３０’と、第１のＰＶＤ源３０２及び／又はコリメータ３１０に対する格子２００の直線的な移動と、を制御することによって、フィン２０７上へのターゲット材料の選択的かつ非対称的な堆積が実現されうる。具体的には、工程４０６（図５Ａに図示）では、第１の流れ３１２の材料が、フィン２０７の所望の表面にのみ、例えば、少なくとも１つのフィン２０７の上面２１６及び／又は第１の側壁５１８の上部にのみ堆積される。図５Ａに示されるように、第２の側壁５２０上には材料の第１の流れ３１２の堆積はなく、基板２０５の上面２１４の付近には、材料の第１の流れ３１２の堆積がほとんど又は全くない。したがって、１つ以上の第１の側方突出部５３０が、第１の側壁５１８の上部及び／又はフィン２０７の上面２１６から側方に延在する材料の第１の流れ３１２の堆積によって形成される。第１の側方突出部５３０は、最終的に方法４００の完了時には、封入層２０８の一部を形成する。

工程４０２～工程４０６のいずれかと同時又はその後に連続的に行われうる工程４０８では、材料の第２の流れ３１４が、第２のＰＶＤ源３０４から第２の方向に、フィン２０７の１つ以上の表面に向かって供給される。例えば、第２のＰＶＤ源３０４にバイアスをかけ、不活性ガスイオンを衝突させて、複数のフィン２０７上に材料の第２の流れ３１４をスパッタ堆積させることができる。材料の第２の流れ３１４は、基板２０５の上面２１４の平面に対して垂直でない第２の角度β３３２で供給される。第２の角度β３３２は、封入層２０８及びフィン２０７の所望の寸法、並びにフィン２０７の傾斜角度に基づいて選択される。幾つかの実施形態において、第２の角度β３３２は、基板２０５の面法線２１５に対して約４５度と約８９度との間、例えば、基板２０５の面法線２１５に対して約６０度と約８９度との間である。例えば、第１の角度β３３２は、基板２０５の面法線２１５に対して約７５度と約８５度との間、例えば約７８度と約８２度との間である。

工程４１０において、材料の第２の流れ３１４が、任意選択的に、少なくとも１つの開口部３４０を有するコリメータ３１０を介して方向付けられ、開口部３４０を流過する第２の流れ３１４の角度範囲（例えば、広がり）をさらに制限し、したがって、フィン２０７上への材料の第２の流れ３１４の堆積角度をさらに制限する。上述のように、第２のＰＶＤ源３０４によって供給される流れの角度と、任意のコリメータ３１０の物理的構造及び配置と、支持体３０８の表面角度と、の組み合わせによって、材料の第２の流れ３１４がフィン２０７と接触する入射角３３２’が制御されうる。

工程４１２（図５Ｂに図示）では、材料の第２の流れ３１４が、フィン２０７の所望の表面にのみ、例えば、少なくとも１つのフィン２０７の上面２１６及び／又は第２の側壁５２０の上部にのみ堆積させられる。図５Ｂに示されるように、第１の側壁５１８上への材料の第２の流れ３１４の堆積はなく、基板２０５の上面２１４の付近の材料の第２の流れ３１４の堆積はほとんど又は全くない。したがって、１つ以上の第２の側方突出部５３２が、第２の側壁５２０の上部及び／又はフィン２０７の上面２１６から第１の側方突出部５３０に向かって側方に延在する材料の第２の流れ３１４の堆積によって、形成される。上述のようなさらに堆積の後で、第１の側方突出部５３０と第２の側方突出部５３２とは最終的に互いに収斂して一体化し、封入層２０８（図２に図示）を形成する。

図６は、一実施形態に係る、装置３００を用いて格子２００の複数のフィン２０７の上に封入層２０８を形成するための代替的な方法６００のフロー図である。方法６００は、方法４００と実質的に同様であり、工程４０２、４０４、及び４０６と実質的に同様である幾つかの工程６０２、２０４、及び６０６を含む。したがってここでは、方法６００の工程６０８、６１０、６１２、及び６１４のみが、明確にするために説明される。図７Ａ及び図７Ｂは、一実施形態に係る、封入層２０８を形成する方法６００の概略図である。具体的には、図７Ａ及び図７Ｂは、封入層２０８が堆積された格子２００の概略的な断面図を示す。格子２００が示されているが、ピラー、トレンチ、ビアといったフィーチャを有する光学素子を含む他の構造が、本明細書に記載の方法から等しく利益を得ることができる。

フィン２０７の所望の表面上に材料の第１の流れ３１２を堆積させて、第１の側方突出部５３０（図７Ａに図示）を形成した後で、格子２００及び／又は第１のＰＶＤ源３０２が、工程６０８において、ｙ軸の周りを回転させられうる。例えば、支持体３０８及び／又は第１のＰＶＤ源３０２が、ｙ軸の周りを、約１度と約３６０度との間、例えば約１度と約１８０度との間、例えば約１度と約９０度との間で回転させられうる。支持体３０８及び／又は第１のＰＶＤ源３０２の回転によって、第１のＰＶＤ源３０２は、図７Ｂに示すように、第１の側方突出部５３０の形成中とは異なった、格子２００に対する並進運動的な角度配向を有するようになる。従って、第１のＰＶＤ源３０２及び／又は支持体３０８の回転によって、第２のＰＶＤ源を利用せずに、第１のＰＶＤ源３０２から第２の方向に材料の第２の流れ３１４を供給することが可能となる。このようにして、第１のＰＶＤ源３０２のみを用いて封入層２０８の形成を完了するよう第２の側方突出部５３２を形成することができる。

工程６１０において、材料の第２の流れ３１４が、第１のＰＶＤ源３０２から第２の方向に、フィン２０７の１つ以上の表面に向かって供給される。例えば、第１のＰＶＤ源３０２及び／又は支持体３０８上の格子２００を回転させた後で、第１のＰＶＤ源３０２に再びバイアスをかけ、不活性ガスイオンを衝突させて、材料の第２の流れ３１４を今度は第２の方向に、複数のフィン２０７上にスパッタ堆積させることができる。工程４０８と同様に、材料の第２の流れ３１４は、封入層２０８及びフィン２０７の所望の寸法、並びにフィン２０７の傾斜角度に基づく第２の角度β３３２で、供給される。幾つかの実施形態において、第２の角度β３３２は、基板２０５の面法線２１５に対して約４５度と約８９度との間、例えば、基板２０５の面法線２１５に対して約６０度と約８９度との間である。例えば、第１の角度β３３２は、基板２０５の面法線２１５に対して約７５度と約８５度との間、例えば約７８度と約８２度との間である。

工程６１２において、材料の第２の流れ３１４が、任意選択的に、少なくとも１つの開口部３４０を有するコリメータ３１０を介して方向付けられ、開口部３４０を流過する第２の流れ３１４の角度範囲（例えば、広がり）をさらに制限し、したがって、フィン２０７上への材料の第２の流れ３１４の堆積角度をさらに制限する。上述のように、第１のＰＶＤ源３０２によって供給される流れの角度と、任意のコリメータ３１０の物理的構造及び配置と、支持体３０８の表面角度と、の組み合わせによって、材料の第２の流れ３１４がフィン２０７と接触する入射角３３２’が制御されうる。

工程６１４（図７Ｂに図示）では、材料の第２の流れ３１４が、フィン２０７の所望の表面にのみ、例えば、少なくとも１つのフィン２０７の上面２１６及び／又は第２の側壁５２０の上部にのみ堆積される。図７Ｂに示されるように、第１の側壁５１８上への材料の第２の流れ３１４の堆積はなく、基板２０５の上面２１４の付近に、材料の第２の流れ３１４の堆積はほとんど又は全くない。したがって、１つ以上の第２の側方突出部５３２が、第２の側壁５２０の上部及び／又はフィン２０７の上面２１６から、第１の側方突出部５３０に向かって側方に延在する材料の第２の流れ３１４の堆積によって形成される。さらなる堆積の後で、第１の側方突出部５３０と第２の側方突出部５３２とは、最終的に互いに収斂して一体化し、封入層２０８（図２に図示）を形成する。

単一のＰＶＤ源を参照しながら図示及び記載してきたが、方法６００は、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４の両方を用いて実行することができる。これに対応して、材料の２つ以上の流れが、工程６０２～工程６１４のいずれかの間に同時に又は連続的に供給され、堆積されうる。さらに、幾つかの実施形態において、支持体３０８、及び／又は、第１のＰＶＤ源３０２及び第２のＰＶＤ源３０４を回転させながら、堆積を同時に行うことができる。

以上まとめると、本明細書に記載の実施形態は、格子が封入されている導波路、及び封止された格子を形成する方法を提供する。角度を付けた又は指向性ＰＶＤを利用することで、格子の上に封入層を形成することができ、これにより、格子の隣り合うフィンの間に空隙が形成される。間隙充填材料ではなく、格子の隣り合うフィン間の空隙を利用することで、格子を通る光透過の改善が可能となり、したがって、このような格子を組み込む光学素子の光学性能が向上しうる。

以上の記述は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施例及び更なる実施例を考案することが可能であり、本開示の範囲が、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims

非対称な選択的物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光学素子の格子を封止する方法であって、
第１のＰＶＤ源から、基板上の第１のフィン構造の１つ以上の表面に向かって第１の材料の第１の流れを供給することであって、前記第１の流れが第１の方向に、基板表面に対して垂直ではない第１の角度で供給される、第１の材料の第１の流れを供給することと、
前記第１のフィン構造の前記１つ以上の表面上に前記第１の材料を堆積させることであって、前記第１の材料の前記堆積によって、前記第１のフィン構造から側方に延在する第１の突出部が形成される、前記第１の材料を堆積させることと、
第２のＰＶＤ源から、前記基板上の第２のフィン構造の１つ以上の表面に向かって、第２の材料の第２の流れを供給することであって、前記第２の流れが第２の方向に、前記基板表面に対して垂直ではない第２の角度で供給される、第２の材料の第２の流れを供給することと、
前記第２のフィン構造の前記１つ以上の表面上に前記第２の材料を堆積させることであって、前記第２の材料の前記堆積によって、前記第２のフィン構造から側方に延在する第２の突出部が形成され、前記第２の突出部が前記第１の突出部に収斂して、前記第１のフィン構造及び前記第２のフィン構造の上に封入層を形成する、前記第２の材料を堆積させること
を含む、方法。
前記封入層が、前記第１のフィン構造と前記第２の構造との間の空隙を部分的に画定する、請求項１に記載の方法。
前記空隙が大気を含む、請求項２に記載の方法。
前記空隙が、大気圧で、又は大気圧に近い圧力で充填される、請求項３に記載の方法。
前記空隙が、大気圧より低い圧力で充填される、請求項３に記載の方法。
前記第１の材料と前記第２の材料とは、組成が実質的に同じである、請求項１に記載の方法。
前記第１の材料と前記第２の材料とは、組成が実質的に異なっている、請求項１に記載の方法。
前記垂直ではない第１の角度は、前記基板の面法線に対して約７０度と約８９度の間である、請求項１に記載の方法。
前記垂直ではない第２の角度は、前記基板の面法線に対して約９１度と約１１０度の間である、請求項１に記載の方法。
前記第１のフィン構造及び前記第２のフィン構造の底部上には、前記第１の材料又は前記第２の材料の堆積が存在しない、請求項１に記載の方法。
非対称な選択的物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、複数のナノ構造を有するナノ構造光学素子の格子を封止する方法であって、
第１のＰＶＤ源から、基板上の前記ナノ構造の１つ以上の表面に向かって、第１の材料の第１の流れを供給することであって、前記第１の流れが第１の方向に、前記基板の上面の平面に対して垂直ではない第１の角度で供給される、第１の材料の第１の流れを供給することと、
前記ナノ構造の前記１つ以上の表面上に前記第１の材料を堆積させることと、
第２のＰＶＤ源から、前記ナノ構造の前記１つ以上の表面に向かって、第２の材料の第２の流れを供給することであって、前記第２の流れが第２の方向に、前記基板の前記上面の前記平面に対して垂直ではない第２の角度で供給される、第２の材料の第２の流れを供給することと、
前記ナノ構造の前記１つ以上の表面上に前記第２の材料を堆積させることであって、前記ナノ構造の前記１つ以上の表面上への前記第１の材料及び前記第２の材料の堆積によって、前記ナノ構造の上に封入層が形成され、前記封入層が、前記ナノ構造の隣り合うフィン間の１つ以上の空隙を部分的に画定する、前記第２の材料を堆積させること
を含む、方法。
前記第１の材料の第１の流れ、及び前記第２の材料の第２の流れが、同時に供給され堆積される、請求項１１に記載の方法。
前記第１の材料の第１の流れ、及び前記第２の材料の第２の流れが、連続的に供給され堆積される、請求項１１に記載の方法。
前記第１の材料と前記第２の材料とは、組成が実質的に同じである、請求項１１に記載の方法。
非対称な選択的物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光学素子の格子を封止する方法であって、
第１のＰＶＤ源から、基板上の第１のフィン構造の１つ以上の表面に向かって、第１の材料の第１の流れを供給することであって、前記第１の流れが第１の方向に、基板表面に対して垂直ではない第１の角度で供給される、第１の材料の第１の流れを供給することと、
少なくとも１つの開口部を有するコリメータを介して前記第１の材料の前記第１の流れを方向付けて、前記少なくとも１つの開口部を通過する前記第１の材料の角度範囲を制限することと、
前記第１のフィン構造の前記１つ以上の表面上に前記第１の材料を堆積させることであって、前記第１の材料の前記堆積によって、前記第１のフィン構造の上部から側方に延在する第１の突出部が形成される、前記第１の材料を堆積させることと、
第２のＰＶＤ源から、前記基板上の第２のフィン構造の１つ以上の表面に向かって、第２の材料の第２の流れを供給することであって、前記第２の流れが第２の方向に、前記基板表面に対して垂直ではない第２の角度で供給される、第２の材料の第２の流れを供給することと、
前記少なくとも１つの開口部を有する前記コリメータを介して前記第２の材料の前記第２の流れを方向付けて、前記少なくとも１つの開口部を通過する前記第２の材料の角度範囲を制限することと、
前記第２のフィン構造の前記１つ以上の表面上に前記第２の材料を堆積させることであって、前記第２の材料の前記堆積によって、前記第２のフィン構造の上部から側方に延在する第２の突出部が形成され、前記第２の突出部が、前記第１の突出部に収斂して、前記第１のフィン構造及び前記第２のフィン構造の上に封入層を形成し、前記封入層が、前記格子の隣り合うフィン間の１つ以上の空隙を部分的に画定する、前記第２の材料を堆積させること
を含む、方法。