JP7394771B2 - 光学装置改善のための湿潤層 - Google Patents
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Description
［０００１］本開示の実施形態は、概して、光学装置製造のための材料及び方法に関する。
［０００２］レンズ等の光学装置は、特定の望ましい特性を示すように設計されている。光学装置の特性の例には、光反射率と光透過率が含まれる。特定の用途には、コーティング材料が堆積されたレンズ等の従来の光学装置で十分な場合がある。しかし、高度な画像処理や半導体用途に利用されるような高度な光学装置は、従来のコーティングでは意図した通りに機能しないことがよくある。
［０００３］更に、誘電体膜と金属膜の交互層を利用するもの等の高度な光学装置でさえ、高度な光学装置を形成するために利用される材料の固有の特性により、十分に機能しない場合がある。例えば、交互に配置された薄い誘電体膜及び金属膜を有する光学装置は、誘電体からの金属の層剥離、又は誘電体の上の不完全な金属被覆に悩まされる場合がある。より厚い金属膜は、誘電体膜の上の金属の合体を改善するために利用され得るが、金属の完全合体は通常、金属膜が数十ナノメートルの厚さになるまで達成されない。これは、高度な光学装置用途には厚すぎることが多い。
［０００４］従って、当技術分野に必要とされるのは、光学装置のための改善された方法及び材料である。
［０００５］一実施形態では、光学装置を製造する方法が提供される。本方法は、基板上に酸化物含有誘電体膜を堆積させることと、誘電体膜上に接して湿潤層を堆積させることと、湿潤層上に接して金属含有膜を堆積させることとを含む。金属含有膜は、アルミニウム、銀、及び金のうちの１又は複数を含む反射性金属材料から形成される。
［０００６］一実施形態では、光学装置を製造する方法は、基板をプロセスチャンバ内に移送することと、スパッタエッチングによって基板の表面を洗浄することと、基板上に酸化物含有誘電体層を形成することと、誘電体層の上に第１の湿潤層を形成することと、第１の湿潤層の上に金属層を形成することと、金属層の上に第２の湿潤層を形成することとを含む。第２の湿潤層は、第１の湿潤層とは異なる材料で形成される。
［０００７］一実施形態では、光学装置が提供される。本装置は、基板と、基板上に接して配置された酸化物含有誘電体膜と、誘電体膜上に接して配置された湿潤層と、湿潤層上に接して配置された金属含有膜とを含む。金属含有膜は、アルミニウム、銀、及び金のうちの１又は複数を含む。
［０００８］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではなく、他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
［００１２］理解を助けるため、可能な場合は図面に共通の同一要素を記号表示するのに同一の参照番号が使われている。追加の記載なしに他の実施形態に一実施形態の要素及び特徴を有益に組み込むことは可能であると考えられる。
［００１３］本書に記載の実施形態は、光学装置製造のための方法及び材料に関する。一実施形態では、光学装置を製造する方法が提供される。本方法は、基板上に誘電体膜を堆積させることと、誘電体膜上に湿潤層を堆積させることと、湿潤層上に金属含有膜を堆積させることとを含む。別の実施形態では、光学装置が提供される。本装置は、基板と、基板上に接して堆積された誘電体膜と、誘電体膜上に接して堆積された湿潤層と、湿潤層上に接して堆積された金属含有膜とを含む。
［００１４］図１は、誘電体膜と金属含有膜との間に配置された湿潤層を有する膜スタックを示す顕微鏡写真である。光学装置１００は、基板１０２を含む。基板１０２は、光学装置が形成され得る任意の適切な基板であり得る。一実施形態では、基板１０２は、シリコン（Ｓｉ）含有基板である。基板１０２は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、又は窒素（Ｎ）含有基板であってもよいと考えられる。代替的又は追加的に、基板１０２は、層状基板であってもよい。
［００１５］誘電体膜１０４は、基板１０２上に接して堆積される。一実施形態では、誘電体膜１０４は半導体材料である。半導体材料の適切な例には、シリコン（Ｓｉ）材料、ゲルマニウム（Ｇｅ）材料、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）材料、リン化インジウム（ＩｎＰ）材料、リン化ガリウム（ＧａＰ）材料、窒化ガリウム（ＧａＮ）材料、及びＩＩＩ－Ｖ材料等が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態では、誘電体膜１０４は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）膜、酸化ハフニウム（ＨｆｘＯｙ）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜等の酸化物含有膜である。代替的又は追加的に、誘電体膜１０４は、マルチレイヤスタックであり得る。誘電体膜１０４に選択される材料は、少なくとも部分的に、その材料に固有の屈折率に起因して選択される。また、誘電体材料は、特定の条件下で疎水性の特性を示すこともあると考えられる。
［００１６］一実施形態では、誘電体膜１０４は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって基板１０２上に堆積される。あるいは、誘電体膜１０４は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス、エピタキシャル気相堆積プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス等の他の技法によって堆積され得る。
［００１７］湿潤層１０６は、誘電体膜１０４上に接して堆積される。一実施形態では、湿潤層は、堆積された材料が、下にある材料層、例えば誘電体膜１０４等と鈍角な接触角を有する成長の島を最初に形成し得る表面を、提供する材料である。湿潤層は、続いて堆積される膜が滑らかで連続的で薄いように、続いて堆積される膜の形成を改善するように機能する。一実施形態では、続いて堆積される膜は金属含有膜１０８である。
［００１８］一実施形態では、湿潤層１０６は半導体材料である。別の実施形態では、湿潤層１０６は誘電体材料である。半導体材料及び誘電体材料の適切な例には、シリコン（Ｓｉ）材料、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）材料、酸化タンタル（ＴａＯ）材料、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）材料、リン化ガリウム（ＧａＰ）材料、窒化ガリウム（ＧａＮ）材料、及びＩＩＩ－Ｖ材料等が含まれるが、これらに限定されない。別の実施形態では、湿潤層１０６は金属材料である。金属湿潤層に適した材料の例には、チタン（Ｔｉ）材料、クロム（Ｃｒ）材料、ニッケル（Ｎｉ）材料、及びコバルト（Ｃｏ）材料等が含まれるが、これらに限定されない。
［００１９］湿潤層１０６は、続いて堆積される金属含有膜１０８の堆積を促進するように機能する薄層で誘電体膜１０４の上に形成される。一実施形態では、湿潤層１０６は、ＰＶＤプロセスによって誘電体膜１０４上に堆積される。あるいは、湿潤層１０６は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス、エピタキシャル気相堆積プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、蒸発プロセス、分子ビーム堆積プロセス等の他の技法によっても堆積され得る。
［００２０］金属含有膜１０８は、湿潤層１０６上に接して堆積される。一実施形態では、金属含有膜１０８は、とりわけ、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、又は金（Ａｕ）等の反射性金属材料である。誘電体膜１０４上に薄く滑らかな表面を形成する湿潤層１０６は、その上に金属含有膜１０８の均一な堆積を容易にする。湿潤層１０６は、金属含有膜１０８として使用できる材料の多様性を増大させつつも、使用される金属含有膜１０８の厚さを減らして、金属含有膜１０８の均一又は実質的に均一な膜厚を達成すると考えられる。一実施形態では、別の湿潤層１０６が金属含有膜１０８上に堆積され、金属含有膜１０８は、２つの湿潤層１０６の間に挟まれている。この実施形態では、各湿潤層１０６は、金属含有層１０８と接して形成される。
［００２１］図２に、本書に記載の実施形態に係る膜スタック２００を概略的に示す。この実施形態では、誘電体膜１０４は基板１０２上に接して形成され、湿潤層１０６は誘電体膜１０４上に接して形成され、金属含有膜１０８は湿潤層１０６上に接して形成され、第２の誘電体膜１０４は金属含有膜１０８上に接して配置される。この実施形態では、金属含有膜１０８が２つの湿潤層１０６の間に挟まれている上記の例と比較して、単一の湿潤層１０６が使用される。
［００２２］図３に、本書に記載の実施形態に係る膜スタック３００を示す。この実施形態では、誘電体膜１０４は基板１０２上に接して形成され、第１の湿潤層１０６ａは誘電体膜１０４上に接して形成され、金属含有膜１０８は第１の湿潤層１０６ａ上に接して形成され、第２の湿潤層１０６ｂは金属含有膜１０８上に接して形成され、誘電体膜１０４は第２の湿潤層１０６ｂに接して配置される。
［００２３］この実施形態の一態様では、第１の湿潤層１０６ａは誘電体材料又は半導体材料であり、第２の湿潤層１０６ｂは金属材料である。例えば、第１の湿潤層１０６ａはシリコン（Ｓｉ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化タンタル（ＴａＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、又はＩＩＩ－Ｖ材料含有層であり得、第２の湿潤層１０６ｂはチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はコバルト（Ｃｏ）含有層であり得る。他の材料及び組み合わせも考えられる。例えば、別の態様では、第１の湿潤層１０６ａは金属材料であり、第２の湿潤層１０６ｂは誘電体材料又は半導体材料であると考えられる。両方の態様において、誘電体材料又は半導体材料の湿潤層は、光学装置の誘電体部分（すなわち、誘電体膜１０４）の一部として機能し、金属材料の湿潤層は、光学装置の金属部分（すなわち金属含有膜１０８）と同様に機能する。特定の態様では、金属湿潤層は、拡散等により、アニーリングプロセス等によって金属含有膜１０８に組み込まれる。一実施形態では、金属含有膜１０８は、ＰＶＤプロセスによって堆積される。誘電体膜１０４、湿潤層１０６、及び／又は金属含有膜１０８を堆積させるためのＰＶＤプロセスを実施するための適切な装置の一例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から販売されているＥＮＤＵＲＡ（登録商標）シリーズの処理ツールである。また、他の製造業者からの他の適切に構成された装置を利用して、誘電体膜１０４、湿潤層１０６、及び／又は金属含有膜１０８を堆積させることも可能である。あるいは、金属含有膜１０８は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセス、エピタキシャル気相堆積プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス等の他の技法によっても堆積され得る。
［００２４］湿潤層の利用により、カラーフィルタやプラズモニック装置等の光学装置用のマルチレイヤスタックの作成に使用するのに適した材料の多様性を増やすことができると考えられる。本書に記載の方法、材料、及び装置から利益を得る他の装置には、ファブリ・ペロ干渉計及びエタロン装置が含まれる。より具体的には、光学装置１００の各材料層１０４、１０６、１０８の厚さは、より滑らかな表面及び／又は隣接する材料層間の界面の製造を可能にするために低減又はより細かく制御され得る。
［００２５］本書に記載の方法はまた、光学装置製造のための基板１０２の準備を含む。一実施形態では、マルチチャンバシステムが用いられる。一実施形態では、ＥＮＤＵＲＡ（登録商標）シリーズの処理ツール等のマルチチャンバシステムは、アニーリングチャンバ、表面洗浄チャンバ（すなわち、スパッタエッチングチャンバ）、及びＰＶＤチャンバを含む。また、他の製造業者からの他の適切に構成された装置も、光学装置製造用の基板１０２を準備するのに用いることができると考えられる。
［００２６］基板１０２がプロセスチャンバ内に移送されて誘電体材料１０４が堆積される前に、基板１０２は、減圧されてＰＶＤチャンバで利用されるものと同様の真空圧力等の十分に高い真空に維持される、ロードロックチャンバ内に導入される。特定の実施形態では、基板の準備はまた、水蒸気を脱着させるための加熱、又は基板表面を洗浄して、続いて堆積される膜の核形成特性を高めるためのスパッタエッチングを含む。
［００２７］本書に記載の実施形態は、とりわけ、光学膜、カラーフィルタ、回折光学系、ナノ光学系、及び超解像光学系等の様々な光学装置において有益な実装態様を見出すと考えられる。湿潤層を備えた金属／金属酸化物膜を実装することにより、光学フィルタ装置の彩度が維持及び／又は改善され、膜の平滑性が改善された（つまり、表面粗さが低減した）薄い金属層が可能になる。より薄い膜が可能になることで、光学装置の光伝送が改善し、また膜スタックの光学性能が改善すると考えられる。
［００２８］上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を、それらの基本範囲を逸脱せずに考案することが可能であり、それらの範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (10)
- 光学装置を製造する方法であって、
基板を加熱することと、
前記基板上に酸化物含有材料で形成された誘電体膜を堆積させることと、
前記誘電体膜上に接して第１の湿潤層を堆積させることであって、前記第１の湿潤層はチタン、クロム、コバルト及びニッケルからなる群から選択される金属を含む、第１の湿潤層を堆積させることと、
前記第１の湿潤層上に接して金属含有膜を堆積させることであって、前記金属含有膜はアルミニウム、銀、及び金のうちの１又は複数を含む反射性金属材料から形成される、金属含有膜を堆積させることと、
前記金属含有膜上に接して第２の湿潤層を堆積させることであって、前記第２の湿潤層はシリコン、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化アルミニウム、リン化ガリウム、及び窒化ガリウムからなる群から選択される誘電体材料を含む、第２の湿潤層を堆積させることと
を含む方法。 - 前記酸化物含有材料は二酸化チタンである、請求項１に記載の方法。
- 前記誘電体膜はマルチレイヤスタックである、請求項１に記載の方法。
- 前記基板上に前記誘電体膜を堆積させる前に、前記基板の表面をエッチングすること
を更に含む、請求項１に記載の方法。 - 前記誘電体膜、前記第１の湿潤層、前記第２の湿潤層、又は前記金属含有膜のうちの１又は複数が、物理的気相堆積プロセスによって堆積される、請求項１に記載の方法。
- 光学装置を製造する方法であって、
基板をプロセスチャンバ内に移送することと、
スパッタエッチングによって前記基板の表面を洗浄することと、
前記基板の前記表面上に、酸化物含有材料を含む誘電体層を形成することと、
前記誘電体層上に接して第１の湿潤層を形成することであって、前記第１の湿潤層はチタン、クロム、コバルト及びニッケルからなる群から選択される金属を含む、第１の湿潤層を形成することと、
前記第１の湿潤層上に接して金属層を形成することであって、前記金属層はアルミニウム、銀、及び金のうちの１又は複数を含む、金属層を形成することと、
前記金属層上に接して第２の湿潤層を形成することであって、前記第２の湿潤層はシリコン、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化アルミニウム、リン化ガリウム、及び窒化ガリウムからなる群から選択される誘電体材料を含む、第２の湿潤層を形成することと
を含む方法。 - 前記酸化物含有材料は二酸化チタンである、請求項６に記載の方法。
- 第２の誘電体層が前記第２の湿潤層の上に形成される、請求項６に記載の方法。
- 光学装置であって、
基板と、
前記基板上に接して配置された誘電体膜であって、酸化物含有材料を含む誘電体膜と、
前記誘電体膜上に接して配置された第１の湿潤層と、
前記第１の湿潤層上に接して配置された金属含有膜であって、アルミニウム、銀、及び金のうちの１又は複数を含む、金属含有膜と、
前記金属含有膜上に接して配置された第２の湿潤層と、
を備え、
前記第１の湿潤層は、チタン、クロム、コバルト及びニッケルからなる群から選択される金属を含み、前記第２の湿潤層は、シリコン、酸化ケイ素、酸化タンタル、酸化アルミニウム、リン化ガリウム、及び窒化ガリウムからなる群から選択される誘電体材料を含む、装置。 - 前記誘電体膜は二酸化チタンを含む、請求項９に記載の装置。
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