JP7862467B2 - 深さが変化する屈折率膜の堆積のための方法 - Google Patents

Description

［０００１］本開示の実施形態は、光学装置膜及び光学装置膜を形成する方法に関する。

［０００２］導波路、平面光学装置、メタサーフェス、カラーフィルタ及び反射防止コーティングなどの光学装置は、高い屈折率と低い吸収損失の特性を示すように設計されている。金属酸化物含有材料、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）は、高い屈折率と低い吸収損失を有し、これは、光学装置の効率的で大規模な製造を可能にする。

［０００３］グレーデッドインデックス光学装置膜は、表面で又は膜内で相互作用する光を制御するために使用される。従来の光学装置膜では、単一の材料の堆積条件を変更することによって大きな範囲で連続的に屈折率を調整することは難しく、複数の材料を用いて連続的なプロファイルを段差プロファイルで近似する必要があった。

［０００４］従来の光学装置膜は、通常、ステップインデックス導波路のように、異なる屈折率特性を有する材料の複数の異なる層を含む。例えば、光学装置基板の表面上に堆積したＴｉＯ_２層で光学膜が形成され、ＴｉＯ_２層の上方に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層が形成される。ここで、ＴｉＯ_２層は約２．４（ｎ＝２．４）の屈折率を有し、ＳｉＯ_２層は約１．５（ｎ＝１．５）の屈折率を有する。ＴｉＯ_２層とＳｉＯ_２層の屈折率の差はおよそ０．９であり、これは層間を通過する光に対する急激な変化を表している。この急激な変化は、光学材料間の非連続的なステップとして特徴づけることができ、異なる層間を通過する光に対して、光反射率及び光透過率などの所望の光学装置特性を低下させる。従来の光学装置膜は、層間の屈折率の変化を減少させて、層間で所望の光学特性を向上させるために、２つ以上の材料の複数の異なる層を含むことが多い。しかし、これらの従来の光学装置膜の屈折率は非連続的であり、このような従来の光学装置膜には光学収差が存在する場合がある。

［０００５］したがって、当該技術分野では、光学装置膜及び光学装置膜を形成する方法の改善が必要である。

［０００６］一実施形態では、光学装置膜が提供される。光学装置膜は、厚さの０％に相当する第１の表面から厚さの１００％に相当する第２の表面までの一連のゾーンに分けられた厚さを含む。一連のゾーンの各ゾーンは、ゾーン厚を有する。光学装置膜は、一連のゾーンの各ゾーンに酸素濃度又は窒素濃度を有する。また、光学装置膜は、約２．０以上の第１の屈折率を有する第１の材料と、約２．０未満の第２の屈折率を有する第２の材料とを含む。第１の材料は、一連のゾーン全体にわたって第１の濃度プロファイルを有する。第２の材料は、一連のゾーン全体にわたって第２の濃度プロファイルを有する。第２の濃度プロファイルは、第１の濃度プロファイルとは異なる。

［０００７］別の実施形態では、方法が提供される。本方法は、光学装置基板を基板支持体上に配置することを含む。基板支持体は、チャンバ内に配置される。チャンバは、チャンバ内に配置された第１のターゲットと第２のターゲットとを含む。第１のターゲットは第１の材料を含み、第２のターゲットは第２の材料を含む。第１の材料を第１の濃度プロファイルで堆積させ、第２の材料を第２の濃度プロファイルで堆積させることにより、光学装置基板上の光学装置膜が堆積する。第１の材料を堆積させることは、第１のターゲットに第１の電力レベルを提供することを含む。第１の材料の第１の濃度プロファイルは、第１のターゲットに提供される第１の電力レベルを増加又は減少させることの少なくとも一方によって制御される。第２の材料を堆積させることは、第２のターゲットに第２の電力レベルを提供することを含む。第２の材料の第２の濃度プロファイルは、第２のターゲットに提供される第２の電力レベルを増加又は減少させることの少なくとも一方によって制御される。

［０００８］別の実施形態では、方法が提供される。本方法は、光学装置基板を基板支持体上に配置することを含む。基板支持体は、チャンバ内に配置される。チャンバは、第１のターゲット及びガス源を含む。第１のターゲットは第１の材料を含む。ガス源は、第２の材料を含む前駆体ガスを流すように動作可能である。第１の材料を第１の濃度プロファイルで堆積させ、第２の材料を第２の濃度プロファイルで堆積させることにより、光学装置基板上の光学装置膜が堆積する。第１の材料を堆積させることは、第１のターゲットに第１の電力レベルを提供することを含む。第１の材料の第１の濃度プロファイルは、第１のターゲットに提供される第１の電力レベルを増加又は減少させることの少なくとも一方によって制御される。第２の材料を堆積させることは、前駆体ガスをある流量で提供することを含む。第２の材料の第２の濃度プロファイルは、前駆体の流量を増加又は減少させることの少なくとも一方によって制御される。

［０００９］さらに別の実施形態では、方法が提供される。この方法は、光学装置基板をチャンバ内に配置することと、第１の材料を含む第１のガスを第１の流量でチャンバ中に流すことと、第２の材料を含む第２のガスを第２の流量でチャンバ中に流すこととを含む。堆積した光学装置膜の第１の材料の第１の濃度プロファイルは、第１のガスを流すことの間に第１の流量を増加又は減少させることの少なくとも一方によって制御される。堆積した光学装置膜の第２の材料の第２の濃度プロファイルは、第２のガスを流すことの間に第２の流量を増加又は減少させることの少なくとも一方によって制御される。

［００１０］上に記載した本開示の特徴を詳しく理解することができるように、上で簡単に要約した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、一部の実施形態は添付の図面に示されている。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、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容し得ることに、留意されたい。

［００１１］本明細書に記載の実施形態に係る光学装置膜の概略断面図である。 ［００１２］光学装置膜から形成された光学装置の概略断面図である。 ［００１３］本明細書に記載の実施形態に係る物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図である。 ［００１４］本明細書に記載の実施形態に係る化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバの概略断面図である。 ［００１５］本明細書に記載の実施形態に係る光学装置膜を製造するための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光学装置膜を製造するための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光学装置膜を製造するための方法のフロー図である。

［００１６］理解を容易にするために、複数の図に共通する同一の要素を指し示すのに、可能であれば、同一の参照番号を使用した。さらなる記述がなくても、一実施形態の要素及び特徴を他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられる。

［００１７］本開示の実施形態は、光学装置膜及び光学装置膜を形成する方法に関する。具体的には、本明細書に記載の実施形態は、酸素濃度又は窒素濃度と、第１の材料の第１の濃度プロファイルと、第２の材料の第２の濃度プロファイルとを有する光学装置膜を提供する。光学装置膜は、膜の厚さ全体にわたって、第１の濃度の第１の材料と、第２の濃度の第２の材料とを含む。本明細書で記載及び参照される第１の材料は、約２．０以上の第１の屈折率を有する。本明細書で記載及び参照される第２の材料は、２．０未満の第２の屈折率を有する。第１の材料には、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）若しくはニオブ（Ｎｂ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。第２の材料には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）若しくはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。

［００１８］図１は、光学装置膜１００の概略断面図である。光学装置膜１００は、本明細書に記載の実施形態による光学装置基板１０１上に配置される。光学装置基板１０１は、上に光学装置が形成され得る任意の適切な光学装置基板である。一実施形態では、光学装置基板１０１は、シリコン（Ｓｉ）含有光学装置基板である。一実施形態では、光学装置基板１０１は、酸化ケイ素系ガラス又は金属酸化物系ガラスである。一実施形態では、光学装置基板１０１は、ケイ素（Ｓｉ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、溶融シリカ、石英、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、酸化ガリウム（ＧａＯ）、ダイヤモンド、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイア、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、又はそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない。光学装置基板１０２は、光学的に透明なペロブスカイト材料を含み得る。別の実施形態では、光学装置基板１０１は、例えば、シリコンキャリアに接合された薄いガラスなどの層状光学装置基板である。層状光学装置基板は、基板上に光学装置スタック（例えば、グレーティング、導波路、オプトエレクトロニクス、モノリシック集積化ＣＭＯＳ－光デバイス、ヘテロジニアス集積化ＣＭＯＳ－光デバイス用のパターン化された光学装置膜）が配置された基板であってもよい。さらに別の実施形態では、光学装置基板１０１は、接合ガラスの複数の層を含む積層基板である。

［００１９］光学装置膜１００は、第１の表面１０２と、第２の表面１１０と、厚さ１０６とを有する。光学装置膜１００の厚さ１０６は、厚さ１０６の０％に相当する第１の表面１０２から厚さ１０６の１００％に相当する第２の表面１１０まで測定されたゾーン１０５の範囲に分けられている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、厚さ１０６は、光学装置膜１００のゾーン１０５の範囲全体にわたって一定又は実質的に一定な酸素又は窒素濃度を有する。一実施形態では、ゾーン１０５の範囲の各ゾーン１０４間の酸素又は窒素濃度の差は、１０％（例えば、±５％）の原子パーセンテージである。一実施形態では、ＴｉＯ_２の第１の材料及びＳｉＯ_２の第２の材料の光学装置膜１００の酸素濃度は、±１０％で約６６．６７原子パーセントである。各ゾーン１０４は、厚さ１０６の約０．００１％から約５０％のゾーン厚さを有する。各ゾーン１０４は、第１の濃度の第１の材料と、第２の濃度の第２の材料とを含む。本明細書で記載及び参照される第１の材料は、約２．０以上の第１の屈折率を有する。本明細書で記載及び参照される第２の材料は、２．０未満の第２の屈折率を有する。第１の材料及び第２の材料は、金属含有材料又は半導体材料であり得る。例えば、第１の材料には、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）若しくはニオブ（Ｎｂ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。例えば、第２の材料には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）若しくはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。

［００２０］堆積中に段階的に異なる濃度の第１の材料及び第２の材料を組み込むことによって、光学装置膜１００の光学特性、すなわち屈折率の変更が可能になる。一実施形態では、各ゾーン１０４は、厚さ１０６の約０．００１％から約５０％のゾーン厚さを有する。厚さ１０６のゾーン１０５の範囲を通しての第１の材料の第１の濃度は、第１の濃度プロファイルを有し、厚さ１０６のゾーン１０５の範囲を通しての第２の材料の第２の濃度は、第２の濃度プロファイルを有する。一実施形態では、第１の濃度は、第１の表面１０２に隣接するゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最大濃度を有し、第２の表面１１０に隣接するゾーン１０５の範囲の最終ゾーン１０９で最小濃度を有する。第２の濃度は、ゾーン１０５の範囲の、最初のゾーン１０８で最小濃度を、最終ゾーン１０９で最大濃度を有する。（例えば、ＴｉＯ２の第１の材料とＳｉＯ２の第２の材料の）酸素濃度が±１０％で約６６．６７原子パーセントである実施形態では、最小濃度は約０原子パーセントであり、最大濃度は約３３．３原子パーセントである。実施形態では、先行ゾーンのすぐ上に堆積した各ゾーン１０４の第１の濃度は、先行ゾーンの第１の濃度以下であり、先行ゾーンのすぐ上に堆積した各ゾーン１０４の第２の濃度は、先行ゾーンの第２の濃度以上である。

［００２１］別の実施形態では、第１の濃度は、最初のゾーン１０８で最小濃度を、最終ゾーン１０９で最大濃度を有する。第２の濃度は、最初のゾーン１０８での最大濃度を、最終ゾーン１０９で最小濃度を有する。実施形態では、先行ゾーンのすぐ上に堆積した各ゾーン１０４の第１の濃度は、先行ゾーンの第１の濃度以上であり、先行ゾーンのすぐ上に堆積した各ゾーン１０４の第２の濃度は、先行ゾーンの第２の濃度以下である。

［００２２］別の実施形態では、第１の濃度プロファイル及び第２の濃度プロファイルは、正弦波プロファイルを有する。第１の濃度プロファイル及び第２の濃度プロファイルが正弦波プロファイルを有する一実施形態では、第１の濃度は、ゾーン１０５の範囲の中点で最小濃度まで減少するとともに、最終ゾーン１０９で最大濃度まで増加する最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。第２の濃度は、ゾーン１０５の範囲の中点で最大濃度まで増加するとともに、最終ゾーン１０９で最小濃度まで減少する最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。第１の濃度プロファイル及び第２の濃度プロファイルが正弦波プロファイルを有する別の実施形態では、第１の濃度は、ゾーン１０５の範囲の中点で最大濃度まで増加するとともに、最終ゾーン１０９で最小濃度まで減少する最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。第２の濃度は、ゾーン１０５の範囲の中点で最小濃度まで減少するとともに、最終ゾーン１０９で最大濃度まで増加する最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。

［００２３］さらに別の実施形態では、光学装置膜１００の第１の材料の第１の濃度プロファイルと第２の材料の第２濃度プロファイルとは、任意のプロファイルが得られるように、方法５００、６００、７００の実施形態によって制御される。本明細書に記載の光学装置膜１００の形成方法５００の実施形態では、第１の濃度及び第２の濃度は、第１の材料の第１のターゲットに提供される第１の電力レベルを増加させること若しくは減少させること、又は第２の材料の第２のターゲットに提供される第２の電力レベルを増加させること若しくは減少させることの少なくとも一方によって制御され得る。本明細書に記載の光学装置膜１００の形成方法６００の実施形態では、第１の濃度及び第２の濃度は、第１の材料の第１のターゲットに提供される第１の電力レベルを増加させること若しくは減少させること、及び第２の材料を含む前駆体ガスの流量を増加させること若しくは減少させることの少なくとも一方によって制御され得る。本明細書に記載の光学装置膜１００の形成方法７００の実施形態では、第１の濃度及び第２の濃度は、第１の材料を含む第１のガスの第１の流量を増加させること又は減少させること、及び第２の材料を含む第２のガスの第２の流量を増加させること又は減少させることの少なくとも一方によって制御され得る。したがって、酸素又は窒素の濃度を有する光学装置膜１００は、第１の材料と第２の材料との任意の所望のプロファイルを含み得る。

［００２４］第１の材料及び第２の材料から形成される本明細書に記載の方法５００、６００、７００の光学装置膜１００は、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）、若しくはニオブ（Ｎｂ）の酸化物又は窒化物のうちの１つ又は複数と、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）、若しくはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物又は窒化物のうちの１つ又は複数とを含み得る。

［００２５］図２Ａ及び図２Ｂは、光学装置膜１００から形成された光学装置２００ａ、２００ｂの概略断面図である。光学装置２００ａ、２００ｂは、光学装置基板１０１上に配置された光学装置構造体２０２ａ、２０２ｂを含む。光学装置構造体２０２ａ、２０２ｂは、光学装置構造体２０２ａ、２０２ｂの幅２０３に相当するサブミクロン臨界寸法、例えば、ナノサイズ寸法を含む。光学装置構造体２０２ａは、光学装置構造体２０２ａの頂面２２４が光学装置基板１０１の表面１０２と平行な二元構造体であり得る。第１の側壁２２５及び第２の側壁２２６は、第３の側壁２２７及び第４の側壁２２８に平行である。側壁２２５、２２６、２２７、及び２２８は、光学装置基板１０１の主軸に垂直な方向に配向している。光学装置構造体２０２ｂは、光学装置基板１０１の表面１０２に対して傾斜した側壁２２５、２２６、２２７、及び２２８を有するアングル構造であり得る。光学装置２００ａ、２００ｂは、第１の材料の第１の濃度プロファイルと、第２の材料の第２の濃度プロファイルと、光学装置膜１００の厚さ１０６全体にわたる酸素又は窒素の濃度とを有する光学装置膜１００から形成される。

［００２６］図３は、ＰＶＤチャンバ３００の概略断面図である。ＰＶＤチャンバ３００は、本明細書に記載の方法５００及び６００に使用され得る。以下に記載されるＰＶＤチャンバ３００は、例示的なＰＶＤチャンバであり、他の製造業者からのＰＶＤチャンバを含む他のＰＶＤチャンバは、本開示の態様を達成するために使用されてもよく、又は改造されてもよいことを理解されたい。

［００２７］ＰＶＤチャンバ３００は、チャンバ本体３１０に（例えば、チャンバ本体アダプタ３０８を介して）取り付けられた、対応する複数のターゲット（少なくとも１つの第１のターゲット３０４及び少なくとも１つの第２のターゲット３０６）を有する複数のカソード３０２、３０３を含む。第１のターゲット３０４は、本明細書に記載される少なくとも１つの第１の材料を含み、第２のターゲット３０６は、本明細書に記載される少なくとも１つの第２の材料を含む。各カソード（例えば、第１のターゲット３０４及び第２のターゲット３０６）は、ＤＣ電源３１２又はＲＦ電源３１４、及びマッチングネットワーク３１６に結合されてもよい。

［００２８］ＰＶＤチャンバ３００は、光学装置基板１０１を支持するための支持表面３３４を有する基板支持体３３２を含むように構成される。ＰＶＤチャンバ３００は、光学装置基板１０１を支持表面３３４上に下げるためのリフトピン（図示せず）上に光学デバイス基板１０１を置くためにエンドエフェクタ（図示せず）が通る開口部３５０（例えば、スリットバルブ）を含む。

［００２９］ＰＶＤチャンバ３００は、アルゴン（Ａｒ）などのスパッタガスを処理空間３０５へ供給するよう動作可能なスパッタガス源３６１を含む。スパッタガス源３６１と処理空間３０５との間には、スパッタガス源３６１から処理空間３０５へのスパッタガスの流れを制御するためのガス流コントローラ３６２が配置される。ＰＶＤチャンバ３００は、酸素含有ガス又は窒素含有ガスなどの反応性ガスを処理空間３０５へ供給するよう動作可能な反応性ガス源３６３を含む。反応性ガス源３６３と処理空間３０５との間には、反応性ガス源３６３から処理空間３０５への反応性ガスの流れを制御するためのガス流コントローラ３６４が配置される。ＰＶＤチャンバ３００は、処理空間３０５に前駆体ガスを供給するように動作可能な前駆体ガス源３７０を含み得る。前駆体ガス源３７０と処理空間３０５との間には、前駆体ガス源３７０から処理空間３０５への前駆体ガスの流れを制御するためのガス流コントローラ３７１が配置される。

［００３０］図３に示す実施形態では、基板支持体３３２は、マッチングネットワーク３４２を介して基板支持体３３２内に配置されたバイアス電極３４０に結合されたＲＦバイアス電源３３８を含む。基板支持体３３２は、静電チャック、真空チャック、基板保持クランプ等の基板支持体３３２の支持表面３３４上に光学装置基板１０１を保持する機構（図示せず）を含む。基板支持体３３２は、基板支持体３３２内に配置された冷却導管３６５を含み、冷却導管３６５は、基板支持体３３２及びその上に位置決めされた光学装置基板１０１を所定の温度、例えば約－２０℃から３００℃の間に制御可能に冷却する。冷却導管３６５は、冷却流体源３６８に結合され、冷却流体（図示せず）を提供する。基板支持体３３２は、その中に埋め込まれたヒータ３６７も含む。基板支持体３３２内に配置された、抵抗素子などのヒータ３６７は、任意選択的なヒータ電源３６６に結合され、基板支持体３３２及びその上に位置決めされた光学装置基板１０１を、所定の温度、例えば約－２０℃から３００℃の間に制御可能に加熱する。

［００３１］図３は、１つの第１のターゲット３０４及び１つの第２のターゲット３０６を示しているが、ＰＶＤチャンバ３００は、１つ又は複数の第１のターゲット３０４及び／又は１つ又は複数の第２のターゲット３０６を含んでもよい。例えば、第１のターゲット３０４又は第２のターゲット３０６の少なくとも一方から選択される３～５個のターゲットがＰＶＤチャンバ３００に含まれていてもよい。各第１のターゲット３０４は、異なる材料を堆積させるように動作可能である。例えば、３～５個の第２のターゲット３０６がＰＶＤチャンバ４００に含まれてもよい。各光学装置材料ターゲット３０６は、異なる材料を堆積させるように動作可能である。１つ又は複数の第１のターゲット３０４及び１つ又は複数の第２のターゲット３０６を有する実施形態では、各第１のターゲット３０４は、異なる第１の材料を堆積させるように動作可能であり、且つ／又は各第２のターゲット３０６は、異なる第２の材料を堆積させるように動作可能である。

［００３２］図４は、本明細書に記載された方法７００に使用され得るＣＶＤチャンバ４００の概略断面図である。本明細書に記載されるＣＶＤチャンバ４００は、例示的なＣＶＤチャンバであり、他の製造業者からのＣＶＤチャンバを含む他のＣＶＤチャンバは、本開示の態様を達成するために使用されてもよく、又は改造されてもよいことを理解されたい。

［００３３］ＣＶＤチャンバ４００は、処理空間４０４を含むチャンバ本体４０２を有し、処理空間４０４の中には基板支持体４０６が配置されており、その上に光学装置基板１０１を支持している。基板支持体４０６は、加熱／冷却導管４１０と、静電チャック、真空チャック、基板保持クランプ等の基板支持体４０６の支持表面４０７上に光学装置基板１０１を保持する機構とを含む。基板支持体４０６は、開口部４１２を通じてＣＶＤチャンバ４００との間で光学装置基板１０１の移送を容易にする上昇処理位置と下降位置との間で基板支持体４０６を動かすリフトシステム（図示せず）に連結されたステム４０８によって処理空間４０４内に連結され、移動可能に配置される。

［００３４］ＣＶＤチャンバ４００は、第１のガス源４１６Ａからシャワーヘッド４１４への第１の材料の第１の処理ガスの第１の流量を制御するための、第１のガス源４１６Ａとチャンバ本体４０２との間に配置される流れコントローラ４１８Ａを含む。ＣＶＤチャンバ４００は、第２のガス源４１６Ｂからシャワーヘッド４１４への第２の材料の第２の処理ガスの第２の流量を制御するための、第２のガス源４１６Ｂとチャンバ本体４０２との間に配置される流れコントローラ４１８Ｂを含む。シャワーヘッド４１４は、第１の処理ガス及び／又は第２の処理ガスから処理空間４０４内にプラズマを発生させるためのＲＦフィード４２４によってＲＦ電源４２２に接続されている。ＲＦ電源４２２は、シャワーヘッド４１４と基板支持体４０６との間のプラズマの生成を容易にするために、シャワーヘッド４１４にＲＦエネルギーを提供する。処理空間４０４内の圧力を制御するために、真空ポンプ４２０がチャンバ本体４０２に結合される。コントローラ４２８は、ＣＶＤチャンバ４００に結合されており、処理中にチャンバ４００の諸態様を制御するよう構成されている。

［００３５］図４は第１のガス源４１６Ａ及び第２のガス源４１６Ｂを示しているが、ＣＶＤチャンバ４００は、１つ又は複数の第１のガス源４１６Ａ及び／又は１つ又は複数の第２のガス源４１６Ｂを含んでもよい。例えば、第１のガス源４１６Ａ又は第２のガス源４１６Ｂの少なくとも一方から選択される３～５個のガス源がＣＶＤチャンバ４００に含まれてもよい。１つ又は複数の第１のガス源４１６Ａ及び１つ又は複数の第２のガス源４１６Ｂを有する実施形態では、各第１のガス源４１６Ａは、異なる第１の材料を堆積させるように動作可能であり、且つ／又は各第２のガス源４１６Ｂは、異なる第２の材料を堆積させるように動作可能である。

［００３６］図５は、光学装置膜１００を形成する方法５００のフロー図である。光学装置膜１００は、装置２００ａ、２００ｂを形成するためのその後の処理に利用され得る。説明を容易にするために、図３のＰＶＤチャンバ３００を参照して図５を説明する。しかしながら、図３のＰＶＤチャンバ３００以外のＰＶＤチャンバを方法５００と併せて利用してもよいことに留意されたい。

［００３７］動作５０１では、光学装置基板１０１は、ＰＶＤチャンバ３００内の基板支持体上に配置される。動作５０２では、光学装置膜１００のゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８が堆積する。第１の材料を有する第１のターゲット３０４は、第１の電力レベルに設定され、第２の材料を有する第２のターゲット３０６は、第２の電力レベルに設定される。一実施形態では、第１のターゲット３０４の第１の材料及び／又は第２のターゲット３０６の第２の材料は、酸素含有材料又は窒素含有材料を含む。本明細書で記載及び参照される第１の材料は、約２．０以上の第１の屈折率を有する。本明細書で記載及び参照される第２の材料は、２．０未満の第２の屈折率を有する。第１の材料には、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）若しくはニオブ（Ｎｂ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。第２の材料には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）若しくはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。別の実施形態では、酸素含有ガス又は窒素含有ガスは、処理空間３０５へ供給される。実施形態では、堆積した第１の材料及び第２の材料は、酸素含有ガス又は窒素含有ガスと反応して、光学装置膜１００の最初のゾーン１０８が形成される。別の実施形態では、光学装置基板１０１は、－２０℃から３００℃の間の所定温度で維持される。

［００３８］一実施形態では、第１の材料の第１の濃度は、第１の電力レベルの上限で第１のターゲット３０４に第１の電力レベルを印加することによって、ゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。最高電力レベルに相当する第１の電力レベルの上限が、方法５００の間に第１のターゲット３０４に供給される。実施形態では、第２の材料の第２の濃度は、第２の電力レベルを印加しないか又は第２の電力レベルの下限で第２のターゲット３０６に第２の電力レベルを印加することによって最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。方法５００の間、最低電力レベルに相当する第２の電力レベルの下限が第２のターゲット３０６に供給される。別の実施形態では、第１の材料の第１の濃度は、第１の電力レベルを印加しないか又は第１の電力レベルの下限で第１のターゲット３０４に第１の電力レベルを印加することによって、ゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。最低電力レベルに相当する第１の電力レベルの下限が、方法５００の間に第１のターゲット３０４に供給される。実施形態では、第２の材料の第２の濃度は、第２の電力レベルの上限で第２のターゲット３０６に第２の電力レベルを印加することによって、最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。方法５００の間、最高電力レベルに相当する第２の電力レベルの上限が第２のターゲット３０６に供給される。さらに別の実施形態では、第１の濃度及び第２の濃度は、第１の電力レベル及び第２の電力レベルの上限と下限の間の異なる電力レベルに、第１の材料の第１のターゲット３０４に提供される第１の電力レベルを設定すること、及び第２の材料の第２のターゲット３０６に提供される第２の電力を設定することの少なくとも一方によって制御され得る。

［００３９］動作５０３では、ゾーン１０５の範囲の最終ゾーン１０９が堆積するまで、光学装置膜１００の後続のゾーンが堆積する。後続ゾーンの堆積は、光学装置膜１００を形成するための異なる電力レベルに、第１の材料の第１のターゲット３０４に提供される第１の電力レベルを設定すること、及び第２の材料の第２のターゲット３０６に提供される第２の電力レベルを設定することの少なくとも一方を含む。光学装置膜１００は、酸素濃度又は窒素濃度と、第１の材料の第１の濃度プロファイルと、第２の材料の第２の濃度プロファイルとを含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、厚さ１０６は、光学装置膜１００のゾーン１０５の範囲全体にわたって一定又は実質的に一定な酸素又は窒素濃度を有する。

［００４０］図６は、光学装置膜１００を形成する方法６００のフロー図である。光学装置膜１００は、装置２００ａ、２００ｂを形成するためのその後の処理に利用され得る。説明を容易にするために、図３のＰＶＤチャンバ３００を参照して図６を説明する。しかしながら、図３のＰＶＤチャンバ３００以外のＰＶＤチャンバを方法６００と併せて利用してもよいことに留意されたい。

［００４１］動作６０１では、光学装置基板１０１は、ＰＶＤチャンバ３００内の基板支持体上に配置される。動作６０２では、光学装置基板１０１のゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８が堆積する。第１の材料を有する第１のターゲット３０４は、第１の電力レベルに設定され、第２の材料を含む前駆体ガスは、前駆体流量で提供される。一実施形態では、第１のターゲット３０４の第１の材料及び／又は第２の材料の前駆体ガスは、酸素含有材料又は窒素含有材料を含む。本明細書で記載及び参照される第１の材料は、約２．０以上の第１の屈折率を有する。本明細書で記載及び参照される第２の材料は、２．０未満の第２の屈折率を有する。第１の材料には、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）若しくはニオブ（Ｎｂ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。第２の材料には、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）若しくはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物又は窒化物が含まれるが、それらに限定されない。別の実施形態では、酸素含有ガスが処理空間３０５へ供給される。別の実施形態では、酸素含有ガス又は窒素含有ガスが、処理空間３０５へ供給される。実施形態では、堆積した第１の材料及び第２の材料は、酸素含有ガス又は窒素含有ガスと反応して、光学装置膜１００の最初のゾーン１０８が形成される。別の実施形態では、光学装置基板１０１は、約－２０℃から３００℃の間の所定温度で維持される。

［００４２］一実施形態では、第１の材料の第１の濃度は、第１の電力レベルの上限で第１のターゲット３０４に第１の電力レベルを印加することによって、ゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。最高電力レベルに相当する第１の電力レベルの上限が、方法６００の間に第１のターゲット３０４に供給される。実施形態では、第２の材料の第２の濃度は、前駆体ガスを流さないか又は方法６００の間に最低流量で前駆体ガスを流すことによって最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。別の実施形態では、第１の材料の第１の濃度は、第１の電力レベルを印加しないか又は第１の電力レベルの下限で第１のターゲット３０４に第１の電力レベルを印加することによって、ゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。最低電力レベルに相当する第１の電力レベルの下限が、方法６００の間に第１のターゲット３０４に供給される。実施形態では、第２の材料の第２の濃度は、方法６００の間、方法５００の間に最高流量で前駆体ガスを流すことによって最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。さらに別の実施形態では、第１の濃度及び第２の濃度は、方法６００の間に、第１の材料の第１のターゲット３０４に供給される第１の電力レベルを変化させること及び前駆体ガスの流量を変化させることの少なくとも一方によって制御され得る。

［００４３］動作６０３では、ゾーン１０５の範囲の最終ゾーン１０９が堆積するまで、光学装置膜１００の後続のゾーンが堆積する。後続ゾーンの堆積は、第１の材料の第１ターゲットに提供される第１の電力レベルを増加させる又は減少させること、及び第２の材料を含む前駆体ガスの流量を増加又は減少させることの少なくとも一方を含み、酸素濃度又は窒素濃度と、第１の材料の第１の濃度プロファイルと、第２の材料の第２の濃度プロファイルとを有する光学装置膜１００を形成する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、厚さ１０６は、光学装置膜１００のゾーン１０５の範囲全体にわたって一定又は実質的に一定な酸素又は窒素濃度を有する。

［００４４］図７は、光学装置膜１００を形成する方法７００のフロー図である。光学装置膜１００は、装置２００ａ、２００ｂを形成するためのその後の処理に利用され得る。説明を容易にするために、図４のＣＶＤチャンバ４００を参照して図７を説明する。しかしながら、図４のＣＶＤチャンバ４００以外のＣＶＤチャンバを方法７００と併せて利用してもよいことに留意されたい。

［００４５］動作７０１では、光学装置基板１０１は、ＣＶＤチャンバ４００内の基板支持体上に配置される。動作７０２では、光学装置基板１０１のゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８が堆積する。第１のガスは第１のガス流量を有し、第２のガスは第２のガス流量を有する。本明細書で記載及び参照される第１のガスの第１の材料は、約２．０以上の第１の屈折率を有する。本明細書で記載及び参照される第２のガスの第２の材料は、２．０未満の第２の屈折率を有する。一実施形態では、第１のターゲット３０４の第１の材料及び／又は第２の材料の前駆体ガスは、酸素含有材料又は窒素含有材料を含む。一実施形態では、光学装置基板１０１は、約－２０℃から３００℃の間の所定温度で維持される。

［００４６］一実施形態では、第１の材料の第１の濃度は、方法７００の間に最高流量で第１のガスを流すことによって、ゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。実施形態では、第２の材料の第２の濃度は、第２のガスを流さないか又は方法７００の間に最低流量で第２のガスを流すことによって最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。別の実施形態では、第１の材料の第１の濃度は、第１のガスを流さないか又は方法７００の間に最低流量で第１のガスを流すことによってゾーン１０５の範囲の最初のゾーン１０８で最小濃度を有する。実施形態では、第２の材料の第２の濃度は、方法７００の間に最高流量で第２のガスを流すことによって最初のゾーン１０８で最大濃度を有する。さらに別の実施形態では、第１の濃度及び第２の濃度は、方法７００の間に、第１のガス流量を変化させること及び第２のガス流量を変化させることの少なくとも一方によって制御され得る。

［００４７］動作７０３では、ゾーン１０５の範囲の最終ゾーン１０９が堆積するまで、光学装置膜１００の後続のゾーンが堆積する。後続ゾーンの堆積は、第１の材料を含む第１のガスの第１の流量を増加させる又は減少させること、及び第２の材料を含む前駆体ガスの第２の流量を増加又は減少させることの少なくとも一方を含み、酸素濃度又は窒素濃度と、第１の材料の第１の濃度プロファイルと、第２の材料の第２の濃度プロファイルとを有する光学装置膜１００を形成する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、厚さ１０６は、光学装置膜１００のゾーン１０５の範囲全体にわたって一定又は実質的に一定な酸素又は窒素濃度を有する。

［００４８］まとめると、酸素濃度又は窒素濃度と、第１の材料の第１の濃度プロファイルと、第２の材料の第２の濃度プロファイルとを有する光学装置膜、及び光学装置膜の形成方法が、本明細書に記載されている。堆積中に段階的に異なる濃度の第１の材料及び第２の材料を組み込むことによって、光学装置膜の光学特性、すなわち屈折率の変更が可能になる。一実施形態では、方法は、第１の材料の第１のターゲットに提供される第１の電力レベルを増加させること若しくは減少させること、又は第２の材料の第２のターゲットに提供される第２の電力レベルを増加させること若しくは減少させることの少なくとも一方によって、第１の濃度プロファイル及び第２の濃度プロファイルを制御することを含む。別の実施形態では、方法は、第１の材料の第１のターゲットに提供される第１の電力レベルを増加させること若しくは減少させること、及び第２の材料を含む前駆体ガスの流量を増加させること若しくは減少させることの少なくとも一方によって、第１の濃度プロファイル及び第２の濃度プロファイルを制御することを含む。さらに別の実施形態では、方法は、第１の材料を含む第１のガスの第１の流量を増加させること若しくは減少させること、及び第２の材料を含む第２のガスの第２の流量を増加させること若しくは減少させることの少なくとも一方によって、第１の濃度プロファイル及び第２の濃度プロファイルを制御することを含む。

［００４９］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が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (12)

1. 導波路であって、
   光学装置基板上に配置された複数の光学装置構造体を含み、前記複数の光学装置構造体の光学装置構造体が、
   厚さであって、前記厚さの０％に実質的に相当する第１の表面に隣接する最初のゾーンから前記厚さの１００％に実質的に相当する第２の表面に隣接する最終ゾーンまで、一連のゾーンに分けられており、前記一連のゾーンの各ゾーンがゾーン厚さを有する、厚さと、
   前記複数の光学装置構造体の前記一連のゾーンの各ゾーンの酸素濃度又は窒素濃度であって、前記一連のゾーンの前記ゾーンのすべてにわたって維持されている、酸素濃度又は窒素濃度と、
   ２．０以上の第１の屈折率を有する第１の材料であって、前記一連のゾーン全体にわたって第１の濃度プロファイルを有し、前記最初のゾーンが前記第１の材料の０原子パーセントの最小濃度を有し、前記最終ゾーンが前記第１の材料の最大濃度を有し、かつ前記第１の濃度プロファイルにおいて、先行ゾーンのすぐ上に配置された各ゾーンの第１の濃度が、前記先行ゾーンの前記第１の濃度以上である、第１の材料と、
   ２．０未満の第２の屈折率を有する第２の材料であって、前記一連のゾーン全体にわたって第２の濃度プロファイルを有し、前記第２の濃度プロファイルが前記第１の濃度プロファイルとは連続的に異なり、前記最初のゾーンが前記第２の材料の最大濃度を有し、前記最終ゾーンが前記第２の材料の０原子パーセントの最小濃度を有し、かつ前記第２の濃度プロファイルにおいて、先行ゾーンのすぐ上に配置された各ゾーンの第２の濃度が、前記先行ゾーンの前記第２の濃度以下である、第２の材料と
   を有する、導波路。
2. 前記ゾーン厚さが前記厚さの０．００１％から５０％である、請求項１に記載の導波路。
3. 前記第１の材料が、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、インジウム（Ｉｎ）若しくはニオブ（Ｎｂ）の酸化物又は窒化物を含む、請求項１に記載の導波路。
4. 前記第２の材料が、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）、スカンジウム（Ｓｃ）、スズ（Ｓｎ）、イットリウム（Ｙ）、プラセオジム（Ｐｒ）若しくはマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物又は窒化物を含む、請求項１に記載の導波路。
5. 前記酸素濃度が、±１０％で６６．６７原子パーセントである、請求項１に記載の導波路。
6. 前記第１の表面に隣接する前記一連のゾーンの最初のゾーンが、
   前記第１の材料の最大濃度と、
   前記第２の材料の０原子パーセントの最小濃度と
   を含み、かつ
   前記第２の表面に隣接する前記一連のゾーンの最終ゾーンが、
   前記第１の材料の０原子パーセントの最小濃度と、
   前記第２の材料の最大濃度と
   を含む、請求項１に記載の導波路。
7. 前記第１の濃度プロファイルにおいて、先行ゾーンのすぐ上に配置された各ゾーンの第１の濃度が、前記先行ゾーンの前記第１の濃度以下であり、かつ
   前記第２の濃度プロファイルにおいて、前記先行ゾーンのすぐ上に配置された各ゾーンの第２の濃度が、前記先行ゾーンの前記第２の濃度以上である、
   請求項６に記載の導波路。
8. 前記第１の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最初のゾーンで前記最大濃度を有し、前記第１の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの中点で前記最小濃度を有し、前記第１の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最終ゾーンで前記最大濃度を有し、かつ
   前記第２の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最初のゾーンで前記最小濃度を有し、前記第２の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記中点で前記最大濃度を有し、前記第２の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最終ゾーンで前記最小濃度を有する、
   請求項１に記載の導波路。
9. 前記第１の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最初のゾーンで前記最小濃度を有し、前記第１の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの中点で前記最大濃度を有し、前記第１の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最終ゾーンで前記最小濃度を有し、かつ
   前記第２の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最初のゾーンで前記最大濃度を有し、前記第２の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記中点で前記最小濃度を有し、前記第２の濃度プロファイルが前記一連のゾーンの前記最終ゾーンで前記最大濃度を有する、
   請求項１に記載の導波路。
10. 前記複数の光学装置構造体が、導波路内に配置されている、請求項１に記載の導波路。
11. 前記複数の光学装置構造体が、前記複数の光学装置構造体の前記第１の表面に対して傾斜している、請求項１０に記載の導波路。
12. 前記一連のゾーンの各ゾーン間の前記酸素濃度又は前記窒素濃度の差が、１０％の原子パーセンテージである、請求項１０に記載の導波路。