TW202334466A - 具有優選結晶定向之金紅石相ｔｉｏｘ沉積 - Google Patents
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Abstract
本揭示案之實施例大體係關於光學裝置。更具體而言，本文所述實施例係關於光學裝置層堆疊、由光學裝置層堆疊形成之光學裝置，及形成光學裝置層堆疊之方法。
Description
本揭示案之實施例大體係關於光學裝置。更具體而言，本文所述實施例係關於光學裝置層堆疊、由光學裝置層堆疊形成之光學裝置，及形成光學裝置層堆疊之方法。
虛擬實境大體被視為電腦所產生之模擬環境，使用者在其中具有表觀實體存在。虛擬實境體驗可以3D產生，並藉由頭戴式顯示器(HMD)觀看，諸如，眼鏡或其他可穿戴之顯示裝置，該等顯示裝置具有近眼顯示面板作為透鏡以顯示替代實際環境之虛擬實境環境。
然而，擴增實境實現了一種體驗，使用者在其中仍可透視眼鏡或其他HMD裝置之顯示透鏡以檢視周圍環境，還亦見到經產生以作為環境的一部分出現之虛擬物件的影像。擴增實境可包括任何類型之輸入，諸如，音訊及触覺輸入，以及強化或擴增使用者所體驗之環境的虛擬影像、圖形及視訊。作為新興技術，擴增實境面臨許多挑戰及設計限制。
一個此種挑戰為顯示疊加在周圍環境上之虛擬影像。使用包括波導組合器（諸如，擴增實境波導組合器）及平直光學裝置（諸如，超穎表面）之光學裝置以幫助疊加影像。所產生之光傳播穿過光學裝置，直至光離開光學裝置並疊加在周圍環境上為止。
因此，此項技術中需要一種光學裝置膜、光學裝置層堆疊、由光學裝置層堆疊形成之光學裝置，及一種形成光學裝置層堆疊之方法。
在一個實施例中，提供一種用於形成光學裝置層堆疊之方法。該方法包括在基板上沉積含鈦層，及熱處理該含鈦層以在該基板上形成定向內襯。接著，在定向內襯之上沉積氧化鈦的光學裝置層。金紅石相氧化鈦構成沉積在定向內襯上之光學裝置層的約百分之百。
在另一實施例中，提供一種光學裝置層堆疊。該光學裝置層堆疊包括具有第一表面之基板，及安置在該基板的第一表面之上的定向內襯。該光學裝置層堆疊亦包括安置在定向內襯之上的光學裝置層。定向內襯係由含鈦材料形成，且該光學裝置層係由氧化鈦形成，該氧化鈦選自由二氧化鈦(IV) (TiO
2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti
2O
3)、Ti
3O、Ti
2O、δ-TiO
x（其中x為0.68至0.75）及Ti
nO
2n-1（其中n為3至9）組成之群組。氧化鈦之金紅石相為該光學裝置層的約百分之百。
在又一實施例中，提供一種光學裝置。該光學裝置包括具有第一表面之基板，及安置在光學裝置基板的第一表面之上的複數個光學裝置結構。該基板上之該複數個光學裝置結構在平行於基板的第一表面之方向上彼此間隔開。該複數個光學裝置結構中之每一者係由安置在基板上之定向內襯及光學裝置層形成。該等光學裝置結構中之每一者中的定向內襯係由含鈦材料形成，且該光學裝置層係由氧化鈦形成。光學裝置層中之氧化鈦係選自由二氧化鈦(IV) (TiO
2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti
2O
3)、Ti
3O、Ti
2O、δ-TiO
x（其中x為0.68至0.75）及Ti
nO
2n-1（其中n為3至9）組成之群組。氧化鈦之金紅石相為該光學裝置層的約百分之百。
本揭示案之實施例大體係關於光學裝置。更具體而言，本文所述實施例係關於光學裝置層堆疊、由光學裝置層堆疊形成之光學裝置，及形成光學裝置層堆疊之方法。詳情請參見附件。
第1圖為根據本文所述的一個實施例之處理腔室100的示意性橫截面圖。處理腔室100可為沉積腔室，諸如，PVD腔室。處理腔室100可用以執行本文所述方法且至少經配置以在基板101上沉積薄膜。應理解，腔室100為例示性物理氣相沉積(PVD)腔室，且可一同使用其他PVD腔室（包括來自其他製造商之PVD腔室）或修改該等其他PVD腔室以實現本揭示案之方法。雖然在本揭示案中論述PVD，但亦考慮了各種沉積技術，諸如，化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)等。
處理腔室100包括附接至腔室主體110（例如，經由腔室主體配接器）之一或更多個陰極102、103，其具有對應的單個靶或複數個靶。儘管在第1圖中所描繪且在本文中所論述之實例PVD腔室100為多陰極PVD腔室，但亦可替代地使用具有單個靶之脈衝式直流PVD腔室以執行本文方法。在第1圖中所示之實施中，處理腔室100包括至少一個第一靶104及至少一個第二靶106。第一靶104包括至少一種第一材料，且第二靶106包括至少一種第二材料。雖然第1圖描繪出一個第一靶104及一個第二靶106，但處理腔室100可僅包括單個靶、一或更多個第一靶104及/或一或更多個第二靶106。每一陰極（例如，第一靶104及第二靶106）可耦接至DC電源112及/或RF電源114以及匹配網路116。
處理腔室100經配置以包括具有支撐表面134之基板支撐件132，以支撐基板101。處理腔室100包括開口150（例如，狹縫閥），端效器（未示出）延伸穿過該開口150以將基板101放置至升舉銷（未示出）上，用於使基板101下降至支撐表面134上。
處理腔室100包括濺鍍氣源161，其可操作以向處理空間105供應濺鍍氣體。根據一些實施例，可由非反應性濺鍍氣體（諸如，氬(Ar)、氪(Kr)，等）及/或由包括含氧氣體（例如，O
2）以用於氧化沉積之製程氣體在處理空間105中產生電漿198。本揭示案考慮了亦可使用（若干）其他濺鍍氣體。
在濺鍍氣源161與處理空間105之間安置氣流控制器162以控制濺鍍氣體自濺鍍氣源161向處理空間105的流動。處理腔室100亦包括反應性氣源163，其可操作以向處理空間105供應反應性氣體，諸如，含氧氣體或含氮氣體。在反應性氣源163與處理空間105之間安置氣流控制器164以控制反應性氣體自反應性氣源163向處理空間105的流動。處理腔室100可包括前驅物氣源170，其可操作以向處理空間105供應前驅物氣體。在可與其他實施例組合之一個實施例中，在前驅物氣源170與處理空間105之間安置氣流控制器171以控制前驅物氣體自前驅物氣源170向處理空間105的流動。濺鍍氣體、反應性氣體及前驅物氣體在本文中可各自被稱作製程氣體。在處理期間，可使用真空裝置及/或氣流控制器162、164、171將處理空間105維持在製程壓力下。
基板支撐件132包括RF偏壓電源138，其經由匹配網路142耦接至安置於基板支撐件132中之偏壓電極140。基板支撐件132包括將基板101固定在基板支撐件132之支撐表面134上的機構（未示出），諸如，靜電卡盤、真空卡盤、基板固定夾，或其類似者。基板支撐件132包括安置在基板支撐件132中之冷卻導管165，其中該冷卻導管165可控地將基板支撐件132及定位於其上之基板101冷卻至預定溫度，例如，在約-20℃與約300℃之間。冷卻導管165耦接至冷卻流體源168以提供冷卻流體（未示出）。基板支撐件132亦包括內嵌在其中之加熱器167。安置在基板支撐件132中之加熱器167（諸如，電阻式元件）耦接至可選加熱器電源166並可控地將基板支撐件132及定位於其上之基板101加熱至預定溫度，例如，在約-150℃與約500℃之間。
第2圖為根據本揭示案的某些實施例之處理腔室200的示意性橫截面圖。在所示實例中，處理腔室200可為快速熱處理(RTP)腔室。適當RTP腔室之實例可包括可購自加利福尼亞州聖克拉拉市應用材料有限公司之RADIANCE
®RTP或CENTURA
®RTP腔室。雖然處理腔室200示出頂部加熱配置（亦即，相對而言在基板上方設置加熱燈），但預期亦可利用底部加熱配置（亦即，相對而言在基板下方設置加熱燈）以受益於本揭示案。待經熱處理之基板212（例如，諸如矽基板之半導體基板）通過閥或進出埠213進入處理腔室200之製程區域218中。藉由環形支撐環214將基板212支撐在其周邊上。邊緣唇部215向環形支撐環214內部延伸並接觸基板212之背側的一部分。基板可經定向以使得已形成在基板212的前表面中之經處理特徵216向上地面向藉由透明石英視窗220限定在其上側上的製程區域218。基板212之前表面面朝燈226之陣列。在一些實施例中，基板212之前表面（其上形成有經處理特徵）可背離燈226之陣列，亦即，面朝高溫計240。與示意圖相反，特徵216在大多數情況下不會突出超過基板212之前表面達實質性距離，而會在前表面之平面內及其附近構成圖案。
當在槳葉或機器人葉片（未示出）之間搬運基板時，複數個升舉銷222（諸如，三個升舉銷）可上升及下降以支撐基板212之背側，從而將基板帶至處理腔室中及帶至支撐環214上。輻射加熱設備224定位在視窗220上方且經配置以經由視窗220朝向基板212導向輻射能量。在處理腔室200中，輻射加熱設備可包括大量（2409為例示性數目）高強度鎢-鹵素燈226，其定位於在視窗220上方呈六方密排陣列佈置之相應反射管227中。燈226之陣列有時稱作燈頭。然而，考慮可用其他輻射加熱設備取代。大體而言，此些涉及電阻式加熱以迅速升高輻射源之溫度。適當燈之實例包括汞蒸氣燈，其具有環繞燈絲及閃光燈之為玻璃或矽石的封套，該等閃光燈包括環繞氣體（諸如，氙）之為玻璃或矽石的封套，當氣體被激發時，該氣體提供了熱源。如本文中所使用，術語燈旨在涵蓋包括環繞熱源之封套的燈。燈之「熱源」代表可增加基板溫度之材料或元件（例如，可被激發之燈絲或氣體），或發射輻射之材料的固體區域（諸如，LED或固態雷射或雷射二極體）。
如本文中所使用，快速熱處理或RTP代表能夠以約50℃/秒及更高之速率，例如，以約100℃/秒至150℃/秒及約200℃/秒至400℃/秒之速率均勻地加熱基板的設備或製程。RTP腔室中之典型斜降（冷卻）速率在約80℃/秒至150℃/秒之範圍中。在RTP腔室中執行之一些製程需要跨基板之小於攝氏幾度的溫度變化。因此，RTP腔室必須包括燈或其他適當加熱系統及加熱系統控制，其能夠以高達約100℃/秒至150℃/秒及約200℃/秒至400℃/秒之速率加熱，從而將快速熱處理腔室與不具有能夠以此些速率快速加熱的加熱系統及加熱控制系統之其他類型的熱腔室區分開。具有此種加熱控制系統之RTP腔室可在小於5秒內，例如，小於1秒內將樣本退火，且在一些實施例中為毫秒。
重要的係將跨基板212之溫度控制至跨基板212之嚴格定義的溫度均勻性。提高均勻性之一種被動手段可包括安置在基板212下面之反射器228。反射器228平行於大於基板212之區域並在其上延伸。反射器228將自基板212發射之熱輻射高效地反射回基板212以增強基板212之表觀發射率。基板212與反射器228之間的間距可在約3 mm與9 mm之間，且空腔之寬度與厚度的深寬比有利地大於220。反射器228（其可由鋁製成且具有高反射性之表面塗層或多層介電性干涉鏡）之頂部及基板212之背側形成反射空腔以增強基板的有效發射率，藉此提高溫度量測之準確度。在某些實施例中，反射器228可具有更不規則之表面或具有黑色或其他顏色之表面，以更類似於黑體壁。反射器228可沉積在第二壁253上，該第二壁253為由金屬製成之水冷式基底以使來自基板之過量輻射散熱，尤其係在冷卻期間。因此，處理腔室200之製程區域具有至少兩個大體上平行之壁，其中第一壁為視窗220，其由對輻射透明之材料（諸如，石英）製成，且第二壁253大體上平行於第一壁且由明顯不透明之金屬製成。
在實施例中，支撐環214被支撐在可旋轉支撐缸230上，該可旋轉支撐缸230係安置成自處理腔室200之內圓周表面260徑向向內。支撐缸230磁耦接至定位在處理腔室200外部之可旋轉凸緣232。馬達（未示出）使凸緣232旋轉且因而使基板圍繞其中心旋轉，該中心亦為大體對稱腔室之中心線。或者，支撐缸230之底部可為磁懸浮缸，其藉由安置於可旋轉凸緣232中之磁體保持就位並藉由使可旋轉凸緣232中之來自於可旋轉凸緣232中的線圈之磁場旋轉而旋轉。
在另一實施例中，將燈226劃分成多個區且圍繞中心軸線234大體上呈環狀佈置。控制電路系統改變在不同區中輸送給燈226之電壓，以藉此客製輻射能量之徑向分佈。分區加熱之動態控制受一個或複數個高溫計240影響，該一個或複數個高溫計240經由一或更多個光學光管242耦接（該一或更多個光學光管242經定位以經由反射器228中之孔隙面向基板212的背側）以跨旋轉基板212之外徑量測溫度。光管242可由各種結構形成，包括藍寶石、金屬及矽石纖維。電腦化控制器244接收高溫計240之輸出並因此控制供應給燈226之不同環的電壓，以藉此在處理期間動態地控制輻射加熱強度及圖案。高溫計大體量測在約700 nm至1000 nm之範圍中（例如，為40 nm）之狹窄波長帶寬中的光強度。控制器244或其他儀表經由熟知之普朗克分佈將光強度轉換成溫度，該普朗克分佈為自被保持在彼溫度下之黑體輻射出的光強度之光譜分佈。然而，高溫計受基板212之正被掃描的部分之發射率影響。發射率ε可在1（對於黑體而言）至0（對於完美反射體而言）之間變化，且因此為基板背側之反射率R=1-ε的逆度量。雖然基板之背側通常均勻而使得預期均勻的發射率，但背側成分可能取決於先前處理而變化。可藉由進一步包括發射計來改良高溫計，該發射計用以光學地探測基板以量測其在相關波長範圍中所面對之基板部分的發射率或反射率，且控制器244內之控制演算法包括該已量測的發射率。
第3圖為根據本文所述的某些實施例之在基板上形成光學裝置層堆疊的方法300之流程圖。可接著由光學裝置層堆疊形成一或更多個光學裝置。可使用本文所述實施例形成之例示性光學裝置包括波導組合器（諸如，擴增實境波導組合器）及平直光學裝置（諸如，超穎表面）。
第4A圖至第4C圖為根據某些實施例之利用第3圖中所示方法形成在基板402上形成於其中之光學裝置堆疊400的橫截面圖。光學裝置堆疊400包括形成在基板402上之定向內襯406，及形成在定向內襯406上之裝置層408。在一個實施例中，利用光學裝置堆疊400在基板402上形成一或更多個光學裝置。
方法300以操作302開始，此處將基板（諸如，第4圖中所描繪之基板402）定位至第一處理腔室（諸如，第1圖中所描繪之處理腔室100）或其他適當處理腔室中以用於沉積製程。在實施例中，基板402可具有大體上平坦之表面、不均勻表面，或其上形成有結構的大體上平坦之表面。基板402可為任何適當的光學裝置基板。基板402可為任何適當材料，只要基板402可充分地傳輸所需波長或波長範圍中之光且可充當用於光學裝置堆疊400之充分支撐件即可。在可與本文中之其他實施例組合的實施例中，基板402由包括但不限於如下各者之材料製成：矽、二氧化矽、碳化矽、矽石（例如，熔融矽石）、藍寶石、具有大於2.0之折射率的玻璃、金剛石、鋁酸鑭、氧化鎂、氮化鎵、氧化鎵或其組合。基板402可具有各種尺寸，諸如，200 mm或300 mm直徑之晶圓，以及為矩形或正方形之面板。
在操作304處，在基板402上形成含鈦內襯404，如第4A圖中所示。在實施例中，含鈦內襯404包括來自由純鈦(Ti)、二氧化鈦(IV) (TiO
2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti
2O
3)、Ti
3O、Ti
2O、δ-TiO
x（其中x為0.68至0.75）及Ti
nO
2n-1（其中n為3至9）組成之群組的材料。Ti
nO
2n-1之實例包括Ti
3O
5及Ti
4O
7。鈦內襯402具有約20奈米(nm)或更小之內襯厚度，諸如，小於約10 nm，例如，5 nm。
在操作304期間，在實例中，含鈦內襯404可為藉由在處理腔室（諸如，處理腔室100）中執行典型PVD製程而沉積在基板402上之純鈦層。儘管結合第3圖描述了方法操作，但熟習此項技術者將理解，配置成（以任何次序）執行該等方法操作之任何系統在本文所述實施例之範疇內。雖然在本揭示案中論述PVD，但亦預期各種沉積技術，諸如，化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電子束蒸鍍、熱蒸鍍，等。
在操作304中，可在PVD處理腔室100中藉由使用耦接至濺射靶104之RF電源114來沉積含鈦內襯404。濺鍍靶104可包括鈦。根據一些實施例，可由非反應性氣體（諸如，氬(Ar)、氪(Kr)，等）及/或由包括含氧氣體（例如，O
2）以用於氧化沉積之製程氣體產生電漿。在實施例中，非反應性純Ar氣體用以將含鈦內襯404沉積為純鈦。可經由安置在沉積腔室之側壁及/或頂部處的氣體導管將非反應性氣體及任何處理氣體引入至沉積腔室中。根據一個實施例，氣源與氣體導管流體連通，以使得氣源將製程氣體供應至濺鍍靶。一旦已形成電漿，便可將濺鍍電漿輸送至濺鍍靶104以形成離子化物質，該等離子化物質在基板402上形成含鈦層（例如，含鈦內襯404）。根據一個實施例，可以自約1 kW至約10 kW（諸如，約5 kW）之功率位準向濺鍍靶施加RF功率。
在可與本文所述之其他實施例組合的一個實施例中，RF功率之頻率可在約10 MHz至約30 MHz之範圍中，例如，約13.56 MHz。在另一實施例中，處理空間中之製程壓力小於或等於50毫托，諸如小於或等於20毫托，諸如小於或等於10毫托（例如，在1毫托與10毫托之間）。在一些實施例中，可使用並調整連接至PVD腔室100之自動電容調諧器(ACT)（未示出），以在沉積期間控制基板支撐件之偏壓，此可幫助獲得沉積材料朝向基板402之一致流動。
或者或另外，在另一實施例中，若使用濺鍍靶106，則耦接至PVD處理腔室之濺鍍靶106的DC電源供應器112可用以點燃並維持處理氣體（例如，惰性氣體或用於氧化沉積之含氧氣體）之電漿，以用於含鈦內襯404的沉積。處理氣體經激發以點燃產生正離子之電漿，該等正離子被加速至濺鍍靶（例如，矽濺鍍靶）並濺鍍該濺鍍靶材料。在一個實施例中，可以1 kW至約10 kW（諸如，約5 kW）之功率位準自DC電源供應器112向靶106提供DC功率。根據一些實施例，在其中使用RF及DC功率之實施例中，所施加之RF功率與所施加之DC功率的比率可為約2:1至約8:1，例如，約4:1至約6:1。在一些實施例中，可藉由脈衝式DC功率來偏壓濺鍍靶，以調諧背側膜層之應力位準。在此實施例中，可執行高功率脈衝磁控濺鍍製程以點燃並維持電漿，該電漿提供波形之濺鍍及蝕刻相。
在操作306處，將其上沉積有含鈦內襯404之基板402移送至第二處理腔室中，諸如，第2圖中所描繪之熱退火處理腔室200。或者，可在經配置以向基板402及含鈦內襯404提供足夠熱能的任何處理腔室中執行退火製程。在操作308中，在基板402及含鈦內襯404上執行熱退火製程以在基板402上形成定向內襯406，如第4B圖中所示。執行熱退火製程以修復、緻密化並增強含鈦內襯404之晶格結構，從而使內襯404結晶及/或增強內襯404之結晶度。
操作308中之熱退火製程可將含鈦內襯404加熱至大於攝氏400度之退火溫度，諸如在約攝氏400度與約攝氏1500度之間，例如在約攝氏800度與約攝氏1200度之間，諸如約攝氏900度。在退火製程期間，可將退火氣體/空氣混合物供應至處理腔室200。可在退火氣體混合物中供應之氣體可包括空氣、O
2、N
2、Ar、Kr、Xe、H
2O、H
2或其組合。退火製程可發生歷時在約1分鐘至約72小時之間的退火時間。在實施例中，退火製程為約15分鐘。
在熱退火製程之後，含鈦內襯404可變成定向內襯406，以便為後續沉積製程提供生長模板以形成光學裝置堆疊400。在熱退火製程期間提供之熱能會幫助含鈦內襯404自非晶狀態結晶化為結晶狀態（在純鈦層的情形下），或增強含鈦內襯404之結晶度（在氧化物層的情形下）。所形成之定向內襯406可為結晶的或多晶的。在實施例中，定向內襯406具有晶體定向。在另一實施例中，定向內襯406包括為(211)、(110)、(101)、(200)、(111)、(210)、(220)、(002)、(221)、(301)、(311)、(320)、(202)、(212)、(321)、(400)或(410)中之一者的晶體定向。在一個實例中，定向內襯406之晶體定向為(211)。
在可與本文所述之其他實施例組合的一些實施例中，在操作308處執行之熱退火製程可視需要為快速熱退火製程、雷射退火製程、爐退火製程或任何適當的熱退火製程。
在基板402上形成定向內襯406之後，在操作310中，將其上形成有定向內襯406之基板402移送至沉積處理腔室（諸如，在第1圖中描繪且在操作302中利用之第一處理腔室100）中，用於裝置層408的沉積。或者，可使用能夠進行沉積製程之其他適當處理腔室。
在操作312中，在定向內襯406上沉積裝置層408，如第4B圖中所示。在可與本文其他實施例組合之實施例中，裝置層408包括氧化鈦。氧化鈦係選自由二氧化鈦(IV) (TiO
2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti
2O
3)、Ti
3O、Ti
2O、δ-TiO
x（其中x為0.68至0.75）及Ti
nO
2n-1（其中n為3至9）組成之群組。Ti
nO
2n-1之實例包括Ti
3O
5及Ti
4O
7。氧化鈦之金紅石相構成裝置層408的約百分之百。裝置層408中之氧化鈦可為結晶的或多晶的。在實施例中，裝置層408包括為(211)、(110)、(101)、(200)、(111)、(210)、(220)、(002)、(221)、(301)、(311)、(320)、(202)、(212)、(321)、(400)或(410)中之一者的晶體定向。在一個實例中，裝置層408經形成有對(211)之晶體定向偏好。在實施例中，裝置層408之晶相可與定向內襯406匹配。在一個實例中，定向內襯406及裝置層408為結晶的。在另一實例中，定向內襯406及裝置層408為多晶的。裝置層408之晶體定向可與定向內襯406匹配。在一個實例中，定向內襯406及裝置層408具有為(211)之晶體定向。在實施例中，裝置層408經形成而具有約1000 nm或更小之厚度。
在操作312期間，在實例中，裝置層408為藉由在PVD處理腔室（諸如，處理腔室100）中執行PVD製程而沉積在定向內襯406上之氧化鈦層。雖然在本揭示案中論述PVD，但亦預期各種沉積技術，諸如，化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電子束蒸鍍、熱蒸鍍，等。
在操作312中之PVD製程期間，可自反應性氣源向處理空間105提供含氧氣體（例如，O
2），且可自濺鍍氣源提供濺鍍氣體（例如，氬）。取決於所使用之靶104、106，可使用自DC電源供應器112向第二靶106提供之功率及/或自RF電源供應器114向第一靶104提供之功率以點燃處理空間105中之電漿。可使用耦接至RF電源供應器114之第一靶104或耦接至DC電源供應器112之第二靶106中的任一者來沉積裝置層408。在一些實施例中，來自DC電源供應器112之DC功率可呈脈衝式，以產生電漿。在一個實施例中，可以自約1 kW至約10 kW（諸如，約5 kW）之功率位準（例如，以13.56 MHz之頻率）自RF電源供應器114向靶104提供RF功率。在一個實施例中，可以1 kW至約10 kW（諸如，約5 kW）之功率位準自DC電源供應器112向靶106提供DC功率。
在操作312期間，在一個實施例中，第二靶106可為鈦(Ti)靶。在PVD製程期間，濺鍍氣體（例如，氬）之電漿轟擊第二靶106，導致鈦原子將自第二靶106噴射出去。DC功率可用以吸引濺鍍氣體之離子及或自由基以及電子，以濺鍍來自第二靶106之材料。在實施例中，氧原子與第二靶106上之鈦原子反應並形成氧化鈦。鈦及氧原子可接著作為氧化鈦自第二靶106噴射出去並沉積在基板402上的定向內襯406之上。在另一實施例中，流至處理空間中之反應性氣體（例如，O
2）作為沉積裝置層408中之氧化鈦的一部分被消耗。
在可與本文所述之其他實施例組合的一個實施例中，PVD製程在金屬模式下操作，從而導致第二靶106在沉積製程期間不會氧化。在另一實施例中，處理空間105中之製程壓力小於或等於50毫托，諸如小於或等於20毫托，諸如小於或等於10毫托（例如，在1毫托與10毫托之間）。在一些實施例中，可使用並調整連接至PVD腔室100之自動電容調諧器(ACT)（未示出），以在沉積期間控制基板支撐件132之偏壓，此可幫助獲得沉積材料朝向基板402之一致流動。
使用本文所述態樣，已發現，藉由在操作306及308中執行之沉積及退火製程所形成的定向內襯406會在基板402上製備生長模板，該生長模板促進並迫使裝置層408之氧化鈦以特定晶相及優選定向形成。在實施例中，定向內襯406因此促進並迫使裝置層408中約百分之百的氧化鈦為金紅石相。在另一實施例中，沉積在定向內襯406上之裝置層408中的氧化鈦表現出對(211)之晶體定向的偏好。
因為金紅石相氧化鈦與銳鈦礦相氧化鈦相比較而言具有更高的折射率，所以僅由金紅石相氧化鈦形成之光學裝置膜層與由多相氧化鈦層（具有金紅石相及銳鈦礦相氧化鈦的混合物）形成之光學裝置膜層相比較而言表現出減小的光學損失。光學裝置膜層中之金紅石相及銳鈦礦相氧化鈦的混合物可導致不同相之邊界處的光學干擾，藉此導致光學損失。在實施例中，當比較由直接沉積在基板上之氧化鈦及沉積在藉由本文所論述的方法300形成之定向內襯上的氧化鈦所形成之光學裝置層之間的光學損失量測值時，已發現，沉積在定向內襯上之氧化鈦表現出小至可視範圍光之0.03%的光學損失，而由直接在基板上沉積氧化鈦所形成之光學裝置層表現出可視範圍光之至少0.07%及更大的光學損失。
儘管未示出，但方法300可在操作312中所執行之裝置層408的沉積之後繼續額外的蝕刻及/或微影步驟，以形成第5圖中所示之光學裝置500。
第5圖為光學裝置500之示意性橫截面圖。光學裝置500由光學裝置層堆疊400形成。在可與本文所述之其他實施例組合的一個實施例中，光學裝置500為波導組合器，諸如，擴增實境波導組合器。在可與本文所述之其他實施例組合的另一實施例中，光學裝置500為平直光學裝置，諸如，超穎表面。光學裝置500包括安置在基板402上之光學裝置結構502。光學裝置結構502係由光學裝置層堆疊400形成，使得光學裝置結構502之由裝置層408形成的部分的約百分之百為金紅石相氧化鈦。光學裝置結構502包括對應於光學裝置結構502之寬度的亞微米臨界尺寸，例如，奈米大小之尺寸。光學裝置結構502可為二元結構（未示出），其中側壁504垂直於基板402。光學裝置結構502可為有角度結構，其中側壁504中之至少一者相對於基板402成角度。光學裝置結構502係由光學裝置層堆疊400經由一或更多個微影及/或蝕刻製程形成。
總之，本文中描述光學裝置層堆疊、由光學裝置層堆疊形成之光學裝置，及形成光學裝置層堆疊之方法。詳情請參見附件。雖然前文針對本揭示案之實例，但可在不脫離本揭示案之基本範疇的情況下設計本揭示案之其他及另外實例，且本揭示案之範疇由以下申請專利範圍決定。
100:實例PVD腔室
100:PVD處理腔室
100:處理腔室
100:腔室
100:PVD腔室
100:第一處理腔室
101:基板
102:陰極
103:陰極
104:靶
104:第一靶
104:描繪一個第一靶
104:一個第一靶
104:多個第一靶
105: 處理空間
106:靶
106:第二靶
106:多個第二靶
106:一個第二靶
110:腔室主體
112:DC電源供應器
112:DC電源
114:RF電源
114:RF電源供應器
160:網路
132:基板支撐件
134:支撐表面
138:RF偏壓電源
140:偏壓電極
142:網路
150:開口
161:氣源
162:多個氣流控制器
162:氣流控制器
163:反應性氣源
164:氣流控制器
164:多個氣流控制器
165:冷卻導管
166:可選加熱器電源
167:加熱器
168:冷卻流體源
170:前驅物氣源
171:多個氣流控制器
171:氣流控制器
198:電漿
1 kW:功率位準
200:熱退火處理腔室
200:處理腔室
212:基板
213:進出埠
214:環形支撐環
214:支撐環
215:邊緣唇部
216:特徵
218:製程區域
220:視窗
220:透明石英視窗
222:銷
224:輻射加熱設備
226:燈
226:高強度鎢-鹵素燈
227:相應反射管
228:反射器
230:支撐缸
230:可旋轉支撐缸
232:凸緣
232:可旋轉凸緣
234:中心軸線
240:高溫計
242:光管
242:光學光管
244:控制器
253:第二壁
260:內圓周表面
300:方法
302:操作
304:操作
306:操作
306:多個操作
308:操作
308:多個操作
310:操作
312:操作
400:光學裝置層堆疊
400:光學裝置堆疊
402:基板
404:含鈦內襯
404:內襯
406:定向內襯
408:裝置層
500:光學裝置
502:光學裝置結構
504:側壁
因此，可詳細地理解本揭示案之上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得以上簡要概述的本揭示案之更特定描述，實施例中之一些在附加圖式中加以繪示。然而，應注意，附加圖式僅繪示例示性實施例，且因此不應視為對其範疇的限制，且可允許其他同等有效之實施例。
第1圖為根據本文所述的某些實施例之可用以執行物理氣相沉積(PVD)處理製程的實例處理腔室之示意性橫截面圖。
第2圖為根據本文所述的某些實施例之可用以執行熱退火處理製程的實例處理腔室之示意性橫截面圖。
第3圖為根據本文所述的某些實施例之在基板上形成光學裝置層堆疊的實例方法之流程圖。
第4A圖至第4C圖為根據本文所述的某些實施例之利用第3圖中所示的方法形成在基板上之光學裝置層堆疊的示意性橫截面圖。
第5圖為根據本文所述的某些實施例之光學裝置的示意性橫截面圖。
為了便於理解，在可能的情況下，已使用相同元件符號來表示諸圖中所共有之相同元件。預期一個實施例之元件及特徵可有益地併入其他實施例中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
500:光學裝置
502:光學裝置結構
504:側壁
Claims (20)
- 一種形成一光學裝置層堆疊之方法，包括： 在一基板上沉積一含鈦層； 熱處理該含鈦層以在該基板上形成一定向內襯；以及 在該定向內襯之上沉積為氧化鈦的一光學裝置層，其中氧化鈦之一金紅石相為該光學裝置層的約百分之百。
- 如請求項1所述之方法，其中該含鈦層係由純鈦或氧化鈦形成。
- 如請求項1所述之方法，其中該光學裝置層之該氧化鈦係選自由二氧化鈦(IV) (TiO 2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti 2O 3)、Ti 3O、Ti 2O、δ-TiO x（其中x為0.68至0.75）及Ti nO 2n-1（其中n為3至9）組成之群組。
- 如請求項1所述之方法，其中熱處理該含鈦層之步驟包括以下步驟：執行一熱退火處理製程，其中一退火溫度在約攝氏400度與約攝氏1500度之間。
- 如請求項1所述之方法，其中熱處理該含鈦層之步驟包括以下步驟：使一退火氣體流動，其中該退火氣體係選自由空氣、O 2、N 2、Ar、Kr、Xe、H 2O、H 2及其組合組成之群組。
- 如請求項1所述之方法，其中熱處理該含鈦層之步驟包括以下步驟：執行一熱退火處理製程歷時約1分鐘與約72小時之間的一退火時間。
- 如請求項1所述之方法，其中用以沉積該含鈦層之該沉積為一物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電子束蒸鍍或熱蒸鍍製程中之一者。
- 如請求項1所述之方法，其中用以沉積該光學裝置層之該沉積為一物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、電子束蒸鍍或熱蒸鍍製程中之一者。
- 如請求項1所述之方法，其中該含鈦層包括小於約20 nm之一厚度。
- 如請求項1所述之方法，其中該光學裝置層包括小於約1000 nm之一厚度。
- 一種光學裝置層堆疊，包括： 一基板，具有一第一表面； 一定向內襯，安置在該基板的該第一表面之上；以及 一光學裝置層，安置在該定向內襯之上，其中： 該定向內襯係由一含鈦材料形成； 該光學裝置層係由氧化鈦形成，該氧化鈦選自由二氧化鈦(IV) (TiO 2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti 2O 3)、Ti 3O、Ti 2O、δ-TiO x（其中x為0.68至0.75）及Ti nO 2n-1（其中n為3至9）組成之群組；以及 該氧化鈦之一金紅石相為該光學裝置層的約百分之百。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中該光學裝置層中之該氧化鈦的一晶體定向為(211)、(110)、(101)、(200)、(111)、(210)、(220)、(002)、(221)、(301)、(311)、(320)、(202)、(212)、(321)、(400)或(410)中之一者。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中該光學裝置層中之該氧化鈦的一晶體定向為(211)。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中該定向內襯及該光學裝置層為結晶的。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中該定向內襯及該光學裝置層為多晶的。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中該光學裝置層之一晶體定向與該定向內襯匹配。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中該光學裝置層之一晶相向與該定向內襯匹配。
- 如請求項11所述之光學裝置層堆疊，其中經由該光學裝置層透射之可視範圍光的一光學損失為約0.03%。
- 一種光學裝置，包括： 一基板，具有一第一表面； 複數個光學裝置結構，安置在該基板的該第一表面之上，該複數個光學裝置結構在平行於該第一表面之一方向上彼此間隔開，其中 該複數個光學裝置結構中之每一光學裝置結構係由安置在該基板上之一定向內襯及一光學裝置層形成， 該定向內襯係由一含鈦材料形成； 該光學裝置層係由氧化鈦形成； 該光學裝置層中之該氧化鈦係選自由二氧化鈦(IV) (TiO 2)、一氧化鈦(TiO)、三氧化二鈦(Ti 2O 3)、Ti 3O、Ti 2O、δ-TiO x（其中x為0.68至0.75）及Ti nO 2n-1（其中n為3至9）組成之該群組；以及 該氧化鈦之一金紅石相為該光學裝置層的約百分之百。
- 如請求項19所述之光學裝置，其中經由該複數個光學裝置結構傳輸之可視範圍光的一光學損失為約0.03%。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
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| US63/255,064 | 2021-10-13 | ||
| US202163270130P | 2021-10-21 | 2021-10-21 | |
| US63/270,130 | 2021-10-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202334466A true TW202334466A (zh) | 2023-09-01 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW111137783A TW202334466A (zh) | 2021-10-13 | 2022-10-05 | 具有優選結晶定向之金紅石相ｔｉｏｘ沉積 |
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| US5944964A (en) * | 1997-02-13 | 1999-08-31 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Methods and apparatus for preparing low net stress multilayer thin film coatings |
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| TWI372140B (en) * | 2003-01-28 | 2012-09-11 | Koninkl Philips Electronics Nv | Method of producing transparent titanium oxide coatings having a rutile structure |
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2022
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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