TW202415787A - 藉由磁控濺鍍以沉積量子化奈米層的方法 - Google Patents

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Abstract

一種在平坦基板的表面上沉積奈米層的方法，該方法包括以下步驟： 將一真空處理系統中的該(等)基板安裝在一固持器的一周圍區域(R)中的一基板支撐件上，該固持器可圍繞著其中心軸線B旋轉，該容器包括至少一個磁控濺鍍站，其具有安裝至一濺鍍源且與該磁控濺鍍站間隔開的一濺鍍靶材，以及至少一個電漿處理站，其具有一電漿源；該濺鍍靶材及該電漿源在每種情況下皆朝向該周圍區域(R)的不同部分； 對該容器進行抽氣； 使該固持器圍繞一中心軸線以一恆定速度旋轉； 將一濺鍍氣體引入該容器；以及 將一反應氣體直接引入該濺鍍站或該電漿站的至少一者中； 在該濺鍍站中激起一磁控放電並設定一磁控功率位準(P m)；以及 在該電漿處理站中激起一電漿並設定該電漿源的一電漿功率位準(P p)； 透過該固持器的旋轉使該(等)基板連續地： 暴露於該磁控放電，以沉積一高折射率材料層L h；以及 暴露於該處理電漿，以產生一低折射率材料層L l， 其中該固持器的旋轉速度及該磁控功率位準(P m)設定成使得一高折射材料井層L h的層厚度d h為： 0.1≤d h≤5nm。

Description

藉由磁控濺鍍以沉積量子化奈米層的方法
本發明係有關於如請求項1之在基板的表面上沉積量子化奈米層(QNL)的濺鍍方法、如請求項23之光學裝置以及如請求項30之沉積此種奈米層之處理系統。
光干涉塗層(例如，抗反射塗層、鏡面塗層或過濾塗層)係以具有至少2個不同折射率n的材料之堆疊為基礎。材料的折射率差異越大，干涉效應越強。因此，使用具有高折射率差的材料之層堆疊需要較少數量的單獨層，因此比起具有低折射率差的堆疊需要更小的總厚度。除了折射率之外，材料還必須滿足另一個要求，亦即，它們是透明的，並且在關鍵波長範圍內損耗可以忽略不計。
然而，已知在介電材料中，折射率與吸收邊緣係相關的。高折射率的材料在高波長下具有它們的吸收邊緣，而低折射率的材料在較低波長下具有吸收邊緣。
一種使折射率與吸收邊緣脫鉤的方法是斜向沉積(glancing angle deposition)，其中形成柱狀膜結構，這降低有效折射率。因此，同一材料的連續層與具有柱狀結構的層之間會產生干涉效應。這開啟了有趣的效果，例如，由於沒有不同材料之間的界面而具有較高的抗雷射損傷性，但缺點是增加對環境條件的敏感性。
最近克服這兩個特性之間的關聯之概念是量子化奈米層(QNL)，這個概念由Jupe等人於2019 年首次提出。在這個概念中，對厚度在奈米範圍或以下之高折射率及低折射率的薄層作堆疊。對於高折射率材料，這些層稱為井層，而對於低折射率材料，這些層稱為阻障層。有限的結構尺寸導致能隙的變化，能隙可以透過材料的物理厚度來進行調節，而材料的比率決定QNL的有效折射率。
在光干涉塗層中，帶隙與折射率的脫鉤可能提供使用材料組合來設計任何特定折射率的材料之優點，而不是搜尋有限數量的已知材料。作為一個實例，在紫外線範圍內，Ta 2O 5的帶隙可以朝更短的波長擴展，因而可以取代HfO 2的使用。這是值得期待的，因為鉿靶材價格昂貴，並且HfO 2具有成長多晶體而形成晶界的傾向，這會導致因雜散光所產生的耗損。
Henning 等人在“Manufacturing of Si-based hybrid metamaterials for increasing the refractive index in interference coatings”, Md.1, OIC 2022 XX中詳述另一個實例，其說明非晶矽與SiO 2的組合即使在可見波長範圍內也具有透明的可能性且有效折射率高於2.7。這樣的材料比眾所周知的TiO 2具有更大的優勢，TiO 2是在可見光波長範圍內為透明之具有最高折射率的材料。然而，到目前為止，還沒有實驗證據證明這種效果。
到目前為止，Steinecke 等人在“Quantizing nanolaminates as versatile materials for optical interference coating”, J. optical Society of America, Vol59, No. 5/10 February 2020中針對原子層沉積(ALD)及離子束濺鍍(IBS)塗層僅以實驗證明QNL效應。儘管這兩種替代方法都能產生良好的結果，但是它們在量產方面都有缺點。ALD具有低的成長速率，因為每個塗層循環僅沉積一個原子層，而在IBS中，域靶(zone target)需要機械地從奈米層的一種材料轉變成另一種材料，這在本質上亦限制沉積速率。在同一篇論文中，亦明確提到，幾次嘗試透過射頻濺鍍來沉積這樣的層只能確實地沉積厚度超過5nm的層，這太厚而無法顯示出量子化效果。
本發明的任務是解決習知技藝的問題並提供用於沉積QNL膜的替代但工業上可用的方法以及用於生產這樣的層之相應的真空處理工具。此外，本發明的任務是提供一種使用由相應方法生產之QNL膜的新型光學裝置。
這些任務透過具有請求項1的特徵之方法、透過如請求項30之用於沉積這樣的奈米層的真空處理系統以及如請求項23之光學裝置來解決。本發明的方法、處理系統及裝置之另外的實施例由各個從屬請求項的特徵來定義。
依據本發明，一種在平坦基板的表面上沉積所謂的量子化奈米層(QNLs)的方法包括以下步驟： 將一真空處理系統中的該(等)基板安裝在一固持器的周圍區域(R)中的一基板支撐件上，該固持器安裝成可圍繞著其中心軸線B旋轉，該容器包括至少一個磁控濺鍍站，其具有安裝至一濺鍍源且與該磁控濺鍍站間隔開的一濺鍍靶材，以及至少一個電漿處理站，其具有一電漿源；該濺鍍靶材及該電漿源在每種情況下將其作用指向該周圍區域(R)的不同部分； 對該容器進行抽氣； 使該固持器圍繞一中心軸線以一恆定速度旋轉； 將一濺鍍氣體引入該容器，例如，在該濺鍍站附近或直接至該濺鍍站中，這可以用一氣體環(gas ring)或另一種類型的環形氣體供應器(例如，一槽狀(slot like)氣體供應器)來實現，兩者都可以安裝在該濺鍍站的開口周圍或該濺鍍站內；以及 將一反應氣體直接引入該濺鍍站或該電漿站的至少一者，其中可選擇相似或相同類型的氣體導管； 在該濺鍍站中激起一磁控放電並設定一磁控功率位準(P m)；以及 在該電漿處理站中激起一處理放電並設定該電漿源的一電漿功率位準(P p)； 透過該固持器的旋轉使該(等)基板連續地且較佳重複地： 暴露於該磁控放電，以沉積一高折射率材料層L h；以及 暴露於該處理放電，以產生一低折射率材料層L l， 其中該固持器的旋轉速度及該磁控功率位準(P m)設定成使得一高折射率材料(可以具有高於1.65的折射率)井層L h的層厚度d h(有時亦稱d well或t h)為：0.1≤d h≤5nm(參見Steinecke)，例如，0.1≤d h≤4.0nm，以及特別地，例如，0.1≤d h≤3nm。
在本發明的一個實施例中，該電漿功率位準(Pp)設定成使得一低折射率材料(可以具有1.65或低於1.65的折射率)的阻障層L l的層厚度d l為：0.1≤d l≤30nm，例如，0.1≤d l≤20nm，以及特別地，例如，0.5≤d l≤10nm。
在本發明的一個實施例中，該靶材可以是Al、Si、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ge、各自的氧化物、各自的氮化物或其混合物(例如，AlTi、TiZr、NbTa 等以及各自的氧化物或氮化物)中之一者。用這樣的靶材沉積之高折射率材料可以是非晶矽(a-Si)、過渡金屬的氧化物(例如，TiO 2、ZrO 2、HfO 2、Nb 2O 5、Ta 2O 5)或各自的混合物，但只要在該電漿站中產生SiO 2作為低折射率材料，亦可以在該濺鍍站中沉積Al 2O 3或Si 3N 4作為高折射率材料。
在本發明的一個實施例中，該電漿站可以包括一電漿源，其在此不是磁控濺鍍源，並且該反應氣體被直接引入該電漿站。
在使用不是磁控濺鍍源的電漿站來產生第二折射率層(例如，低折射率層)的一個實施例中，以濺鍍站的靶材僅用惰性氣體來運行作為範例，濺鍍站無需進一步的控制措施即可設定一功率位準並保持恆定。同時，電漿源的功率亦可以設定為恆定位準，並且電漿站中的電漿氣體參數可以是例如總壓力、反應氣體壓力，然而較佳地是反應氣體流量，並且可以用電漿發射監控裝置(PEM)以氣體電漿發射的至少一條界定線的強度來控制。
例如當使用這樣的電漿源以產生低折射率材料層時，靶材可以是矽，以及濺鍍氣體可以是惰性氣體，可被引入例如濺鍍站附近或直接至濺鍍站中，以在通過濺鍍站的開口之基板的表面上沉積高折射率a-Si層。然後，電漿源的反應氣體可以是氧氣並被直接引入電漿站中，以在基板通過電漿站的電漿出口時將之前剛沉積之a-Si層的表面區域氧化。將反應氣體直接引入電漿源有助於避免濺鍍過程受電漿站干擾。
更具體地，當應該沉積交替的高折射率層及低折射率層(例如：a-Si/SiO 2)時，對於具有含矽材料(例如，基本上純矽)的靶材之濺鍍站與電漿站的組合，可以選擇以下參數： 濺鍍源功率(P Sput)：0.5-10kW，例如，1-7kW； 濺鍍源氣體流量(f Sput)：10-300sccm，例如，30-250sccm； 電漿源功率(P PSC)：0.1-5kW，例如，0.25-3kW； 電漿源氣體流量(f PSC)：1-50sccm，例如，2-30sccm； 兩種氣流流量產生的總壓力：1e -3-2e -2mbar。
在這種情況下，參考已知的濺鍍製程，總壓力可以設定得相對較高，因此濺鍍氣體與反應氣體的關係(f sput/f PSC)應該為約5至30或6至15，以避免矽靶材的靶材毒化(target poisoning)。
作為一個具體實例，當以3秒/操作(sec/pass)的旋轉速度、2.5kW的靶材功率及200sccm的Ar流量來沉積0.5nm的a-Si層時，可以藉由對電漿源應用以下參數，將a-Si層的0.25nm附近區域的表面氧化成SiO 2：P PSC=250W及f PSC=2sccm O 2，從而產生6e -3mbar的總壓力。由此，可以在Evatec Clusterline BPM 磁控濺鍍沉積系統上生產0.25nm的 a-Si層，然後是0.25nm SiO 2層。下面接著是在本發明的詳細描述下之另外的實施例。
在本發明的另一個實施例中，該電漿處理站係包括另一個靶材的另一個磁控濺鍍站。該另一個靶材可以是沉積低折射率材料的Si、SiO 2、Si 3N 4、Al、Al 2O 3或AlN中之一者。利用此實施例，可以將該濺鍍氣體經由單獨的氣體導管引入該濺鍍站及該另一個濺鍍站。
可以設定關於該靶材及/或該另一個靶材的功率。例如可以透過與濺鍍氣體相同或不同的氣體入口同時或延遲引入反應氣體，以及利用電漿發射監控裝置(PEM)在一反應濺鍍製程的轉換區域(轉換模式)中透過靶材電漿發射的至少一條界定線的強度來控制該濺鍍站及/或該另一個濺鍍站中的反應氣體參數，其中靶材表面既不是純金屬也不是完全被該反應氣體毒化(例如，氧化)，這使得PEM以外的任何其它製程控制都變得困難。以這種方式完全反應的層可以沉積在該基板上，而不會完全毒化靶材表面，這允許維持高沉積速率並避免製程不穩定。
因此，作為一個實例，當應該沉積交替的高折射率層及低折射率層時，對於兩個濺鍍站(包括該濺鍍站及該另一個濺鍍站)的組合可以單獨地選擇以下製程參數： 沉積高折射率層L h的濺鍍源1： 功率P Sput1：0.5-10kW，例如，1-8kW； 靶材材料：Al、Si、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ge、各自的氧化物、各自的氮化物或其混合物。 沉積環境：通常是濺鍍氣體(任何惰性氣體)與反應氣體(如氧氣或氮氣)之混合物。至少將該反應氣體供應至該濺射站附近或直接至該濺鍍站中。所施加的氣體流量可為：10≤f noble≤200sccm；1≤f react≤100sccm。然而，對於a-Si層的沉積，應該使用(純)惰性氣體環境：10≤f noble≤300sccm，另參見上文。 沉積低折射率層L l的濺鍍源2(另一個濺鍍源)： 功率P Sput2：0.5-10kW，例如，1-8kW； 靶材：Al、Si、各自的氧化物、各自的氮化物或其混合物。 沉積環境：通常是濺鍍氣體(任何惰性氣體)與反應氣體(如氮氣，但較佳地是氧氣)的混合物。至少將該反應氣體供應至該濺射站附近或直接至該濺鍍站中。所施加的氣體流量可為：10≤f noble≤200sccm；1≤f react≤100sccm。
本發明的任何一個實施例中之濺鍍氣體可以是任何惰性氣體，例如，氬氣、氪氣、氖氣、氙氣或其任何混合物中之一。
在使用反應氣體之本發明的任何一個實施例中，例如透過通往各自的兩個、三個、四個或更多個站之單獨的氣體導管，可以將反應氣體及/或另一個反應氣體(其可以不同或相同的)直接引入該濺鍍站中，並且除了引入該另一個濺鍍站之外，還直接或替代地引入該電漿站中。該反應氣體及/或該另一個反應氣體可以是氧氣或氮氣。
在本發明的任何一個實施例中，該濺鍍站及/或該另一個濺鍍站可以設有一處理遮板，其中該處理遮板在各個濺鍍站的點燃階段期間關閉，直到濺鍍製程已穩定且可以開始層沉積為止，而在各個層的沉積階段期間打開。
在本發明的一個實施例中，n層高折射率材料L h及n或n±1層低折射率材料L l作為一堆疊，交替地沉積在該平坦基板的至少一個表面上，該堆疊中之各層的數量n對於每層L h及L l來說可以是至少一個且1≤n≤10000，其中2≤n≤2000中的數量係最實用的。
沉積最薄層組合的一個實例為如下組合：0.1nm Ta 2O 5/0.2nm SiO 2。500nm厚的奈米層可以有1,666層，高折射率層及低折射率層每層彼此交替。一干涉過濾器的典型厚度可以是1至300nm。以下接著是在本發明的詳細描述下之另外的實例。
在可與任何其它實施例組合之本發明的另一個實施例中，在該堆疊與該玻璃基板之間及/或在該堆疊與環境之間可以提供或沉積由數個層組成的至少一個另外的層或塗層。這樣的塗層可以示例性地是朝向該基板的一黏著層/塗層、朝向環境的一耐刮層/塗層、一AR或IR反射塗層。
對於高折射率材料層與低折射率材料層交替的堆疊，總折射率反映用於堆疊的井層及阻障層之各自高折射率材料及低折射率材料的百分比n SUM 2=x*n h 2+y*n l 2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y=1。在可應用於本發明的任何一個實施例之一個本發明實施例中，除非存在矛盾，否則堆疊的透射邊緣T與各自的吸收邊緣(T-R)隨著井厚度的縮小而向較低波長偏移。這表示對於相同的高折射率材料及低折射率材料以及相同百分比的高折射率材料及低折射率材料(例如以高折射率材料層(d h_tot=n*d h)與低折射率材料層(d l_tot=(n±1)*d l)的總(光學)厚度的百分比來表示)的層堆疊，但應用不同的井厚度，可以用氧化物及/或氮化物高折射率材料與低折射率材料的組合來表示透射邊緣T的各個偏移(例如，如上所述)，如下： ΔT 50=T 50_THICK–T 50_THINN及 2≤ΔT 50≤60nm，例如，5≤ΔT 50≤40nm。
由於a-Si的高折射率，a-Si/SiO 2材料組合呈現出較大的透射邊緣T偏移： 20≤ΔT 50≤600nm，例如，50≤ΔT 50≤400nm。
由此，ΔT 50係在50%透射率時的差異T 50_THICK–T 50_THINN，其中具有井層厚度d h_THICK≥5nm(例如，5至50nm)之層堆疊與具有薄的井層厚度d h_THIN≤3nm(例如，3至0.1nm)之由本發明方法所產生之層堆疊的T 50_THINN進行比較。至少對於本發明方法所沉積的塗層而言，所有井層的厚度較佳地等於同一個值d h，並且所有阻障層的厚度較佳地等於同一個值d l，這些值可以且通常會是不同的，其中d h≤d l或d h＜d l。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，對於氧化物及/或氮化物高折射率材料與低折射率材料的組合(例如，如上所述)，除非有矛盾，否則一自由基態與一較高傳導態之間的帶隙能量E gap因較薄的層L h之增量而增長，增量ΔE gap=E gap_THINN-E gap_THICK，其中： 0.01≤ΔE gap≤0.8eV，例如，0.02≤ΔE gap≤0.4eV。
對於材料組合a-Si/SiO 2，已確定以下範圍： 0.01≤ΔE gap≤2eV，例如，0.02≤ΔE gap≤1.5eV， 其中ΔE gap係具有薄井層d h_THIN≤3nm(例如，3至0.1nm)之透過本發明方法產生的層之E gap_THINN與具有井層厚度d h_THICK≥5nm(例如，5至50nm)之層堆疊的E gap_THICK之差。在此，各個較低能隙代表約2至1.5nm的井層厚度d h，而較高能隙代表約0.1至0.5nm的井層厚度d h。在那個範圍內之絕對值亦可以取決於各自的低折射材料及高折射材料配對。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該固持器係一轉盤式固持器，該周圍區域(R)由一外圓環界定，在該盤狀固持器的至少一個主表面上(亦即，該轉盤式固持器的上表面或下表面上)沿著該環配置有基板支撐件(例如，它們各自的幾何中心沿著該環的一中間直徑)。該等平坦基板在與轉盤平面平行的平面上安裝在該等基板支撐件上或其中。該等基板支撐件可以在轉盤式固持器具有一水平旋轉軸線B的情況下成垂直式，然而，一水平轉盤式固持器係較佳的，其中各別的轉盤式固持器平面P具有一垂直旋轉軸線B及基板成水平定位。各個轉盤式固持器的細節參考下面的實例及附圖。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該固持器係一圓筒形或圓筒形多面固持器，該周圍區域(R)由該固持器的圓筒形或多面表面界定，並且基板支撐件配置成其中心沿著該固持器的圓筒形或多面表面上之至少一個固定高度的直徑。平坦基板在基本上平行於該圓筒形或多面表面的平面上安裝在該圓筒形或多面表面中或其上。在此，基本上平行係表示與圓筒形表面相切，通常以基板中心作為接觸點或最接近該固持器的圓筒直徑的點，這取決於支撐類型。關於多面表面，其表示是與多面表面的一個維面平行。在這兩種情況下，本領域技術人員將立即理解，由於支撐幾何形狀，包括在相應的固持器表面或固持器直徑之上或之下幾毫米的基板位置。該固持器的軸線B可以是水平的，然而，在本情況下，在具有垂直軸線B的圓筒形固持器上之該等基板的垂直基板位置係較佳的。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該基板可以是一晶圓，例如，矽或玻璃晶圓。
在本發明的另一個實施例中，該基板可以是一晶圓，該周圍區域(R)距該中心軸線B的徑向距離為535±60mm，以及該恆定速度被設定為每轉30至0.5秒，例如，2至20秒/操作(等同秒/旋轉)。用這樣的配置，例如可以同時塗佈16個直徑達200mm的晶圓(或15個晶圓及一個假晶圓(dummy wafer))。
對於任何盤狀基板(如晶圓)，可以使用具有各自的基本上為圓筒形磁控源的盤狀圓形靶材或具有線性靶材之各自的線性濺鍍源，其中亦稱為軌道之活動區域的直徑或周邊應該橫向地投射該基板，以在整個基板表面上提供均勻的塗層品質及厚度。為了對圓形靶材提供最佳的靶材利用，可以旋轉靶材或磁性系統。然而，在如上所述及下面詳細描述之轉盤式固持器的情況下，靜態不對稱磁鐵系統可以有益於補償由於基板表面的外部區域及內部區域之不同徑向速度所造成的不同沉積速率，如同同一申請人的WO 2017042123 A1中以圖4及圖2以及各別描述所詳細描述。為了結合最佳塗層分佈與成本效率，靶材直徑D T應該基本上大於要塗佈之晶圓直徑D W，例如，1.4*D W≤D T≤1.7*D W，並且磁鐵系統最終與磁鐵或靶材旋轉相結合，以允許在整個靶材表面上進行均勻的材料侵蝕。例如，對於200 mm晶圓，應用以下範圍可以獲得良好的結果：280≤D T≤340，特別是300≤D T≤320。
本發明進一步包括一種光學裝置，其包括一基板及沈積在該基板的至少一個面上之一光學塗層，該光學塗層由至少一高折射率材料膜及至少一低折射率材料膜組成，其中該高折射率材料膜及/或該低折射率材料膜中之至少一者設計成具有一限定的高或低總QNL折射率(n QNL)的一量子化奈米層(QNL)，其中該QNL膜(亦即，高及低折射率材料的量子化層之堆疊)包括彼此交替的至少一個高折射率材料井層L h及至少一個低折射率材料阻障層L l，其中該井層L h的層厚度d h為：0.1≤d h≤6nm，較佳地，0.1≤d h≤4.0nm，例如，0.1≤d h≤3nm。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則一低折射率材料阻擋層L l的層厚度d l為：0.1≤d l≤30nm，較佳地，0.1≤d l≤20nm，例如，0.5≤d l≤10nm。
在另一個本發明實施例中，該QNL膜定義該光學塗層的該高折射率膜。
在另一個本發明實施例中，該低折射率膜的低折射率材料與該QNL膜中之該(等)阻障層L 1的低折射材料係相同的材料。
該堆疊QNL膜中之各層的數量n對於每層L h及L l而言為至少一個且1≤n≤10000，例如，1≤n≤2000。
在本發明的任何一個實施例中，該裝置可以依據上述方法來生產。
在本發明的一個實施例中，該光學塗層可以是一干涉塗層，例如，一抗反射(AR)塗層(用於可見光或IR光)。該裝置可以是一反射鏡、一半選擇性反射鏡、一過濾器或一分別地塗布之透鏡。當該裝置為一過濾器時，它可以是一帶拒過濾器、一短通截止過濾器、一長通截止過濾器、一分光器或一偏光鏡。
本發明進一步包括一種真空處理系統，用於在平坦基板的表面上沉積由至少一個高折射率材料井層L h及至少一個低折射率材料阻障層L l組成之所謂的量子化奈米層(QNLs)，該容器包括： 一固持器，其可圍繞著其中心軸線B旋轉，並在該固持器的一周圍區域(R)中具有一基板支撐件； 至少一個磁控濺鍍站，其具有安裝至一濺射源且與該磁控濺鍍站間隔開的一濺鍍靶材； 至少一個電漿處理站，其具有一電漿源； 該濺鍍靶材及該電漿源在每種情況下(例如經由該濺鍍站及該電漿路的各個開口)皆將其作用指向該周圍區域(R)的不同部分； 一濺鍍氣體入口，其用於將一濺鍍氣體引入該容器，可以較佳地配置成在該濺鍍站附近或在該濺鍍站中，例如，圍繞該靶材；因此，該濺鍍氣體入口可以包括一氣體環或另一種類型的環形氣體供應器，例如，圍繞該濺鍍站的開口或在該濺鍍站內的槽；以及 一反應氣體入口及/或另一個反應氣體入口，其用於將一反應氣體引入該容器，其中該反應氣體入口可以至少設置在該濺鍍站附近或在該濺鍍站中，其中該另一個反應氣體入口至少設置在該電漿站附近或在該電漿站中。在每種情況下，該反應氣體入口又可以是一氣體環或另一種類型的環形氣體供應器，例如，圍繞該電漿/濺鍍站的開口或在該電漿/濺鍍站內(例如，圍繞該靶材)的槽。
因此，該固持架的旋轉速度可設定為每轉30至0.5秒(例如，2至20秒/旋轉[s/pass])，並且該磁控功率位準(Pm)可被設定為0.5-10kW，使得一高折射率材料(例如，具有1.65或高於1.65的折射率之材料)井層L h的層厚度d h可設定為：0.1≤d h≤6nm，較佳地，0.1≤d h≤4.0nm，例如，0.1≤d h≤3nm。可以對具有在800mm至2000mm之間的固持器直徑及在280mm至450mm之間的靶材直徑之工業塗層設備設定這樣的旋轉速度及磁控功率位準，以塗佈直徑200mm或300mm的晶圓。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該固持器的旋轉速度及該磁控功率位準(Pm)可以設定成使得一低折射率材料阻障層L l的層厚度t l可以是：0.1≤d l≤30nm，較佳地，0.1≤d l≤20nm，例如，0.5≤d l≤10nm。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該電漿站包括一電感或電容耦合電漿源及直接進入該電漿站的一反應電漿氣體入口，例如，該另一個氣體入口配置在該站內。該另一個氣體入口可以與氮氣連接，然而較佳地與一氧氣供應器連接。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該電漿站係一電容耦合高頻電漿源。該電漿源可以是一電感式電漿源(例如，IS300)，但是較佳地是一電容耦合射頻電漿源(例如，PSC303)，這兩種類型的源都可以從瑞士的真空及電漿設備製造商Evatec AG獲得。關於可以有利地用於本發明之電容耦合射頻電漿源的細節被揭露在同一申請人的WO 2020/161139、圖2、6-8及相應描述中。這樣的源僅包括第一及第二電容耦合電漿產生電極，在真空容器中或在處理系統的各自電漿站中，該第一電極具有較大電極表面，而該第二電極具有較小電極表面；一電漿出口開口；以及來自一反應氣體供應器的一反應氣體入口或進口。該電漿出口開口通常會穿過該第二電極，該第二電極可包括至少一個透明度大於50%的柵極。該第二電極亦可以設定在參考電位上，此參考電位可以是接地電位。該較大電極表面及該較小電極表面中之至少一者可以是可變的。
此外，至少一個線圈裝置可以設置在該第一電極與該第二電極之間的空間，以產生磁場。在該電漿源的另一個實施例中，該第一電極可以是杯形的，其內表面面向該第二電極，並且一線圈裝置可以沿著該杯形第一電極的外表面設置，以產生具有朝向或來自該第二電極之主要方向分量的磁場。這樣的線圈裝置可以包括至少兩個線圈，其由各自的電流源來獨立供電。
在本發明的另一個實施例中，該靶材可以是一矽靶材，以及該濺鍍氣體入口僅連接至一惰性氣體供應器，例如以沉積一矽層。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則一電漿發射監控裝置(PEM)可經由一光路徑連接至該電漿源的一電漿區，以控制該電漿源的功率或該反應氣體的流量。一般來說，在使用反應氣體進行製程的所有類型的濺鍍及電漿站可以配備有電漿發射監控裝置PEM，以利用轉換模式中的磁滯效應，並確保在高沉積速率下完全氧化。這些監控裝置可以設計為寬帶及/或單色光學監控裝置。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該電漿處理站係包括另一個靶材的另一個磁控濺鍍站。該另一個靶材可以是Si、SiO 2、Si 3N 4、Al、Al 2O 3、AlN或其混合物中之一者。在這種情況下，可以設置通往該另一個濺鍍站的另一個反應氣體入口。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該濺鍍站的該靶材係Al、Si、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ge、各自的氧化物、各自的氮化物或其混合物中之一者。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則兩個濺鍍站(亦即，該濺鍍站及該另一個濺鍍站)均可以設有一單獨的反應氣體入口。該等各個反應氣體入口可以透過各自單獨的反應氣體流量控制器連接至相同或不同的氣體供應器。以相同的方式，具有單獨可控的濺鍍氣體流量控制器之兩個濺鍍站均可以設有一單獨濺鍍氣體入口。該濺鍍氣體入口及該反應氣體入口可以在相應的室內重合。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該固持器係具有一轉盤式固持器平面(P)的一轉盤式固持器，該周圍區域(R)由一外圓環界定，在該轉盤式固持器的至少一個主表面上(例如，在該轉盤式固持器的上表面或下表面上)沿著該環配置有基板支撐件(例如，該等基板支撐件的各個幾何中心沿著該環的一中間直徑)，其中該等平坦基板在與轉盤平面平行的平面上安裝在該等基板支撐件上或其中，該等轉盤式固持器可以在轉盤式固持器具有一水平旋轉軸線B的情況下成垂直式。然而，具有一垂直旋轉軸線B及基板成水平定位的一水平轉盤式固持器係較佳的。
對於轉盤式固持器的任何一個實施例，該磁控濺鍍站可以包括一圓形靶材及一靜態磁鐵裝置，該磁鐵裝置： 配置在平行於平面(P)的一平面(M)上；以及 不以一靶材軸線(C)為中心成旋轉對稱，其中該靶材軸線中心地穿過該磁鐵裝置且垂直於該平面(M)，該靶材軸線亦平行於軸線B。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則根據製程需要，該靶材與該轉盤式固持器之間的距離可以在Z方向(亦即，垂直於該轉盤及基板表面)上進行改變。
在另一個實施例中，該磁鐵系統可以沿著與該靶材軸線(C)垂直相交的平面(M)上之線(K)分成遠離該轉盤的中心定向之一外部區域及朝向該轉盤的中心定向之一內部區域，其中該外部區域大於該內部區域係有效的。其中，外部及內部意指距軸線B較遠或較近的距離。
該磁鐵裝置(11)可以是對稱或不對稱地繞著該平面(M)中的一對稱軸線(A)，其中軸線(A)與轉盤的中心軸線(Z)相交。
對於轉盤式固持器的任何一個實施例，該靶材可以是一旋轉靶材，圍繞其中心靶材軸線(C)(例如，平行於中心軸線B)可旋轉地配置。
在可以與任何一個其它本發明實施例組合的另一個本發明實施例中，除非有矛盾，否則該固持器係一圓筒形或圓筒形多面固持器，該周圍區域(R)由該固持器的圓筒形或多面表面界定，並且基板支撐件配置成其中心沿著該圓筒形或多面固持器的至少一個高度直徑。藉此，平坦基板在基本上平行於該圓筒形或多面表面的平面上安裝在該圓筒形或多面表面中或其上。在此，基本上平行表示與圓筒形表面相切(通常以基板中心作為對圓筒的接觸點)或平行於多面表面的一個維面。在這兩種情況下，本領域技術人員將立即理解，由於支撐件幾何形狀，包括在相應的表面或幾何直徑之上或之下幾毫米的基板位置。該固持器的軸線B可以是水平的，然而，在本情況下，在具有垂直軸線B的圓筒形固持器上之該等基板的垂直基板位置係較佳的。
對於如上所述之圓筒形或多面固持器，通常會使用縱向平面或圓筒形旋轉磁控。然而，如果使用盤狀靶材，則該固持器的外圍區域(R)中之基板支撐件將較佳地定位成使得基板支撐件的中心以及圓形基板的中心可以在固持器旋轉期間在一個位置與該靶材軸線(C)對準。在這種情況下，旋轉磁鐵或旋轉靶材可以設有磁控以支援均勻的靶材侵蝕。
上述方法、裝置及/或容器之實施例的特徵可以以任何組合方式來使用，除非它們彼此矛盾。
類似於上面引用之Steinecke的一般圖示，圖1顯示能量與層厚度的關係圖，其中材料組合為用於阻障層的SiO 2及用於井層的Ta 2O 5。儘管光學塗層通常是非晶質的且缺少定義完善的能帶結構，但是在準自由基態與較高傳導態之間存在能隙。此能隙可以藉由限制結構尺寸(例如，將光學塗層系統中的層厚度限制為非常小的值)來進行改變。然後，低折射率材料將充當阻障，而高折射率材料將充當量子井。高帶隙區域及低帶隙區域的週期性結構將限制電子遷移率。具有井層厚度的所謂量子化奈米層(QNL)的新穎概念允許獨立調整光學帶隙及折射率。 量子井(在此為Ta 2O 5層)的層厚度需要低於約2nm，以便看到能隙的顯著變化。阻障厚度亦需要在相同的範圍內，最好比井薄，以獲得高的有效折射率。
圖2A顯示處理系統30'的簡化表示之上視圖，而圖2B顯示剖面圖，該處理系統包括可繞著軸線B旋轉的圓筒形固持器1'。處理系統30'亦包括濺鍍站14、另一個濺鍍站14'以及具有電漿源21之可選的電漿站20(以虛線表示)。每個濺鍍站14、14'包括具有各自的細長平面鍍靶15、15'(亦稱為線性靶材)的濺鍍源16、16'，並且連接至個別的氣體供應器28、28'，以將濺鍍氣體及/或反應氣體引入至靶材附近。晶圓10沿著圓筒形固持器1'的高度直徑安裝至基板支撐件2、3、4…上。使靶材朝向安裝有基板固持器的圓筒形表面，該圓筒形表面是這種類型的處理系統之周圍區域R。
參考圖3A及圖3B來描述另一種真空處理系統，其中圖3A顯示包含轉盤式固持器的轉盤式處理系統之簡化表示之上視圖，而圖3B顯示剖面圖。外殼或真空處理容器12具有至少兩個(較佳地，三個或以上的)可密封的開口13、13'。它們被設置成接受處理站(在此為兩個濺鍍站14、14')，其包括具有靶材15、15'的濺鍍源16、16'；以及可選的電漿站20，其具有電漿源21。靶材可以沿著軸線C移動，該軸線係相對於基板及轉盤平面的Z軸(參見圖3B中的雙箭頭)，以依據各自的製程需求來限定基板靶材距離。在容器12內，具有基本上圓形的轉盤式固持器1，其呈現用於固定基板10之基板支撐件2-9的位置(基板10僅與支撐件2及8一起顯示)。轉盤的總體表面亦界定平面P。基板支撐件2-9可以是與待處理基板的外形相配之凹槽、簡單的框邊、銷、卡頭、固持器、夾具或安裝件。如果基板由載具固定，則安裝件可以是這種載具的支撐件。
支撐件2-9顯示為圓形形狀，然而這不應該成為基板形狀的限制因素。
轉盤具有旋轉軸線B。在圖3中省略能夠轉動轉盤的驅動器。熟悉該項技藝者將選擇適當的解決方案。
基板支撐件的數量及形狀將由幾何形狀的限制以及真空處理系統的規格來限定。
濺鍍源14、14'顯示為配置在開口13及13'上且連接至各自的靶材電源27、27'，靶材電源可以是RF、DC或脈衝DC，每個源根據製程需求使用相同類型的電源或不同的電源。PVD源14基本上包括圓形材料靶15及靜態磁鐵裝置11。磁鐵裝置界定平行於平面P且因而垂直於軸線B的平面M。另一軸線C是穿過圓形靶材的中心軸線且垂直於平面M及因而平行於軸線B。此軸線C亦分別標示開口13、13'的中心。軸線B及C之間的徑向距離被選擇為與軸線B及每個基板支撐件2…9的中心之間的徑向距離相同。換言之，在轉盤每次轉動期間，當滿足條件時，至少瞬間每個基板支撐件的區域與開口13、13'完全對準且完全彼此相對。開口的數量可以與基板位置的數量相配，但通常會較少。為了允許靶材的速度上升(ramp up)而不朝轉盤及基板濺射，可以提供可選的遮板31(虛線)。在沒有遮板或遮板處於打開位置的情況下，靶材朝向安裝有基板固持器之轉盤式固持器的上表面，對於這種類型的處理系統來說，上表面是周圍區域R。
PVD源16、16'呈現靜態磁鐵系統11、11'，其設計方式是補償由下方經過之基板的旋轉運動之不同軌道長度引起的沉積不均勻性。它進一步設計成無需屏蔽(screens)、整形器(shapers)或遮板(shades)。
磁鐵系統具有如圖3A的上視圖中所描述的基本形式，並且包括兩個磁鐵環，一個磁鐵環圍繞另一個磁鐵環且具有相反的極性。在操作期間，電漿隧道基本上被限制在由這兩個磁鐵環產生的磁拱之間。兩個磁鐵環基本上可以呈現梯形或具圓角的三角形之形狀，但不必如圖所示成對稱。
磁鐵系統11、11'顯示有線K及軸線A，軸線A與軸線B相交且垂直，但不必限定如圖所示的兩個對稱半部。線K與軸線C相交並位於平面M內，它基本上將由磁鐵系統的外邊界(在由A/K界定的平面中之外線圈的外周邊)界定的區域分成不同尺寸的兩半，亦即，在徑向上較靠近軸線B的較小內磁鐵區域17及延伸遠離中心(由軸線A的箭頭指示)的較大外磁鐵區域18(元件符號僅與磁體系統11'一起顯示)。這樣的系統允許基板的均勻塗佈，並且補償基板在其彎曲弧形路徑(如濺鍍源16、16'下方的三個箭頭所示)上隨著轉盤旋轉經過時所引起的系統不均勻性。
已顯示出，使用包含這樣的磁鐵系統之轉盤式處理系統，可以在用於SiO 2靶材之6"晶圓的等效基板面積上實現小於1%的塗層均勻性。可以在同一個申請人的WO 2017/042123 A1中找到關於這樣的磁鐵系統的進一步細節。
參考圖4A(再次為上視圖)及圖4B(為剖面圖)來描述如圖3A、3B所示的類似轉盤式處理系統。這是一種基本系統30，用於使用一個濺鍍站14來沉積a-Si層，隨後使用電漿站20的電漿源21來氧化此層，在此將電漿站簡化地顯示為一個。如前述圖3所示的任何靶材特徵可以是相同的，但為了更清楚而被省略。氧氣供應器連接至電漿站，並且具有較大電極表面的杯狀第一電極22連接至電漿電源(其為RF源24)，以激發及維持處理電漿。柵極36安裝在電漿出口中作為具有較小電極表面的第二接地電極之一部分(未詳細顯示)。在此明確地顯示用於處理系統30的抽空之泵送裝置24及轉盤驅動器。電漿站20及/或靶材站14的個別泵送係可選的(未顯示)。此外，在圖4B中亦顯示整合至轉盤中的個別的基板驅動器25。這些驅動器使基板繞著軸線C旋轉，以在站14、20中的不同處理過程期間最佳化層分佈及處理。如圖4A、4B提到的特徵亦可以應用於其它處理系統，特別是如圖3A、3B所示之轉盤系統。作為較小(接地)電極的一部分之在接地電位上操作的限制屏蔽23到達基板及/或轉盤的表面上方附近並且限制從較小電極的柵極36出來的電漿。因此，可以提供電漿站的良好且充分的分隔，以防止濺鍍站中的製程干擾。
包含兩個旋轉靶材15"的可選之附加的雙磁控濺鍍源14"以虛線顯示在圖4A中。這樣的濺鍍源可以附加地使用或取代如先前圖3B所示之具有盤狀靶材15、15'的濺鍍站14、14'，其中靶材交替地作為陰極及陽極。以相同的方式，可以使用具有以雙磁控配置驅動的兩個線性靶材之濺鍍站，或者更簡單地使用具有一個線性平面或旋轉濺射陰極靶材的濺射站，這取決於製程需求。 實驗設置
對於如下所述之光學裝置的QNL沉積及層沉積，使用Evatec Clusterline BPM磁控濺鍍沉積系統，這是一種市場上可購得的處理系統，其如上面圖3A、3B及圖4A、4B所述，包含具有轉盤的真空容器、電漿站及採用向下濺鍍配置之最多四個磁控濺鍍源。電漿源可用於標準沉積，以影響層特性，例如應力或表面粗糙度。對於Ta 2O 5-SiO 2QNL的沉積，電漿源的使用允許在非常寬的參數範圍內運行兩個濺鍍源。然而，在a-Si及SiO 2的沉積中，電漿源被用來氧化在矽濺鍍源下沉積的a-Si層的頂部。於是，具有兩個濺鍍站及(另外的)一個電漿站的相應處理系統是非常通用的處理系統，其特別提及具有轉盤式固持器的容器，但亦可以轉變成具有圓筒或圓筒形多面固持器的容器。所有站均可設有POM系統。
此沉積系統可容納15個直徑200mm的基板。透過裝載閘(load-lock)來自動執行基板裝載。氧化物在脈衝直流(DC)模式下進行反應沉積，並使用電漿發射監控裝置(PEM)在接近或甚至在遲滯迴圈內的轉換模式下進行，從而確保以高沉積速率進行完全氧化。它亦配備寬帶及單色光學監控裝置。
轉盤配置非常適合於QNL的沉積。如果使用遮板，則隨著轉盤持續旋轉，基板會在遮板開啟的情況下重複地經過主動濺鍍源下方。於是，每次旋轉時，基板都會暴露於兩個源。透過將兩個源的濺鍍功率設定為各自不同的值，可以限定及改變兩種材料的厚度比，從而可以改變堆疊的QNL膜，亦即，奈米層的堆疊(L h的總和及L l的總和)之折射率，這是一種所謂的超材料，以新的方式結合兩種材料的特徵，另參見下文。QNL膜中各層-對的厚度可以由轉盤的轉速來進一步決定，但不是由材料比例來決定。其它影響成長速率及材料特性的沉積參數是氬氣及氧氣的氣流以及PEM設定點，例如，根據氣體電漿(根據靶材電漿發射)選擇的強度及譜線。
在非晶矽與SiO 2的材料組合之情況下，QNL結構以稍微不同的方式來取得。在這種情況下，使用矽源以在純氬電漿中沉積非晶矽，並且在經過電漿源下方時進行氧化，在這種情況下，電漿源總是用氧氣來操作。又，轉盤速度以及濺鍍源及電漿源的製程設定限定兩種奈米層材料的厚度。
將樣品沉積在雙面拋光的Herasil玻璃樣品上。使用EssentOptics的PhotonRT光譜儀，在樣品上的同一點上以8°角進行透射及反射的分光光度測量來表徵這些樣品。
使用Optilayer的OptiChar測定塗層在透明範圍內的有效折射率n及消光係數k。使用的模型對於n為正常色散而對於k為UV-Vis模式。此評估亦允許測定超材料的實體厚度d或d tot。
所得到的超材料的有效折射率由高折射材料及低折射材料的比率來定義，並且可以藉由應用有效介質理論來計算，其中根據A. Feldman, “Modeling refractive index in mixed component systems,” in Modeling of Optical Thin Films (1988), Vol. 0821，f是高折射材料與低折射材料之間的體積比： (1)。
有效折射率n eff係從如上所詳述之T及R的光譜測量中獲得。n high及n low的折射率係從Ta 2O 5及SiO 2單層獲得。使用的值是：Ta 2O 5n high=2.168，而SiO 2n low=1.474，這兩個指數都與500nm的波長有關。公式(1)從而允許計算兩種材料的體積比f。
每次轉盤操作的厚度可以藉由將超材料的實體厚度d除以轉盤速度(秒/每次操作)來計算。Ta 2O 5及SiO 2各層的厚度可以藉由將每次操作的總厚度分別乘以因子f、(1-f)來計算。
使用如B. D. Viezbicke, S. Patel, B. E. Davis, and D. P. Birnie, “Evaluation of the tauc method for optical absorption edge determination：ZnO thin films as a model system,” Phys. Status Solidi B 252, 1700–1710 (2015)所述之Tauc-plot方法來測定光學帶隙。 Ta 2O 5/SiO 2-QNLs 的結果
在第一個實驗中，Si及Ta源各自以6kW及5kW來運作。轉盤速度的變化範圍從每次操作3秒至每次操作15秒，這表示高層與低層的比率保持恆定，但是轉盤轉動越慢(亦即，每次旋轉操作的時間越長)，個別層厚度就會增加。根據這個理論，預期個別井層越薄，吸收邊緣就會向越短的波長偏移，而所有四個樣品的有效折射率會保持恆定。在圖5中，以下實驗的穿透率曲線顯示在石英玻璃(Herasil)的參考曲線下方：
#1： 3s/pass #4： 12s/pass
#2： 6s/pass #5： 15s/pass
#3： 9s/pass
從圖5可以看出，確實可以觀察到預測的趨勢，樣品#1的吸收邊緣位於最短波長，而樣品#5位於最長吸收邊緣，以及在T50%時的差異約為19nm。在遠離吸收邊緣的較長波長範圍內，所有曲線都重疊，因為它們都具有相同的有效折射率。從這些測量可以得出下面結論：磁控濺鍍奈米層確實表現出量子化效應。
圖6顯示相同實驗的Tauc圖，其繪製值αhν 1/2[eV/m] 1/2與光子能量的關係。帶隙能量是藉由將轉換區域線性地外推至αhν=0而獲得的，其中與光子能量軸的交點等於帶隙能量，帶隙能量與能隙之差成正比，ΔE gap=E gap_THINN-E gap_THICK=E gap_high-E gap_low，如圖1所示。從這裡可以看出，#1最薄的井層L h的實驗向最高光子能量偏移，而最厚的井層#5的實驗顯示出最少的偏移。
對於同一組樣品，然後如實驗設置所述，測定及計算有效折射率及能隙。圖7所示的曲線(折射率：右刻度、傾斜的正方形；能隙：左刻度、三角形)表明，能隙隨著井厚度(Ta 2O 5的厚度d)的減小而增大。然而，折射率保持恆定在約1.56的值，這對應於Ta 2O 5與SiO 2的厚度比1：9。這兩項結果與從透射測量中得出的結論完全一致。吸收邊緣的偏移證明這些堆疊由奈米疊層體組成，而不僅僅是兩種材料的混合物。
圖5-7中之各層堆疊的總實體厚度是在700-704nm範圍內，等於在3s/pass的轉盤速度下的 600 對奈米層。
隨後，進行一系列改變Ta 2O 5與SiO 2的厚度比之實驗。作為一個主要參數，每個靶材上的靶材功率是不同的。因為兩種濺鍍製程均為PEM控制的，所以也必須將PEM設定調整至適合濺鍍功率的值。對於每個H：L比率，進行沉積一組具有不同轉盤速度的運行，以改變各個奈米層的厚度。通常，選擇1.5/3/4.5/6/9/12/15s/pass的轉盤速度。在圖8的右側，與提及相同測試系列的圖9及圖10一樣，針對每個測試系列顯示高折射率材料(d h_tot=n*d h)與低折射率材料(在此d l_tot=n*d l)的比率(d h_tot/d l_tot)。由此，圖8再次顯示，井厚度越薄，帶隙能量越大。然而，對於井厚度超過2-3nm的Ta 2O 5，帶隙能量變得大致固定，因為較厚的層不顯示量子化效應。
另一方面，如圖9所示之相對於井厚度及圖10所示之相對於能隙的折射率僅顯示輕微變化，但隨著井厚度的增加而穩定增加，折射率越高，效果越明顯。從圖9及圖10可以看出，折射率可以在很寬的範圍內進行調整，並且基本上可以跨越從SiO 2到Ta 2O 5的整個折射率範圍。 對於 Ta 2O 5/SiO 2-QNLs 將 QNL 用於光學裝置
上述結果說明磁控濺鍍沉積能夠製造出顯示量子效應的奈米層。以下將證明，可以藉由以適當總厚度的QNL堆疊取代高折射材料來設計及製造光干涉塗層，例如，抗反射(AR)塗層、反射鏡或過濾器。
作為一個實例，為了顯示用於光干涉塗層之QNL概念的可行性，選擇用於中心波長為280nm的UV LED的抗反射塗層。設計以2層設計為基礎。對於該實驗，設計波長在550nm下有效折射率n=1.7且E gap=4.48eV的QNL膜。這樣的奈米層堆疊由厚度分別為0.31nm及0.76 nm的Ta 2O 5層及SiO 2層組成。此設計的QNL總厚度使用120nm的實體厚度，亦即，每種材料約120個個別的奈米層(120/1.07=112,14層)，SiO 2的實體厚度為136nm。總厚度相當於λ=280nm時約3倍λ/4的光學厚度。
圖11及圖12分別顯示雙面塗層石英基板的透射及反射曲線，其中基板可用作AR裝置。最小反射及最大透射發生在設計波長為280nm處，並且具有經沉積(#D)及在進一步處理步驟中經退火(#A)的塗層之裝置的曲線恰好相當於設計曲線(#X)。雙面塗層樣品沉積時的透射率達到98.3%，並在空氣中300°C下退火1小時後透射率達到99.2%。相應的吸收損失為1%及0.3%。作為比較，由Ta 2O 5(d=100nm)及SiO 2組成的2層抗反射塗層針對266 nm處的透射率進行最佳化，導致設計波長處的反射率最小，但在266nm及280 nm處的吸收率分別為66%及25%。這清楚地表明「塊體」Ta 2O 5層不能在這些UV波長下使用，而使用由Ta 2O 5/SiO 2-QNL組成的QNL，可以獲得非常好的性能，打開更廣泛的進一步應用領域。總之，QNL膜在設計及光學監測方面可以被視為具有與有效折射率相對應的常規「塊體」層。因為運行兩個濺鍍源，所以AR QNL的沉積速率通常為0.71nm/s，高於相應的SiO 2或Ta 2O 5單層。
圖13A顯示本發明光學裝置(在此為AR裝置)35的一側之圖示，其中光學裝置在簡單的實施例中可以僅在基板10的一側(如圖所示)或在如上述的兩側上塗佈成一個2-薄膜(33、34)體系。在此，QNL膜33代表AR塗層的高折射率材料，其可以設計成用於如上所示之特定的期望折射率，而低折射率膜34選自已知的低折射率「塊體」材料，例如，SiO 2。為了便於生產，低折射率「塊狀」材料及QNL膜的低折射率材料可以是相同的。
圖13B以具有厚度d h的高折射率材料層L h及厚度d l的低折射率材料層L l之放大的QNL膜33來顯示相同的裝置。可用於高折射率層L h的材料係非晶矽(a-Si)、氮化矽(例如，Si 3N 4)及Me xO y，其中Me=Al、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta或Ge。可用於低折射率層L 1的材料係氧化矽(例如，SiO 2)、氮化矽(例如，Si 3N 4)及氧化鋁(例如，Al 2O 3)。本技藝的專家知道，每當使用氮化矽或氧化鋁作為高折射率層材料時，由於相對較低的折射率，低折射率層材料將為氧化矽。超材料的QNL膜33可以直接或經由可選的黏著層36而沉積到基板上。或者，QNL堆疊之低折射率材料的第一層可以用作黏著層36，該黏著層因而將具有與層L 1相同的層厚度d 1。關於圖13A、圖13B，曲線代表由於基板及薄膜的尺寸非常不同而造成之基板10的不完整呈現及圖13B中由於奈米層L h、L l及低折射率膜34的不同尺寸而造成之低折射率薄膜34的不完整呈現。
曾經研究過波長範圍在380-980nm內反射的原位寬帶光學監控法。由於層較厚，信號可以在較長的時間內觀察，並且亦演變經過反射最大值。結果，完全正常地發展成正好是具有會演變出相應的有效折射率的層之QNL的反射信號，因此非常適合用於控制具有QNLs的薄膜堆疊之厚度。
作為用於光干涉塗層之QNL概念的第二個實例，355nm的反射鏡沉積有各30層四分之一波長光學厚度的SiO 2及QNL Ta 2O 5-SiO 2。作為比較，標準設計的等效反射鏡沉積有總共26層四分之一波長光學厚度的SiO 2及Ta 2O 5。
兩種設計均使用寬帶光學監控法來進行沉積。測量與設計之間的良好一致性表明，QNL層可以宛如一般層一樣來應用，參見圖14及圖15中之各個塗層的透射及反射光譜。計算出分別沉積有QLN塗層的裝置之曲線分別稱為#D及#X。比較塗層的曲線為#D'及#X'。兩個反射鏡恰好以設計波長為中心。如預期般，由於QNL的較低有效折射率，因此具有QNL的反射鏡具有較窄的反射帶。當比較波長300nm以下的透射區域時，很明顯的是標準設計僅表現出差的透射率，而QNL反射鏡僅在吸收邊緣上方2-5%範圍內有損耗。 a-Si/SiO 2QNL 的結果
樣品再次沉積在雙面拋光的Herasil玻璃樣品上，Herasil玻璃是一種熔融二氧化矽玻璃，亦稱為石英玻璃或二氧化矽玻璃，其由已成長的石英晶體熔化而成。這些玻璃是高品質的光學玻璃，沒有空隙及夾雜物，並且至少在功能方面呈現出光學均勻性。所有a-Si/SiO 2樣品均在280°C或500°C的空氣中進行退火一小時。
在第一個實驗中，矽濺鍍源及電漿源分別以5 kW及1 kW運作。當樣品通過濺鍍源時，沉積一層非晶矽膜。隨著轉盤旋轉，樣品接著轉移通過電漿源下方，其中先前沉積的a-Si層的一部分被氧化。在規定的塗佈時間內重複此順序。
在第一個實驗中，轉輸速度從每次操作1.5秒變化到每次操作12秒，使得各個奈米層的厚度遞增。此系列的四個樣品的塗佈時間是固定的，並產生約180nm的奈米層堆疊厚度。在圖16中，4次運行的透射之分光光度測量的曲線揭示層的三個特性：吸收邊緣的波長、透明波長範圍內的損耗以及層的折射率。以下實驗的透射曲線顯示在石英玻璃(Herasil)的參考曲線下方：
#6： 1.5s/pass #8： 6s/pass
#7： 3s/pass #9： 12s/pass
第一，轉盤速度設定得越快，此系列沉積運行的吸收邊緣就會往更短的波長偏移。1.5s/pass之樣品的吸收邊緣位於最短波長處，而12s/pass導致最長波長，對於80%的固定透射率，樣品之間的差異約為280nm。為了進行比較，黑色虛線表示一般非晶矽層的透射開始。
第二，半波光學厚度(λ/2)處的透射最大值緊密地接觸未塗層石英的實線，這表示QNL在較長波長範圍內的吸收較低。
第三，在1500nm處的透射率隨著轉盤速度的增加而增加。這表示奈米層的有效折射率之降低。下面我們將先說明折射率的偏移，然後說明吸收邊緣的偏移。
如實驗部分所說明，有效折射率n eff及總層厚度d tot可以由透射及反射測量來判定。然後，可以藉由將d tot除以轉盤轉動次數來獲得每次轉盤轉動所沉積的厚度。如預期般，從圖17可以看出，每次轉動所沉積的厚度與轉盤速度呈線性關係。然而，從圖18可以看出，依照實驗部分所述計算之a-Si相對於SiO 2的個別厚度沒有線性地增加。以最快轉盤速度運行時，沉積0.7nm厚的a-Si層，隨後被PSC的氧電漿氧化成厚度為0.6nm的SiO 2層。然而，對於12s/pass的最慢轉盤速度，4.2nm a-Si只能氧化成厚度1.8nm的SiO 2。然而，即使延長暴露時間，因為電漿源中所產生之高能氧物質具有有限的穿透深度，氧化速率的降低是預期的。因此，較厚的層具有減少的SiO 2部分，這轉而會導致較高的折射率。事實上，從圖18的右軸可以看出，折射率的增加得到證實。
在下一步中，更詳細地研究吸收邊緣的偏移。如圖16所示之吸收邊緣的強烈偏移主要歸因於奈米層堆疊的總厚度之平均化學計量的變化。為了了解是否存在量子效應，必須對具有遞增的a-Si及SiO 2厚度但厚度比恆定的奈米層膜進行比較。在此情況下，必須對譬如矽源功率及氧氣流量的製程設定進行調整。
這樣的實驗之一個實例顯示在圖19a中：運行 10-12具有恆定的SiO 2：a-Si比率，因此具有相同平均成分，但是每次操作增加總厚度：#10=0.5nm，#11=1.1nm，#12=2.3nm。三個運行的透射測量顯示吸收邊緣的偏移。現在顯示所沉積的薄膜表現出量子化效應。在第一步中，判定運行#12(連續線)的折射率及消光係數。圖19a及圖19b中以#10'、#11'及#12'命名的點劃線顯示基於此色散資料的透射曲線模擬，並考量到運行10至12的層厚度略有不同。如所預期的混合物般，三個模擬曲線在600nm以下的吸收區域重疊。這與沉積塗層#10、#11、#12的測量曲線不一致，其中這些曲線顯示，井材料a-Si越薄，邊緣偏移至越短波長。量子化的最終確認可以在圖20中的帶隙能量之偏移中看出，此偏移是根據如上所述的Tauc-plot來確定。圖21顯示當減小a-Si井厚度時帶隙能量的增加，而折射率在測量精度內保持恆定。觀察到0.15eV的偏移，對應於60nm波長的偏移。此觀察結果證實，在藉由磁控濺鍍沉積的a-Si/SiO 2材料系統中亦可以觀察到量子化效應。
隨後，進行改變不同沉積參數的實驗。圖22顯示在轉盤速度為1.5s/pass的一系列運行中，帶隙能量及折射率與電漿源中的氧氣流量之相關性。隨著電漿中氧氣的可用性增加，SiO 2奈米層厚度增加，因此折射率降低，而帶隙能量進而增加。 將 QNL 與光學裝置用於 a-Si/SiO 2QNLs 長通過濾器 (Longpass Filter)
如上一段所示，a-Si/SiO 2系統中的QNLs可以在較寬的折射率及帶隙能量範圍內製造。選擇來自上一段的運行#10的奈米層作為高折射率材料並選擇SiO 2作為低折射率材料來沉積長通過濾器。如實驗部分所述，QNL係使用矽濺鍍源並結合電漿源來沉積而成，而SiO 2層係由附加的濺鍍源來沉積而成。選擇16層l/4光學厚度的設計，其中一些外層經過調整以提供邊緣形成的曲線。材料#10在550nm及1000nm處的折射率分別為3.18及2.79，E gap為1.72eV。在這種情況下，光學厚度為l/4的高折射率層具有49nm的實體厚度，並且由總共180個a-Si及SiO 2的交替層組成。由於BPM磁控濺鍍沉積系統的轉盤配置，奈米層的沉積速率與標準a-Si層一樣高。
380-980nm波長範圍內反射的原位寬帶光學監控法已用於監控塗層厚度。結果，完全正常地發展成正好是具有會演變出相應的有效折射率層之QNL的反射信號。因此，可以得出結論，光學監控非常適合於控制具有QNLs的薄膜堆疊之厚度。
為了進行比較，以與奈米層過濾器相同的設計原理為基礎，根據亦使用16層之標準材料組合SiO 2-TiO 2沉積了相同類型的過濾器。在圖23中，計算出之分別沉積有QLN塗層的裝置之曲線分別稱為#D SiO2/QNL及#X SiO2/QNL，其中QNL意指相應的a-Si/SiO 2堆疊。計算出之分別沉積的比較塗層之曲線分別稱為#D ' SiO2/TiO2及#X ' SiO2/TiO2。
顯而易見的是，標準設計確實僅阻擋一半的可見光範圍，而QNL設計則阻擋整個範圍。當然，使用SiO 2-TiO 2設計可以實現完全阻擋，但代價是層數加倍。
相較於QNL-SiO 2設計的總厚度為1μm，標準SiO 2-TiO 2塗層的總厚度為1.4μm。再者，QNL的沉積速率大約是TiO 2沉積速率的兩倍。厚度的減小及沈積速率的增加都會使得沉積時間縮短到1/2。因此，此比較顯示新型奈米層材料在顯著提高生產率及降低製造成本方面有巨大潛力。
如上所述，使用具有轉盤配置的沉積工具之磁控濺鍍最適合量子奈米層及塗層的沉積。奈米層堆疊的各層係依序沉積，當基板通過矽源下方時，沉積非晶矽，以及當通過電漿源時，透過a-Si層的頂部之氧化產生SiO 2。用轉盤的每次旋轉來重複此順序。轉盤轉速的設定允許選擇每轉a-Si及SiO 2的總厚度，而濺鍍源及電漿源的功率設定允許設定a-Si及SiO 2的厚度比。我們展示具有十分之幾奈米及範圍廣泛的a-Si體積分率f=V a-Si/V SiO2(0.1-0.75)的各個層。
單層顯示具有較大偏移的吸收邊緣。數據分析揭示導致這種偏移的兩種機制。首先，薄膜中SiO 2部分越高，成分變化導致吸收邊緣向越短波長偏移。這是眾所周知的效應。然而，就發明人所知，由量子化引起的第二種效應首次在a-Si/SiO 2層中得到證實。當a-Si阻障層的厚度減小時，具有相同一般成分的QNL顯示吸收邊緣的偏移。這符合如理論部分2所述的理論。
下一步，QNL層用作光干涉過濾器中的高折射率材料。已經證實，濺鍍系統的轉盤配置使得用於阻擋光譜的可見部分同時傳輸近紅外光的長通過濾器之可行製程。從技術觀點來看，這些過濾器的沉積運作就像標準製程，不同之處在於：在QNL層方面，對兩個源進行供電。再者，光學監控亦無需任何改造即可使用。
長通過濾器塗層與設計非常吻合，並且在700nm以上的波長範圍內表現出良好的透射率，因而確定在次奈米範圍內的精確且可再現的沉積。作為比較，亦沉積標準SiO 2/TiO 2長通過濾器。這表示，在層數相同的情況下，阻擋範圍比QNL設計窄得多。對於具有與 QNL過濾器相同特性的標準過濾器，需要雙倍的層數。這清楚地表示，QNL的概念確實為新穎的應用開闢廣泛的領域，並顯著提高生產力。
1,1':可旋轉的固持器(轉盤式及圓筒形) 2-9:基板支撐件 10:基板 11,11':(另一個)磁鐵系統 12:容器 13,13':開口 14,14',14":(另一個)濺鍍站 15,15',15":(另一個)靶材 16,16':(另一個)濺鍍源 17:內磁鐵區域 18:外磁鐵區域 19:轉輪驅動器 20:電漿站 21:電漿源 22:電漿產生電極 23:限制屏蔽 24:泵送裝置 25:基板驅動器 26:電漿電源供應器 27:靶材電源 28,28':來自濺鍍源的氣體供應器 29:來自電漿源的氣體供應器 30,30':處理系統 31:靶材遮板 32:AR塗層 33:QNL膜 34:低折射率材料膜 35:光學裝置 36:柵極(接地電極) 37:雙磁控 38:旋轉陰極 A:軸線 B:旋轉軸線 C:軸線(可選的旋轉) K:線 L h,L 1:高折射率材料及低折射率材料的奈米層 d h,d l:L h、L 1的厚度
以下參考附圖來更詳細地描述本發明的實施例。這些實施例僅用於說明性目的，而不應該被解讀為限制。在附圖中， 圖1係QNL的能量/塗層厚度圖； 圖2A及2B係具有圓筒形基板固持器的處理系統之上視圖及剖面圖； 圖3A及3B係具有轉盤式基板固持器的處理系統之上視圖及剖面圖； 圖4A及4B係具有另一個轉盤式基板固持器的處理系統之上視圖及剖面圖； 圖5係透射率與波長的關係圖； 圖6係Tauc-plot的αhν 1/2[eV/m] 1/2與光子能量的關係圖； 圖7係能隙與井厚度/每次操作的關係圖； 圖8係能隙與井厚度的關係圖； 圖9係折射率與井厚度的關係圖； 圖10係能隙與折射率的關係圖； 圖11係透射率與波長的關係圖； 圖12係反射率與波長的關係圖； 圖13係本發明的光學裝置； 圖14係反射鏡：透射光譜； 圖15係反射鏡：反射光譜； 圖16係透射率與波長的關係圖； 圖17係總厚度與轉盤旋轉的關係圖； 圖18係d SiO2/每次操作與d a-Si/每次操作的關係圖； 圖19a及19b係透射光譜； 圖20係Tauc-plot αhν 1/2[eV/m] 1/2與光子能量的關係圖； 圖21係E gap與d a-Si/每次操作的關係圖； 圖22係E gap與氧氣流量的關係圖； 圖23係LP過濾器：透射率與波長的關係圖。
10:基板
32:AR塗層
33:QNL膜
34:低折射率材料膜
35:光學裝置

Claims (49)

  1. 一種在平坦基板的表面上沉積奈米層的方法，該方法包括以下步驟： 將一真空處理系統中的該(等)基板安裝在一固持器的周圍區域(R)中的一基板支撐件上，該固持器可圍繞著其中心軸線B旋轉，容器包括至少一個磁控濺鍍站，其具有安裝至一濺鍍源且與該磁控濺鍍站間隔開的一濺鍍靶材，以及至少一個電漿處理站，其具有一電漿源；該濺鍍靶材及該電漿源在每種情況下皆朝向該周圍區域(R)的不同部分； 對該容器進行抽氣； 使該固持器圍繞一中心軸線以一恆定速度旋轉； 將一濺鍍氣體引入該容器；以及 將一反應氣體直接引入該濺鍍站或該電漿站的至少一者； 在該濺鍍站中激起一磁控放電並設定一磁控功率位準(P m)；以及 在該電漿處理站中激起一電漿並設定該電漿源的一電漿功率位準(P p)； 透過該固持器的旋轉使該(等)基板連續地： 暴露於該磁控放電，以沉積一高折射率材料層L h；以及 暴露於該處理電漿，以產生一低折射率材料層L l， 其中該固持器的旋轉速度及該磁控功率位準(P m)設定成使得一高折射率材料井層L h的層厚度d h為： 0.1≤d h≤5nm。
  2. 如請求項1之方法，其中該電漿功率位準(Pp)設定成使得一低折射率材料阻障層L l的層厚度d l為： 0.1≤d l≤30nm。
  3. 如前述請求項中任一項的方法，其中該靶材係Al、Si、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ge、各自的氧化物、各自的氮化物或其混合物中之一者。
  4. 如前述請求項中任一項的方法，其中該電漿站包括一電漿源，並且該反應氣體被直接引入該電漿站。
  5. 如請求項4之方法，其中該靶材係矽，該濺鍍氣體係一惰性氣體且被引入該濺鍍站附近或直接進入該濺鍍站。
  6. 如請求項4至5中任一項的方法，其中設定該靶材的功率，將該電漿源的功率設定為恆定位準，並且一電漿發射監控裝置(PEM)用氣體電漿發射的至少一條界定線的強度來控制該電漿站中的電漿氣體參數。
  7. 如請求項1至3中任一項的方法，其中該電漿處理站係包括另一個靶材的另一個磁控濺鍍站。
  8. 如請求項7之方法，其中該另一個靶材係Si、SiO 2、Si 3N 4、Al、Al 2O 3或AlN中之一者。
  9. 如請求項7或8之方法，其中將該濺鍍氣體經由單獨的氣體導管引入該濺鍍站及/或該另一個濺鍍站。
  10. 如前述請求項中任一項的方法，其中設定該靶材及/或該另一個靶材的功率，並且一電漿發射監控裝置(PEM)用一反應濺鍍製程的轉換區域(轉換模式)中之靶材電漿發射的至少一條界定線的強度來控制該電漿站及/或該另一個濺鍍站中的反應氣體參數。
  11. 如前述請求項中任一項的方法，其中該濺鍍站及/或該另一個濺鍍站設有一處理遮板，其中該處理遮板在各個濺鍍站的點燃階段期間關閉，而在各個層的沉積階段期間打開。
  12. 如前述請求項中任一項的方法，其中該濺鍍氣體係氬氣、氪氣、氖氣、氙氣或其任何混合物中之至少一者。
  13. 如前述請求項中任一項的方法，其中將該反應氣體及/或另一個反應氣體直接引入該濺鍍站且直接引入該電漿站或該另一個濺鍍站。
  14. 如前述請求項中任一項的方法，其中該反應氣體及/或該另一個反應氣體係氧氣及/或氮氣。
  15. 如前述請求項中任一項的方法，其中n層高折射率材料層L h及n或n±1層低折射率材料層L l作為一堆疊交替地沉積在該平坦基板的至少一個表面上，其中該堆疊中之各層的數量n對於每層L h及L l來說為至少一個且1≤n≤10000。
  16. 如請求項15之方法，其中在該堆疊與該玻璃基板之間及/或在該堆疊與環境之間沉積至少一個另外的層或塗層。
  17. 如請求項15或16之方法，其中該電漿處理站係另一個磁控濺鍍站，該反應氣體及該另一個反應氣體係氧氣及/或氮氣，以及該堆疊的一穿透邊緣T隨著井厚度的縮小而向較低波長偏移，使得ΔT 50=T 50_THICK–T 50_THINN，其適用2≤ΔT 50≤60nm， 其中T 50_THICK對應於具有井厚度d h_THICK≥5nm的層堆疊之50%透射率，而T 50_THINN對應於具有井厚度d h_THIN≤3nm的層堆疊之50%透射率。
  18. 如請求項17之方法，其中一自由基態與一較高傳導態之間的帶隙能量E gap因較薄的井層L h而增長，增量ΔE gap=E gap_THINN-E gap_THICK，其中0.01≤ΔE gap≤0.8eV，以及E gap_THINN係沉積有薄井層d h_THIN≤3nm的層堆疊之能隙，而E gap_THICK係沉積有厚井層d h_THICK≥5nm的層堆疊之能隙。
  19. 如請求項15或16之方法，其中該電漿處理站包括一電漿源，該反應氣體直接被引入該電漿站，該靶材係矽，該濺鍍氣體係一惰性氣體，以及該疊層的一透射邊緣T隨著井厚度的縮小而向較低波長偏移，使得ΔT 50=T 50_THICK–T 50_THINN，其適用50≤ΔT 50≤400nm， 其中T 50_THICK對應於具有井厚度d h_THICK≥5nm的層堆疊之50%透射率，而T 50_THINN對應於具有井厚度d h_THIN≤3nm的層堆疊之50%透射率。
  20. 如請求項19之方法，其中一自由基態與一較高傳導態之間的帶隙能量E gap因較薄的井層L h而增長，增量ΔE gap=E gap_THINN-E gap_THICK，其中0.01≤ΔE gap≤2eV，以及E gap_THINN係沉積有薄井層d h_THIN≤3nm的層堆疊之能隙，而E gap_THICK係沉積有厚井層d h_THICK≥5nm的層堆疊之能隙。
  21. 如前述請求項中任一項之方法，其中該固持器係一轉盤式固持器，該周圍區域(R)由一外部圓形的環界定，在該盤狀固持器的至少一個主表面上沿著該環配置有基板固持器，其中該等平坦基板在與轉盤平面平行的平面上安裝在該等基板支撐件上或其中。
  22. 如請求項1至18中任一項之方法，其中該固持器係一圓筒形或圓筒形多面固持器，該周圍區域(R)由該固持器的圓筒形或多面表面界定，並且基板支撐件配置成其中心沿著該圓筒形或多面固持器的至少一個高度直徑，其中平坦基板在基本上平行於該圓筒形或多面表面的平面上安裝在該圓筒形或多面表面中或其上。
  23. 如前述請求項中任一項的方法，其中該基板係一晶圓。
  24. 如前述請求項中任一項的方法，其中該基板係一晶圓，該周圍區域(R)距該中心軸線B的徑向距離為535±60mm，以及該恆定速度被設定為每轉30至0.5秒。
  25. 一種光學裝置，包括一基板及沈積在該基板的至少一個面上之一光學塗層，該光學塗層由至少一高折射率材料膜及至少一低折射率材料膜組成，其中該等膜中之至少一者設計成一限定的高或低總QNL折射率(n QNL)的一量子化奈米層(QNL)膜，其中該QNL膜包括彼此交替的至少一個高折射率材料井層L h及至少一個低折射率材料阻障層L l，其中該井層L h的層厚度d h為： 0.1≤d h≤6nm。
  26. 如請求項25之裝置，其中一低折射率材料阻障層L l的層厚度d l為： 0.1≤d l≤30nm。
  27. 如請求項25或26之裝置，其中該QNL膜定義該光學塗層的該高折射率膜。
  28. 如請求項25至27中任一項的裝置，其中該低折射率膜的低折射率材料與該QNL膜中之該(等)阻障層L 1的低折射材料係相同的材料。
  29. 如請求項25至28中任一項的裝置，其中該QNL膜中之各層的數量n對於每層L h及L l而言為至少一個且1≤n≤10000。
  30. 如請求項25至29中任一項的裝置，其中至少該QNL依據請求項1至22中任一項來生產。
  31. 如請求項25至29中任一項的裝置，其中該光學塗層係一干涉塗層，以及該裝置係一反射鏡、一半選擇性反射鏡、一過濾器或一塗層透鏡。
  32. 如請求項31之裝置，其中該裝置係一截止過濾器、一分光器、一帶拒過濾器或一偏光鏡。
  33. 一種真空處理系統，用於在平坦基板的表面上沉積由至少一高折射率材料井層L h及至少一低折射率材料阻障層L l組成的量子化奈米層(QNLs)，容器包括： 一固持器，其可圍繞著其中心軸線B旋轉，並在該固持器的周圍區域(R)中具有一基板支撐件； 至少一個磁控濺鍍站，其具有安裝至一濺射源且與該磁控濺鍍站間隔開的一濺鍍靶材； 至少一個電漿處理站，其具有一電漿源； 該濺鍍靶材及該電漿源在每種情況下皆朝向該周圍區域(R)的不同部分； 一濺鍍氣體入口，其用於將一濺鍍氣體引入該容器；以及 一反應氣體入口及/或另一個反應氣體入口，其用於將一反應氣體引入該容器， 其中該固持架的旋轉速度可被設定為每轉30至0.5秒，並且該磁控功率位準(Pm)可被設定為0.5-10kW，使得一高折射率材料井層L h的層厚度d h可被設定為： 0.1≤d h≤6nm。
  34. 如請求項33之處理系統，其中該固持器的旋轉速度及該磁控功率位準(Pm)可以設定成使得一低折射率材料阻障層L l的層厚度d l為：0.1≤d l≤30nm。
  35. 如請求項33或34之處理系統，其中該電漿站包括一電感或電容耦合電漿源及直接進入該電漿站的一反應氣體入口。
  36. 如請求項33至35中任一項的處理系統，其中該電漿站係一電容耦合高頻電漿源。
  37. 如請求項33至36中任一項的處理系統，其中該靶材係一矽靶材，以及該濺鍍氣體入口連接至一惰性氣體供應器。
  38. 如請求項33至37中任一項的處理系統，其中一電漿發射監控裝置(PEM)經由一光路徑連接至該電漿源的一電漿區。
  39. 如請求項33或38之處理系統，其中該電漿處理站係包括另一個靶材的另一個磁控濺鍍站。
  40. 如請求項39之處理系統，其中該另一個靶材係Si、SiO 2、Si 3N 4、Al、Al 2O 3、AlN或其混合物中之一者。
  41. 如請求項39至40中任一項的處理系統，其中該靶材係Al、Si、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Ge、各自氧化物、各自氮化物或其混合物中之一者。
  42. 如請求項39至41中任一項的處理系統，其中兩個濺鍍站均設有一單獨的反應氣體入口。
  43. 如請求項33至42中任一項的處理系統，其中該固持器係具有一轉盤式固持器平面(P)的一轉盤式固持器，該周圍區域(R)由一外部圓形的環界定，在該轉盤式固持器的至少一個主表面上沿著該環配置有基板固持器，其中該等平坦基板在與轉盤平面平行的平面上安裝在該等基板支撐件上或其中。
  44. 如請求項43之處理系統，其中該磁控濺鍍站包括一圓形靶材及一靜態磁鐵裝置，該磁鐵裝置： 配置在平行於平面(P)的一平面(M)上； 不以一靶材軸線(C)為中心成旋轉對稱，其中該靶材軸線中心地穿過該磁鐵裝置且垂直於該平面(M)。
  45. 如請求項44之處理系統，其中由該磁鐵系統界定的一區域可以沿著與靶材軸線(C)垂直地相交之平面(M)上的線(K)分成遠離該轉盤的中心定向之一外部區域(16)及朝向該轉盤的中心定向之一內部區域(17)，其中該外部區域(16)大於該內部區域(17)係有效的。
  46. 如請求項45之處理系統，其中該磁鐵裝置(11)繞著該平面(M)中的一對稱軸線(A)成對稱或不對稱，其中軸線(A)與轉盤的中心軸線(Z)相交。
  47. 如請求項44至46中任一項的處理系統，其中該靶材係一旋轉靶材，配置成可圍繞其中心的靶材軸線(C)旋轉。
  48. 如請求項33至42中任一項的處理系統，其中該固持器係一圓筒形或圓筒形多面固持器，該周圍區域(R)由該固持器的圓筒形或多面表面界定，並且基板支撐件配置成其中心沿著該圓筒形或多面固持器的至少一個高度直徑，其中平坦基板在基本上平行於該圓筒形或多面表面的平面上以在高度上與高度直徑對齊方式安裝在該圓筒形或多面表面中或其上。
  49. 如請求項33至48中任一項的處理系統，包括至少兩個磁控濺鍍站及不是磁控站的至少一個電漿站，其中每站包括一電漿發射監控裝置，以控制各個站中的反應過程。
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