TWI688113B - 用於光學元件增強之濕潤層 - Google Patents

Abstract

此處所述的實施例關於光學元件製作的方法及材料。在一個實施例中，提供一種製作光學元件之方法。方法包括在基板上沉積介電膜，在介電膜上沉積濕潤層，及在濕潤層上沉積含金屬膜。在另一實施例中，提供一種光學元件。元件包括基板，沉積在基板上且接觸基板的介電膜，沉積在介電膜上且接觸介電膜的濕潤層，及沉積在濕潤層上且接觸濕潤層的含金屬膜。

Description

用於光學元件增強之濕潤層

本揭露案的實施例大致關於用於光學元件製作的材料及方法。

諸如透鏡或類似者的光學元件建構成展現某些所欲特徵。光學元件特徵的範例包括光反射性及光透射性。例如具有沉積於其上的塗佈材料的透鏡之傳統光學元件可足夠用於某些應用。然而，諸如在先進成像及半導體應用中利用的此等先進光學元件在傳統塗佈下常常無法按預期實行。

再者，即使諸如利用介電及金屬膜的交替層的此等先進光學元件亦可能無法適當地實行，此歸因於用以形成先進光學元件的材料的固有特性。舉例而言，具有以交替方式安排的薄的介電及金屬膜的光學元件可能遭受從介電分層金屬，或從在介電上不完全覆蓋的金屬分層。儘管可利用較厚金屬膜達成在介電膜上金屬的改良聚結，但通常無法達成金屬的完全聚結，除非金屬膜為數十奈米的厚度，而此通常對先進光學元件應用而言太厚。

因此，本領域中需要用於光學元件的改良的方法及材料。

在一個實施例中，提供一種製作光學元件之方法。方法包括在基板上沉積含氧化物介電膜，在介電膜上沉積濕潤層且濕潤層與介電膜接觸，及在濕潤層上沉積含金屬膜且含金屬膜與濕潤層接觸。含金屬膜以反射金屬材料形成，包括以下一或更多者：鋁、銀及金。

在一個實施例中，一種製作光學元件之方法包括將基板傳送至處理腔室中，藉由濺鍍蝕刻清潔基板的表面，在基板上形成含氧化物介電層，在介電層上形成第一濕潤層，在第一濕潤層上形成金屬層，及在金屬層上形成第二濕潤層。第二濕潤層以與第一濕潤層不同的材料形成。

在一個實施例中，提供一種光學元件。元件包括基板，沉積在基板上且接觸基板的含氧化物介電膜，沉積在介電膜上且接觸介電膜的濕潤層，及沉積在濕潤層上且接觸濕潤層的含金屬膜。含金屬膜包括以下一或更多者：鋁、銀及金。

此處所述的實施例關於光學元件製作的方法及材料。在一個實施例中，提供一種製作光學元件之方法。方法包括在基板上沉積介電膜，在介電膜上沉積濕潤層，及在濕潤層上沉積含金屬膜。在另一實施例中，提供一種光學元件。元件包括基板，沉積在基板上且接觸基板的介電膜，沉積在介電膜上且接觸介電膜的濕潤層，及沉積在濕潤層上且接觸濕潤層的含金屬膜。

第1圖為顯微照片，圖示膜堆疊具有在介電膜及含金屬膜之間沉積的濕潤層。光學元件100包括基板102。基板102可為在其上可形成光學元件的任何適合的基板。在一個實施例中，基板102為含矽（Si）基板。亦考量基板102可為含銦（In）、鎵（Ga）、鍺（Ge）或氮（N）基板。或者或額外地，基板102可為層疊基板。

介電膜104佈置於基板102上且與基板102接觸。在一個實施例中，介電膜104為半導體材料。半導體材料的適合範例包括但非限於：矽（Si）材料、鍺（Ge）材料、氮化矽（Si₃ N₄ ）材料、磷化銦（InP）材料、磷化鎵（GaP）材料、氮化鎵（GaN）材料、及III-V族材料或類似者。在一個實施例中，介電膜104為含氧化物膜，例如二氧化鈦（TiO₂ ）膜、氧化鉿（Hf_x O_y ）膜、氧化鋯（ZrO₂ ）膜、氧化鑭（La₂ O₃ ）膜、氧化鋁（Al₂ O₃ ）膜或類似者。或者或額外地，介電膜可為多層堆疊，選擇用於介電膜104的材料至少部分歸因於材料固有的折射率而選擇。亦考量在某些情況下介電材料可展現疏水特性。

在一個實施例中，介電膜104藉由物理氣相沉積（PVD）處理而沉積在基板102上。或者，介電膜104可藉由其他技術而沉積，例如化學氣相沉積（CVD）處理、電漿強化的化學氣相沉積（PECVD）處理、磊晶氣相沉積處理、原子層沉積（ALD）處理或類似者。

濕潤層106沉積在介電膜104上且與介電膜104接觸。在一個實施例中，濕潤層為提供表面的材料，在此表面上沉積的材料可初始形成與下層材料層（例如，介電膜104或類似者）具有鈍角接觸角的成長島。濕潤層作用以改善後續沉積的膜的形成，使得後續沉積的膜光滑、連續且薄。在一個實施例中，後續沉積的膜為含金屬膜108。

在一個實施例中，濕潤層106為半導體材料。在另一實施例中，濕潤層106為介電材料。半導體及介電材料的適合範例包括但非限於：矽（Si）材料、氧化矽（SiO₂ ）材料、氮化矽（Si₃ N₄ ）材料、氧化鉭（TaO）材料、氧化鋁（Al₂ O₃ ）材料、磷化鎵（GaP）材料、氮化鎵（GaN）材料、及III-V族材料或類似者。在另一實施例中，濕潤層106為金屬材料。金屬濕潤層的適合的材料範例包括但非限於：鈦（Ti）材料、鉻（Cr）材料、鎳（Ni）材料及鈷（Co）材料。

濕潤層106以薄層形成於介電膜104上，而作用以強化後續沉積的含金屬膜108的沉積。在一個實施例中，濕潤層106藉由PVD處理沉積在介電膜104上。或者，濕潤層106可藉由其他技術而沉積，例如化學氣相沉積（CVD）處理、電漿強化的化學氣相沉積（PECVD）處理、磊晶氣相沉積處理、原子層沉積（ALD）處理、蒸發處理、分子束沉積處理或類似者。

含金屬膜108沉積在濕潤層106上且與濕潤層106接觸。在一個實施例中，含金屬膜108為反射金屬材料，例如鋁（Al）、銀（Ag）、或金（Au）或其他。在介電膜104上形成薄且光滑的表面的濕潤層106促進在其上的含金屬膜108的均勻沉積。吾人相信濕潤層106增加可利用作為含金屬膜108的材料的種類，同時減少用以達成含金屬膜108的均勻或實質上均勻膜厚度的含金屬膜108的厚度。在一個實施例中，在含金屬膜108上沉積另一濕潤層106，使得含金屬膜108被夾在兩個濕潤層106之間。在此實施例中，濕潤層106之各者與含金屬層108接觸而形成。

第2圖根據此處所述的實施例，概要地圖示膜堆疊200。在此實施例中，介電膜104形成於基板102上且與基板102接觸，濕潤層106形成於介電膜104上且與介電膜104接觸，含金屬膜108形成於濕潤層106上且與濕潤層106接觸，且第二介電膜104沉積於含金屬膜108上且與含金屬膜108接觸。在此實施例中，當與以上所述其中將含金屬膜108夾在兩個濕潤層106之間的範例比較時，利用單一濕潤層106。

第3圖根據此處所述的實施例，圖示膜堆疊300。在此實施例中，介電膜104形成於基板102上且與基板102接觸，第一濕潤層106a形成於介電膜104上且與介電膜104接觸，含金屬膜108形成於第一濕潤層106a上且與第一濕潤層106a接觸，第二濕潤層106b形成於含金屬膜108上且與含金屬膜108接觸，且介電膜104沉積於第二濕潤層106b上且與第二濕潤層106b接觸。

此實施例的一個態樣為，第一濕潤層106a為介電或半導體材料，且第二濕潤層106b為金屬材料。舉例而言，第一濕潤層106a可為含矽（Si）、氧化矽（SiO₂ ）、氮化矽（Si₃ N₄ ）、氧化鉭（TaO）、氧化鋁（Al₂ O₃ ）、磷化鎵（GaP）、氮化鎵（GaN）、或III-V族的材料層，同時第二濕潤層106b可為含鈦（Ti）、鉻（Cr）、鎳（Ni）或鈷（Co）的層。亦考量其他材料及結合。舉例而言，在另一態樣中，第一濕潤層106a為金屬材料，且第二濕潤層106b為介電或半導體材料。在此兩個態樣中，介電或半導體材料濕潤層作用為光學元件的介電部分（即，介電膜104）的部分，且金屬材料濕潤層作用為類似於光學元件的金屬部分（即，含金屬膜108）。在某些態樣中，金屬濕潤層藉由退火處理或類似者，而擴散或類似地併入含金屬膜108中。在一個實施例中，含金屬膜108藉由PVD處理而沉積。用於沉積介電膜104、濕潤層106及/或含金屬膜108而用於實行PVD處理的適合裝置的一個範例為ENDURA^® 系列的處理工具，此工具可從美國加州聖克拉拉的應用材料公司取得。亦應考量，來自其他製造商的其他適合配置的裝置亦可利用於沉積介電膜104、濕潤層106及/或含金屬膜108。或者，含金屬膜108可藉由其他技術沉積，例如化學氣相沉積（CVD）處理、電漿強化的化學氣相沉積（PECVD）處理、磊晶氣相沉積處理、原子層沉積（ALD）處理或類似者。

吾人相信利用濕潤層能夠增加適合在光學元件的多層堆疊的建立中使用的材料種類，例如彩色濾光器或電漿元件。由此處所述的方法、材料及元件受益的其他元件包括法布里-珀羅干涉儀（Fabry-Perot interferometers）及標準具元件（etalon devices）。更具體而言，可減少或更精準控制光學元件100中各個材料層104、106、108的厚度，而能夠在鄰接材料層之間製作光滑的表面及/或界面。

此處所述的方法亦包括用於光學元件製作的基板102的準備。在一個實施例中，利用多重腔室系統。在一個實施例中，諸如ENDURA^® 系列處理工具的多重腔室系統包括退火腔室、表面清潔腔室（即，濺鍍蝕刻腔室）及PVD腔室。亦應考量，來自其他製造商的其他適合配置的裝置亦可利用於準備用於光學元件製作的基板102。

在將基板102傳送至處理腔室且沉積介電材料104之前，基板102引入裝載閘腔室中，其中降低壓力且維持足夠的高真空，例如類似於在PVD腔室中利用的真空壓力。在某些實施例中，準備基板亦包括加熱以釋出水蒸氣，或濺鍍蝕刻以清潔基板表面，來強化後續沉積的膜的成核特性。

此處所述的實施例相信發覺各種光學元件中的有益實施，例如光學膜、彩色濾光器、衍射光學器、奈米光學器、及超分辨率光學器、及其他。藉由實施具有濕潤層的金屬/金屬氧化物膜，而維持及/或改善光學濾光器元件的色彩飽和度，同時能夠具有改善的膜光滑度（即，降低的表面粗糙度）的減少厚度的金屬層。吾人相信達成較薄的膜改善光學元件的透光性，同時改善膜堆疊的光學性能。

儘管以上導向本揭露案的實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離本揭露案的基本範疇，且本揭露案的範疇藉由以下申請專利範圍來決定。

100‧‧‧光學元件 102‧‧‧基板 104‧‧‧介電膜 106‧‧‧濕潤層 106a‧‧‧第一濕潤層 106b‧‧‧第二濕潤層 108‧‧‧含金屬膜 200‧‧‧膜堆疊 300‧‧‧膜堆疊

本揭露案可由以上的方式詳細理解所載之特徵，而以上簡要概述的本揭露案的更具體說明可參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示範例實施例，且因此不應考量為其範疇之限制，而可認可其他均等效果的實施例。

第1圖根據此處所述的實施例，為顯微照片，圖示膜堆疊具有在介電膜及含金屬膜之間沉積的濕潤層。

第2圖根據此處所述的實施例，概要地圖示膜堆疊。

第3圖根據此處所述的實施例，概要地圖示膜堆疊。

為了促進理解，盡可能地使用相同的元件符號代表共通圖式中相同的元件。應考量一個實施例的元素及特徵可有利地併入其他實施例中而無須進一步說明。

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

100‧‧‧光學元件

102‧‧‧基板

104‧‧‧介電膜

106‧‧‧濕潤層

108‧‧‧含金屬膜

200‧‧‧膜堆疊

Claims (20)

1. 一種製作一光學元件之方法，包含以下步驟： 加熱一基板；在該基板上沉積一介電膜，該介電膜以一含氧化物材料形成；在該介電膜上沉積一濕潤層，且該濕潤層與該介電膜接觸；及在該濕潤層上沉積一含金屬膜，且該含金屬膜與該濕潤層接觸，該含金屬膜以一反射金屬材料形成，該反射金屬材料包含以下一或更多者：鋁、銀及金。
2. 如請求項1所述之方法，其中該含氧化物材料為二氧化鈦。
3. 如請求項1所述之方法，其中該介電膜為一多層堆疊。
4. 如請求項1所述之方法，其中該濕潤層包含一半導體材料。
5. 如請求項4所述之方法，其中該半導體材料為矽。
6. 如請求項1所述之方法，其中該濕潤層包含一金屬材料。
7. 如請求項6所述之方法，其中該金屬材料為鈦。
8. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟： 在該基板上沉積該介電膜之前，蝕刻該基板的一表面。
9. 如請求項1所述之方法，其中該介電膜、該濕潤層或該含金屬膜之一或更多者藉由一物理氣相沉積處理而沉積。
10. 一種製作一光學元件之方法，包含以下步驟： 將一基板傳送至一處理腔室中；藉由濺鍍蝕刻清潔該基板的一表面；在該基板的該表面上形成一介電層，該介電層包含一含氧化物材料；在該介電層上形成一第一濕潤層；在該第一濕潤層上形成一金屬層，該金屬層包含以下一或更多者：鋁、銀及金；及在該金屬層上形成一第二濕潤層，其中該第二濕潤層以與該第一濕潤層不同的材料組成。
11. 如請求項10所述之方法，其中該含氧化物材料為二氧化鈦。
12. 如請求項10所述之方法，其中該第一濕潤層包含一介電材料。
13. 如請求項10所述之方法，其中該第一濕潤層包含一金屬材料。
14. 如請求項13所述之方法，其中該第一濕潤層藉由一退火處理併入該金屬層中。
15. 如請求項10所述之方法，其中在該第二濕潤層上形成一第二介電層。
16. 如請求項10所述之方法，其中該介電層、該第一濕潤層、該第二濕潤層或該金屬層之一或更多者藉由一物理氣相沉積處理而沉積。
17. 一種光學元件，包含： 一基板；一介電膜，沉積在該基板上且與該基板接觸，該介電膜包含一含氧化物材料；一第一濕潤層，沉積在該介電膜上且與該介電膜接觸；及一含金屬膜，沉積在該濕潤層上且與該濕潤層接觸，該含金屬膜包含以下一或更多者：鋁、銀及金。
18. 如請求項17所述之元件，其中該介電膜包含二氧化鈦。
19. 如請求項17所述之元件，進一步包含一第二濕潤層，沉積在該含金屬膜上且與該含金屬膜接觸。
20. 如請求項19所述之元件，其中該第一濕潤層包含與該第二濕潤層不同的材料。

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