(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザミラー及び他の光学的構成要素の製造における基板の欠陥及び被膜堆積プロセスにおいて発生する欠陥を克服した光学的構成要素を提供する。【解決手段】サイズが１ミクロンから２ミクロンの範囲内である少なくとも１つの結節を有する基板と、基板の全体及び結節上に配設された、１．２ミクロンから３．４ミクロンの範囲内の厚さを有する平坦化層３０と、平坦化層３０上に配設された二酸化ケイ素及び二酸化ハフニウムの交互連続層と、を備える。【選択図】図４ｂ
2018116287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイズが１ミクロンから２ミクロンの範囲内である少なくとも１つの結節を有する基板と、
前記基板の全体及び前記結節上に配設された、１．２ミクロンから３．４ミクロンの範囲内の厚さを有する平坦化層と、
前記平坦化層上に配設された二酸化ケイ素及び二酸化ハフニウムの交互連続層と、
を備えた、光学的構成要素。
【請求項２】
前記平坦化層が、二酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項３】
前記平坦化層が、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５）及びジルコニア（ＺｒＯ２）の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項４】
前記平坦化層が、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項５】
前記二酸化ケイ素の層がスパッタリングされた二酸化ケイ素を含み、前記二酸化ハフニ
ウムの層がスパッタリングされたハフニウムを含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]米国政府は、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙの運営に関し、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ＥｎｅｒｇｙとＬａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ＬＬＣとの間の契約第ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４号に従って、本発明の権利を有する。
【０００２】
[0002]本出願は、２０１２年１０月１２日付け出願の米国特許仮出願第６１／７１３，３３２号「Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｄｅｆｅｃｔｓ」の優先権を主張し、その内容を本明細書に援用する。
【０００３】
[0003]本発明は、例えば慣性閉じ込め核融合発電所用のレーザに用いられるような大型光学素子の製造技法に関し、特に、このような核融合発電所で用いられるレーザ用のミラーの製造に関する。ただし、本発明は一般的に、光学基板の平坦化に適用することによって、レーザミラー被膜に用いられるこのような基板の欠陥及び被膜堆積プロセスにおいて発生する欠陥を克服可能である。
【背景技術】
【０００４】
[0004]Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  Ｆａｃｉｌｉｔｙ（ＮＩＦ）は、Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＬａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（ＬＬＮＬ）にあるレーザを用いた慣性閉じ込め核融合研究装置である。ＮＩＦでは、レーザを用いることによって、核融合反応を引き起こす温度及び圧力までジュウテリウム及びトリチウム（ＤＴ）燃料のカプセルを加熱及び圧縮する。ＮＩＦにおいては、１９２個のレーザのバンクによって、カプセルを保持する空洞に点火する。ＮＩＦで用いられるレーザは、大型で非常に強力なレーザであり、１フィート四方のオーダのビームを生成する。
【０００５】
[0005]ＮＩＦにおいて現在開発中の技術を用いた慣性閉じ込め核融合発電所について、提案がなされている。このような核融合発電所の展開に必要な機器、システム、及びサポートについては、現在、ＬＬＮＬにおいて調査及び設計中である。このような発電所に関して提案されている慣性閉じ込め核融合（本明細書においては「ＩＣＦ」と称することが多い）への間接的な取り組みにおいては、それぞれＤＴ燃料を含むカプセルを備えた空洞が核融合チャンバに注入される。空洞がチャンバの中心に到達すると、レーザバンクによって「ターゲット」に点火が行われる。空洞は、燃料カプセルに対するＸ線として空洞の内側に衝突するレーザビームのエネルギーを吸収して再放射する。これにより、燃料カプセルの外表面が除去されて、ＤＴ燃料の圧縮及び加熱により核融合反応が引き起こされる。
【０００６】
[0006]このようなシステムで用いられるレーザは、熱及びエネルギーに関する要求が相伴ってレーザの構成要素に課された状態で、高エネルギーにて動作する。そのため、レーザの光学的構成要素には、特有の設計要件が課される。ここで特に懸念されるのは、多層光学被膜が、基板上又は被膜に埋め込まれた微小な含有物によってレーザフルエンスの制限を受けることである。これらの含有物は、光学的構成要素の基板上のミクロンサイズの微粒子によって作られる。これらの微粒子は、基板の不十分な洗浄、基板洗浄後の被膜装置への移送中の汚染、並びに他の原因によって生じる。これら含有物の形状及び多層被膜の干渉特性により、欠陥の周りで光が非常に大きく増幅され、欠陥のレーザ抵抗が周囲の正常な多層被膜よりもはるかに低くなる可能性がある。
【０００７】
[0007]小型の光学的構成要素においては、欠陥を最小限に抑えるための様々な取り組みがなされている。特に、極端紫外線リソグラフィの場合は、微小なナノサイズの汚染物質が、得られるマスクの機能に支障を来す。これまで、各種の取り組みがなされており、一部は、この問題への対処に成功している（例えば、「Ａ  Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｂａｓｅｄ，Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｃｏａｔ−ａｎｄ−Ｅｔｃｈ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｔｏ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅ  Ｎｅａｒｌｙ  Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ」、Ｍｉｒｋａｒｉｍｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｊｕｌｙ  ２００５及び「Ａｄｖａｎｃｉｎｇ  ｔｈｅ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ  ｏｆ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｍｉｒｋａｒｉｍｉ  ｅｔ  ａｌ．、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ７７（２００５）３６９−３８１参照）。これらの公開文献はそれぞれ、極端紫外線リソグラフィマスク用の被膜におけるピット又は粒子等の表面欠陥を軽減する技法を記載している。ただし、これらの論文に記載の手法は、ここで懸念される欠陥よりもはるかに小さな欠陥に対処するものである。例えば、これらの論文に記載の技法では、深さが数十ｎｍのオーダの欠陥に対処している。一方、光学的な近赤外被膜で問題となるのは、ミクロンサイズの欠陥である。さらに、これらの論文に記載のプロセスで用いられている材料は、主としてケイ素であるが、レーザ光の波長におけるエネルギーの吸収性が高い。そのため、この範囲の波長を使用する構成要素には採用できない。最後に、これらの従来技術手法で対処している一番の懸念事項は、マスク転写のための反射性及び表面平坦性の確保である。これに対して、ここでの一番の問題は、被膜内における欠陥の周りのエネルギー集中に関する。
【０００８】
[0008]そこで、およそミクロンサイズの結節性の欠陥を含む光学的構成要素をレーザ又は光学用途に使用できるように、このような欠陥を軽減する技法が必要である。
【０００９】
[0009]欠陥のない被膜の堆積を可能とする基板欠陥の平坦化は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  Ｆａｃｉｌｉｔｙ等における大規模なレーザプロジェクト、並びに市販のレーザシステムにおけるより小型光学素子用の構成要素に関する高出力レーザに適用される。また、この技術は、Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  Ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌ−Ｗａｖｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ（ＬＩＧＯ）重力波検出計画等の実験用の低粗度被膜にも適用可能である。
【００１０】
[0010]光学的多層被膜は、埋め込まれた結節性（凸状）の欠陥によってフルエンスの制限を受ける。これら結節性の欠陥の形状と多層被膜の干渉特性との組合せにより、これらの欠陥内で光が増幅されるため、特に高出力レーザを備えた大型光学素子において、レーザ損傷が引き起こされる。この問題を解決するため、相当な研究によって、欠陥の原因に対処してきている。半自動洗浄システム、例えば手動洗浄後の超音波洗浄等の改良によって、基板の汚染を低減している。クリーンルームによって、施設内における光学的構成要素の移動並びに被膜チャンバへの構成要素の装入に起因する汚染を低減している。また、ロードロックシステムによって、移送及び被膜チャンバのポンプダウンによる微粒子を低減している。被膜材料を酸化物から金属に切り替えることによって、堆積プロセス中に作られる微粒子を低減している。また、一部の堆積プロセスにおいて速度フィルタ（回転翼フィルタ）等のフィルタリング技法を採用することにより、堆積中に基板に到達する微粒子を低減している。粒子の低減においては実質的な改善が見られるものの、特に大口径（メートルクラス）の光学薄膜の場合に、基板上の欠陥は依然として存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
[0011]このような大型の光学的構成要素上のすべての欠陥を防止するのは事実上不可能であるため、本発明は、欠陥の除去ではなく、欠陥の軽減に焦点を合わせている。ここで、欠陥は、多層被膜を堆積させた厚い平坦化膜に埋設されている。或いは、多層被膜の堆積中に平坦化プロセスを行って、最終的には、欠陥による光の増幅を最小限に抑えたミラー被膜を提供可能である。一実施形態においては、連続した堆積及び選択的エッチング工程によって多層被膜を実行する。特に、表面に対して垂直である場合とは対照的に、表面に対するある角度では、イオンビームエッチングがより効果的であるため、周囲の平坦な被膜よりも欠陥上のドームがより効率的にエッチングされることになる。また、堆積及びエッチングを繰り返すことによって、欠陥上に多層膜を成長させることが可能であり、これにより欠陥が効果的に埋設され、平坦な上面が得られる。所望の平坦度が得られたら、光学素子上には、所望する任意の被膜をさらに堆積可能である。多層被膜の底部における電界が弱いことから、埋め込まれた欠陥によってレーザ損傷が引き起こされることはない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[0012]好適な一実施形態において、少なくとも１つの約１ミクロンサイズの結節性の欠陥を基板表面に有する光学的構成要素を作成する方法は、欠陥上に平坦化層を堆積させるステップと、平坦化層上にイオンビームエッチング可能な層を堆積させるステップと、イオンビームエッチング可能な層の一部をエッチング除去するステップと、イオンビームエッチング可能な層上に金属酸化物の層を堆積させるステップとを含む。そして、結節性の欠陥のサイズが所望の量だけ小さくなるまで、イオンビームエッチング可能な層を堆積させるステップ、イオンビームエッチング可能な層の一部をエッチング除去するステップ、及び金属酸化物の層を堆積させるステップを繰り返す。
【００１３】
[0013]好適な一実施形態において、光学的構成要素はレーザミラーであり、平坦化層及びイオンビームエッチング可能な層はそれぞれ、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含み、金属酸化物は二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）を含む。また、平坦化層としては、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）が有用である。好適な本実施形態において、平坦化層は、欠陥よりも厚い。交互層は、予想される波長に対して光学的に適した高屈折係数を有する酸化物層を含むのが好ましい。また、例えばイオンビーム技術による堆積の後は、各堆積後にエッチング可能な層をその厚さの約半分だけエッチングバックするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】高出力レーザミラーに課せられたフルエンス要件を示した図である。
【図２】埋め込まれたミクロンサイズの粒子の影響を示した図である。
【図３】埋め込まれた結節に起因する光の増幅をさらに示した図である。
【図４ａ】少なくとも概ねミクロンサイズの欠陥に対処する平坦化プロセスを示した図である。
【図４ｂ】少なくとも概ねミクロンサイズの欠陥に対処する平坦化プロセスを示した図である。
【図５ａ】平坦化層の使用を示した図である。
【図５ｂ】平坦化層の使用を示した図である。
【図６】堆積及びエッチング機器を示した図である。
【図７】平坦化層の厚さの決定を示した図である。
【図８】様々なサイズの結節及び平坦化層に行った実験を示した図である。
【図９】さらなる実験結果を示した図である。
【図１０】さらなる実験結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[0023]図１は、フルエンスに関して表示された、高出力用途におけるレーザミラーに課せられた要件の高まりを示した図である。ここで論じるようにフルエンスとは、長期間にわたって積算された放射フラックスである。水平軸上に様々なレーザを示し、垂直軸上に対応するミラーフルエンスを示している。図示のように、ミラーフルエンスは、Ｓｈｉｖａレーザ（１９７７年頃）の約５ジュール／平方センチメートル（Ｊ／ｃｍ２）から、Ｎｏｖａレーザ（１９８４年頃）の１２Ｊ／ｃｍ２、現在の１．８ＭＪ  ＮＩＦレーザ（２００９年頃）の２２Ｊ／ｃｍ２へと上昇した。将来世代のレーザにおいて、ミラーフルエンスは、３ＭＪ  ＮＩＦレーザの６５Ｊ／ｃｍ２のオーダが予想されている。ＩＣＦを用いた核融合電力では、ミラーレーザ抵抗が定常的に１００Ｊ／ｃｍ２を超えることが予想されている。
【００１６】
[0024]レーザミラー及び光学素子の開発において、古典的には、被膜堆積中に導入される欠陥の数を低減することによってレーザ損傷を軽減することに焦点が当てられてきた。この手法は、小型の光学的構成要素の場合にはある程度の成功を収めているが、大型の光学的構成要素、例えば１フィート四方を上回るオーダのミラーでは失敗に終わっている。
【００１７】
[0025]図２は、レーザミラーの多層被膜における埋め込まれたミクロンサイズの粒子の影響を示した図である。凸状の欠陥を形成するこれら埋め込まれたミクロンサイズの粒子と、被膜中に凹状欠陥を形成する引掻き傷（又は、ピット）とを区別するため、凸状の欠陥を結節と称する。
【００１８】
[0026]図２（ａ）に示すように、基板上の結節性の被膜欠陥は、膜厚の関数として、放射状に放物線の様態で成長する。これら結節性の欠陥によって、図２（ｂ）に示すように、光学多層ミラー被膜内で光が増幅される。この光の増幅の結果として、光学多層ミラー被膜のレーザ損傷閾値は、これらの欠陥により低下する。特に、ミラーを強力なレーザ光に曝した場合は、その結果としての熱及びエネルギー集中によって、図２（ｃ）に示すように、粒子が排出されるとともに損傷ピットが形成される。
【００１９】
[0027]図３は、埋め込まれた結節に起因する光の増幅を、このような埋め込まれた結節のないミラーと比較してさらに示している。直径２μｍの結節によって、強度がほぼ３５倍に増大（その結果としての損傷も同様に増大）していることに留意されたい。３つのケースｕ＿０、ｔｅ＿４５、及びｔｍ＿４５は、法線（０°）入射、「Ｓ」偏光での４５°入射、及び「Ｐ」偏光での４５°入射を表している。
【００２０】
[0028]図４ａは、ミクロンサイズの結節がミラーの平坦性に及ぼす影響を示している。図４ａに示すように、基板１０は、その上面に結節性の欠陥１５を有する。一連の層２０、例えば多層被膜は、基板上に堆積させたものとして示している。この図は、付加的な層が適用された場合の欠陥に起因する平坦性の変化を示している。図示のように、付加的な層は、結節上に堆積させる層が多くなるほど、結節の幅２４を拡げている。同時に、付加的な層を堆積させても、結節の高さ２６は本質的に一定のままである。
【００２１】
[0029]図４ｂは、本発明に係るプロセスの一実施形態を示している。図示のように、結節性の欠陥１５は、平坦化層３０の最初の堆積によって効果的に埋設され、その後の連続した層堆積によって、多層被膜、通常はミラーを形成している。実際、平坦化層は、基板上での結節性の欠陥の成長を防止し、これによって、より平坦な上面が得られる。図４ｂではこのプロセスの平坦化の効果を誇張しているが、実際に行った試験のデータについては、以下に提示する。
【００２２】
[0030]図４ｂに示す層の材料の選定は、ある程度任意である。平坦化層は、結節性の欠陥の周りに流れて欠陥を層中に埋め込む傾向がある層とするのが好ましい。好適な材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。その他、平坦化層として考え得る選択肢としては、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）がある。
【００２３】
[0031]平坦化層上において、交互層は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）であるのが好ましい。その他の材料であっても、二酸化ケイ素の選択的エッチング特性を有すること、すなわち、エッチングプロセスに対するある角度では、層がエッチングに対して垂直な場合よりも高速に表面がエッチングされることを前提として、二酸化ケイ素層の代用が可能である。その他、高屈折率層の適当な材料としては、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、及び酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）等の他の光学的な酸化物材料がある。より一般的には、多層ミラー被膜での使用に適した材料を使用可能である。
【００２４】
[0032]図４ｂにおいて、結節上には、総厚３５を有する上述の一連の層が堆積されている。好ましくは交互である二酸化ケイ素層の堆積後、例えばイオンビームエッチングを使用して当該層を部分的にエッチング除去すると、より平坦な構造が得られる。図４ｂにおいては、イオンビームエッチングのディファレンシャルエッチング特性を図示していないことに留意されたい。ただし、その効果については、以下の図５及び図８に示す。
【００２５】
[0033]イオンビームエッチングでは、基板に対するビームの角度によってエッチング速度が決まる。イオンビームは、結節を覆う層の傾斜部を選択的に侵食して、当該結節を囲む平らな部分よりも高速にエッチングする。その結果、連続した堆積及びエッチング工程の実行に応じて、欠陥の直径が徐々に小さくなる。この選択的エッチングの効果を図５ａに示す。別の言い方をすると、図５ａに示すように、基板に垂直なイオンビームで欠陥をスパッタリングすると、結節性のドームの円形部分（ドーム中心と角度θとの間の部分）が結節周りの正常な膜よりも高速にエッチングされる。二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の堆積とイオンビームエッチングとを組み合わせて繰り返すことにより、結節性の欠陥の半径及び高さは小さくなる。この効果を図５ｂに示す。連続したエッチング工程によってどのようにして欠陥の直径が小さくなるかに留意されたい。十分なサイクル数の後、欠陥は、当該欠陥上の表面が平坦な厚い二酸化ケイ素層に完全に埋め込まれることになる。このようにすると、多層ミラーがはるかに平坦となり、用途に依っては、所望の光学的構成要素を作成するための付加的な層を構造上に堆積させることが可能である。
【００２６】
[0034]上述のプロセスは、レーザミラーの形成に使用する場合、所望の層材料、好ましくはケイ素及びハフニウムを酸素雰囲気中に含むターゲットを備えた反応環境中のイオンビームスパッタリングシステムを使用して実行する。図６は、これらのプロセスの実行に用いる機器を模式的に示している。真空チャンバにおいて回転テーブルを使用することにより、上述のように、基板上に層を交互に堆積させた後、部分的に除去するようにしてもよいことに留意されたい。
【００２７】
[0035]上述の通り、多層被膜の堆積に先立って、平坦化層を堆積させる。図７は、平坦化層の初期厚さを決定するための好適な手法を示している。図７に示すように、平坦化層の好適な厚さは、予想される欠陥サイズの関数である。球状欠陥の場合は、欠陥の１．２倍のサイズの層によって、欠陥が平坦化される。円筒状欠陥の場合は、その予想サイズの１．５倍の層で十分であり、立方体状欠陥の場合は、その予想サイズの１．７倍の層が妥当である。これは、より一般的には、３μｍ厚の平坦化層によって、２．５μｍサイズの球状欠陥、２μｍサイズの円筒状欠陥、及び１．７６μｍサイズの立方体状欠陥が効果的に円滑化されることを意味する。
【００２８】
[0036]好適な実施形態においては、適当な厚さの平坦化層、通常は厚い二酸化ケイ素の層を堆積させる。その他、平坦化層として考え得る選択肢としては、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５）、又はジルコニア（ＺｒＯ２）がある。レーザミラーを実装するため、平坦化層上に配設させる層は、二酸化ケイ素及び二酸化ハフニウムの交互層であるのが好ましい。ただし、二酸化ケイ素の各層を堆積させた後は、その厚さのおよそ半分をエッチング除去する。この手法では、上述の通り、イオンビームエッチングの選択的エッチング特性を利用する。したがって、例えば２μｍ厚の二酸化ケイ素の層を堆積させた場合は、当該層の約１μｍをエッチング除去した後、次の二酸化ハフニウムの層を堆積させるのが好ましい。同様に、４μｍの二酸化ケイ素を堆積させた場合は、約２μｍをエッチング除去する。イオンビームエッチングプロセス後は、別の二酸化ハフニウムの層を堆積させる。その後、別の二酸化ケイ素の層の堆積及びエッチングバックを行う。このプロセスは、所望の回数だけ繰り返すことによって、最終的な表面の必要な平坦性を得る。
【００２９】
[0037]上記好適な実施形態の説明においては、二酸化ケイ素の層の約半分をエッチング除去する旨を記載している。これは概算であって、表面から除去する二酸化ケイ素は、増減可能であることが認識されよう。例えば、プロセス上可能である場合又は層数が多い場合は、除去する二酸化ケイ素の量を減らすことも可能である。除去する量を例えば堆積層の４分の１等に減らすには通常、より多くの堆積及びエッチング工程が必要となる。一方、層厚の半分を上回って除去する場合、必要な工程数は少なくなる。実験によれば、層厚の約２５％〜約７５％を除去した場合に、満足できる結果が示されている。
【００３０】
[0038]本発明者らは、様々なサイズの結節、様々な厚さの平坦化層、及び覆っているミラー層の堆積及び除去のための様々なプロセスに関して実験を行った。これらの実験においては、基板の表面上にピラー（又は、メサ）を意図的に形成した後、それら「結節性の欠陥」を本明細書に記載の平坦化技法に適用した。これら実験の一部の結果を図８に示す。
【００３１】
[0039]図８（ａ）は、平坦化層を使用せず、エッチングバックも行わない場合の多層被膜の堆積を示している。図８（ａ）の３つの図は、平坦化層がなくエッチングバックも行っていない状態において、１μｍ幅のピラー、２μｍ幅のピラー、及び５μｍ幅のピラーが基板の上面の平坦性に及ぼす影響を示している。どのようにして基板の表面粗さが微小であっても二酸化ケイ素及び二酸化ハフニウムの覆っている層全体を通して伝わるか、並びにどのようにして層数に応じて欠陥のサイズが大きくなるかに留意されたい。
【００３２】
[0040]図８（ｂ）は、最初の二酸化ケイ素の平坦化層を堆積させた後、連続した二酸化ケイ素及び二酸化ハフニウムの層を堆積させる平坦化プロセスを示している。この実験においては、２μｍ厚の二酸化ケイ素の層を堆積させ、その厚さの半分をエッチング除去した後、二酸化ハフニウム層を堆積させた。１μｍ、２μｍ、及び５μｍ幅の欠陥の図それぞれにおいて、欠陥のサイズが小さくなる様態に留意されたい。図８（ｃ）及び図８（ｄ）は、様々なサイズの欠陥、異なる層厚、及び異なるエッチングバック量についての対応する実験を示している。特に興味深いのは、厚い平坦化層と堆積及びエッチングバックの繰り返し工程との組合せによって、１μｍ及び２μｍ幅のピラー欠陥がほぼ完全に除去されており、この点に留意されたい。図８の最下行の写真に示すように、５μｍ幅のピラーであっても、上面への影響が劇的に抑えられている。
【００３３】
[0041]また、図８には、各写真に示す構造のフルエンスの試験結果も含む。これらの試験結果は、基板の欠陥に対するレーザ抵抗を示している。例えば、図８（ａ）の下方の行における未処理の５μｍ幅のピラー欠陥は、本明細書に記載の技法を用いて平坦化すると、フルエンスが約５Ｊ／ｃｍ２から１００Ｊ／ｃｍ２超（図８（ｄ）の下方の写真参照）へと上昇しており、２０倍を超える改善を示すことに留意されたい。
【００３４】
[0042]図９は、さらなる実験結果を提示している。図９は、２μｍ幅のピラーについて、パルス長が１０ｎｓ、波長が１０６４ｎｍのレーザを用いた場合のレーザ損傷の概要の結果を示している。図９（ａ）はＳ偏光の場合の結果を示し、図９（ｂ）はＰ偏光の場合の結果を示している。平坦化を行っていない状況では、４０Ｊ／ｃｍ２を上回るフルエンスで損傷が発生していることに留意されたい。一方、最初に２μｍ、４μｍ、及び６μｍの厚さで堆積させた二酸化ケイ素層をそれぞれ１μｍ、２μｍ、及び３μｍだけエッチングバックした場合は、１００Ｊ／ｃｍ２のフルエンスでもレーザ損傷が発生していない。図９（ａ）及び図９（ｂ）それぞれにおいては、平坦化率を右側にプロットし、曲線で示している。各図において、円形の点は損傷がないことを表しており、「×」をマークした点は損傷があったことを表している。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、１μｍのピラーの場合の類似データを提示している。ここで再度、本明細書に記載の平坦化プロセスによって、高レーザフルエンスに対する耐性が劇的に高くなっていることに留意されたい。
【００３５】
[0043]以上、本発明の好適な実施形態を説明した。非常に多くの詳細、材料組成等を提供することによって本発明を説明していることが認識されよう。ただし、本発明の範囲については、添付の特許請求の範囲に規定している。
【図１】
2018116287.tif 000003
【図２】
2018116287.tif 000004
【図３】
2018116287.tif 000005
【図４ａ】
2018116287.tif 000006
【図４ｂ】
2018116287.tif 000007
【図５ａ】
2018116287.tif 000008
【図５ｂ】
2018116287.tif 000009
【図６】
2018116287.tif 000010
【図７】
2018116287.tif 000011
【図８】
2018116287.tif 000012
【図９】
2018116287.tif 000013
【図１０】
2018116287.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月26日(2018.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイズが１ミクロンから２ミクロンの範囲内である少なくとも１つの結節を有する基板と、
前記基板の全体及び前記結節上に配設された、１．２ミクロンから３．４ミクロンの範囲内の厚さを有する単一の平坦化層と、
前記平坦化層上に配設された二酸化ケイ素及び金属酸化物の交互連続層と、
を備えた、光学的構成要素。
【請求項２】
前記平坦化層が、二酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項３】
前記平坦化層が、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５）及びジルコニア（ＺｒＯ２）の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項４】
前記平坦化層が、二酸化ハフニウムを含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項５】
前記二酸化ケイ素の層がスパッタリングされた二酸化ケイ素を含み、前記金属酸化物の層がスパッタリングされたハフニウムを含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項６】
前記金属酸化物が、二酸化ハフニウムを含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【請求項７】
前記金属酸化物が、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、または酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）を含む、請求項１に記載の光学的構成要素。
【外国語明細書】
2018116287000001.pdf