(57)【要約】  ここに記載される実施態様は、非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成する方法を提供する。この方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることと、セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することと、所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることと、所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すこととを含む。【選択図】図１
2021515095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることと；
セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することと；
セラミック層を所定の時間にわたってスパッタエッチングすることと；
ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを、所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで繰り返すことと
を含む方法。
【請求項２】
ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させることが、ＰＶＤチャンバに基板を導入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＰＶＤプロセスを停止することが、ＰＶＤチャンバから基板を取り出すことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
セラミック層をスパッタエッチングすることが、スパッタエッチングチャンバに基板を導入することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
放射熱チャンバ内で基板をガス抜きすること；及び
基板をＰＶＤチャンバに最初に導入する前に、スパッタエッチングチャンバ内で基板をスパッタエッチングすること
のうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
セラミック層及びセラミック膜が本質的に二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
所定の層厚が５００オングストローム（Å）未満である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
所定の層厚が約４００Åである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
所定の時間が約５秒から約２５秒である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
セラミック層及びセラミック膜が、ＴｉＯ２、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はアルミニウム（ＩＩＩ）酸化物（Ａｌ２Ｏ３）材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることが、同じＰＶＤチャンバ内で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバに基板を導入し、ＰＶＤプロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることと；
セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止し、ＰＶＤチャンバから基板を取り出すことと；
スパッタエッチングチャンバに基板を導入し、所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることと；
所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すことと
を含む方法。
【請求項１３】
放射熱チャンバ内で基板をガス抜きすること；及び
基板をＰＶＤチャンバに最初に導入する前に、スパッタエッチングチャンバ内で基板をスパッタエッチングすること
のうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
セラミック層及びセラミック膜が、（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はアルミニウム（ＩＩＩ）酸化物（Ａｌ２Ｏ３）材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
チャンバ本体によって規定されるプロセス量を含む物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバに基板を導入することであって、プロセス量が：
ターゲットスイッチに接続されたターゲットであって、ターゲットスイッチは係合時、ターゲットにパルスＤＣ電力を提供するように動作可能なＤＣ電源にターゲットを接続する、ターゲット；及び
ペデスタルスイッチに接続された、基板を支持するように動作可能なペデスタルであって、ペデスタルスイッチは係合時、ペデスタルにＲＦ電力を提供するように動作可能なパルス高周波（ＲＦ）電源にペデスタルを接続する、ペデスタル
を有する、基板を導入することと；
ＰＶＤプロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることであって、ＰＶＤプロセスが：
スパッタガスの第１の流れ及び反応性ガスの流れをプロセス量に提供すること；及び
ターゲットをＤＣ電源に接続すること
を含む、セラミック層を堆積させることと；
セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することと；
ＰＶＤチャンバ内で、所定の時間にわたってセラミックをスパッタエッチングすることであって、スパッタエッチングが：
スパッタガスの第２の流れをプロセス量に提供すること；及び
ペデスタルをＲＦ電源に接続すること
を含む、セラミックをスパッタエッチングすることと；
所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すことと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施態様は、概して、セラミック膜を形成することに関する。具体的には、本開示の実施態様は、非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化チタン（ＴｉＯ２）のようなセラミック膜は、導波管、色フィルタ及び二次元レンズといった光学装置の形成において使用される。これら装置の機能性は、極めて微細なディテールで正確な形状を形成する能力により影響される。
【０００３】
厚いセラミック膜、例えば５００オングストローム（Å）を上回る厚さを有する二酸化チタン（ＴｉＯ２）の堆積の間、膜の構造は、無結晶又はナノ結晶構造から結晶構造へと移行する。パターン化された厚いセラミック膜の側壁は過度な粗さを有するため、結晶構造が大きいほど、平滑構造をつくるためにセラミック膜をパターン化する能力に対する悪影響が増大する。現行の方法は、結晶形成の開始を防止するために、膜成長中により低い基板温度の使用を含む。しかしながら、より低い基板温度は結晶形成を短時間しか抑制せず、５００Åを上回るセラミック膜は大きな結晶の形成を呈しうる。
【０００４】
したがって、本技術分野では、厚い非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成する方法の改良が必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
一実施態様において、一の方法が提供される。この方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることと、セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することと、所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることと、所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すこととを含む。
【０００６】
別の実施態様において、一の方法が提供される。この方法は、基板を物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバに導入することと、ＰＶＤプロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることと、セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することと、基板をＰＶＤチャンバから取り出すことと、基板をスパッタエッチングチャンバに導入することと、所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることと、所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すこととを含む。
【０００７】
また別の実施態様において、一の方法が提供される。この方法は、基板を物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバに導入することを含む。ＰＶＤチャンバは、チャンバ本体によって規定されるプロセス量を有する。プロセス量は、ターゲットと、基板を支持するように動作可能なペデスタルとを含む。ターゲットはターゲットスイッチに接続され、ターゲットスイッチは係合時、パルスＤＣ電力をターゲットに提供するように動作可能なＤＣ電源にターゲットを接続する。ペデスタルはペデスタルスイッチに接続され、ペデスタルスイッチは係合時、ＲＦ電力をペデスタルに提供するように動作可能なパルス高周波（ＲＦ）電源にペデスタルを接続する。セラミック層はＰＶＤプロセスを使用して基板上に堆積される。ＰＶＤプロセスは、スパッタガスの第１の流れ及び反応性ガスの流れをプロセス量に提供することと、ターゲットをパルスＤＣ電源に接続することとを含む。ＰＶＤプロセスは、セラミック層が所定の層厚を有したら停止される。ＰＶＤチャンバ内において、セラミック層は、所定の時間にわたってスパッタエッチングされる。スパッタエッチングは、スパッタガスの第２の流れをプロセス量に提供することと、ペデスタルをＲＦ電源に接続することとを含む。ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることは、所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された本開示のより詳細な説明が、実施態様を参照することによって行われ、それら実施態様の一部が添付図面に示される。しかしながら、添付図面は例示的な実施態様を示しているにすぎず、したがって本開示の範囲を限定するとみなすべきではなく、その他の等しく有効な実施態様が許容されうることに留意されたい。
【０００９】
【図１】一実施態様による非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成するための方法の工程を示すフロー図である。
【図２】Ａ−Ｃは、一実施態様による、非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成するための方法の間の、基板の概略的断面図である。
【図３Ａ】一実施態様による物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバの概略断面図である。
【図３Ｂ】一実施態様によるスパッタエッチングチャンバの概略断面図である。
【図３Ｃ】一実施態様によるＰＶＤチャンバの概略断面図である。
【００１０】
理解を容易にするため、可能な場合には、複数の図面に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。一実施態様の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施態様に有益に組み込まれうると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここに記載される実施態様は、非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成する方法を含む。この方法は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることと、セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することと、所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることと、所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すこととを含む。
【００１２】
図１は、図２Ａ−２Ｃに示される非晶質又はナノ結晶セラミック膜２００を形成するための方法１００の工程を示すフロー図である。自動化された多チャンバ式物理的気相堆積（ＰＶＤ）システム、（例えばカリフォルニア州サンタクララに事業所を有する本出願人により市販されるエンデュラスパッタリングシステム）を利用して、非晶質又はナノ結晶セラミック膜２００を形成するための方法１００を実施することができる。
【００１３】
工程１０１の前に、基板２０１は、ロードロックチャンバ内の高真空状態に導入され、基板２０１から水分を放出する基板準備段階のためのチャンバへ移される。基板２０１は、シリコンウエハか、又はガラス、石英若しくは光学装置の形成に使用される他の材料を含むウエハとすることができる。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、ウエハ準備段階は、放射熱チャンバ内でガス抜きすることを含む。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる別の実施態様では、ウエハ準備段階は、スパッタエッチングチャンバ内でスパッタエッチングすることを含む。
【００１４】
工程１０１では、第１のセラミック層２０２ａが、ＰＶＤプロセスを使用して基板上に堆積される。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、ＰＶＤプロセスはスパッタ堆積プロセスである。基板２０１をＰＶＤチャンバに導入し、第１のセラミック層２０２ａを、アルゴン（Ａｒ）などのスパッタガス及び酸素（Ｏ２）などの反応性ガスのプラズマを利用して堆積させ、負にバイアスされたターゲットにアルゴンイオンを衝突させてターゲット材料の原子をスパッタし、その後、ターゲット材料の層で基板をコーティングする。堆積されたターゲット材料は反応性ガスと反応してセラミック層を形成する。第１のセラミック層２０２ａは、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はアルミニウム（ＩＩＩ）酸化物（Ａｌ２Ｏ３）材料を含みうる。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、スパッタガスはＡｒを含み、反応性ガスはＯ２を含み、ターゲット材料はチタン（Ｔｉ）を含んでＴｉＯ２層を形成する。
【００１５】
ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様によれば、ＰＶＤプロセスは、ＰＶＤチャンバ３００Ａ内で実施される。ここに記載されるＰＶＤチャンバ３００Ａは例示的なＰＶＤチャンバであり、他の製造者によるＰＶＤチャンバを含む他のＰＶＤチャンバが、本開示の態様に使用可能であるか又は本開示の態様を達成するために修正可能であることを理解されたい。図３ＡのＰＶＤチャンバ３００Ａの概略断面図に示されるように、ＰＶＤチャンバ３００Ａは、チャンバ本体３０１によって規定されるプロセス量３０２を含む。プロセス量３０２は、ターゲット３１０と、基板２０１を支持するように動作可能なペデスタル３０４とを有する。ペデスタル３０４は、リフト系（図示しない）に接続されたステム部３０６によりプロセス量３０２に連結され且つ同プロセス量３０２内で可動に位置し、ステム部３０６は、上位処理位置と、チャンバ本体３０１の開口３０８を通したＰＶＤチャンバ３００Ａへの及びＰＶＤチャンバ３００Ａからの基板２０１の移送を容易にする下位位置との間でペデスタル３０４を移動させる。
【００１６】
ターゲット３１０は、ＤＣ電源、ＲＦ電源、ＡＣ電源、パルスＤＣ電源、及びパルスＲＦ電源といった電源３１２に接続される。質量流量制御（ＭＦＣ）デバイスといったスパッタガス流コントローラ３１８は、スパッタガス源３１４とプロセス量３０２との間に配置され、スパッタガス源３１４からプロセス量３０２へのスパッタガスの流れを制御する。ＭＦＣデバイスといった反応性ガス流コントローラ３２０は、反応性ガス源３１６とプロセス量３０２との間に配置され、反応性ガス源３１６からプロセス量３０２への反応性ガスの流れを制御する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、Ａｒの流量は、約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍであり、Ｏ２の流量は約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍである。コントローラ３０３は、ＰＶＤチャンバ３００Ａに接続されており、処理中にＰＶＤチャンバ３００Ａの態様を制御するように構成されている。工程１０１では、ターゲット３１０は、パルスＤＣ電力を提供するパルスＤＣ電源を介して負にバイアスされる。図１及び図３Ａの説明ではパルスＤＣ電力に言及しているが、工程１０１は、異なる電源に対応するための適切な調整が行われるという理解の下に、上述のような他の電源を用いて実施されることが想定されていることを理解されたい。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、パルスＤＣ電力は、約１００キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数、約５０％から約９０％、例えば７０％のデューティサイクル、及び約１キロワット（ｋＷ）から約１０ｋＷの電力レベルを有する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる別の実施態様では、パルスＤＣ電力は、約１００秒から約３００秒間提供される。
【００１７】
ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる別の実施態様によれば、ＰＶＤプロセスは物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ３００Ｃにおいて実施される。ここに記載されるＰＶＤチャンバ３００Ｃは例示的なＰＶＤチャンバであり、他の製造者によるＰＶＤチャンバを含む他のＰＶＤチャンバが、本開示の態様に使用可能であるか又は本開示の態様を達成するために修正可能であることを理解されたい。図３ＣのＰＶＤチャンバ３００Ｃの概略断面図に示されるように、ＰＶＤチャンバ３００Ｃは、チャンバ本体３０１によって規定されるプロセス量３０２、ペデスタル３０４、ステム部３０６、開口３０８、スパッタガス源３１４とプロセス量３０２との間に配置されるスパッタガス流コントローラ３１８、反応性ガス源３１６とプロセス量３０２との間に配置される反応性ガス流コントローラ３２０を含む。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、Ａｒの流量は、約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍであり、Ｏ２の流量は約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍである。ターゲット３１０は、ＤＣ電源、ＲＦ電源、ＡＣ電源、パルスＤＣ電源、及びパルスＲＦ電源といった電源３１２にターゲット３１０を接続するターゲットスイッチ３２６に接続される。図３Ｃでは、例えば、ターゲット３１０は、パルスＤＣ電源に接続されている。工程１０１では、ターゲット３１０は、パルスＤＣ電力を提供する電源３１２を介して負にバイアスされる。図１及び図３Ｃの説明ではパルスＤＣ電力に言及しているが、工程１０１は、異なる電源に対応するための適切な調整が行われるという理解の下に、上述のような他の電源を用いて実施されることが想定されていることを理解されたい。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、パルスＤＣ電力は、約１００  ｋＨｚの周波数、約５０％から約９０％、例えば７０％のデューティサイクル、及び約１ｋＷから約１０ｋＷの電力レベルを有する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる別の実施態様では、パルスＤＣ電力は、約１００秒から約３００秒間提供される。
【００１８】
ペデスタル３０４は、係合すると、ＤＣ電源、ＲＦ電源、ＡＣ電源、パルスＤＣ電源、及びパルスＲＦ電源といった電源３２４にペデスタル３０４を接続するペデスタルスイッチ３３０に接続される。ここでさらに記載される工程１０３では、ペデスタル３０４は、ＲＦ電力を提供する電源３２４を介して負にバイアスされる。図１及び図３Ｃの説明ではＲＦ電力に言及しているが、工程１０３は、異なる電源に対応するための適切な調整が行われるという理解の下に、上述の他の電源を用いて実施されることが想定されていることを理解されたい。ターゲット３１０及びペデスタル３０４に独立してバイアスをかけるように動作可能なＰＶＤチャンバ３００Ｃは、工程１０１−１０４が同じＰＶＤチャンバ３００Ｃ内で実施されることを可能にする。コントローラ３０７は、ＰＶＤチャンバ３００Ｃに連結され、処理中に、ＰＶＤチャンバ３００Ｃの態様を制御して、例えばターゲットスイッチ３２６に接続したりペデスタルスイッチ３３０に接続したりするように構成されている。
【００１９】
工程１０２では、ＰＶＤプロセスは、第１のセラミック層２０２ａが所定の層厚２０３を有したとき停止される。所定の層厚２０３は、大きな結晶形成が発生するポイントよりも小さい厚さに対応する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、第１のセラミック層２０２ａはＴｉＯ２層であり、大きな結晶形成が発生するポイントは約５００Åである。したがって、所定の層厚２０３は、５００Å未満、例えば約４００Åである。ＰＶＤプロセスの停止はセラミック層の成長を止める。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、ＰＶＤプロセスが停止されると、基板２０１はＰＶＤチャンバ３００Ａから取り出され、以下にさらに詳述されるスパッタエッチングチャンバ３００Ｂに導入される。大きな結晶形成の開始を抑制するために、スパッタエッチングプロセスはＰＶＤプロセスから独立して実施される。
【００２０】
工程１０３では、スパッタエッチングプロセスが所定の時間にわたって実施される。大きな結晶形成の開始を抑制するために、スパッタエッチングプロセスはＰＶＤプロセスから独立して実施される。より滑らかな層を形成するためにＰＶＤプロセスの間に基板２０１にバイアスをかけることができるが、大きな結晶形成の開始は抑制されない。スパッタエッチングプロセスは、アルゴンイオンで負にバイアスされている基板２０１に衝撃を与え、第１のセラミック層２０２ａを破壊し、第１のセラミック層２０２ａ上に形成された大きな結晶性核形成部位を粉砕するために、Ａｒなどのスパッタガスのプラズマを利用する。しかしながら、所定の層厚２０３が結晶性核形成部位が存在しないポイントに対応していると、大きな結晶性核形成部位が存在しないことがある。所定の時間は、第１のセラミック層２０２ａを破壊し、第１のセラミック層２０２ａ上に形成された大きな結晶性核形成部位を粉砕するために必要な時間に対応する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様では、ＴｉＯ２層に対してスパッタエッチングプロセスが約５秒から約２５秒間実施され、わずか数オングストロームのセラミック層が除去される。
【００２１】
ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様によれば、スパッタエッチングプロセスは、スパッタエッチングチャンバ３００Ｂ内で実施される。ここに記載されるスパッタエッチングチャンバ３００Ｂは例示的スパッタエッチングチャンバであり、他の製造者によるスパッタエッチングチャンバを含む他のスパッタエッチングチャンバが本開示の態様に使用されるか、又は本開示の態様を達成するために修正されうる。図３Ｂのスパッタエッチングチャンバ３００Ｂの概略断面図に示されるように、スパッタエッチングチャンバ３００Ｂは、チャンバ本体３０１により規定されるプロセス量３０２、ペデスタル３０４、ステム部３０６、及び開口３０８を含む。ペデスタル３０４は、ＤＣ電源、ＲＦ電源、ＡＣ電源、パルスＤＣ電源、及びパルスＲＦ電源といった電源３２２に接続される。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、電源３２２はＲＦ電源であり、スパッタエッチングチャンバ３００Ｂは、整合回路３３２を通してＲＦ電源３３４に連結された複数のコイル３３６を含む。工程１０３では、ペデスタル３０４は、第１のＲＦ電力を提供するＲＦ電源を介して負にバイアスされ、第２のＲＦ電力が複数のコイル３３６に提供される。図１及び図３Ｂの説明ではＲＦ電力に言及しているが、工程１０３は、異なる電源に対応するための適切な調整が行われるという理解の下に、上述の他の電源を用いて実施されることが想定されていることを理解されたい。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、第１のＲＦ電力は、約１３．５６メガヘルツ（ＭＨｚ）の第１の周波数及び約５０ワット（Ｗ）から約３００Ｗの第１の電力を有する。第２のＲＦ電力は、約４００メガヘルツｋＨｚの第２の周波数及び約５０ワット（Ｗ）から約３００Ｗの第２の電力を有する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる別の実施態様では、第１のＲＦ電力及び第２のＲＦ電力は、約１００秒から約３００秒間提供される。スパッタガス源３１４の間に配置されたスパッタガス流コントローラ３１８は、工程１０３で、スパッタガス源３１４からプロセス量３０２へのスパッタガスの流れを提供する。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、Ａｒの流量は約２０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍである。コントローラ３０５は、スパッタエッチングチャンバ３００Ｂに連結されており、処理中にスパッタエッチングチャンバ３００Ｂの態様を制御するように構成されている。
【００２２】
工程１０４では、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びスパッタエッチングプロセスが、デバイスのタイプに応じた所定の膜厚  ２０４を有する非晶質又はナノ結晶セラミック膜２００が形成されるまで、複数のセラミック層２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、．．．、２０２ｎを形成するために繰り返される。ここに記載される他の実施態様と組み合わせることのできる一実施態様において、ＴｉＯ２層はＰＶＤプロセスを使用して堆積され、ＰＶＤプロセスは約４００Åの所定の層厚で停止され、スパッタエッチングプロセスは約１５秒という所定の時間にわたって実施される。ＰＶＤプロセスを使用してＴｉＯ２層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びスパッタエッチングプロセスは、厚さ約２４００ÅのＴｉＯ２膜が形成されるまで、５回繰り返される。
【００２３】
要約すると、厚い非晶質又はナノ結晶セラミック膜を形成する、改善された方法がここに記載される。ＰＶＤプロセスから独立したスパッタエッチングプロセスの実施を利用することで、セラミック層を破壊すること及びセラミック層上に形成される大きな結晶性核形成部位を粉砕することにより、大きな結晶形成の開始が抑制される。ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びスパッタエッチングを繰り返すことにより、大きな結晶形成のない厚い非晶質又はナノ結晶セラミック膜の形成が可能である。大きな結晶形成のない非晶質又はナノ結晶セラミック膜は、滑らかな側壁を有する正確な形状を形成するためにパターン化することができ、導波管、色フィルタ及び二次元レンズといった光学装置における使用のために、高い屈折率及び低い吸収速度を有するように調節することができる。
【００２４】
以上の説明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さらなる実施例が考案可能であり、本開示の範囲は特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
2021515095.tif 000003
【図２】
2021515095.tif 000004
【図３Ａ】
2021515095.tif 000005
【図３Ｂ】
2021515095.tif 000006
【図３Ｃ】
2021515095.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和2年11月2日(2020.11.2)
【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】
物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることであって、セラミック層が基板の表面全体にわたって配置される、セラミック層を堆積させることと；
セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することであって、所定の層厚が基板の表面全体にわたって実質的に同じである、ＰＶＤプロセスを停止することと；
セラミック層を所定の時間にわたってスパッタエッチングすることであって、スパッタエッチングによって基板の表面全体にわたるセラミック層の一部が除去される、スパッタエッチングすることと；
ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを、基板の表面全体にわたって実質的に同じである所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで繰り返すことと
を含む方法。
【請求項２】
ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させることが、ＰＶＤチャンバに基板を導入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＰＶＤプロセスを停止することが、ＰＶＤチャンバから基板を取り出すことをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
セラミック層をスパッタエッチングすることが、スパッタエッチングチャンバに基板を導入することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
放射熱チャンバ内で基板をガス抜きすること；及び
基板をＰＶＤチャンバに最初に導入する前に、スパッタエッチングチャンバ内で基板をスパッタエッチングすること
のうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
セラミック層及びセラミック膜が本質的に二酸化チタン（ＴｉＯ２）材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
所定の層厚が５００オングストローム（Å）未満である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
所定の層厚が４００Åである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
所定の時間が５秒から２５秒である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
セラミック層及びセラミック膜が、ＴｉＯ２、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はアルミニウム（ＩＩＩ）酸化物（Ａｌ２Ｏ３）材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることが、同じＰＶＤチャンバ内で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバに基板を導入し、ＰＶＤプロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることであって、セラミック層が基板の表面全体にわたって配置される、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させることと；
セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止し、ＰＶＤチャンバから基板を取り出すことであって、所定の層厚が基板の表面全体にわたって実質的に同じである、ＰＶＤプロセスを停止することと；
スパッタエッチングチャンバに基板を導入し、所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることであって、スパッタエッチングによって基板の表面全体にわたるセラミック層の一部が除去される、セラミック層をスパッタエッチングすることと；
基板の表面全体にわたって実質的に同じである所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すことと
を含む方法。
【請求項１３】
放射熱チャンバ内で基板をガス抜きすること；及び
基板をＰＶＤチャンバに最初に導入する前に、スパッタエッチングチャンバ内で基板をスパッタエッチングすること
のうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
セラミック層及びセラミック膜が、（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、又はアルミニウム（ＩＩＩ）酸化物（Ａｌ２Ｏ３）材料を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
チャンバ本体によって規定されるプロセス量を含む物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバに基板を導入することであって、プロセス量が：
ターゲットスイッチに接続されたターゲットであって、ターゲットスイッチは係合時、ターゲットにパルスＤＣ電力を提供するように動作可能なＤＣ電源にターゲットを接続する、ターゲット；及び
ペデスタルスイッチに接続された、基板を支持するように動作可能なペデスタルであって、ペデスタルスイッチは係合時、ペデスタルにＲＦ電力を提供するように動作可能なパルス高周波（ＲＦ）電源にペデスタルを接続する、ペデスタル
を有する、基板を導入することと；
ＰＶＤプロセスを使用して基板上にセラミック層を堆積させることであって、セラミック層は基板の表面全体にわたって配置され、ＰＶＤプロセスが：
スパッタガスの第１の流れ及び反応性ガスの流れをプロセス量に提供すること；及び
ターゲットをＤＣ電源に接続すること
を含む、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させることと；
セラミック層が所定の層厚を有したらＰＶＤプロセスを停止することであって、所定の層厚が基板の表面全体にわたって実質的に同じである、ＰＶＤプロセスを停止することと；
ＰＶＤチャンバで所定の時間にわたってセラミック層をスパッタエッチングすることであって、スパッタエッチングによって基板の表面全体にわたるセラミック層の一部が除去され、スパッタエッチングが：
スパッタガスの第２の流れをプロセス量に提供すること；及び
ペデスタルをＲＦ電源に接続すること
を含む、セラミック層をスパッタエッチングすることと；
基板の表面全体にわたって実質的に同じである所定の膜厚を有するセラミック膜が形成されるまで、ＰＶＤプロセスを使用してセラミック層を堆積させること、ＰＶＤプロセスを停止すること、及びセラミック層をスパッタエッチングすることを繰り返すことと
を含む方法。
【国際調査報告】
2021515095.tif 000008
2021515095.tif 000009