(57)【要約】  基板上に反射防止コーティング及び疎油性コーティングを含む、光学コーティングを形成するための処理システムが提供され、該システムは、基板キャリアを個別に一度に１つずつ直線方向に処理及び移送するために構成された線形移送処理セクションと、線形移送処理システムに配置され、疎油性コーティングを形成するように構成された少なくとも１つの蒸発処理システムと、軸を中心に基板キャリアを同時に移送するように構成されたバッチ処理セクションと、バッチ処理セクションに配置され、反射防止コーティング層を堆積するように構成された少なくとも１つのイオンビームアシスト蒸着処理チャンバと、基板を載置するための複数の基板キャリアと、基板キャリアを大気に晒すことなく、該基板キャリアを線形移送処理セクションとバッチ処理セクションとの間に移送するための手段とを含む。【選択図】図４Ａ
2020527651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に反射防止コーティング及び疎油性コーティングを含む光学コーティングを形成するための処理システムであって、
基板キャリアを個別に一度に１つずつ直線方向に処理及び移送するように構成された線形移送処理セクションと、
複数の前記基板キャリアを軸を中心に同時に移送するように構成されたバッチ処理セクションと、
前記バッチ処理セクションに配置され、反射防止コーティング層を堆積するように構成された少なくとも１つのイオンビームアシスト蒸着処理チャンバと、
基板を載置するための複数の基板キャリアと、
前記基板キャリアを大気に晒すことなく、該基板キャリアを線形移送処理セクションとバッチ処理セクションの間で移送するための手段とを含む、処理システム。
【請求項２】
前記基板キャリアのそれぞれは、軸を中心に前記基板を回転させるように構成されている、請求項１に記載の処理システム。
【請求項３】
前記基板キャリアのそれぞれは、
移送ベースと、
前記移送ベースに配置された回転セクションと、
前記回転セクションに回転可能に実装されたトッププレートとを含む、請求項１に記載の処理システム。
【請求項４】
前記回転セクションは、磁気ストリップと係合して前記トッププレートに回転を与えるように構成された金属ロッドを含む、請求項３に記載の処理システム。
【請求項５】
前記バッチ処理セクションは、遊星処理チャンバを含み、該遊星処理チャンバの軸を中心に複数のキャリアが回転し、該各キャリアも自身の軸を中心に回転する、請求項１に記載の処理システム。
【請求項６】
前記バッチ処理システムは、背中合わせの向きで２列に配置された複数の処理チャンバ、及びレーストラックコースを形成する該複数の処理チャンバを通過するコンベアベルトを含み、該コンベアベルトは前記複数の基板キャリアと係合し、該複数の基板キャリアをレーストラックコースの周りで同時に移動させる、請求項１に記載の処理システム。
【請求項７】
前記線形移送処理セクションは、真空ロードロックを介してバッチ処理セクションに接続されている、請求項６に記載の処理システム。
【請求項８】
前記複数の処理チャンバのそれぞれは、シャッタを有するスパッタリング源を含む、請求項６に記載の処理システム。
【請求項９】
前記複数の処理チャンバは、該複数の処理チャンバの間にバルブゲートがない状態で一般的な大気に接続されている、請求項８に記載の処理システム。
【請求項１０】
前記スパッタリング源は、少なくとも１つのシリコンターゲットと１つのアルミニウムターゲットとを含み、前記複数の処理チャンバは酸素ガス源と窒素ガス源とを含む、請求項８に記載の処理システム。
【請求項１１】
複数の線形移送処理セクション及び複数のバッチ処理セクションを含み、該各線形移送処理セクションは対応するバッチ処理セクションと対になっている、請求項１に記載の処理システム。
【請求項１２】
前記基板キャリアを移送する手段は、各々が前記複数の線形移送処理セクションの１つに取り付けられている複数のロボットアームを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記各複数の基板キャリアは、複数の基板を垂直方向に載置し、処理中に該基板を回転させるように構成されている、請求項１１に記載の処理システム。
【請求項１４】
線形移送処理システム内に配置された少なくとも１つの蒸発処理システムをさらに含み、該蒸発処理システムが疎油性コーティングを形成するように構成されている、請求項１に記載の処理システム。
【請求項１５】
ガラス基板上方へのコーティングを製造するための方法であって、
前記基板を複数のキャリアにロードすることと、
前記複数のキャリアを複数のスパッタリング源を有するバッチ処理チャンバに移送することと、
前記複数のキャリアを前記バッチ処理チャンバ内で同時に移送し、前記各キャリアを前記スパッタリング源の前に複数回通過させて前記基板上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）の複数の層を形成することと、
前記キャリアを一度に１つずつ、複数の線形処理チャンバを含む線形移送セクションに移送し、該各線形処理チャンバは一度に単一のキャリアを処理するように構成されていることと、
前記ＡＲＣ上方にダイヤモンド状コーティング（ＤＬＣ）を形成するように、少なくとも１つの前記線形処理チャンバを動作することと、
前記ＤＬＣ上方に疎油性層を形成するように、少なくとも１つの前記線形処理チャンバを動作することとを含む、方法。
【請求項１６】
前記キャリアをバッチ処理して前記ＡＲＣを形成するプロセス中に、前記複数のスパッタリング源のシャッタを一度に１つずつ連続して開くことをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記バッチ処理中に前記キャリアを回転させることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
複数の層を形成することは、複数の交互のナノ層を形成することを含み、該各ナノ層が３０ナノメートル以下の厚さに作られる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
複数の層を形成することは、複数の交互のナノ層を形成することを含み、該各ナノ層が２〜１０ナノメートルの厚さに作られる、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
複数の層を形成することは、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、及びＳｉＯから構成される複数の交互のナノ層を形成することを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願のクロスリファレンス）
本願は、２０１７年７月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／５３４，４３８号、及び２０１８年４月２日に出願された米国仮特許出願第６２／６５１，６１７号の優先権を主張するものであり、そのすべては参照として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、反射防止コーティング等の光学コーティングの分野、及びその光学コーティンの製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
反射防止コーティング（ＡＲＣ）は、例えば、眼鏡、板ガラス（例えば、車のフロントガラス）、フラットスクリーンディスプレイ、及びタッチスクリーン等多くの用途に用いられている。これらの用途の多くでは、ＡＲＣの要件には可視波長における効率のよい反射防止特性、高透明度、及び耐久性が含まれる。当然ながら、これらの特性を商業上許容可能なコストで実現する必要がある。
【０００４】
一般に、基板上にＡＲＣを形成する２つの方法、ウェット法とドライ法がある。ドライ法は、成膜法又はスパッタリング法を用いて、高屈折率と低屈折率とが交互する複数の薄層を積層する。この方法は、層間界面における優れた接着性、及び層厚の非常に正確な制御を提供するが、比較的高い製造コストを必要とする。ウェット法は、湿式溶液で基板をコーティングし、その後溶媒を乾燥させることを含む。この方法でも、低屈折率と高屈折率との交互層が形成されるので、プロセスが繰り返される必要があり、ドライ法と比較して層の界面における接着性が比較的低くなる。
【０００５】
ＡＲＣを形成するためのウェット法及びドライ法の例は、例えば、米国特許第９，４８２，７８９号、第８，３５８，４６７号、第６，５３２，１１２号、第５，１０６，６７１号に記載されている。
【０００６】
従来のＡＲＣの問題の１つは、大容量でコスト競争力のあるＡＲＣを形成するほとんどの方法では、連続使用又は過酷な環境での使用を仮定してデバイスを使用するのに十分な耐傷性又は耐摩耗性のコーティングが形成されないことである。携帯電話等のモバイルデバイスは、従来のＡＲＣコーティングでは対応し得ない用途の一例である。その理由は、ＡＲＣに損傷があると、スクリーンから放出される光が強く屈折し、デバイスに非常に目に見える欠陥が生じるからである。この目に見える欠陥により、ＡＲコーティングの反射防止の利点がなくなる。
【０００７】
また、ＡＲ又はカラーコーティングを作製する複数の層等の光学積層体に用いられるフィルムの応力は、非常に高くなり得る。これにより、デバイスが落下した場合、又はガラス表面に衝撃を受けた場合に破損が増加し得る。破損は、モバイルデバイス製造業者の保証による返品の大きな原因であり、破損の増加のリスクがあるため、フィルムの使用は製造業者にとって望ましくない。
【０００８】
従って、例えば、フラットパネルディスプレイ及びタッチスクリーンで用いられ得る、改良されたＡＲＣが当該技術分野では求められている。さらに、高スループット及び商業上許容可能なコストで改良されたコーティングを形成し得る機械が当該技術分野において求められている。
【発明の概要】
【０００９】
以下の本開示の発明の概要は、本発明におけるいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を得るために含まれる。この発明の概要は本発明の広範囲の概略においてではなく、それ自体特に本発明の不可欠な又は重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を詳述することを意図しない。その唯一の目的は、以下に記載されるより詳細な説明の前置きとして簡易な形態で本発明のいくつかの概念を提示することにある。
【００１０】
開示の実施形態は、改良された光学的及び機械的特性、特に高耐久性及び耐傷性を有する改良された光学コーティング構造を形成するように特に設計されたシステムを提供する。開示の実施形態は、許容可能な商業的コストで大量生産が実施可能な製造方法を利用する。
【００１１】
開示の実施形態において、例えばＡＲＣ等の光学コーティングは、ナノラミネートとも呼ばれる複数の超格子を用いて形成され、各超格子は交互の屈折率のナノ層を有し、改良されたＡＲＣ構造を作製する。各超格子は、組成及び／又は結晶相が交互になっているが屈折率が一致する、少なくとも２つのｎｍスケール層（すなわち１つの二重層）からなる。複数の超格子は、有効屈折率が交互になって積層される。超格子の有効屈折率は、ナノ層の厚さで重み付けされた、二重層を構成する２つのナノ層の平均屈折率である。開示の実施形態において、各ナノ層は３０ナノメートル以下、より一般的には２〜１０ｎｍの範囲の厚さである。いくつかの実施形態では、ＡＲＣ構造全体がナノ層で構成される。代替的実施形態では、標準的なＡＲＣ層が形成され、１つの、典型的には最後の光学層が複数のナノ層で構成され、ハードキャップ層を形成する。
【００１２】
一般的な態様では、基板上に反射防止コーティング及び疎油性コーティングを含む、光学コーティングを形成するための処理システムが提供されており、該システムは基板キャリアを個別に一度に１つずつ直線方向に処理及び移送するように構成された線形移送処理セクションと、線形移送処理システムに配置され、疎油性コーティングを形成するように構成された少なくとも１つの蒸発処理システムと、軸を中心に基板キャリアを同時に移送するように構成されたバッチ処理セクションと、バッチ処理セクションに配置され、反射防止コーティング層を堆積するように構成された少なくとも１つのイオンビームアシスト蒸着処理チャンバと、基板を載置するための複数の基板キャリアと、基板キャリアを大気に晒すことなく、該基板キャリアを線形移送処理セクションとバッチ処理セクションとの間に移送するための方法とを含む。
【００１３】
一実施形態では、バッチ処理セクションは遊星処理チャンバを含み、そこでは複数のキャリアは遊星処理チャンバの軸を中心に回転させられ、各キャリアもそれ自体の軸を中心に回転する。別の実施形態では、バッチ処理システムは、背中合わせの向きで２列に配置された複数の処理チャンバ、及びレーストラックを形成する複数のチャンバを通過するコンベアベルトを含み、コンベアベルトは複数の基板キャリアと係合するレーストラックの周りで複数の基板キャリアを同時に移動させる。
【００１４】
開示の実施形態は、光学コーティングを形成する方法を含み、該方法は透明基板を提供することと、第１屈折率を有する第１屈折率層と第２屈折率を有する第２屈折率層とを交互に複数回形成することにより、基板上方に複数の透明層を形成することとを含み、その中で、複数の透明層を形成することは、透明基板をスパッタリングチャンバ内に配置すること、及びスパッタリングチャンバを活性化して、異なる材料の２つのナノ層の少なくとも１つの二重層を形成することによって、少なくとも１つの層を形成することを含み、各ナノ層は２〜１０ナノメートルの厚さを有し、各ナノ層は基板上方に形成されたナノ層に酸素又は窒素イオンを同時に注入しながらターゲットから材料をスパッタリングすることによって形成される。その方法は複数の透明層を形成する前に基板に直接シード層を形成することをさらに含んでもよい。また、その方法は複数の透明層上にダイヤモンド状コーティングを形成することを含んでもよい。また、その方法は、ダイヤモンド状コーティング上にシリコン層を形成すること、該シリコン層上にシリコン酸化物層を形成すること、及び該シリコン酸化物層上に指紋防止層を形成することを含んでもよい。さらに、その方法は、（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≦０．０７の関係を満たすように屈折率ｎ１及びｎ２を有する異なる材料を選択することを含んでもよい。さらに、その方法は、（ｎｆ−ｎｓ）／（ｎｆ＋ｎｓ）≧０．１０の関係を維持するように複数の透明層を形成することを含んでもよく、式中のｎｆは二重層の有効屈折率であり、ｎｓは第１屈折率又は第２屈折率のうちの１つの屈折率である。
【００１５】
本発明の他の態様及び特徴は、以下の図面に関して記載される詳細な説明から明らかになる。詳細な説明及び図面は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の種々の実施形態の種々の非限定的な例を提供することが理解されるべきである。
【００１６】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、説明とともに本発明の原理を説明及び例示する役割を果たす。図面は、概略的に例示的な実施形態の主な特徴を示すことが意図される。図面は、実際の実施形態のすべての特徴や示される要素の相対的寸法を示すことを意図するものではなく、正確な縮尺で描かれていない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ−Ｄ】図１Ａは、米国特許第６，５３２，１１２号に開示された従来技術のＡＲＣ構造を示し、図１Ｂ〜１Ｄは本発明の実施形態に係る改変されたＡＲＣ構造を示す。
【図２Ａ−Ｃ】図２Ａ〜２Ｃは、一実施形態に係る光学コーティングを形成するためのプロセスを示す。
【図３Ａ−Ｄ】図３Ａ〜３Ｃは、光学コーティングの実施形態をさらに示し、図３Ｄは中間保護接着層を備えた、ＤＬＣの保護積層体及び指紋防止層を備えた一実施形態を示す。
【図４Ａ−Ｃ】図４Ａ〜４Ｃは、光学コーティングを形成するためのシステムの一実施形態を示す。
【図５Ａ−Ｄ】図５Ａ〜５Ｄは、図４Ａ〜４Ｃのシステムに用いられてもよいキャリアの一実施形態を示す。
【図６Ａ−Ｂ】図６Ａと６Ｂは、光学コーティングを形成するためのシステムの一実施形態を示す。
【図６Ｃ−Ｅ】図６Ｃ〜６Ｅは、図６Ａ、６Ｂのシステムに用いられるキャリアの一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
光学コーティングの製造及びそのプロセスのための発明的なシステムの実施形態は、図面を参照して説明される。異なる実施形態又はそれらの組合せは、異なる用途又は異なる利点を得るために用いられてもよい。得ようとする結果に応じて、本明細書に開示の異なる特徴は、単独で又は他の特徴と組合せて、部分的に又は最大限を利用して利点と要件及び制約とのバランスを取ってもよい。従って、特定の利点は異なる実施形態を参照に強調されるが、開示の実施形態に限定することを意図していない。すなわち、本明細書に開示の特徴は、それらが説明される実施形態に限定せず、他の特徴と「混ぜ合わせられ」、他の実施形態に組み込まれてもよい。
【００１９】
開示の実施形態は、ナノラミネート構造を有する光学コーティングを形成するためのシステム及び方法を含む。本開示の文脈において、ナノラミネートは、異なる組成の交互のナノ層であり、各ナノ層は３０ｎｍ以下の厚さを有する。様々な開示の実施形態において、各ナノ層が２〜１０ｎｍの薄さである場合に有益な結果が示される。ナノラミネート構造の腐食、摩耗、傷、及び硬度特性は、個々のフィルム又は３０ｎｍを超える厚さのフィルムの積層体よりもはるかに大きい。
【００２０】
開示の実施形態によると、ＡＲＣ層は、ガラス（ゴリラガラス等の処理ガラスを含む）、サファイア、及びプラスチック等の種々の結晶基板又は非結晶基板に形成され得る。しかしながら、本開示の実施形態では、基板を３００℃以下の温度に維持しながら層が形成される。
【００２１】
光学フィルムは、通常、非常に高い摩耗係数を有し、これは光学フィルムが非常に硬く、繰り返しの研磨接触により損傷し得るということを意味する。光学コーティングを研磨摩耗から保護するために、潤滑フィルムでコーティングする必要がある。開示の実施形態では、高水素化ＤＬＣは一般に２０％以上の水素を有する。
【００２２】
さらに、消費者用ディスプレイ製品では、指紋によりディスプレイの可視性能が落ちる。これらのタイプの製品の最終面は、防汚又は指紋防止コーティング（疎油性コーティングとも呼ばれる）を有する必要がある。一般に、疎油性コーティングはフルオロカーボンで作られる。しかしながら、通常、指紋防止用に用いられるフルオロカーボン材料をＤＬＣに接着させることは非常に困難である。接着性を高めるために、二層フィルムはＤＬＣとＡＦコーティングとの間に用いられる。薄い（約５オングストローム）シリコンフィルムはＤＬＣに堆積され、第２ＳｉＯ２層の形成に用いられる酸素からＤＬＣを保護する。その結果、最終的な積層フィルムはＤＬＣで覆われたＡＲＣであり、その後Ｓｉ及びＳｉＯ２が続き、その上部にＡＦコーティングがある。
【００２３】
コスト競争力のある方法で、携帯電話のディスプレイの前面と背面のカバーガラス、タブレット、自動車のディスプレイ又はコンピュータモニタ等の消費者用製品にこれらのフィルムを堆積させるためには、システムは基板の様々な要因に対して非常に柔軟でなければならないが、イオンビームアシスト反応性スパッタされたナノラミネートフィルムの要件に合わせて調整する必要がある。すなわち、好ましくは、スマートウォッチに用いられる基板等の小さな基板、及びコンピュータタッチスクリーン等の大きな基板を効率よく処理することが可能であるべきである。
【００２４】
携帯電話サイズのディスプレイでは、１時間当たり数百を超える基板の高いスループットを実現する必要があり、２ｄ及び３ｄガラスや他のモバイルディスプレイに必要な基板サイズ及び形状を容易に変更できる。モバイルデバイスディスプレイはかなりの範囲でサイズが異なり、広範囲を処理する柔軟性はシステムが業界でコスト競争力を持つための要件である。
【００２５】
開示の実施形態では、システムはプロセスステーション拡大における直線的に追加され得る小さなチャンバを用いる。基板はキャリア上で移送され、真空を破ることなく基板サイズ及び形状因子を素早く変更できる。この設計により、基板がプロセスチャンバを通過する際に基板を回転又は振動させる。小さな２ｄ又は３ｄの基板に均一なエッジコーティングを行うには回転が必要である。チャンバ内を回転するには大きすぎる２ｄ基板には振動が必要である。振動により、基板の前縁と後縁を正しい時間だけ蒸着源に向けて傾け、エッジと表面を均一にコーティングできる。
【００２６】
システムのバッチ部分では、キャリアはモノレール移送で堆積チャンバを通って繰り返し移動する。キャリアは、単一のモータで駆動するベルトシステムによって推進される。バッチ多層処理全体が完了した後、キャリアはロックを介して一度に１つずつバッチ処理チャンバに出入りする。システムのこの部分では、キャリアはまだモノレール上にあるが、磁気駆動ホイールによって個別に駆動される。すべてのキャリアがバッチチャンバに出入りした後、次のプロセスが開始され、必要なすべての層が新しい基板にコーティングされる。
【００２７】
システムの非線形バッチプロセス部分では、高真空、高純度、低粒子バッチチャンバと適合しない追加のプロセスステップが行われ得る。モバイルディスプレイ上の最後の層として適用される蒸発指紋防止コーティング等のプロセスでは、プロセス間で真空分離が必要である。
【００２８】
開示の実施形態では、処理システムは線形運動セクション及び遊星運動セクションの両方を含み、真空を破ることなく基板はその２つのセクションの間に移送される。基板は線形運動セクション及び遊星バッチ処理セクションとして機能する基板キャリアに載置される。いくつかの開示の実施形態において、キャリアは、バッチ処理セクション内では同時に移動するが、線形セクション内では個別に移動する。バッチ処理システム内では、キャリアはチャンバの中心軸を中心に回転させられ、またそれ自体の軸を中心に回転もする。バッチチャンバにおいて、基板は種々の磁気又はイオン源を通過する。これにより、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）又はメタモード処理で、酸化物、窒化物、酸窒化物等の多くの交互層を堆積させる。
【００２９】
処理システムの実施形態を説明する前に、以下はガラスコーティングとして形成されることが求められるフィルム構造の説明である。
【００３０】
図１Ａは、米国特許第６，５３２，１１２号に開示された従来技術のＡＲＣ構造を示し、図１Ｂ〜１Ｄは、本発明の実施形態に係る変形されたＡＲＣ構造を示す。従来技術により開示されているように、図１Ａに示すＡＲＣ層は、異なる屈折率を有する酸化物材料の交互層からなる。従って、図１Ａの例では、層２と層４は屈折率１．４５〜１．５０を有するＳｉＯ２から作られ、層３と層５は屈折率２．１〜２．３を有するＮｂＯから作られる。配置は、５２０ｎｍの波長で屈折率１．９〜２．１を有するＩＴＯ層によって覆われている。
【００３１】
開示の実施形態は、少なくとも１つのＡＲＣ層を、置き換えられた層と類似の有効屈折率を有する材料の交互ナノ層から作られる超格子と置き換えることによって、ＡＲＣ構造の性能を高める。図１Ｂは、ＩＴＯキャップ層１が複数のナノ層１´の超格子ナノラミネートにより置き換えられた一例を示す。ＩＴＯ層１は、屈折率１．９〜２．１を有すると報告されている。従って、この例では、ナノ層が類似する屈折率を有するように選択される。一実施形態によると、ＩＴＯ層１は、各層が２．５ｎｍの厚さを有し、全体が２５ｎｍの１０層のＳｉＮ及びＡｌＮの交互のナノ層によって置き換えられる。ＳｉＮは、５２０ｎｍの波長で屈折率２．０５を有する。ＡｌＮは、５２０ｎｍの波長で屈折率２．１５を有する。ナノラミネート層１´は、機械的特性を高め、ＡＲＣ構造を２倍以上に作製し、以下に示すように、置き換えられたＩＴＯと類似の有効屈折率２．１０を有する。
【００３２】
図１Ｃは、層２がナノラミネート構造２´に置き換えられる一実施形態を示す。層２は、５２０ｎｍの波長で屈折率１．４５〜１．５０を有すると報告されている。従って、この例では、ナノ層は類似する屈折率を有するように選択される。この例では、ナノラミネート構造２´は、各層が２．５ｎｍの厚さで全体が４０ｎｍの１６層のＳｉＯ及びＡｌ２Ｏ３の交互層で構成される。ＳｉＯは、５２０ｎｍの波長で屈折率１．４６を有し、Ａｌ２Ｏ３は、５２０ｎｍの波長で屈折率１．７７を有すると報告されている。しかしながら、主題の開示で推奨されているように、これらのフィルムがスパッタリングを用いて形成される場合、ＳｉＯは屈折率１．４８〜１．５０を有し、Ａｌ２Ｏ３は屈折率１．６５〜１．６７を有するので、有効屈折率は１．５７となる。（以下の計算を参照）
【００３３】
図１Ｂと１Ｃは、１層のみがナノラミネートに置き換えられている一実施形態を示すが、開示の実施形態に係る任意の層数は、類似の屈折率を有する材料のナノラミネートによって置き換えられ得る。実際、いくつかの実施形態において、図１Ｄの例で示すようにすべての層が置き換えられてもよい。
【００３４】
図１Ｄの例において、ＩＴＯキャップ層１は、各層が２．５ｎｍの厚さを有し、全体が２５ｎｍの１０層のＳｉＮ及びＡｌＮの交互のナノ層で構成された、ナノラミネート層１´に置き換えられる。層２は、各層が２．５ｎｍの厚さを有し、全体が４０ｎｍの１６層のＳｉＯ及びＡｌ２Ｏ３の交互のナノ層で構成された、ナノラミネート層２´に置き換えられる。層３は、各層が３ｎｍの厚さを有し、全体が６０ｎｍの２０層のＳｉＮ及びＡｌＮの交互のナノ層で構成された、ナノラミネート層３´に置き換えられる。層４は、各層が２．５ｎｍの厚さを有し、全体が２５ｎｍの１０層のＳｉＯ及びＡｌ２Ｏ３の交互のナノ層で構成された、ナノラミネート層４´に置き換えられる。層５は、各層が３ｎｍの厚さを有し、全体が１８ｎｍの６層のＳｉＮ及びＡｌＮの交互のナノ層で構成された、ナノラミネート層５´に置き換えられる。
【００３５】
ナノラミネートの各層における材料は慎重に選択されなければならない。光学コーティングとして機能させるためには、低ＡＲ層ナノラミネート積層体の屈折率をできるだけ低くし、高ＡＲ層ナノラミネート積層体の屈折率をできる限り高くしなければならない。しかしながら、屈折率だけが重要な特性ではない。堅牢なナノラミネート積層体において、個々のナノ層の硬度、せん断率、及び応力も重要である。高屈折率のナノ層は、ＺｒＯ、Ｙ−ＺｒＯ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＺｒＮ、ＴｉＯ、ＣｒＯ、ＣｒＮ、ＣｒＴｉＯ、及びＣｒＴｉＮの光学フィルム（化学量論的及び非化学量論的）の組合せから作製され得る。低屈折率のナノ層は、ＳｉＯ、ＡｌＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯのフィルムの組合せから作製され得る。
【００３６】
この文脈において、低屈折率及び高屈折率という用語は、定量測定値としてではなく、むしろ交互層間の区別を可能にする相対的な記述語として用いられるということを理解されるべきである。ＡＲＣの文脈で重要なことは、屈折率の特定の値ではなく、低屈折率層の屈折率が高屈折率層の屈折率よりも十分に低く、必要な光学効果が得られることである。
【００３７】
また、ナノ層の屈折率は光学積層体での目的に合うことが重要である。各高ナノ層及び低ナノ層では、２つの交互のナノ層を構成する材料の屈折率が近いほど、光学性能が向上する。実際、ナノラミネート内の２つのナノ層の屈折率が等しい場合、光学インタフェースで反射する光の量が（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）に比例するので光劣化はない。（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）の結果は、理想的にはナノラミネート層内のナノ層で０．０７未満であり、高屈折率と低屈折率のナノラミネート積層体との間で０．１以上であるべきである。
【００３８】
図１Ｄの例をみると、高屈折率ナノラミネート（例えば、層１´、３´、及び５´）の屈折率の違いは、（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（２．１５−２．０５）／（２．１５＋２．０５）＝０．０２である。報告値を用いた低屈折率ナノラミネートの屈折率の違いは、（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（１．７７−１．４６）／（１．７７＋１．４６）＝０．０９であり、これは要求される０．０７を超える。従って、本明細書に記載のように、スパッタリングによって層を形成することが有利である。スパッタリング値を用いると、（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（１．６７−１．４８）／（１．６７＋１．４８）＝０．０６が得られ、これは要求される０．０７の範囲内である。高屈折率と低屈折率との違いは、２つの層の厚さ比を考慮して計算される。ナノラミネート１´は、［（ｔ１×ｎ１）＋（ｔ２×ｎ２）］／（ｔ１＋ｔ２）の有効屈折率を有し、式中のｔは厚さである。つまり、［（２．５×２．０５）＋（２．５×２．１５）］／５＝２．１０である。層２´の有効屈折率は、［（２．５×１．４８）＋（２．５×１．６７）］／５＝１．５７である。従って、これら２つの層の違いは（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）＝（２．１０−１．５７）／（２．１０＋１．５７）＝０．１４である。
【００３９】
ちなみに、図１Ｂ〜１Ｄの例において、ナノラミネート内のすべてのナノ層は同じ厚さを有するが、必ずしもそうである必要はない。例えば、層１´の有効屈折率は、ＳｉＮナノ層よりもＡｌＮナノ層を厚くすることで増加され得る。例えば、ＡｌＮは６ｎｍに、ＳｉＮは３ｎｍに設定され得る場合、有効屈折率は、［（３×２．０５）＋（６×２．１５）］／９＝２．１２である。同様に、層２´の有効屈折率を低下させるために、有効屈折率を、［（５．５×１．４６）＋（２．０×１．６７）］／７．５＝１．５２に設定してもよい。
【００４０】
上述の開示から見受けられ得るように、各ナノラミネートは類似の屈折率の２つの異なる材料で構成される複数のナノ層を含み、該ナノ層は交互に積層される。従って、二重層と言え得、各二重層はそれぞれ異なる材料を含むが類似の屈折率を有する２つのナノ層の積層体である。この文脈において、類似の屈折率とは、１つのナノラミネートの二重層内の一方の層の屈折率値が、異なるナノラミネート内のナノ層の屈折率よりも、二重層内の他方のナノ層の屈折率値に近いということを意味する。すなわち、低屈折率ナノラミネートの二重層を構成する２つの材料は、高屈折率ナノラミネートを構成する任意の二重層の屈折率よりも互いに近い値を有する。
【００４１】
一般に、コーティングの浸食性、摩耗性、傷性、及び硬度を向上させるために、二重層はそれぞれ２〜１０ナノメートルの厚さを有するナノ層で構成される。二重層は、屈折率が交互になった複数のナノラミネートを形成するために用いられ、所望の光学効果を得る。いくつかの実施形態において、反射コーティングが形成される。反射コーティングは、例えば、モバイルデバイスの裏側に形成され得る。これらの場合、光学積層体はモバイルデバイスが着色されて見えるように、所望の色を反射するように設計される。反射コーティングは、半波長（１/２λ）積層体で設計される。逆に、反射防止コーティングはモバイルデバイスのディスプレイ側に形成され、スクリーンからの光反射を排除又は低減する。反射防止コーティングは、４分の１波長（１/４λ）積層体で設計される。波長は、積層体が反射しようとする波長である。ゆえに、幅広い波長を反射する効果的なＡＲＣを形成するために、複数のナノラミネートは種々の厚さを有するように形成されなければならない。
【００４２】
開示の実施形態において、ナノ層は金属の酸化物、窒化物、又は酸窒化物で構成される。いくつかの例において、ＹｓＺ、ＡｌｘＯｙ、ＡｌＮ、ＳｉｘＮｙ、ＡｌＳｉＯ、及びＳｉＯＮを含む。いくつかの実施形態において、接着層又はシード層は最初に堆積され、ＩＴＯ、ＳｎｘＯｙ、及びＷＯｘ等の材料でもよい。また好ましい実施形態では、種々の層はイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ）を用いて形成され、ターゲット材料は堆積される金属で構成され、堆積時に酸素又は窒素がイオン注入される。従って、スパッタリングプロセスは、金属モード（メタモードとも呼ばれる）で行われ、その中でターゲットは通常、アルゴンイオンによって（非酸化物）金属としてスパッタされ、基板に形成される非常に薄いフィルム（〜１ｎｍ通常）は、堆積金属にＯ２又はＮ２イオンビームを当てることにより酸化物又は窒化物に変換される。例えば、スパッタリングのターゲットは、純シリコン又はアルミニウムで構成されてもよく、イオンビームはアルゴン含有又は非含有でＯ２又はＮ２を含み、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＡｌＯ等の層を形成する。また、好ましい実施形態において、イオン電流対原子到達率比は０．５未満であり、イオンは６００ｅＶ以下のポテンシャルエネルギーを有する。
【００４３】
いくつかの実施形態において、任意の層の屈折率は材料を合金することによって変更され得る。例えば、ＭｇＯはＺｒＯｘ等の高屈折率材料、又はＡｌＯｘ等の低屈折率材料を合金するように用いられ得る。合金化は、約８〜１０％のＭｇＯを追加することにより行われ得、層の結晶化温度を低下させる。別の例では、約１０〜１２％のクロムはチタンで合金され得、靭性を向上させる。二酸化チタンの３つの鉱物形態の１つであるアナターゼは、２．４の高屈折率を有するが、低硬度を有するので合金化に適する。チタン自体は、屈折率を変える合金化剤として用いられ得る。タンタルは、高屈折率材料の特性を変える合金化剤になり得、ホウ素は低屈折率材料の特性を変える合金化剤になり得る。
【００４４】
図２Ａ〜２Ｃは、一実施形態に係る光学コーティングを形成するためのプロセスを示す。図２Ａでは、プロセスは例えばプラズマ又はイオン衝撃等を用いて、基板２００の表面を処理することによって開始してもよい。プラズマ又はイオン衝撃は、アルゴン及び／又は水素種を含んでもよい。図２Ｂでは、シード層２０５は基板２００の表面に形成され、結晶成長パターンを設定する及び／又は接着性を向上させる。シード層２０５はＩＴＯ、ＳｎｘＯｙ、及びＷＯｘ等の材料で構成されてもよく、イオンビームアシスト蒸着法を用いて形成される。図２Ｃでは、ナノラミネート層２１０はシード層２０５上方に形成される。
【００４５】
図３Ａを参照すると、光学コーティング、この例ではＡＲＣが示され、部分的に標準層で構成され、部分的にナノラミネートで構成される。この例では、基板３００は例えば携帯電話又は他のモバイルデバイス又はタッチスクリーンの前面ガラス等のガラスでもよい。ＡＲＣをディスプレイのガラスに適用した場合、ＡＲＣの寿命が増大し、明るい光の下でディスプレイの視認性を向上し得る。しかしながら、コーティングへの傷により、デバイスに見苦しい領域が生じる。この表面上の損傷は非常に目立ち、これらのフィルムの使用は高摩耗及び使用用途にとって望ましくないものになる。また、従来技術の光学積層体に用いられるフィルムの応力は、非常に大きくなり得る。これにより、デバイスが落下した場合、又はガラス表面に衝撃を受けた場合に破損が増加し得る。破損は、モバイルデバイス製造業者の保証による返品の大きな原因であり、破損の増加のリスクがあるため、フィルムの使用は製造者にとって望ましくない。従って、図３Ａの実施形態はコーティングの耐久性を増大させるように提供され、ディスプレイデバイスに用いられ得る。
【００４６】
図３Ａのコーティングは、高屈折率と低屈折率とが交互する多層を含む。第１層は１０ｎｍの厚さを有する、従来の高屈折率の薄層３０５である。この層、及び残りの高ｎ層のすべては、屈折率２．０２を有するＳｉ３Ｎ４で構成される。第２層は、今回の場合、屈折率１．４８を有するＳｉＯ２で構成された４０ｎｍで低屈折率の従来の層である。この後、３０ｎｍの高ｎ層３１５、２５ｎｍの低ｎ層３２０、１００ｎｍの高ｎ層３２５、１０ｎｍの低ｎ層３３０、５０ｎｍの高ｎ層３３５が続く。すべての高ｎ層はＳｉ３Ｎ４で構成され、すべての低ｎ層はＳｉＯ２で構成される。従来、最後の層は、例えば１００ｎｍのＳｉＯ２層の低ｎ層であった。しかしながら、図３Ａの実施形態では、上部層は１０層の二重層のナノラミネートで構成され、各二重層は５ｎｍのＳｉＯ２ナノ層、及びＳｉ３Ｎ４の屈折率よりもＳｉＯ２の屈折率に近い屈折率を有する材料を含む５ｎｍのナノ層で構成される。この例では、その材料はスパッタリングで形成したときに屈折率１．６７を有するＡｌ２Ｏ３である。従って、上部層３４０の有効屈折率は、［（５×１．４８）＋（５×１．６７）］／１０＝１．５７であり、これはＳｉ３Ｎ４の高屈折率よりもＳｉＯ２の低屈折率に近い。
【００４７】
従って、一般に、図３Ａの実施形態は第１屈折率を有する複数の第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率を有する複数の第２層とを含む光学コーティングを提供し、その中で複数の第１層及び複数の第２層は、複数の第２層からの１層で終端して、基板上方に組合せられるように交互に形成され、その１層上方に形成された上部層は、複数の二重層を有するナノラミネートを含み、各二重層は上部層の有効屈折率が第２屈折率より第１屈折率に近い値を有する、異なる材料で構成された２つのナノ層を含む。また、２つの異なる材料は、式（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）≦０．０７を満たすように選択され、式中のｎ１及びｎ２は２つの異なる材料の屈折率である。また、得られた上部層の有効屈折率ｎｅｆｆは、式｜（ｎｅｆｆ−ｎｓ）／（ｎｅｆｆ＋ｎｓ）｜≧０．１０を満たすことが望ましく、式中のｎｓは第２屈折率である。
【００４８】
図３Ｂは、図３Ａの構造を置き換える光学コーティングのための別の実施形態を示す。図３Ｂの実施形態は、耐久性を向上させるだけでなく、低屈折率層の有効屈折率を変化させることも可能である。特に、図３Ｂでは高ｎ層はすべて標準層であり、低ｎ層はすべてナノラミネートである。層３１１は４つの二重層で構成され、各二重層は５ｎｍのＳｉＯ２ナノ層及び５ｎｍのＡｌ２Ｏ３ナノ層を有し、全体が４０ｎｍである。層３２１は、例えば、２つの５ｎｍのＡｌ２Ｏ３ナノ層と組合せられた３つの５ｎｍのＳｉＯ２ナノ層で構成され、全体が２５ｎｍである。層３３１は、５ｎｍのＳｉＯ２ナノ層及び５ｎｍのＡｌ２Ｏ３ナノ層を有する１層の二重層で構成され、全体が１０ｎｍである。層３４０は１０層の二重層で構成され、各二重層は５ｎｍのＳｉＯ２ナノ層及び５ｎｍのＡｌ２Ｏ３ナノ層を有し、全体で１００ｎｍとなる。その結果、標準的なＡＲＣ層を使用している間、高ｎは２．０２であり、低ｎは１．４８であり、図３Ｂの実施形態では高ｎは依然として２．０２であるが、低ｎは１．５７である。
【００４９】
あるいは、低屈折率をＳｉＯ２の屈折率に近いものにしておくために、二重層はＳｉＯ２及びＳｉＯＮで構成されてもよい。ＳｉＯＮは、Ｎ２Ｏ等の窒素含有ガス流を追加することで形成される。製造中のＮ２Ｏの流れに応じて、ＳｉＯＮの屈折率は１．４６〜１．５６に調整され得る。従って、上端でも、（１．５６−１．４６）／（１．５６＋１．４６）＝０．０３が得られ、これは要求される０．０７の範囲内である。同様に、二重層をＳｉＯ２及びＳｉＡｌＯで構成されてもよい。ＳｉＡｌＯは屈折率約１．５０を有するため、（１．５０−１．４６）／（１．５０＋１．４６）＝０．０１が得られ、これは要求される０．０７の範囲内である。
【００５０】
従って、一般に、図３Ｂの実施形態は、第１屈折率ｎ１を有する複数の第１層と、第１屈折率と異なる第２屈折率ｎ２を有する複数の第２層とを含む光学コーティングを提供し、その複数の第１層及び複数の第２層は、基板上方に組合せられるように交互に形成され、各複数の第２層は少なくとも１つの二重層を有するナノラミネートを含み、各二重層は、第３屈折率ｎ３を有する第１ナノ層と第４屈折率ｎ４を有する第２ナノ層とを含み、各ナノラミネートの有効屈折率は第２屈折率と等しくなる、すなわちｎｅｆｆ＝ｎ２となる。これに関して、有効屈折率は、式｜（ｎｅｆｆ−ｎ１）／（ｎｅｆｆ＋ｎ１）｜≧０．１０を満たす。有効屈折率は、ナノ層の屈折率の重み付き平均であり、ｎｅｆｆ＝［（ｔ３×ｎ３）＋（ｔ４×ｎ４）］／（ｔ３＋ｔ４）として表され得、式中のｔ３及びｔ４は各ナノ層の厚さである。また、第１ナノ層及び第２ナノ層は、式（ｎ３−ｎ４）／（ｎ３＋ｎ４）≦０．０７を満たすように選択される。
【００５１】
光学コーティングのさらなる例が図３Ｃに示される。図３Ｃの実施形態において、すべての層がナノラミネートである。低ｎラミネートは、図２Ｂに関して記載したものと同様であるが、高ｎ層もまたナノラミネートに置き換えられている。この例では、第１層３０６は、１層の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１層の５ｎｍのＳｉ３Ｎ４との二重層である。層３１６は、３層の二重層のナノラミネートであり、各二重層は１層の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１層の５ｎｍのＳｉ３Ｎ４ナノ層とから構成される。層３２６は、１０層の２重層のナノラミネートであり、各二重層は１層の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１層の５ｎｍのＳｉ３Ｎ４ナノ層とから構成される。層３３６は、５層の二重層のナノラミネートであり、各二重層は１層の５ｎｍのＡｌＮナノ層と１層の５ｎｍのＳｉ３Ｎ４ナノ層とから構成される。従って、高ｎラミネートの有効屈折率は、［（５×２．０２）＋（５×２．１５）］／１０＝２．０８５である。
【００５２】
従って、一般に、図３Ｃの実施形態は、第１屈折率を有する複数の第１層、及び第１屈折率と異なる第２屈折率を有する複数の第２層を含む光学コーティングを提供し、その複数の第１層及び複数の第２層は、基板上方に組合せられるように交互に形成され、その各複数の第１層は、第１ナノラミネートの有効屈折率が第１屈折率と等しくなるように、異なる材料の２つのナノ層で構成された少なくとも１つの二重層を有する第１ナノラミネートを含み、該各複数の第２層は、少なくとも１つの二重層を有する第２ナノラミネートを含み、各二重層は、第２ナノラミネートの有効屈折率が第２屈折率と等しくなるように異なる材料の２つのナノ層を含む。
【００５３】
また、一般に、図３Ｃの実施形態は、第１屈折率を有する複数の第１層、及び第１屈折率と異なる第２屈折率を有する複数の第２層を含む光学コーティングを提供し、その複数の第１層及び複数の第２層は、基板上方に組合せられるように交互に形成され、その各複数の第１層は、酸化物ナノラミネートの有効屈折率が第１屈折率と等しくなるように、第１酸化物ナノ層、及び第１酸化物ナノ層とは異なる材料の第２酸化物ナノ層で構成された少なくとも１つの酸化物二重層を有する酸化物ナノラミネートを含み、該各複数の第２層は、窒化物ナノラミネートの有効屈折率が第２屈折率と等しくなるように、第１窒化物ナノ層、及び第１窒化物ナノ層とは異なる材料の第２窒化物ナノ層で構成された少なくとも１つの窒化物二重層を有する窒化物ナノラミネートを含む。
【００５４】
ナノ層は、材料特性（応力、硬度、化学量論）を制御する必要がある。この目的のために、反応性スパッタリングイオンアシスト蒸着法が好ましい手法である。反応性スパッタリングは、化学量論的なフィルムの迅速な堆積を可能にし、イオンアシスト部分は、原子レベルの加熱を可能にし、堆積フィルムの応力、密度、及び硬度の制御に役立つ。また、ナノ層の形成中にスパッタリングパラメータ及びガス流を制御することにより、ナノラミネート内の二重層を構成する２つのナノ層において、（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）の結果が０．０７未満になるように屈折率は調節され得、高及び低ナノラミネートの有効率において、（ｎ１ｅｆｆ−ｎ２ｅｆｆ）／（ｎ１ｅｆｆ＋ｎ２ｅｆｆ）の結果が０．１を超える。
【００５５】
光学フィルムは高摩擦係数を有してもよく、これは、該光学フィルムが非常に硬いが、研磨接触を繰り返すことにより損傷し得るということを意味する。光学コーティングを研磨摩耗から保護するために、潤滑膜でコーティングしてもよい。これは、図３Ａ〜３ＣではＤＬＣと示した点線の層によって示される。この例では、ダイヤモンド状コーティング（ＤＬＣ）膜は、少なくとも２０％の水素を有する高水素化ＤＬＣである。
【００５６】
さらに、消費者用ディスプレイ製品では、指紋によりディスプレイの可視性能が落ちる。これらのタイプの製品の最終面は、汚れ防止又は指紋防止（ＡＦ）コーティングを有するべきである。通常、指紋防止用に用いられるフルオロカーボン材料をＤＬＣに接着させることは非常に困難である。接着性を高めるために、二層フィルムはＤＬＣとＡＦコーティングとの間に用いられる。薄いシリコンフィルムはＤＬＣ上方に堆積され、第２ＳｉＯ２層を形成するために用いられる酸素からＤＬＣを保護する。得られた積層体は図３Ｄに示されるが、ＤＬＣ、Ｓｉ、ＳｉＯ２、及びＡＦの類似するキャップ層は、図３Ａ〜３Ｃの任意の実施形態で形成され得る。
【００５７】
見受けられ得るように、提案されたコーティングは、多くの異なる材料の薄層を含み、それらは異なるプロセスを用いて形成される。すべての層は、層形成の間に基板を大気にさらすことなく、基板上に形成されることが好ましい。従って、システムはすべての異なる層の真空処理を可能にすべきである。これらのプロセスには異なる環境が要求されるため、システムには異なるセクションを含むことが必要であり、各セクションは本明細書で実行されるプロセスに必要な特定の環境を提供するように調整される。
【００５８】
図４Ａは、上記の実施形態の光学コーティングを形成するシステムの一実施形態を示しており、内部要素を露出させるためにいくつかのカバーが取り外されている。図４Ａのシステムはモジュール式であり、必要に応じてバッチ処理チャンバ４０３及び線形処理セクション４０５は除去又は追加され得る。図４Ａのシステムでは、ＡＲＣ層はバッチ処理チャンバ４０３で形成され、任意の前処理の間、ＤＬＣ及び疎油性層は線形セクション４０５で行われる。特に、図４Ａの実施形態では、線形セクション４０５は上部トンネル４０７及び下部トンネル４０９を有し、ＤＬＣ層及び疎油性層及びその他介在層は、下部トンネル４０９に形成され得、例えばプラズマ処理等の任意の前処理は、上部トンネルで行われ得る。基板はキャリア上に載置され、システム内の処理全体を通してキャリアに残る。キャリアは、線形セクション４０５内で独立して移動するが、バッチ処理チャンバ４０３内で一緒に移動する。キャリアは、ロボットアーム４１１によって線形セクション４０５とバッチ処理チャンバ４０３との間で移送される。キャリアは、エレベータ４１３を介して上部トンネル４０７と下部トンネル４０９との間で移送される。
【００５９】
図４Ｂは、１つのバッチチャンバと２つのロボットが取り外された図４Ａのシステムを示し、下部トンネル４０９の視覚化を可能にする。参照Ａはエレベータ４１３を指し、参照Ｂは光学ＤＬＣスパッタリングチャンバの位置を指しており、その後に介在層を形成するための他のスパッタリングチャンバが続き得る。参照Ｃは真空分離チャンバであり、参照Ｄは、例えば疎油性層を形成するために用いられ得るパスバイ処理モジュールを指す。参照Ｅは高真空ロードロックであり、参照Ｆは基板をシステムから取り外すために用いられる大まかな真空ロードロックである。
【００６０】
図４Ｃは、図４Ａのモジュールシステムの基礎的要素を形成するバッチチャンバ及び線形セクションの対を示す（明確性のために下部トンネルは図示されていない）。システムは必要な数のこれらの対を用いて形成され得、図４Ａは３つの対で構成されるシステムを示す。図４Ａに示すように、連続する各セクションは、隣接するペアの向きから１８０度回転した向きに合わせられる。
【００６１】
バッチ処理システムは複数のキャリアを支持し、処理中にキャリアを中心軸の周りで回転させる。さらに、キャリアは自身の軸を中心に回転する。キャリアがチャンバの軸を中心に回転すると、基板は複数の処理ステーションを通過してＡＲＣコーティングを構成する種々の層を形成する。図４Ｃの例では、２つの処理ステーションは各バッチ処理チャンバに含まれ、各ステーションはシャッタを有する１つのスパッタリング源、及びＩＢＡＤ処理を形成する１つのイオン源を有する。動作中、一度に１つのシャッタのみが開かれるため、キャリアがチャンバの軸を中心に回転すると、すべての基板は、動作中のスパッタリングステーションによって連続的にスパッタリングされ、１つの層が形成される。各基板は、適切な厚さの層を形成するために、スパッタリング源で複数のパスを行う。層の厚さに達すると、開いているシャッタが閉じられ、他方のシャッタが開かれ、プロセスが進行して第２層が形成される。このようにして、２つの異なる層は基板上に交互に堆積され、ＡＲＣを形成し得る。
【００６２】
例えば、第１バッチ処理システムは、シリコンターゲットを有する１つのスパッタリング源と、ニオブターゲットを有する１つのスパッタリング源と、酸素ガスの供給とを有してもよい。一度キャリアがロードされると、ニオブ源のシャッタが開かれ、ＮｂＯの第１層を形成するように酸素が流れる。その後、ニオブ源のシャッタが閉じ、シリコンのシャッタが開かれてＳｉＯ２の層を形成する。すべての基板上にＳｉＯ２の適切な厚さが形成されると、シリコンのシャッタが閉じ、ニオブシャッタが開かれて次のＮｂＯ層を形成され、ＡＲＣ積層体がすべて完了するまで続く。
【００６３】
図１Ｂに示す構造を形成したい場合、別のバッチシステムが採用され、その中で１つのターゲットはシリコン製で、１つのターゲットはアルミニウム製で、窒素ガス源が提供される。その後、プロセスはシリコンターゲットのシャッタを開いてＳｉＮ層を形成すること、及びアルミニウムターゲットのシャッタを開いてＡｌＮ層を形成することを交互に行う。図１Ｃに示す構造が望まれる場合、酸素のガス供給を用いてＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の交互層を形成する。従って、層５、４、３、２´、及び１´を有する構造を作製したい場合、システムは３つの線形セクションを備えた３つのバッチ処理システムを有するべきである。
【００６４】
図４Ｃでは、参照Ａは、バッチ処理チャンバ内の真空状態を維持する２つのマイスナートラップを示す。参照Ｂは、バッチ処理チャンバ４０３内の真空環境、及び線形セクション４０５内の真空環境を分離するスロットバルブを示す。参照Ｃは、線形移送セクション４０５である。図４Ｃでは、２つのカバーは取り外され、ＩＢＡＤ処理用のスパッタリング源Ｄ及びイオン源Ｅを露出させる。この配置の特徴は、バッチ処理システムがチャンバの中心軸を中心にウウエハを回転させる「プラネタリー」配置を利用し、キャリアはバッチ処理チャンバを大気に晒すことなく、惑星システムに連続してロード及びアンロードし得ることである。さらに、ＤＬＣ及び疎油性層等のバッチ処理システムに適合しないプロセスは、一度に１つの基板の線形セクションで実行され得る。
【００６５】
参照Ｆはキャリアスピン回転モータであり、参照Ｇは主要な軌道回転モータである。すなわち、モータＧは、バッチチャンバの中心軸の周りの軌道ですべてのキャリアを回転させ、モータＦはそれ自体の軸の周りで各キャリアを回転させる。惑星が太陽の周りを公転するようにキャリアがチャンバの中心軸の周りを回り、惑星が各軸を中心に回転するように各キャリアもまた自身の軸を中心に回転するため、このような配置は遊星チャンバと呼ばれる。従って、このシステムは、線形移送セクションに結合された遊星チャンバの対で構成され、遊星チャンバとその結合された線形セクションの間で、遊星として機能するキャリアを真空中で移送され得ると言え得る。従って、キャリアは遊星運動と線形移送運動との両方を受ける。参照Ｈはキャリアローダを示し、大気に晒すことなくバッチチャンバと線形セクションとの間でキャリアを移送するために用いられる。
【００６６】
図４Ａ〜４Ｃのシステムでは、バッチ処理チャンバでキャリアが処理されるとき、各スパッタリング源の前で複数のパスを作成する。逆に、キャリアが線形セクションにあるとき、各処理チャンバに単一のパスを作成する。また、キャリアがバッチ処理システムにあるとき、キャリアは惑星運動システム内の他のキャリアと同時に移動するが、キャリアが線形移送セクションにあるとき、キャリアは線形移送セクション内の他のキャリアとは独立して移動する。バッチ処理システムの１つで処理が完了すると、遊星回転システムがキャリアを一度に１つずつスロットバルブの位置に運び、ロボットアームがキャリアを１つずつ取り除き、線形移送セクションに配置する。ロボットは、処理済みのキャリアを処理対象の新しいキャリアと交換してもよい。
【００６７】
図５Ａ〜５Ｄは、キャリアの一実施形態を示し、図５Ａは底面図、図５Ｂは側面図、図５Ｃは上面図、図５Ｄは等角投影図である。図５Ｃに示すように、キャリアは基板５１０を支持するように構成されているトッププレート５０５を有する。異なるトッププレートは、１つの大きな又は種々の小さな基板５１０を支持するように構成され得る。従って、キャリアのトッププレートを交換するだけで、システムは異なるサイズの基板を処理するように変換され得る。
【００６８】
キャリアは、移送セクション５１５によってシステム全体に移送され、トッププレート５０５は回転セクション５２０を介して移送セクション５１５に取り付けられる。バッチ処理チャンバ内にある間、モータＦ（図４Ｃを参照）からの結合が回転セクション５２０と係合し、それによりトッププレートのそれ自体の軸の周りのスピン回転を与える。移送セクションとトッププレートとを有するキャリアの構造により、キャリアを個別に線形セクションで移送し、バッチ処理チャンバで回転させることも可能である。また、回転セクション５２０はロボットアーム４１１のための係合機構を提供し、キャリアを線形セクションからバッチ処理チャンバへ移送し得る。
【００６９】
図６Ａと６Ｂは、開示の実施形態の光学コーティングを形成するための線形移送システムの一実施形態を示す。図６Ａは斜視図で、図６Ｂは上部斜視図である。図６Ａと６Ｂの実施形態では、処理チャンバの対は、並んで配置されてバッチ処理セクション６０５を形成し、一連の処理チャンバは単一のファイルに配置されて単一のキャリア処理セクション６１０を形成する。バッチ処理セクション６０５では、セクション６０５のサイズを拡大又は縮小するために、チャンバ６１５は対で追加又は削除され得る。単一のキャリア処理セクション６１０では、セクション６１０のサイズを拡大又は縮小するために、チャンバ６２０は個々に追加又は削除され得る。バッチ処理セクションでは、キャリアがレーストラックコースで連続するチャンバを連続的に通過し得るように、各キャリア間に各バルブが複数のパスを実行するように、連続するチャンバ間に隔離弁はない。逆に、隔離弁は線形処理セクションのチャンバ６２０間に提供され、各キャリアは各チャンバ６２０でシングルパスのみを実行する。
【００７０】
バッチセクション６０５は、ＡＲＣの複数のナノ層を形成するように用いられ得、単一のキャリア処理セクションは、チャンバを形成するＡＲＣの真空要件に適合しない、ＤＬＣ、介在層、及び疎油性コーティングを形成するように用いられ得る。従って、チャンバ６１５の少なくとも１つはＩＢＡＤ処理チャンバであるべきであり、チャンバ６２０の少なくとも１つは、蒸発処理チャンバであるべきである。ちなみに、図６Ｂはシステムのサービスを可能にするために開いている中央チャンバ６１５を示す。
【００７１】
図６Ａと６Ｂの破線矢印は、各セクションでのキャリアの移送を示す。バッチ処理セクション６０５では、キャリアはレーストラックタイプコースに従い、それによって何度か各処理チャンバ６１５を訪れる。バッチ処理セクションは、図４Ａ〜４Ｃのバッチ処理に関して説明したように、いくつかのＩＢＡＤステーション６１５を有してもよく、その中で各ステーションは１つの材料のターゲットを有する。各スパッタリング源はシャッタを有し、スパッタリングターゲットと所望の層の厚さに応じて、１つ以上のシャッタが同時に開いてもよい。チャンバ６１５間に隔離弁が設けられていないため、１つのシャッタが開いているとき、クロススパッタリングを有しないように、すぐ隣の２つのチャンバのシャッタが閉じられることが好ましい。
【００７２】
キャリアはＡＲＣ層を形成するのに十分な回数レーストラックを処理した後、ロードロック６２５を介して一度に１つずつレーストラックを出て、例えば、ＤＬＣ及び疎油性層形成等の後処理のために単一のファイル線形処理セクション６１０に進む。キャリアが後処理を完了すると、キャリアはロードテーブルにロードロックされ、キャリアをロード／アンロードセクションに送る。
【００７３】
システム全体にわたって、キャリアは単一のトラックに自由に乗るが、原動力はバッチ処理セクション６０５と単一のファイル線形処理セクション６１０で別々に適用される。特に、バッチ処理セクション６０５では、単一のトラックは楕円形のレーストラック形状であり、単一のモータで駆動されるコンベアベルトは、レーストラック内のすべてのキャリアに係合し、すべてのキャリアを同時に移動させる。逆に、単一のファイル線形処理セクション６１０では、単一のトラックは直線モノレールの形態であり、個々の磁気ホイールはキャリアと係合し、各キャリアは他のキャリアとは独立して個別に移動し得る。このようにして、バッチ処理システムではパスバイ処理が実行されるが、線形セクションでは静的処理が実行され、その中でキャリアは処理チャンバ６２０内で停止し、キャリアが静止している間に処理が行われる。
【００７４】
図６Ａ及び６Ｂに示すバッチ処理の１つの特徴は、バッチ処理セクション６０５内の対向するチャンバ６１５の間に見通し線がないことである。明確にするために、図６Ａでは、対向するチャンバは６１５Ｌ及び６１５Ｒとして識別されている、すなわち、各チャンバ６１５Ｌは対応するチャンバ６１５Ｒと対になっている。従って、チャンバ６１５Ｌの１つのシャッタが開いてもよく、同時にその対向するチャンバ６１５Ｒのシャッタも開いてもよく、これら２つのチャンバ間に直線が存在しないため、１つのチャンバからの粒子は反対のチャンバからの粒子と混合され得ない。これは、当然ながら、遊星バッチチャンバの場合ではない。
【００７５】
図４Ａ〜４Ｃの実施形態では、バッチ処理セクション６０５はＡＲＣを形成するように用いられ得、線形セクションはＤＬＣ、介在層、疎油性コーティングを形成するように用いられ得る。図６Ａと６Ｂの例では、チャンバ６１５の４つの対が示される。従って、２つの対は低ｎ層のナノ層を形成するように用いられ得、２つの対は２つの高ｎ層のナノ層を形成するように用いられ得る。例えば、第１の対向する対は、窒素ガスが供給されたアルミニウムターゲットを有してもよく、第２の対向する対は、窒素ガスが供給されたシリコンターゲットを有し得、第３の対向する対は、酸素ガスが供給されたアルミニウムターゲットを有し得、第４の対向する対は、酸素ガスが供給されたシリコンターゲットを有し得る。そのような配置の下、第１の対向する対のシャッタはＡｌＮナノ層を形成するように開けられ得、第２の対のシャッタは、Ｓｉ３Ｎ４ナノ層を形成するように開けられ得、第３の対のシャッタは、Ａｌ２Ｏ３ナノ層を形成するように開けられ得、第４の対のシャッタは、ＳｉＯ２ナノ層を形成するように開けられ得る。このようにして、各ナノ層の製造中に２つのスパッタリングステーションが同時に動作し、各キャリアは動作中の各スパッタリングステーションで複数のパスを実行し得る。
【００７６】
ナノ層が完全に形成されると、キャリアはバッチ処理セクション６０５を出て、線形処理セクション６１０に個別に移送され、そこでＤＬＣ、介在層、及び疎油性層はチャンバ６２０で形成され得る。チャンバ６２０は、ゲートバルブ６２５（そのうちのいくつかのみが示されている）によって互いに分離され得る。チャンバ６２０は、静的又はパスバイ処理ステーションでもよい。一実施形態では、ＤＬＣチャンバは静的処理チャンバであり、疎油性蒸発チャンバはパスバイチャンバである。図６Ａに示すように、線形処理セクション６１０での処理が完了すると、キャリアはカルーセル６３５を出て、キャリアをロード／アンロードセクションに移送し、そこでは処理済の基板はキャリアからアンロードされ、新しい基板がキャリアにロードされる。
【００７７】
図６Ｃ〜６Ｅは、上述のシステムに用いられてもよいキャリアを示す。この例では、キャリアは回転セクション６４０を介して移送ベース６３５に取り付けられた２つの回転可能なトッププレート６３０を有する。基板６５０は、トッププレート６３０に垂直方向に載置される。この実施形態の１つの特徴は、原動力はトッププレートにスピンを加えることが必要とされていないため、モータＦのための必要性及び結合を除去する。代わりに、回転セクション６４０は、磁気棒６４５に係合する金属ロッド６４２を含む。移送ベース６３５が移動すると、金属ロッド６４２は磁気棒６４５に沿って走り、それが回転し、それにより上部プレート６３０に載置された基板を回転させる。
【００７８】
上述のシステムを用いて、ガラス基板上にコーティングを製造する方法が提供されており、その方法は、基板を複数のキャリアにロードすること、複数のキャリアを複数のスパッタリング源を有するバッチ処理チャンバに移送すること、バッチ処理チャンバ内で複数のキャリアを同時に移送して、各キャリアをスパッタリング源の前に複数回通過させて基板上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）の複数の層を形成すること、キャリアを一度に１つずつ、複数の線形処理チャンバを含む線形移送セクションに移送し、該各線形処理チャンバは一度に単一のキャリアを処理するように構成されていること、ＡＲＣ上方にダイヤモンド状コーティング（ＤＬＣ）を形成するように線形処理チャンバの少なくとも１つを動作させること、ＤＬＣ上方に疎油性層を形成するために線形処理チャンバの少なくとも１つを動作させることを含む。プロセスは、キャリアをバッチ処理してＡＲＣを形成するプロセス中に複数のスパッタリング源のシャッタを一度に１つずつ連続して開くことを含んでもよい。
【００７９】
本明細書に記載のプロセス及び技術は、任意の特定の装置に本質的に関連するものではなく、任意の適切な構成要素の組合せによって実施されてもよいということが理解されるべきである。さらに、本明細書に記載の技術に従って、種々のタイプの汎用デバイスを用いてもよい。本発明は、特定の実施例に関して記載されているが、これらはあらゆる点で限定的ではなく例示的であることを意図している。当業者は、本発明を実施するのに多くの異なる組合せが適していることを理解するであろう。
【００８０】
さらに、本明細書に開示の本発明の仕様及び実施を考慮することにより、本発明の他の実施が当業者には明らかになるであろう。記載の実施形態の種々の様態及び／又は構成要素は、単独で又は任意の組合せで用いられてもよい。本明細書及び実施例は例示としてのみ考慮され、本発明の真の範囲及び精神は以下の特許請求の範囲によって示されるということが意図される。
【図１Ａ−Ｄ】
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【図２Ａ−Ｃ】
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【図３Ａ−Ｂ】
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【図３Ｃ−Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ−Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ−Ｅ】
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【国際調査報告】
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