專利名稱：用于微光學(xué)元件的保形涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造光學(xué)元件的技術(shù)，更具體地說(shuō)涉及在具有表面不平結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件上沉積薄膜的技術(shù)。
背景技術(shù)：
微米級(jí)加工已經(jīng)能夠開(kāi)發(fā)在各種光電子應(yīng)用中使用的微光學(xué)元件。微光學(xué)元件(MOE)提供了使用低成本復(fù)制技術(shù)可以大量制造的小型重量輕的光學(xué)組件。在微型化的趨勢(shì)下，這些特征是高度吸引人的。MOEs可以是折射型的，例如微透鏡和微透鏡陣列，并且根據(jù)幾何光學(xué)彎曲或聚焦光線。MOEs可以是衍射型的，例如相位片、衍射光柵、衍射透鏡等等，并且根據(jù)傅立葉光學(xué)改變光線。MOEs還可以是混合的折射/衍射透鏡，典型地涉及表面結(jié)構(gòu)具有衍射圖案的折射透鏡。
MOEs包括典型地基于復(fù)雜數(shù)學(xué)模型的三維表面結(jié)構(gòu)。尺寸的精確和制造成本是制造中的重要因素。MOEs可以分成兩個(gè)基本的家族連續(xù)浮雕(continuous relief)和二元或多級(jí)微光學(xué)元件。連續(xù)浮雕微結(jié)構(gòu)在多個(gè)臺(tái)階之間具有平滑變化的剖面(profile)。連續(xù)浮雕微光學(xué)元件的制造方法包括直寫，例如通過(guò)激光束或電子束直寫，直接機(jī)加工，光刻膠回流，以及灰度色劑平版印刷。二元光學(xué)元件具有含多個(gè)臺(tái)階的相位級(jí)(phase level)以及臺(tái)階之間恒高的平坦表面。二元MOEs的常用制造方法是高分辨掩模光刻和刻蝕方法。
MOEs仍是一種還沒(méi)有發(fā)展成普遍接受命名的新興技術(shù)。下面的部件是微光學(xué)元件的子族(subgroup)并且包括衍射型光學(xué)元件(DOE)、二元光學(xué)元件(BOE)、二元光學(xué)、微結(jié)構(gòu)光學(xué)、光柵、紅外光柵、菲涅耳(fresnel)元件、微浮雕元件、納米周期表面結(jié)構(gòu)、折射型微光學(xué)元件、次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)(subwavelength structure)，以及次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)表面。可以預(yù)期每個(gè)子族具有該族特定的某種特征。此處使用的術(shù)語(yǔ)MOE表示所述上面列出的組件。還預(yù)期將具有在檢測(cè)光和發(fā)光器件及集成電路上面集成MOEs方面的應(yīng)用。
DOEs是一類廣泛的光學(xué)組件。與使用折射和/或反射的傳統(tǒng)光學(xué)組件不同，DOEs利用光的波動(dòng)性并且依賴于光的振幅、相位和偏振狀態(tài)。在衍射光學(xué)的情況下，可以使用納米/微米結(jié)構(gòu)來(lái)修改所有這些性質(zhì)。表面上的衍射結(jié)構(gòu)可以具有幾種原理，包括二元、多級(jí)、連續(xù)剖面、折射率調(diào)制及全息。
所有的MOEs，包括折射型或者衍射型，通常將光的波動(dòng)性用于其設(shè)計(jì)和性能及公差模擬(tolerance modelling)。此處使用的所有MOEs具有尺寸為約0.01微米至約10微米的三維表面結(jié)構(gòu)。
為了用于各種目的，MOE可以使用沉積在其表面結(jié)構(gòu)上的薄膜或涂層。薄膜或涂層可以是半導(dǎo)體層、絕緣體、金屬接觸、鈍化層、抗反射涂層、濾光層、波導(dǎo)或其它涂層。薄膜或涂層優(yōu)選具有MOE的表面圖案。否則，功能性可能會(huì)嚴(yán)重降低，或者元件會(huì)離開(kāi)規(guī)定的范圍。特別地，具有尺寸小于光波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的MOEs是難于在其上面施用均勻厚度保形涂層的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)此處通常稱作次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)具有高長(zhǎng)寬比的情況下制造是更加復(fù)雜的。
存在大量的技術(shù)來(lái)提供薄膜和涂層。這些技術(shù)包括濺射、蒸發(fā)、脈沖激光燒蝕、氧化、化學(xué)氣相沉積、電鍍，以及其它本領(lǐng)域公知的技術(shù)。但是，這些傳統(tǒng)的技術(shù)對(duì)于次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)不能提供厚度均勻的保形涂層。
參照?qǐng)D1，表示了襯底10的剖視圖，其中通過(guò)物理氣相沉積(PVD)沉積薄膜12。PVD技術(shù)使用高溫(蒸發(fā))從靶上除去涂層材料和/或用高能粒子(濺射)轟擊表面。除去的材料粒子具有動(dòng)能并且使用所述動(dòng)能將涂層材料轉(zhuǎn)移到襯底10上。在原子級(jí)別上，濺射的原子趨向于以直線從陰極運(yùn)動(dòng)到樣品上而不會(huì)在飛行中相撞。
當(dāng)涂層材料到達(dá)襯底上時(shí)，其能量不允許其在襯底表面上作進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)。如圖所示，薄膜12會(huì)延伸到陰影區(qū)14并且不會(huì)提供臺(tái)階覆蓋(step coverage)。這個(gè)問(wèn)題在使用次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)更加明顯。陰影區(qū)14可能是由襯底10的陰影或者甚至是由生長(zhǎng)薄膜12引起的。
改進(jìn)一致性的方法包括旋轉(zhuǎn)襯底10或加熱襯底10來(lái)增加原子的可動(dòng)性。但是，并不能完全消除陰影區(qū)。此外，因?yàn)镻VD是基于飛行材料的，總是具有“視線”的問(wèn)題，從而很難涂覆壁的側(cè)面。在高長(zhǎng)寬比的情況下，不可能獲得良好的臺(tái)階覆蓋。
參照?qǐng)D2，表示了具有溝槽22的結(jié)構(gòu)20的剖視圖。通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)沉積薄膜24。CVD技術(shù)使用連續(xù)的前體流在放置結(jié)構(gòu)的反應(yīng)室中混合前體。向結(jié)構(gòu)施用能量，并且前體蒸氣蒸發(fā)，形成所需組成的層。
CVD方法很難施用非常薄的膜，薄膜并不總是相符。如圖2所示，薄膜24的生長(zhǎng)并不總是均勻的，并且不能精確地貼近下面的表面。當(dāng)填充溝槽22時(shí)，在膜26的下方產(chǎn)生空隙26。因此，CVD方法形成薄膜的可靠性經(jīng)常有問(wèn)題。
參照?qǐng)D3，表示了相似的問(wèn)題，其中結(jié)構(gòu)30包括窄的溝槽32。為了完全填充溝槽32，通過(guò)例如CVD的技術(shù)沉積薄膜34。在溝槽32完全填充之前，薄膜34在溝槽32的開(kāi)口36處夾斷(pinch off)。這就在溝槽32內(nèi)產(chǎn)生會(huì)破壞結(jié)構(gòu)30功能的空隙38。
參照?qǐng)D4，表示了具有多臺(tái)階面的另一個(gè)結(jié)構(gòu)40。通過(guò)濺射沉積薄膜42。濺射的方向由箭頭44表示。方向性可以通過(guò)長(zhǎng)距離的起點(diǎn)(origination)和掩模和/或使用離子束濺射來(lái)實(shí)現(xiàn)。存在薄膜42厚度小于臺(tái)階高度的沒(méi)有側(cè)壁涂層的地方。
參照?qǐng)D5，表示了與圖4相似的結(jié)構(gòu)50。通過(guò)增加膜54的厚度，完全覆蓋側(cè)壁52。但是，實(shí)際上這只在具有陰影臺(tái)階并且長(zhǎng)寬比低的應(yīng)用中是實(shí)用的。
參照?qǐng)D6，表示了長(zhǎng)寬比較高的具有溝槽62的結(jié)構(gòu)60。使用例如CVD的傳統(tǒng)技術(shù)很難使膜64符合深的溝槽62。如圖所示，當(dāng)膜64不能完全符合溝槽62時(shí)引起空隙66。
參照?qǐng)D7，表示了通過(guò)CVD或?yàn)R射沉積了薄膜72的結(jié)構(gòu)70。膜72與結(jié)構(gòu)70符合不好，并且提供了不好的結(jié)構(gòu)尺寸。
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到圖1至7顯示的薄膜沉積問(wèn)題在次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中甚至變得更加明顯。克服形成空隙并且提供控制的保形涂層的技術(shù)將極大地提高微光學(xué)元件的性能。這種技術(shù)對(duì)于包括抗反射涂層的透光光學(xué)器件具有特別的應(yīng)用利益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明使用蒸氣沉積技術(shù)為微光學(xué)元件提供了保形膜。在光學(xué)結(jié)構(gòu)上沉積薄膜，其適用于各種應(yīng)用，例如束成形器(beam shaper)、分束器、微透鏡、微透鏡陣列、擴(kuò)散器、激光二極管校正器、圖形發(fā)生器、準(zhǔn)直器、光柵器件、DNA芯片、生物芯片、濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾波器(gain flattening filter)、灰影(grayshade)濾波器，以及抗反射膜結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)大量任何傳統(tǒng)的加工技術(shù)來(lái)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)。
在制造中，將光學(xué)結(jié)構(gòu)放置在反應(yīng)室中并且暴露于前體蒸氣下。暴露產(chǎn)生了在光學(xué)結(jié)構(gòu)表面上化學(xué)吸附一部分第一種化學(xué)物質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，將清洗氣通入反應(yīng)室中，除去過(guò)量的第一種化學(xué)物質(zhì)和副產(chǎn)物。再將與第一種化學(xué)物質(zhì)不同的第二種化學(xué)物質(zhì)引入反應(yīng)室中，它與吸附的第一種化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，形成與光學(xué)結(jié)構(gòu)表面一致的膜。
通過(guò)沉積次數(shù)來(lái)控制最終的膜厚。自限制(self-limiting)的生長(zhǎng)提供了優(yōu)異的表面一致性并且允許在高長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)和次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)上涂覆。本發(fā)明提供了足夠薄并且對(duì)于MOEs的實(shí)際應(yīng)用精確的薄膜。此外，所得薄膜是無(wú)針孔的，這對(duì)于特定應(yīng)用中的功能性是必需的。
參照附圖，從下面優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


參照

本發(fā)明的非詳盡的實(shí)施方案，附圖中圖1是一種MOE的剖視圖；
圖2是一種MOE的剖視圖；圖3是一種MOE的剖視圖；圖4是一種MOE的剖視圖；圖5是一種MOE的剖視圖；圖6是一種MOE的剖視圖；圖7是一種MOE的剖視圖；圖8是一種根據(jù)本發(fā)明為沉積而配置的襯底反應(yīng)室的剖視圖；圖9是一種微光學(xué)元件的剖視圖；圖10是一種微光學(xué)元件的剖視圖；圖11是說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明技術(shù)制造的薄膜透射譜的圖；圖12是說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明技術(shù)制造的另一個(gè)薄膜透射譜的圖；圖13是說(shuō)明通過(guò)本發(fā)明技術(shù)制造的另一個(gè)薄膜透射譜的圖；且圖14是顯示通過(guò)本發(fā)明技術(shù)制造的另一個(gè)薄膜透射譜的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，附圖中相同的附圖標(biāo)記指相同的元件。為了清晰起見(jiàn)，附圖標(biāo)記的前面的數(shù)字表示第一次使用的相應(yīng)元件的附圖號(hào)。
在整個(gè)說(shuō)明書中，提及“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”意指具體說(shuō)明的特征、結(jié)構(gòu)，或者特性包括在至少一個(gè)本發(fā)明的實(shí)施方案中。因此，整個(gè)說(shuō)明書各個(gè)地方中的短語(yǔ)表達(dá)“在一個(gè)實(shí)施方案中”或“在實(shí)施方案中”不一定都是指相同的實(shí)施方案。
此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中可以按照適當(dāng)任何的方式結(jié)合所述特征、結(jié)構(gòu)，或者特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)可以在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)具體細(xì)節(jié)下，或者使用其它方法、部件、材料等來(lái)實(shí)踐本發(fā)明。在其它情況下，為了避免模糊本發(fā)明的說(shuō)明，沒(méi)有表示或詳細(xì)說(shuō)明公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作。
順序蒸氣沉積(SVD)是此處使用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，包括使表面暴露于順序脈沖的化學(xué)蒸氣下，從而在表面上形成膜的各種技術(shù)。SVD的特征是因?yàn)槊總€(gè)施用的反應(yīng)不用干預(yù)就會(huì)終止，所以過(guò)程是自限制的。在SVD情況下，將襯底或者其它結(jié)構(gòu)放置在反應(yīng)室中，其中蒸氣形式的第一種化學(xué)物質(zhì)與其表面反應(yīng)并且至少一部分第一種化學(xué)物質(zhì)被吸附到表面上。從反應(yīng)室中帶出過(guò)量的化學(xué)物質(zhì)和任何反應(yīng)副產(chǎn)物，并且引入也可以是蒸氣形式的第二種化學(xué)物質(zhì)。第二種化學(xué)物質(zhì)與吸附的第一種化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)并且在表面上形成另外的物質(zhì)。沉積材料的量由反應(yīng)來(lái)限制。因此，暴露的次數(shù)決定了材料的厚度?？梢岳^續(xù)所述過(guò)程，直至實(shí)現(xiàn)所需的層厚和均勻度。當(dāng)在次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，尤其是那些具有狹窄開(kāi)口和/或高長(zhǎng)寬比的次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中使用薄膜層時(shí)，SVD是特別有利的。
盡管SVD與CVD相似，但是因?yàn)镾VD是自限制的并且依靠暴露的順序脈沖來(lái)產(chǎn)生所需厚度的膜，所以是顯著不同的。CVD也包括各種更具體的過(guò)程，包括但不局限于有機(jī)金屬CVD、等離子體增強(qiáng)CVD和其它。CVD通常用來(lái)非選擇性地在襯底上形成完全沉積的材料。CVD使用在反應(yīng)室中同時(shí)存在的多種物質(zhì)，反應(yīng)并形成沉積的材料。
在CVD的情況下，薄膜的生長(zhǎng)主要通過(guò)控制撞擊襯底的原材料的進(jìn)入流速來(lái)調(diào)節(jié)。這與SVD不同，在SVD中襯底與可以化學(xué)吸附到襯底上單一沉積物質(zhì)或者事先沉積的物質(zhì)接觸，從而允許改變襯底的質(zhì)量而不是原材料的濃度來(lái)控制沉積速率和膜的質(zhì)量。
原子層沉積(ALD)是SVD的一種形式，并且已經(jīng)用于制造電致發(fā)光顯示器20多年。ALD也稱作原子層外延，但是這種稱謂只更適用于外延薄膜。各種ALD技術(shù)在美國(guó)專利第4,058,430、4,413,022、5,711,811和6,015,590號(hào)中公開(kāi)，所有這些專利引起本文作參考。最近，ALD在半導(dǎo)體和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工業(yè)中已經(jīng)獲得顯著興趣。該技術(shù)制造的膜具有獨(dú)特的特征，例如是無(wú)針孔的并且具有優(yōu)異的均勻性和臺(tái)階覆蓋度，甚至是在非常高的長(zhǎng)寬比結(jié)構(gòu)中上。ALD技術(shù)也非常適于精確地調(diào)節(jié)材料組成。
在實(shí)施ALD時(shí)，調(diào)節(jié)工藝條件，包括溫度、壓力、氣體流速和循環(huán)時(shí)間以滿足工藝化學(xué)和襯底材料的要求?？刂品磻?yīng)室內(nèi)的溫度和壓力。典型的溫度約為20至600℃，壓力在從約10至10,000帕的范圍內(nèi)。一旦反應(yīng)空間達(dá)到穩(wěn)定的溫度和壓力，將第一種前體蒸氣導(dǎo)入襯底上方。在某些情況下，可能需要額外的加熱時(shí)間或者原位清潔，從而從襯底上除去任何有害的污染物。
對(duì)于真實(shí)的ALD，第一種前體蒸氣只與表面反應(yīng)，并且自身不會(huì)反應(yīng)，因此過(guò)程是自限制的。在實(shí)際應(yīng)用中，第一種前體蒸氣可能附著有限量的相同類型分子，但是生長(zhǎng)仍然是自限制的。延長(zhǎng)前體蒸氣的暴露時(shí)間不會(huì)增加附著到表面上的膜的量。
引入惰性清洗氣體，除去任何過(guò)量的第一種蒸氣和任何揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物。此處描述的沉積過(guò)程的實(shí)施方案涉及用惰性氣體清洗。術(shù)語(yǔ)“清洗”是廣義上的，不僅包括通過(guò)引入惰性氣體或其它材料流來(lái)沖洗反應(yīng)室，而且更一般性說(shuō)包括從反應(yīng)室中除去或清洗掉過(guò)量的化學(xué)物質(zhì)和反應(yīng)副產(chǎn)物。舉例來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)泵抽反應(yīng)室和/或降低反應(yīng)室內(nèi)的壓力而從反應(yīng)室中除去過(guò)量的化學(xué)物質(zhì)和反應(yīng)副產(chǎn)物。與術(shù)語(yǔ)“清洗”的廣泛定義一致，從反應(yīng)室中除去過(guò)量化學(xué)物質(zhì)不需要完全有效，而是典型地在反應(yīng)室內(nèi)留下表面鍵合的化學(xué)物質(zhì)和可能的一些少量非表面鍵合的化學(xué)物質(zhì)或殘余物質(zhì)。
另外，當(dāng)使用清洗氣體從反應(yīng)室中除去化學(xué)物質(zhì)時(shí)，可以使用各種惰性和非惰性的清洗氣體。優(yōu)選的清洗氣體包括氮?dú)?N2)、氦氣(He)、氖氣(Ne)、氬氣(Ar)、二氧化碳(CO2)，及其混合物。還可以使用一種或多種這些氣體的穩(wěn)態(tài)或脈沖氣流將第一種化學(xué)物質(zhì)和第二種化學(xué)物質(zhì)送入反應(yīng)室中和/或調(diào)節(jié)反應(yīng)室內(nèi)的壓力。
將第二種前體蒸氣引入反應(yīng)室中并且與吸附的第一種前體蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)生與光學(xué)結(jié)構(gòu)一致的膜。與第一種前體蒸氣一樣，第二種前體蒸氣自身不會(huì)反應(yīng)，或者只附著少量的蒸氣。因此，延長(zhǎng)第二種前體蒸氣的暴露時(shí)間不會(huì)增加膜的厚度。該膜可以用于任何大量的應(yīng)用，包括抗反射涂層、光學(xué)低通濾光器、光學(xué)高通濾光器、光學(xué)帶通濾光器、光學(xué)帶阻濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾波器或者鈍化層。
每種引入的前體蒸氣所經(jīng)歷的生長(zhǎng)典型地是一個(gè)單層或更少。但是，在某些技術(shù)中，可以增加生長(zhǎng)至稍高于單層的量。
通入第二種前體蒸氣，除去過(guò)量的前體蒸氣以及任何揮發(fā)性的反應(yīng)產(chǎn)物。這就完成了一個(gè)循環(huán)。重復(fù)所述程序直至實(shí)現(xiàn)所需的膜厚。
成功的ALD生長(zhǎng)需要前體蒸氣被交替地脈沖通入反應(yīng)室內(nèi)而沒(méi)有重疊。ALD也需要每種原材料對(duì)于在襯底區(qū)域上形成薄膜具有足夠的濃度。足夠的材料還保證了在薄膜形成中不會(huì)發(fā)生大量的前體分解。
SVD的另一種形式是此處稱作快速蒸氣沉積的技術(shù)。ALD因?yàn)槊總€(gè)循環(huán)只能沉積一個(gè)單層而局限于較慢的沉積速率?？焖僬魵獬练e可以在更快的沉積速率下提供高度均勻且保形的涂層。在快速蒸氣沉積情況中，將襯底交替暴露于兩種不同類型的前體蒸氣下，在一次循環(huán)中形成增加的生長(zhǎng)速率。
第一種前體蒸氣與表面反應(yīng)，提供與表面一致的膜的自限制生長(zhǎng)。延長(zhǎng)第一種前體蒸氣的暴露時(shí)間不會(huì)增加膜厚。例如通過(guò)引入惰性氣體清洗氣從反應(yīng)室中除去第一種前體蒸氣和副產(chǎn)物。
將第二種前體蒸氣引入反應(yīng)室中，并且使用第一種前體膜作為活化劑。膜的生長(zhǎng)取決于可獲得的第二種前體蒸氣分子的量。因?yàn)樯L(zhǎng)最終飽和并且需要第一種前體蒸氣的另一次活化脈沖，所以第二種前體蒸氣的膜生長(zhǎng)是自限制的?？焖僬魵獬练e和CVD之間的區(qū)別在于在活化劑脈沖后只需要一次前體蒸氣脈沖。快速蒸氣沉積還因?yàn)榈谝环N和第二種蒸氣的膜生長(zhǎng)都是自限制的而與CVD不同。
在Dennis Hausmann等在Rapid Vapor Deposition of HighlyConformal Silica Nanolaminates，SCIENCE雜志，2002年10月11日，第402頁(yè)中公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施方案中，兩種不同的前體蒸氣是三甲基鋁(Me3Al)和三(叔丁氧基)硅醇(BuO)3SiOH。以交替的脈沖將兩種前體蒸氣施用到加熱的襯底上，形成二氧化硅納米層疊層。每個(gè)循環(huán)的層厚取決于蒸氣劑量的大小和襯底的溫度。兩種不同前體蒸氣的表面反應(yīng)是自限制的，這一點(diǎn)由每種反應(yīng)物在高劑量下生長(zhǎng)速率飽和的事實(shí)所證明。最終的結(jié)果是獲得與ALD相似的均勻保形涂層。
在文獻(xiàn)的實(shí)施方案中，快速蒸氣沉積的一次循環(huán)制造出每次循環(huán)32層單層以上，而不是ALD的單層。在另一個(gè)實(shí)施方案中，生長(zhǎng)速率可以從每次循環(huán)2至10到20個(gè)單層。因此，盡管快速蒸氣沉積提供了自限制的反應(yīng)，但是生長(zhǎng)基本上超過(guò)每次循環(huán)一個(gè)單層。
SVD技術(shù)為MOEs提供了優(yōu)異的膜沉積。根據(jù)本發(fā)明，制造MOEs用于大量的應(yīng)用，包括無(wú)源(non-active)元件，例如束成形器(beam shaper)、分束器、微透鏡、微透鏡陣列、擴(kuò)散器、激光二極管校正器、圖形發(fā)生器、準(zhǔn)直器、光柵器件、DNA芯片、生物芯片、抗反射涂層結(jié)構(gòu)、濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾波器(gainflattening filter)、灰影(grayshade)濾波器，以及其它應(yīng)用。
MOEs還用于有源發(fā)光元件，例如激光、VCSEL激光、LEDs、RC-LEDs等。MOEs和MOEs上方的一致性膜典型地在類似LEDs的有源元件晶片上形成。然后，將晶片切割成最終尺寸。另外，MOEs可以用于有源光檢測(cè)元件，例如發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、CCD器件、CMOS器件和集成電路。
SVD技術(shù)能夠可靠地提供均勻的保形涂層，用于表面具有不平結(jié)構(gòu)且尺寸小于外部光源波長(zhǎng)100倍的光學(xué)結(jié)構(gòu)。次波長(zhǎng)微光學(xué)元件具有一個(gè)或多個(gè)尺寸小于外部光源波長(zhǎng)的不平結(jié)構(gòu)。次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可能具有外部光源可以操縱的最小的尺寸。次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和高長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)薄膜的一致性、本發(fā)明克服了使用涂層微光學(xué)元件先前經(jīng)歷的限制。
本發(fā)明的MOEs可以用于紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。如本文中定義，外部光源包括紫外、可見(jiàn)和紅外光。次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的尺寸與外部光源有關(guān)。
參照?qǐng)D8，該圖表示用于SVD技術(shù)的反應(yīng)室80。反應(yīng)室80是一般的表示，并且僅用于示例性的目的。本文公開(kāi)的技術(shù)可以在任何大量的反應(yīng)室中實(shí)踐，例如ASM International制造的PulsarTM2000ALCVD反應(yīng)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)襯底材料、前體氣體和所需的膜厚來(lái)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，例如溫度、壓力、氣體流速和循環(huán)時(shí)間。這些參數(shù)對(duì)于ALD和快速蒸氣沉積技術(shù)的技術(shù)人員是公知的。
反應(yīng)室80可以保持介于約150℃至約600℃之間的溫度下。預(yù)期沉積工藝的某些實(shí)施方案可以在約150℃以下和約600℃以上的溫度下實(shí)施。取決于待沉積的薄膜的材料，一些操作溫度可能不是優(yōu)選的。相信較低的溫度有助于在有機(jī)金屬化學(xué)物質(zhì)的沉積期間避免分解。對(duì)于某些薄膜，例如TiO2、Al2O3、ZnO、SiO2、Ta2O5、Nb2O5及其組合，操作溫度可以從低于150℃至大約室溫的范圍內(nèi)變化。
氣體通過(guò)一個(gè)或多個(gè)氣體入口82流入反應(yīng)室80中。引入反應(yīng)室80的氣體包括那些常用于ALD和快速蒸氣沉積技術(shù)的氣體，例如反應(yīng)物前體氣體、氧化性氣體和載氣/清洗氣。反應(yīng)物前體氣體可以是任何類型的適于自終止化學(xué)吸附的氣體，例如鹵化物、含有金屬、Si或Ge的有機(jī)化合物，以及許多其它本領(lǐng)域公知的適于所需涂層和工藝參數(shù)，包括襯底溫度的氣體。
根據(jù)目的用途，許多涂層適于MOE制造。在一些應(yīng)用中，可以使用所述涂層作為抗反射涂層、光學(xué)低通濾光器、光學(xué)高通濾光器、光學(xué)帶通濾光器、光學(xué)帶阻濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾波器或者鈍化層。
涂層包括元素Al、Ti、Si、Ge、Ta、Nb、Zr、Hf、Mo、W、V、Cr、Cu、Mo、Pt、Pd和Ir。涂層還包括氮化物，例如AlN、TiN、TaN、Ta3N5、NbN、MoN、Si氮化物、Ge氮化物、Zr氮化物、Hf氮化物、W氮化物、V氮化物、Cr氮化物、Y氮化物、Ce氮化物、Mg氮化和Ba氮化物。涂層進(jìn)一步包括碳化物，例如TiC、SiC、TaC、HfC、Al碳化物、Ge碳化物、Nb碳化物、Zr碳化物、Mo碳化物、W碳化物、V碳化物、Cr碳化物、Y碳化物、Ce碳化物、Mg碳化物和Ba碳化物。涂層包括硫化物，例如ZnS、CaS、SrS、BaS、CdS、PbS。涂層包括氟化物，例如CaF2、SrF2和ZnF2。涂層包括透明導(dǎo)體，例如In2O3、InSnO、ZnO、ZnO∶Al和Sn氧化物。涂層包括氧化物，例如Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2、Ta2O5、Nb2O5、Y2O3、MgO、CeO2、SiO2、La2O3、SrTiO3、BaTiO3、Ge氧化物、Mo氧化物、W氧化物、V氧化物和Cr氧化物。
在一個(gè)應(yīng)用中，例如抗反射涂層，則涂層是TiO2和Al2O3的層狀結(jié)構(gòu)。上面列出的涂層材料只是出于舉例說(shuō)明的目的，并且不應(yīng)該認(rèn)為是詳盡的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)存在大量的方法，使用先前不考慮使用的涂層來(lái)改善目前的MOE。
用于光學(xué)目的，透明的氧化物可以用于抗反射涂層、波導(dǎo)和濾光涂層。使用類似氮化物和碳化物的吸光涂層可以產(chǎn)生灰影濾波器、載氣可以是任何適于傳輸蒸氣相反應(yīng)物氣體通過(guò)反應(yīng)室80、并且還可以用來(lái)在反應(yīng)物氣體脈沖之間清洗反應(yīng)室80的惰性的氣體，例如氮?dú)?、氦氣或氬氣?br> 配置入口82來(lái)使反應(yīng)物氣體分開(kāi)，直至引入反應(yīng)室80中，從而避免不可取的CVD型反應(yīng)及隨后的顆粒形成或厚度的不均勻性。反應(yīng)物氣體通過(guò)光學(xué)結(jié)構(gòu)84的上方，在此處發(fā)生SVD。光學(xué)結(jié)構(gòu)84代表了單個(gè)結(jié)構(gòu)或者一批結(jié)構(gòu)。
光學(xué)結(jié)構(gòu)84是MOE的基本組件，并且可以是大量光學(xué)結(jié)構(gòu)中的任何一種。同樣，可以配置光學(xué)結(jié)構(gòu)84用于衍射、折射、反射、光柵、波導(dǎo)或其它光成形或?qū)Ч夤δ?。光學(xué)結(jié)構(gòu)可以放在光檢測(cè)器件上，例如光二極管、太陽(yáng)能電池、CCD器件、CMOS器件或集成電路。光學(xué)結(jié)構(gòu)84還可以是產(chǎn)生光的有源元件上，例如激光、LED等。光學(xué)結(jié)構(gòu)可以放在發(fā)光器件上，例如激光器件、VCSEL激光器件、發(fā)光二極管、RC-LED或集成電路。
光學(xué)結(jié)構(gòu)84包括在其上面放置了光學(xué)結(jié)構(gòu)84的另一個(gè)元件的襯底。在特定的實(shí)施方案中，光學(xué)結(jié)構(gòu)84的其它元件可以與襯底集成。光學(xué)結(jié)構(gòu)84可以包括各種材料，包括玻璃、熔融氧化硅、硅、SiO2、SiON、Si3N4、金屬、鍺、鍺砷化物、III-V族化合物、硒化鋅、硫化鋅、II-VI族化合物、丙烯酸、環(huán)氧、氟代聚合物、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯乙烯丙烯腈、OrmocerTM，一種由Fraunhofer-Institute for Silicate Research(Fhh-ISC)制造的有機(jī)化合物改性的陶瓷復(fù)合聚合物、EPON SU-8負(fù)膠(Negative)，可由光限定的環(huán)氧樹(shù)脂、ormosils(有機(jī)改性的硅酸鹽)、nanomers(納米粒子和含有聚合物型材料的有機(jī)組分)、塑料和有機(jī)玻璃(plexi-glass)。
光學(xué)結(jié)構(gòu)84可以具有是次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的不平結(jié)構(gòu)。次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的尺寸小于外部光源，例如紫外光、可見(jiàn)光或紅外光的波長(zhǎng)?？蛇x地，不平結(jié)構(gòu)的尺寸小于外部光源波長(zhǎng)的100倍或10倍。尺寸定義為表面的水平長(zhǎng)度、臺(tái)階的垂直高度、溝槽、剖面的深度、溝槽的寬度，以及本領(lǐng)域公知的其它尺寸。光學(xué)結(jié)構(gòu)84可以是長(zhǎng)寬比變化，例如大于1∶1且甚至大于10∶1的結(jié)構(gòu)，例如溝槽或阱(well)。
光學(xué)結(jié)構(gòu)84可以通過(guò)塑料加工技術(shù)，例如壓模、注?；蚋邏簤耗?lái)制造。其它的加工方法包括壓印、紫外光固化壓印復(fù)形、澆鑄、壓模印/模壓、對(duì)連續(xù)面形單點(diǎn)金剛石車削，以及直寫平版印刷。還可以使用半導(dǎo)體加工常用的光刻工藝來(lái)形成光學(xué)結(jié)構(gòu)84。光刻工藝通過(guò)將所需表面浮雕結(jié)構(gòu)曝光和顯影到涂覆在承載襯底上的光敏材料中，然后通過(guò)等離子體反應(yīng)離子刻蝕或化學(xué)刻蝕將表面浮雕結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移入襯底中而形成光學(xué)結(jié)構(gòu)84?？梢灾苯釉谝r底材料上形成表面圖案。
光學(xué)結(jié)構(gòu)84的一個(gè)具體應(yīng)用是被動(dòng)接收、傳導(dǎo)或通過(guò)光的無(wú)源元件。如本文中定義，無(wú)源元件不產(chǎn)生或發(fā)射光。作為無(wú)源元件，光學(xué)結(jié)構(gòu)84可以是反射結(jié)構(gòu)或DOE。光學(xué)結(jié)構(gòu)84可以形成適于用作以下應(yīng)用的無(wú)源MOE的一部分束成形器(beam shaper)、分束器、微透鏡、微透鏡陣列、擴(kuò)散器、激光二極管校正器、圖形發(fā)生器、準(zhǔn)直器、光柵器件、濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾光器、抗反射涂層結(jié)構(gòu)、圖像傳感器、照相機(jī)鏡頭，以及大量其它應(yīng)用。微透鏡和微透鏡陣列特別可以用作光學(xué)讀取器、激光二極管和光纖的界面、散射屏、全景攝影術(shù)和照相機(jī)。所有此處指出的應(yīng)用都特別需要基于其目的應(yīng)用的薄膜涂層。
光學(xué)結(jié)構(gòu)84還可以形成連接到有源組分上的無(wú)源MOE的一部分。無(wú)源MOE可以連接到有源元件，例如產(chǎn)生光的半導(dǎo)體器件的表面上。如此，無(wú)源MOE可以用來(lái)衍射發(fā)射的光而自身不產(chǎn)生光。與發(fā)光元件，例如激光和發(fā)光二極管(LEDs)的光路連接的衍射結(jié)構(gòu)在本領(lǐng)域中是常見(jiàn)的應(yīng)用。
無(wú)源MOE在本領(lǐng)域中另一個(gè)常見(jiàn)的應(yīng)用是用于接收并檢測(cè)光。這些應(yīng)用包括發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、CCD器件、CMOS器件和各種光和圖像傳感器。此處認(rèn)為被動(dòng)接收光的元件也是無(wú)源的。
加熱器86盡管并不是在所有的應(yīng)用中都需要，但是可以向光學(xué)結(jié)構(gòu)84施加熱量，并且根據(jù)工藝參數(shù)加工氣體。未使用的氣體、反應(yīng)產(chǎn)物和載氣通過(guò)氣體出口88離開(kāi)反應(yīng)室80。
參照?qǐng)D9，示出了具有通過(guò)SVD沉積的薄膜92的帶臺(tái)階的光學(xué)結(jié)構(gòu)90。SVD技術(shù)提供了臺(tái)階覆蓋優(yōu)異的高度一致性的薄膜92。SVD技術(shù)是可靠的并且高度可重復(fù)的。
參照?qǐng)D10，示出高長(zhǎng)寬比了具有分離溝槽102的光學(xué)結(jié)構(gòu)100。該結(jié)構(gòu)100可以是溝槽102的長(zhǎng)度尺寸小于外部光源波長(zhǎng)的次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。同樣，SVD技術(shù)提供了優(yōu)異的薄膜覆蓋，從而消除了空隙。盡管SVD可以涂覆高長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)，但是SVD不能復(fù)制下面的結(jié)構(gòu)。SVD生長(zhǎng)是各向同性的并且SVD膜的生長(zhǎng)在整個(gè)表面上發(fā)生。因此，SVD生長(zhǎng)最終將使結(jié)構(gòu)平面化。SVD提供了優(yōu)異的一致性和臺(tái)階覆蓋，并且除了由于成批加工而提供了低的制造成本外，還在控制膜厚方面實(shí)現(xiàn)了了次納米級(jí)的精度。
SVD用于MOEs應(yīng)用比傳統(tǒng)技術(shù)提供了許多優(yōu)點(diǎn)。SVD通過(guò)ALD或者快速蒸氣沉積技術(shù)提供了自限制的生長(zhǎng)。通過(guò)沉積循環(huán)的次數(shù)來(lái)控制膜厚。在要求非常高的應(yīng)用中，來(lái)自實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，例如光學(xué)監(jiān)控系統(tǒng)的反饋還可以用于精細(xì)調(diào)節(jié)沉積次數(shù)的數(shù)量。自限制的生長(zhǎng)提供了優(yōu)異的表面一致性，并允許在高長(zhǎng)寬比的結(jié)構(gòu)和次波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)上涂覆。自限制的生長(zhǎng)能夠無(wú)空隙地填充溝槽并且因?yàn)楹穸戎苯优c實(shí)施的循環(huán)次數(shù)相關(guān)而可以控制層厚。
SVD技術(shù)允許大面積涂覆比其它方法可用的更大的襯底。這就允許使用提供制造成本利益的批量設(shè)備。SVD技術(shù)進(jìn)一步提供了良好的高產(chǎn)率可重復(fù)性，因而提供了另一種制造成本好處。
SVD技術(shù)允許原子級(jí)地控制材料的組成。這就能夠制造具有明顯界面和點(diǎn)陣的涂層及薄膜。SVD技術(shù)進(jìn)一步允許表面改性，例如用于疏水、生物相容的薄膜，或者增加硬度。SVD通過(guò)無(wú)空隙地填充溝槽而適于使三維MOEs平面化。
SVD依靠反應(yīng)物的單獨(dú)暴露，從而化學(xué)暴露在空間上和時(shí)間上是分開(kāi)的。這樣，在SVD下沒(méi)有氣相反應(yīng)，并且同CVD一樣不會(huì)產(chǎn)生氣相顆粒。SVD允許使用彼此高度反應(yīng)性的前體，從而可以有效地使用材料。SVD提供了足夠的時(shí)間來(lái)完成每個(gè)反應(yīng)步驟，從而允許在低的加工溫度下獲得高質(zhì)量的材料。
SVD技術(shù)具有寬的加工溫度窗口。這就允許在連續(xù)的過(guò)程中制備多層結(jié)構(gòu)。低溫涂層的實(shí)例包括可以在室溫下涂覆的TiO2及在50℃或甚至更低的溫度下生長(zhǎng)的Al2O3。因?yàn)椴Ａг谀承┉h(huán)境中是不可接受的，所以對(duì)于關(guān)心和個(gè)性化醫(yī)學(xué)應(yīng)用，尤其優(yōu)選有機(jī)材料。
ALD具有精確性但生長(zhǎng)速率慢。為了彌補(bǔ)生長(zhǎng)慢的問(wèn)題，可以使用批量加工來(lái)增加制造量。ALD非常適于制造大的均勻面積。因此，ALD由于批量加工的一致性和大面積均勻性而提供了低成本的MOE涂層。ALD可以用來(lái)涂覆尺寸從300毫米至幾米的大面積襯底。此外，快速蒸氣沉積允許明顯更快的生長(zhǎng)速率。
SVD允許同時(shí)涂覆襯底的所有表面或者表面。在一次施用中涂覆襯底的所有側(cè)面在某些情況下是有用的。舉例來(lái)說(shuō)，在某些應(yīng)用中在元件的所有面上需要抗反射和鈍化涂層。使用一些傳統(tǒng)方法進(jìn)行雙面或多面涂覆是非常困難的。
通過(guò)SVD制造的膜是無(wú)針孔的，這一點(diǎn)對(duì)于使用電場(chǎng)(無(wú)擊穿)的應(yīng)用中或者對(duì)原子/離子/分子、生物物質(zhì)或輻射能量的保護(hù)應(yīng)用中是非常重要的。在這些保護(hù)性應(yīng)用中，因?yàn)楸記](méi)有MOE的功能，通常需要薄膜層(＜20納米)。SVD能夠制造無(wú)針孔的薄膜層。
SVD可以制造常見(jiàn)的低成本材料，例如Al2O3、SiO2和TiO2的薄膜。對(duì)于Al2O3，可以使用SVD來(lái)制造折射率小于1.7的用于MOEs的薄膜。對(duì)于SiO2涂層，SVD可以制造折射率小于1.5的薄膜。對(duì)于TiO2，SVD可以制造折射率大于2和2.5的薄膜。高和低的折射率可以使涂層用于如下應(yīng)用例如抗反射涂層、濾光涂層，例如高通、低通或帶通濾光器及帶阻濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾波器和其它需要大的折射率差異的光學(xué)涂層。
因?yàn)槊看蚊}沖的材料組合可以是不同，所以SVD提供了一種調(diào)節(jié)MOE上膜結(jié)構(gòu)的容易的方法。SVD可以為光學(xué)元件提供梯度折射率涂層。對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)還可以產(chǎn)生天然中不存在的折射率并且可以靈活地設(shè)計(jì)多層光學(xué)膜。
SVD技術(shù)能夠制造足夠薄而不會(huì)抑制MOE功能性的層。所述薄膜可以被施加到MOEs作為環(huán)境保護(hù)的阻擋涂層，例如防止化學(xué)物質(zhì)腐蝕的TiO2和Ta2O5。薄膜還可以提供生物相容的表面涂層，例如TiO2和Ta2O5。通過(guò)使用氮化物或碳化物，例如TiN、AIN和TiC，該薄膜也可以用作灰影濾光器。
盡管SVD產(chǎn)生的薄膜與其它方法相比是不堅(jiān)硬的，但是它們比大多數(shù)其它的有機(jī)涂層更堅(jiān)硬。因此，通過(guò)使用氧化物、氮化物或碳化物，例如TiO2、TiN、AlN、TiC，SVD可以為MOE提供涂層以抗機(jī)械能(抗刮擦性)。
盡管薄膜可以根據(jù)目的應(yīng)用而具有不同的折射率，但是折射率可以在1.2至大于3的范圍內(nèi)。
為了工藝控制的目的，直接光學(xué)測(cè)量MOE結(jié)構(gòu)是非常困難的。因此，SVD工藝組典型地包括附加的監(jiān)控玻璃襯底用于間接的工藝控制。
在操作上，已經(jīng)證明本發(fā)明的SVD技術(shù)在提供符合薄膜方面優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。在第一個(gè)實(shí)施例中，在室溫下向MOE施用光學(xué)低通高折射率涂層。將155毫米×265毫米的玻璃工藝監(jiān)控襯底(硼硅酸鹽玻璃OA-2(NEG))和帶有MOE結(jié)構(gòu)的襯底放入流式ALD批反應(yīng)器的反應(yīng)室中。為了只將玻璃襯底表面的一面暴露于氣流中，將襯底放在平整的襯底座平面上。
在將襯底放入反應(yīng)器中后，用N2氣(99.99％純度，AGA)清洗反應(yīng)器。流速為2.75SLM，并且調(diào)節(jié)泵速，維持反應(yīng)空間內(nèi)的壓力大約為120Pa。使反應(yīng)室穩(wěn)定8小時(shí)而不加熱，在此期間玻璃襯底達(dá)到約22℃的溫度。
向反應(yīng)室中順序引入化學(xué)物質(zhì)脈沖，接觸襯底表面。第一種化學(xué)物質(zhì)是TiCl4(99.9％純度，Sigma-Aldrich)，過(guò)渡金屬化學(xué)物質(zhì)和金屬源。第二種化學(xué)物質(zhì)是去離子水H2O、氧源。第一種和第二種化學(xué)物質(zhì)從外部源容器蒸發(fā)。TiCl4原材料為室溫，大約21℃，并且H2O原材料為14℃。在脈沖之間，用N2氣清洗反應(yīng)室。
脈沖循環(huán)如下TiCl4脈沖，接著N2清洗，接著H2O脈沖并且接著N2清洗。脈沖長(zhǎng)度如下

重復(fù)脈沖循環(huán)6000次。確定TiO2膜與襯底粘附性的膠帶試驗(yàn)是優(yōu)異的。參照?qǐng)D11，該圖顯示了TiO2膜的透射譜。
透光度的數(shù)據(jù)給出下面的折射率值

TiO2膜的平均厚度為507納米，并且平均生長(zhǎng)速率為0.0845納米/循環(huán)。透光度數(shù)據(jù)表明500納米以上的光學(xué)損失低于0.3％，1000納米以上低于0.1％。在工藝沒(méi)有任何特殊優(yōu)化的情況下，所得值是比較均勻的，表明襯底區(qū)域上的厚度不均勻度低于5％。
在第二個(gè)實(shí)施例中，840納米，在較低的溫度下向光學(xué)結(jié)構(gòu)施用兩層抗反射涂層。兩層薄膜的抗反射設(shè)計(jì)需要高和低的折射率薄膜。在本實(shí)施例中，TiO2是高折射率的膜，Al2O3是低折射率的膜。監(jiān)控襯底是硼硅酸鹽玻璃OA-2(NEG)。
在相同的工藝成批操作中，將兩片195毫米×265毫米玻璃工藝監(jiān)控襯底裝入具有MOE結(jié)構(gòu)襯底的流式ALD批反應(yīng)器的反應(yīng)室中。一個(gè)襯底躺在平面的襯底座框架上，從而將玻璃襯底的兩側(cè)暴露于氣流中。這就允許在襯底的兩側(cè)產(chǎn)生抗反射涂層。另一片襯底對(duì)著平整表面放置，從而防止背面生長(zhǎng)，因此僅在玻璃襯底的一側(cè)上具有抗反射涂層。
在將襯底裝入反應(yīng)器中后，用N2氣(純度99.99％，AGA)清洗反應(yīng)器。流速為2.75SLM，并且調(diào)節(jié)泵速，維持反應(yīng)空間內(nèi)的壓力大約為120Pa。使反應(yīng)室穩(wěn)定8小時(shí)而不加熱，在此期間玻璃襯底達(dá)到約82℃的溫度。
向反應(yīng)室中順序引入化學(xué)物質(zhì)脈沖，接觸襯底表面。第一種化學(xué)物質(zhì)是TiCl4(99.9％純度，Sigma-Aldrich)、過(guò)渡金屬化學(xué)物質(zhì)和金屬源。第二種化學(xué)物質(zhì)是去離子水H2O、氧源。第一種和第二種化學(xué)物質(zhì)從外部源容器蒸發(fā)。TiCl4原材料為室溫，約21℃，并且H2O原材料為14℃。在脈沖之間，用N2氣清洗反應(yīng)室。因此，脈沖循環(huán)如下TiCl4脈沖，接著N2清洗，接著H2O脈沖并且接著N2清洗。脈沖長(zhǎng)度如下

該循環(huán)生長(zhǎng)速率為約0.056納米/循環(huán)。循環(huán)重復(fù)700次。所得膜的折射率為大約2.28。
第二個(gè)抗反射涂層包括溫度為21℃的TMA(99.9％純度，Crompton)，有機(jī)金屬化學(xué)試劑和鋁源。第二個(gè)涂層還包括溫度為14℃的去離子水H2O脈沖、氧源。兩種化學(xué)物質(zhì)都從外部源容器蒸發(fā)，并且引入反應(yīng)室中，使其順序接觸襯底的表面。在脈沖之間，用N2氣清洗反應(yīng)室。因此，脈沖循環(huán)如下TMA脈沖，接著N2清洗，接著H2O脈沖并且接著N2清洗。脈沖長(zhǎng)度如下

該循環(huán)給出生長(zhǎng)速率為約0.081納米/次。循環(huán)重復(fù)2130次。折射率為大約1.60。
在完成第二層循環(huán)后，在玻璃襯底上存在抗反射膜。抗反射膜完全覆蓋了玻璃襯底的暴露表面。從反應(yīng)室中除去所得的玻璃襯底。實(shí)施膠帶試驗(yàn)，確定抗反射膜與襯底的粘附性，發(fā)現(xiàn)其是優(yōu)異的。
參照?qǐng)D12，該圖顯示了所得抗反射薄膜的透射譜。使用分光光度計(jì)分析抗反射薄膜，描繪出相對(duì)透光度。
在所述過(guò)程沒(méi)有任何特殊優(yōu)化的情況下，峰波長(zhǎng)值比較均勻。在襯底區(qū)域上方，一側(cè)具有涂層的襯底的平均峰波長(zhǎng)為838納米，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6納米。兩側(cè)具有涂層的襯底的平均峰波長(zhǎng)為837納米，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6納米。通過(guò)改變循環(huán)次數(shù)可以容易地調(diào)節(jié)濾波器。
在第三個(gè)實(shí)施例中，使用RVD技術(shù)向襯底施用SiO2∶Al2O3涂層。將155毫米×265毫米的玻璃工藝監(jiān)控襯底(硼硅酸OA-2(NEG))和具有MOE結(jié)構(gòu)的襯底裝入流式ALD批反應(yīng)器的反應(yīng)室中。襯底躺在平整的襯底座平面上，從而只將玻璃襯底的一側(cè)暴露于氣流中。
在將襯底裝入反應(yīng)器中后，用N2氣(純度99.99％，AGA)清洗反應(yīng)器。流速為3SLM，并且調(diào)節(jié)泵速，維持反應(yīng)空間內(nèi)的壓力大約為90Pa。使反應(yīng)空間穩(wěn)定5小時(shí)，在此期間玻璃襯底達(dá)到約300℃的溫度。
然后，向反應(yīng)空間中交替引入第一種和第二種化學(xué)物質(zhì)的脈沖。第一種化學(xué)物質(zhì)是包含硅和TMA(三甲基鋁Al(CH3)3，99.9％純度，Crompton)、有機(jī)金屬化學(xué)試劑和鋁源。第二種化學(xué)物質(zhì)是AldrichChemical Company，Inc制造的“三(叔丁氧基)甲硅烷醇”(99.999％純度)?；瘜W(xué)物質(zhì)都從外部源容器蒸發(fā)，并且引入反應(yīng)空間中，使其順序接觸襯底的表面。TMA原材料為室溫(約21℃)并且“三(叔丁氧基)甲硅烷醇”原材料為85℃。在脈沖之間，用N2氣清洗反應(yīng)室。因此，脈沖循環(huán)如下TMA脈沖，接著N2清洗，接著“三(叔丁氧基)甲硅烷醇”脈沖并且接著N2清洗。脈沖長(zhǎng)度如下

重復(fù)所述循環(huán)200次。一次循環(huán)導(dǎo)致大約具有一層Al2O3和3層SiO2的低折射率膜。
實(shí)施膠帶試驗(yàn)，確定SiO2膜與襯底的粘附性，發(fā)現(xiàn)其是優(yōu)異的。SiO2膜的平均厚度為223納米，并且平均生長(zhǎng)速率為1.12納米/循環(huán)。折射率大約為1.474。在所述過(guò)程沒(méi)有任何特殊優(yōu)化的情況下，該值是比較均勻的，表明襯底區(qū)域上方厚度的不均勻性低于2％。
在第四個(gè)實(shí)施例中，在相對(duì)適度的溫度下向襯底施用低光學(xué)損失的高折射率Ta2O5涂層。將195毫米×265毫米的玻璃工藝監(jiān)控襯底(硼硅酸OA-2(NEG))和具有MOE結(jié)構(gòu)的襯底裝入流式ALD批反應(yīng)器的反應(yīng)室中。襯底躺在平面的襯底座平面上，從而只將玻璃襯底的一側(cè)暴露于氣流中。
在將襯底裝入反應(yīng)器中后，用N2氣(純度99.99％，AGA)清洗反應(yīng)器。流速為2.75SLM，并且調(diào)節(jié)泵速，維持反應(yīng)空間內(nèi)的壓力大約為120Pa。使反應(yīng)空間穩(wěn)定3小時(shí)，在此期間玻璃襯底達(dá)到約250℃的溫度。
向反應(yīng)室中順序交替引入化學(xué)物質(zhì)的脈沖。第一種化學(xué)物質(zhì)是乙氧基鉭(V)[Ta(OEt)5]2(99.9％純度，Inorgtech)、有機(jī)金屬化學(xué)試劑和鉭金屬源。第二種化學(xué)物質(zhì)是去離子水H2O、氧源。第一種和第二種化學(xué)物質(zhì)都從外部源容器蒸發(fā)，并且引入反應(yīng)空間中，使其順序接觸襯底的表面。[Ta(Oet)5]2原材料為140℃的溫度并且H2O原材料為20℃。在脈沖之間，用N2氣清洗反應(yīng)室。因此，脈沖循環(huán)如下[Ta(Oet)5]2脈沖，接著N2清洗，接著H2O脈沖并且接著N2清洗。脈沖長(zhǎng)度如下

重復(fù)所述循環(huán)11605次。實(shí)施膠帶試驗(yàn)，確定[Ta(Oet)5]2膜與襯底的粘附性，發(fā)現(xiàn)其是優(yōu)異的。
參照?qǐng)D13，該圖顯示了所得薄膜的透射譜。使用分光光度計(jì)分析抗反射薄膜，描繪出相對(duì)透光度。
Ta2O5膜的平均厚度為470納米，并且平均生長(zhǎng)速率為0.0405納米/循環(huán)。Ta2O5的典型吸收小于0.1％。在所述過(guò)程沒(méi)有任何特殊優(yōu)化的情況下，該值是比較均勻的，表明襯底區(qū)域上方厚度的不均勻性低于3％。
在第五個(gè)實(shí)施例中，在適度的溫度下形成具有低光學(xué)損失和低折射率的較厚薄膜。將195毫米×265毫米的玻璃工藝監(jiān)控襯底(玻璃1737F，Corning)裝入流式ALD批反應(yīng)器的反應(yīng)室中。襯底躺在平面的襯底座平面上，從而只將玻璃襯底的一側(cè)暴露于氣流中。
在將襯底裝入反應(yīng)器中后，用N2氣(純度99.99％，AGA)清洗反應(yīng)器。流速為3SLM，并且調(diào)節(jié)泵速，維持反應(yīng)空間內(nèi)的壓力大約為120Pa。使反應(yīng)空間穩(wěn)定5小時(shí)而不加熱，在此期間玻璃襯底達(dá)到約280℃的溫度。
然后，向反應(yīng)室中交替引入第一種和第二種化學(xué)物質(zhì)的脈沖.第一種化學(xué)物質(zhì)是溫度為21℃的TMA(99.9％純度，Crompton)、有機(jī)金屬化學(xué)試劑和鋁源。第二種化學(xué)物質(zhì)是溫度為14℃的去離子水H2O、氧源。前體都從外部源容器蒸發(fā)，并且用N2氣引入反應(yīng)空間中，使其順序接觸襯底的表面。在脈沖之間，用N2氣清洗反應(yīng)室。因此，脈沖循環(huán)如下TMA脈沖，接著N2清洗，接著H2O脈沖并且接著N2清洗。脈沖長(zhǎng)度如下

實(shí)施膠帶試驗(yàn)，確定Al2O3膜與襯底的粘附性，發(fā)現(xiàn)其是優(yōu)異的。所述循環(huán)給出約0.10納米/循環(huán)的制造速率。重復(fù)所述循環(huán)9927次。所得膜的折射率約為1.6。
參照?qǐng)D14，該圖顯示了所得薄膜的透射譜。使用分光光度計(jì)分析抗反射薄膜，描繪出相對(duì)透光度。
本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯可以對(duì)上述實(shí)施方案的細(xì)節(jié)做出許多改變而不會(huì)背離本發(fā)明的基本原理。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅由下面的權(quán)利要求來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種制造微光學(xué)元件的方法，其包括提供一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)具有尺寸小于外部光源波長(zhǎng)100倍的不平結(jié)構(gòu)的表面；將所述光學(xué)結(jié)構(gòu)放入反應(yīng)空間中；向所述反應(yīng)空間中引入第一化學(xué)物質(zhì)，使一部分第一化學(xué)物質(zhì)吸附在所述光學(xué)結(jié)構(gòu)上；在引入第一化學(xué)物質(zhì)后，清洗所述反應(yīng)空間；向所述反應(yīng)空間中引入第二化學(xué)物質(zhì)，使一部分第二化學(xué)物質(zhì)與吸附的第一化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，形成與光學(xué)結(jié)構(gòu)一致的自限制的膜；以及在引入第二化學(xué)物質(zhì)后，清洗所述反應(yīng)空間。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述吸附在所述光學(xué)結(jié)構(gòu)上的第一化學(xué)物質(zhì)形成單層。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述吸附在所述光學(xué)結(jié)構(gòu)上的第一化學(xué)物質(zhì)形成少于單層。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是衍射型光學(xué)結(jié)構(gòu)。
5.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是折射型光學(xué)結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求1的方法，其中形成所述光學(xué)結(jié)構(gòu)的方法選自由注模、壓模、壓印、澆鑄和光刻工藝組成的組。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是無(wú)源元件。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)選自以下組束成形器、分束器、微透鏡、微透鏡陣列、擴(kuò)散器、激光二極管校正器、圖形發(fā)生器、準(zhǔn)直器、光柵器件、DNA芯片、生物芯片、濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾光器，圖像傳感器，以及抗反射涂層結(jié)構(gòu)。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)布置在集成電路上。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)布置在光檢測(cè)器件上。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述光檢測(cè)器件選自由發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、CCD器件、CMOS器件和集成電路組成的組。
12.權(quán)利要求7的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)布置在發(fā)光器件上。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述發(fā)光器件選自由激光器件、VCSEL激光器件、發(fā)光二極管、RC-LED和集成電路組成的組。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜選自以下組抗反射涂層、光學(xué)低通濾光器、光學(xué)高通濾光器、光學(xué)帶通濾光器、光學(xué)帶阻濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾光器或鈍化層。
15.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括選自由玻璃、熔融氧化硅、硅、Si-氧化物、Si-氮化物、Si-氧氮化物、Ge、II-VI族化合物和III-V族化合物組成的組的材料。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括選自由以下材料組成的組的材料丙烯酸、環(huán)氧、氟代聚合物、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、OrmocerTM復(fù)合聚合物、EPON SU-8環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)改性的硅酸鹽(Ormosils)、nanomers、塑料和有機(jī)玻璃。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括選自由Al、Ti、Si、Ge、Ta、Nb、Zr、Hf、Mo、W、V、Cr、Cu、Mo、Pt、Pd和Ir組成的組的金屬。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括氧化物，所述氧化物選自由Al-氧化物、Ti-氧化物、Si-氧化物、Ge-氧化物、Ta-氧化物、Nb-氧化物、Zr-氧化物、Hf-氧化物、Mo-氧化物、W-氧化物、V-氧化物、Cr-氧化物、Y-氧化物、Ce-氧化物、Mg-氧化物和Ba-氧化物組成的組。
19.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括氮化物，所述氮化物選自由Al-氮化物、Ti-氮化物、Si-氮化物、Ge-氮化物、Ta-氮化物、Nb-氮化物、Zr-氮化物、Hf-氮化物、Mo-氮化物、W-氮化物、V-氮化物、Cr-氮化物、Y-氮化物、Ce-氮化物、Mg-氮化物和Ba-氮化物組成的組。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括碳化物，所述碳化物選自由Al-碳化物、Ti-碳化物、Si-碳化物、Ge-碳化物、Ta-碳化物、Nb-碳化物、Zr-碳化物、Hf-碳化物、Mo-碳化物、W-碳化物、V-碳化物、Cr-碳化物、Y-碳化物、Ce-碳化物、Mg-碳化物和Ba-碳化物組成的組。
21.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括氧化物和氮化物。
22.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括氧化物和碳化物。
23.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括氮化物和碳化物。
24.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括硫化物，所述硫化物選自由Zn-硫化物、Ca-硫化物、Sr-硫化物、Ba-硫化物、Cd-硫化物和Pb-硫化物組成的組。
25.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括選自由Ca-氟化物、Sr-氟化物和Zn-氟化物組成的組的氟化物。
26.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜包括透明導(dǎo)體，所述透明導(dǎo)體選自由In-氧化物、Sn-氧化物、InSn-氧化物、Zn-氧化物和摻Al的Zn-氧化物組成的組。
27.權(quán)利要求1的方法，其中所述自限制的膜的折射率為約1.2至約3。
28.權(quán)利要求1的方法，其中所述不平結(jié)構(gòu)的尺寸小于外部光源的波長(zhǎng)的10倍。
29.權(quán)利要求28的方法，其中所述不平結(jié)構(gòu)的尺寸小于外部光源的波長(zhǎng)。
30.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是DNA芯片。
31.權(quán)利要求1的方法，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是生物芯片。
32.權(quán)利要求1的方法，其中在低于150℃的溫度下將所述光學(xué)結(jié)構(gòu)暴露于第一和第二化學(xué)物質(zhì)中。
33.權(quán)利要求32的方法，其中在低于90℃的溫度下將所述光學(xué)結(jié)構(gòu)暴露于第一和第二化學(xué)物質(zhì)中。
34.權(quán)利要求33的方法，其中在低于60℃的溫度下將所述光學(xué)結(jié)構(gòu)暴露于第一和第二化學(xué)物質(zhì)中。
35.權(quán)利要求34的方法，其中在大約室溫下將所述光學(xué)結(jié)構(gòu)暴露于第一和第二化學(xué)物質(zhì)中。
36.權(quán)利要求32的方法，其中所述自限制的膜包括選自TiO2、Al2O3、ZnO、SiO2、Ta2O5、和Nb2O5組中的材料。
37.權(quán)利要求36的方法，其中所述自限制的膜包括TiO2和Al2O3的層狀結(jié)構(gòu)。
38.權(quán)利要求37的方法，其中所述自限制的膜是抗反射涂層。
39.權(quán)利要求1的方法，其中所述不平結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比約為1∶1。
40.權(quán)利要求1的方法，其中所述不平結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比約為1∶10。
41.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括在大氣壓下操作所述反應(yīng)空間。
42.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括在低于大氣壓下操作所述反應(yīng)空間。
43.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括在從0.1毫巴至約50毫巴的壓力下操作所述反應(yīng)空間。
44.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括加熱所述反應(yīng)空間。
45.權(quán)利要求44的方法，其進(jìn)一步包括在從約150℃至約600℃的溫度下操作所述反應(yīng)空間。
46.權(quán)利要求44的方法，其進(jìn)一步包括在從約250℃至約550℃的溫度下操作所述反應(yīng)空間。
47.權(quán)利要求1的方法，其中所述反應(yīng)空間包括在原子層沉積反應(yīng)器內(nèi)。
48.權(quán)利要求1的方法，其中將所述第一和第二化學(xué)物質(zhì)引入所述反應(yīng)空間中包括使用選自由氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氖氣和二氧化碳組成的組的惰性載氣。
49.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一和第二化學(xué)物質(zhì)都是蒸氣形態(tài)。
50.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括使惰性氣體流過(guò)所述反應(yīng)空間。
51.權(quán)利要求1的方法，其中一次循環(huán)包括引入所述第一化學(xué)物質(zhì)、清洗所述反應(yīng)空間、引入所述第二化學(xué)物質(zhì)，并且清洗所述反應(yīng)空間，并且進(jìn)一步包括重復(fù)所述循環(huán)，以增加自限制的膜的厚度。
52.權(quán)利要求51的方法，其進(jìn)一步包括重復(fù)所述循環(huán)1至100,000次。
53.一種微光學(xué)元件，其包括一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)具有尺寸小于外部光源波長(zhǎng)100倍的不平結(jié)構(gòu)的表面；設(shè)置在至少一部分表面上并且與所述表面一致的自限制的膜，所述自限制的膜如下形成將所述光學(xué)結(jié)構(gòu)放入反應(yīng)空間中；向所述反應(yīng)空間中引入第一化學(xué)物質(zhì)，使一部分第一化學(xué)物質(zhì)吸附在所述光學(xué)結(jié)構(gòu)上；在引入第一化學(xué)物質(zhì)后，清洗所述反應(yīng)空間；向所述反應(yīng)空間中引入第二化學(xué)物質(zhì)，使一部分第二化學(xué)物質(zhì)與吸附的第一化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，以形成與光學(xué)結(jié)構(gòu)一致的自限制的膜；在引入第二化學(xué)物質(zhì)后，清洗所述反應(yīng)空間。
54.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是衍射型光學(xué)結(jié)構(gòu)。
55.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是折射型光學(xué)結(jié)構(gòu)。
56.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中形成所述光學(xué)結(jié)構(gòu)選自由注模、壓模、壓印、澆鑄和光刻工藝組成的組。
57.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是無(wú)源元件。
58.權(quán)利要求57的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)選自以下組束成形器、分束器、微透鏡、微透鏡陣列、擴(kuò)散器、激光二極管校正器、圖形發(fā)生器、準(zhǔn)直器、光柵器件、DNA芯片、生物芯片、濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾光器，圖像傳感器，以及抗反射涂層結(jié)構(gòu)。
59.權(quán)利要求57的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)布置在集成電路上。
60.權(quán)利要求57的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)布置在光檢測(cè)器件上。
61.權(quán)利要求60的微光學(xué)元件，其中所述光檢測(cè)器件選自由發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、CCD器件、CMOS器件和集成電路組成的組。
62.權(quán)利要求57的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)布置在發(fā)光器件上。
63.權(quán)利要求62的微光學(xué)元件，其中所述發(fā)光器件選自由激光器件、VCSEL激光器件、發(fā)光二極管、RC-LED和集成電路組成的組。
64.權(quán)利要求58的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜選自以下組抗反射涂層、光學(xué)低通濾光器、光學(xué)高通濾光器、光學(xué)帶通濾光器、光學(xué)帶阻濾光器、波導(dǎo)、光學(xué)衰減器、增益整平濾光器、灰影濾光器和鈍化層。
65.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括選自由玻璃、熔融氧化硅、硅、Si-氧化物、Si-氮化物、Si-氧氮化物、Ge、II-VI族化合物和III-V族化合物組成的組的材料。
66.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括選自由以下材料組成的組的材料丙烯酸、環(huán)氧、氟代聚合物、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚烯烴、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、OrmocerTM復(fù)合聚合物、EPON SU-8環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)改性的硅酸鹽(Ormosils)、nanomers、塑料和有機(jī)玻璃。
67.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括選自由Al、Ti、Si、Ge、Ta、Nb、Zr、Hf、Mo、W、V、Cr、Cu、Mo、Pt、Pd和Ir組成的組的金屬。
68.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括氧化物，所述氧化物選自由Al-氧化物、Ti-氧化物、Si-氧化物、Ge-氧化物、Ta-氧化物、Nb-氧化物、Zr-氧化物、Hf-氧化物、Mo-氧化物、W-氧化物、V-氧化物、Cr-氧化物、Y-氧化物、Ce-氧化物、Mg-氧化物和Ba-氧化物組成的組。
69.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括氮化物，所述氮化物選自由Al-氮化物、Ti-氮化物、Si-氮化物、Ge-氮化物、Ta-氮化物、Nb-氮化物、Zr-氮化物、Hf-氮化物、Mo-氮化物、W-氮化物、V-氮化物、Cr-氮化物、Y-氮化物、Ce-氮化物、Mg-氮化物和Ba-氮化物組成的組。
70.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括碳化物，所述碳化物選自由Al-碳化物、Ti-碳化物、Si-碳化物、Ge-碳化物、Ta-碳化物、Nb-碳化物、Zr-碳化物、Hf-碳化物、Mo-碳化物、W-碳化物、V-碳化物、Cr-碳化物、Y-碳化物、Ce-碳化物、Mg-碳化物和Ba-碳化物組成的組。
71.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括氧化物和氮化物。
72.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括氧化物和碳化物。
73.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括氮化物和碳化物。
74.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括硫化物，所述硫化物選自由Zn-硫化物、Ca-硫化物、Sr-硫化物、Ba-硫化物、Cd-硫化物和Pb-硫化物組成的組。
75.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括選自由Ca-氟化物、Sr-氟化物和Zn-氟化物組成的組的氟化物。
76.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括透明導(dǎo)體，所述透明導(dǎo)體選自由In-氧化物、Sn-氧化物、InSn-氧化物、Zn-氧化物和摻Al的Zn-氧化物組成的組。
77.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜的折射率為約1.2至約3。
78.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述不平結(jié)構(gòu)的尺寸小于外部光源的波長(zhǎng)的10倍。
79.權(quán)利要求78的微光學(xué)元件，其中所述不平結(jié)構(gòu)的尺寸小于外部光源的波長(zhǎng)。
80.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是DNA芯片。
81.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述光學(xué)結(jié)構(gòu)是生物芯片。
82.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中在低于150℃的溫度下吸附第一化學(xué)物質(zhì)和與所吸附的第一化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)的第二化學(xué)物質(zhì)。
83.權(quán)利要求82的微光學(xué)元件，其中在低于90℃的溫度下吸附第一化學(xué)物質(zhì)和與所吸附的第一化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)的第二化學(xué)物質(zhì)。
84.權(quán)利要求83的微光學(xué)元件，其中在低于60℃的溫度下吸附第一化學(xué)物質(zhì)和與所吸附的第一化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)的第二化學(xué)物質(zhì)。
85.權(quán)利要求84的微光學(xué)元件，其中在大約室溫下吸附第一化學(xué)物質(zhì)和與所吸附的第一化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)的第二化學(xué)物質(zhì)。
86.權(quán)利要求82的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括選自TiO2、Al2O3、ZnO、SiO2、Ta2O5、和Nb2O5組的材料。
87.權(quán)利要求82的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜包括TiO2和Al2O3的層狀結(jié)構(gòu)。
88.權(quán)利要求82的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜是抗反射涂層。
89.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述不平結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比約為1∶1。
90.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述不平結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬比約為1∶10。
91.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)在大氣壓下操作所述反應(yīng)空間來(lái)形成。
92.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)在低于大氣壓下操作所述反應(yīng)空間來(lái)形成。
93.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)在從0.1毫巴至約50毫巴的壓力下操作所述反應(yīng)空間來(lái)形成。
94.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)加熱所述反應(yīng)空間來(lái)形成。
95.權(quán)利要求94的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)在從約150℃至約600℃下操作所述反應(yīng)空間來(lái)形成。
96.權(quán)利要求94的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)在從約250℃至約550℃的溫度下操作所述反應(yīng)空間來(lái)形成。
97.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述反應(yīng)空間包括在原子層沉積反應(yīng)器內(nèi)。
98.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中將所述第一和第二化學(xué)物質(zhì)引入所述反應(yīng)空間中包括使用選自由氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氖氣和二氧化碳組成的組的惰性載氣。
99.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述引入的第一和第二化學(xué)物質(zhì)都是蒸氣形態(tài)。
100.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中所述自限制的膜進(jìn)一步通過(guò)使惰性氣體流過(guò)所述反應(yīng)空間而形成。
101.權(quán)利要求53的微光學(xué)元件，其中一次循環(huán)包括引入所述第一化學(xué)物質(zhì)、清洗所述反應(yīng)空間、引入所述第二化學(xué)物質(zhì)，并且清洗所述反應(yīng)空間，并且進(jìn)一步通過(guò)重復(fù)所述循環(huán)以增加自限制的膜的厚度而形成所述自限制的膜。
102.權(quán)利要求101的微光學(xué)元件，其進(jìn)一步包括重復(fù)所述循環(huán)1至100,000次。
全文摘要
通過(guò)蒸氣沉積技術(shù)，例如原子層沉積來(lái)制造微光學(xué)元件。具有不平結(jié)構(gòu)表面的光學(xué)結(jié)構(gòu)(90)暴露于一種或多種前體蒸氣中，在光學(xué)結(jié)構(gòu)的表面上產(chǎn)生自限制的薄膜生長(zhǎng)。通過(guò)隨后的暴露可以增加并控制膜厚。所得薄膜(92)與具有變化的復(fù)雜尺寸的表面結(jié)構(gòu)一致。
文檔編號(hào)C23C16/30GK1780727SQ200480011367
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者亞爾莫·伊爾馬里·毛拉, 魯納·沃爾夫·伊瓦爾·特恩奎斯特 申請(qǐng)人:美國(guó)平達(dá)系統(tǒng)公司