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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024146941
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】光学デバイス構造を製造するための方法
(51)【国際特許分類】
G02B 27/02 20060101AFI20241004BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20241004BHJP
H01L 21/302 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
G02B27/02 Z
G02B5/18
H01L21/302 201B
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024062558
(22)【出願日】2024-04-09
(62)【分割の表示】P 2023508561の分割
【原出願日】2021-07-28
(31)【優先権主張番号】16/993,067
(32)【優先日】2020-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】コラック， レヴェント
(72)【発明者】
【氏名】ゴデット， ルドヴィーク
(72)【発明者】
【氏名】ラボンテ， アンドレ ピー．
(57)【要約】 （修正有）
【課題】光学デバイス構造を形成する方法を提供する。
【解決手段】上に形成された光学デバイス構造１０２を有する基板１０１の回転、及び基板の上に配置されたパターニングされたレジストとデバイス層又は基板のうちの一方とのエッチング速度の調整能力を利用して、複数のリソグラフィパターニングステップ及び傾斜エッチングステップなしに、光学デバイス構造１０２を形成する。
【選択図】図１Ｂ
【解決手段】上に形成された光学デバイス構造１０２を有する基板１０１の回転、及び基板の上に配置されたパターニングされたレジストとデバイス層又は基板のうちの一方とのエッチング速度の調整能力を利用して、複数のリソグラフィパターニングステップ及び傾斜エッチングステップなしに、光学デバイス構造１０２を形成する。
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることであって、前記ビームは、前記基板の面法線に対してビーム角度θで前記基板の表面に投射されるように構成され、前記基板は、前記基板の上に形成されたパターニングされたレジストを有し、前記パターニングされたレジストは、
２つ以上のレジスト構造であって、前記レジスト構造の各々は幅を有する、２つ以上のレジスト構造、及び
１つ以上の間隙であって、前記間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、前記隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する、１つ以上の間隙を含む、基板を位置決めすること、
前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1で位置決めされた前記基板をエッチングすること、
前記基板を第２の回転角度φ2まで回転させ、前記ビームに向けられた前記レジスト構造の側壁をエッチングすることであって、前記レジスト構造の前記幅が減少し、前記間隙の前記線幅が増加するように、側壁をエッチングすること、
前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させ、前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1にある前記基板をエッチングすること、並びに
前記基板内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することであって、前記光学デバイス構造を形成することは、
前記レジスト構造が除去されるか又は前記間隙の前記線幅が所定の線幅を有するまで、前記基板を前記第２の回転角度φ2まで回転させることと、前記ビームを用いて前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることと、前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させることと、前記ビームを用いて前記基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む、２つ以上の光学デバイス構造を形成することを含む、方法。
２つ以上のレジスト構造であって、前記レジスト構造の各々は幅を有する、２つ以上のレジスト構造、及び
１つ以上の間隙であって、前記間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、前記隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する、１つ以上の間隙を含む、基板を位置決めすること、
前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1で位置決めされた前記基板をエッチングすること、
前記基板を第２の回転角度φ2まで回転させ、前記ビームに向けられた前記レジスト構造の側壁をエッチングすることであって、前記レジスト構造の前記幅が減少し、前記間隙の前記線幅が増加するように、側壁をエッチングすること、
前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させ、前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1にある前記基板をエッチングすること、並びに
前記基板内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することであって、前記光学デバイス構造を形成することは、
前記レジスト構造が除去されるか又は前記間隙の前記線幅が所定の線幅を有するまで、前記基板を前記第２の回転角度φ2まで回転させることと、前記ビームを用いて前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることと、前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させることと、前記ビームを用いて前記基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む、２つ以上の光学デバイス構造を形成することを含む、方法。
【請求項2】
前記第１の回転角度φ１にある前記基板をエッチングすることは、前記パターニングされたレジストよりも高い速度で前記基板をエッチングする基板エッチング化学を用いて前記ビームを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることは、前記基板よりも高い速度で前記パターニングされたレジストをエッチングするレジストエッチング化学を用いて前記ビームを生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の回転角度φ1は０度である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記第２の回転角度φ2は９０度である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記ビーム角度θは約１０度から約８０度である、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記レジスト構造は、感光性材料、インプリント可能な材料、光学平坦化材料、又はハードマスク材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記光学デバイス構造は少なくとも３２個の段差を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記ビームは、リボンビーム、スポットビーム、又はフル基板サイズのビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記ビームは、イオンビーム又は電子ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることであって、前記ビームは、前記基板の面法線に対してビーム角度θで前記基板の表面に投射されるように構成され、前記基板は、前記基板上に配置されたデバイス層及び前記デバイス層上に形成されたパターニングされたレジストを有し、前記パターニングされたレジストは、
２つ以上のレジスト構造であって、前記レジスト構造の各々は幅を有する、２つ以上のレジスト構造、及び
１つ以上の間隙であって、前記間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、前記隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する、１つ以上の間隙を含む、基板を位置決めすること、
前記基板が前記第１の回転角度φ1で位置決めされた状態で、前記ビームを用いて前記デバイス層をエッチングすること、
前記基板を第２の回転角度φ2まで回転させ、前記ビームに向けられた前記レジスト構造の側壁をエッチングすることであって、前記レジスト構造の前記幅が減少し、前記間隙の前記線幅が増加するように、側壁をエッチングすること、
前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させ、前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1にある前記デバイス層をエッチングすること、並びに
前記デバイス層内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することであって、前記光学デバイス構造を形成することは、
前記レジスト構造が除去されるか又は前記間隙の前記線幅が所定の線幅を有するまで、前記基板を前記第２の回転角度φ2まで回転させることと、前記ビームを用いて前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることと、前記基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、前記ビームを用いて前記デバイス層をエッチングすることと、を繰り返すことを含む、２つ以上の光学デバイス構造を形成することを含む、方法。
２つ以上のレジスト構造であって、前記レジスト構造の各々は幅を有する、２つ以上のレジスト構造、及び
１つ以上の間隙であって、前記間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、前記隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する、１つ以上の間隙を含む、基板を位置決めすること、
前記基板が前記第１の回転角度φ1で位置決めされた状態で、前記ビームを用いて前記デバイス層をエッチングすること、
前記基板を第２の回転角度φ2まで回転させ、前記ビームに向けられた前記レジスト構造の側壁をエッチングすることであって、前記レジスト構造の前記幅が減少し、前記間隙の前記線幅が増加するように、側壁をエッチングすること、
前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させ、前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1にある前記デバイス層をエッチングすること、並びに
前記デバイス層内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することであって、前記光学デバイス構造を形成することは、
前記レジスト構造が除去されるか又は前記間隙の前記線幅が所定の線幅を有するまで、前記基板を前記第２の回転角度φ2まで回転させることと、前記ビームを用いて前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることと、前記基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、前記ビームを用いて前記デバイス層をエッチングすることと、を繰り返すことを含む、２つ以上の光学デバイス構造を形成することを含む、方法。
【請求項12】
前記デバイス層をエッチングすることは、前記パターニングされたレジストよりも高い速度で前記デバイス層をエッチングするデバイス材料エッチング化学を用いて前記ビームを生成することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記デバイス材料と前記パターニングされたレジストとのエッチング選択性は、約５：１以上である、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることは、前記デバイス層よりも高い速度で前記パターニングされたレジストをエッチングするレジストエッチング化学を用いて前記ビームを生成することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記パターニングされたレジストと前記デバイス層とのエッチング選択性は、約１０：１以上である、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記第１の回転角度φ1は０度であり、前記第２の回転角度φ2は９０度である、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記ビームは、リボンビーム、スポットビーム、又はフル基板サイズのビームである、請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
前記光学デバイス構造は少なくとも３２個の段差を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項19】
前記デバイス層は、酸炭化ケイ素（SiOC）、二酸化チタン（TiO2）、二酸化ケイ素（SiO2）、酸化バナジウム（IV）（VOx）、酸化アルミニウム（Al2O3）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（AZO）、酸化インジウム錫（ITO）、二酸化錫（SnO2）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化ニオブ（Nb2O5）、錫酸カドミウム（Cd2SnO4）、又は炭窒化ケイ素（SiCN）含有材料のうちの１つ以上を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項20】
ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることであって、前記ビームは、前記基板の面法線に対してビーム角度θで前記基板の表面に投射されるように構成され、前記基板は、前記基板の上に形成されたパターニングされたレジストを有し、前記パターニングされたレジストは、
２つ以上のレジスト構造であって、前記レジスト構造の各々は幅を有する、２つ以上のレジスト構造、及び
１つ以上の間隙であって、前記間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、前記隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する、１つ以上の間隙を含み、
前記基板は、基板エッチング化学によって生成された前記ビームによってエッチングされ、
前記レジスト構造は、前記基板エッチング化学とは異なるレジストエッチング化学によって生成された前記ビームによってエッチングされる、基板を位置決めすること、
前記基板エッチング化学によって生成された前記ビームを用いて、前記第１の回転角度φ1で位置決めされた前記基板をエッチングすること、
前記基板を第２の回転角度φ2まで回転させ、前記ビームを用いて前記ビーム角度θで前記レジスト構造の側壁をエッチングすることであって、前記レジストエッチング化学によって生成された前記ビームが、前記ビームに向けられた前記レジスト構造の前記側壁をエッチングし、前記レジスト構造の前記幅が減少し、前記間隙の前記線幅が増加するように、側壁をエッチングすること、
前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させ、前記基板エッチング化学によって生成された前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1にある前記基板をエッチングすること、並びに
前記基板内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することであって、前記光学デバイス構造を形成することは、
前記レジスト構造が除去されるか又は前記間隙の前記線幅が所定の線幅を有するまで、前記基板を前記第２の回転角度φ2まで回転させることと、前記レジストエッチング化学によって生成された前記ビームを用いて前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることと、前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させることと、前記基板エッチング化学によって生成された前記ビームを用いて前記基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む、２つ以上の光学デバイス構造を形成することを含む、方法。
２つ以上のレジスト構造であって、前記レジスト構造の各々は幅を有する、２つ以上のレジスト構造、及び
１つ以上の間隙であって、前記間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、前記隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する、１つ以上の間隙を含み、
前記基板は、基板エッチング化学によって生成された前記ビームによってエッチングされ、
前記レジスト構造は、前記基板エッチング化学とは異なるレジストエッチング化学によって生成された前記ビームによってエッチングされる、基板を位置決めすること、
前記基板エッチング化学によって生成された前記ビームを用いて、前記第１の回転角度φ1で位置決めされた前記基板をエッチングすること、
前記基板を第２の回転角度φ2まで回転させ、前記ビームを用いて前記ビーム角度θで前記レジスト構造の側壁をエッチングすることであって、前記レジストエッチング化学によって生成された前記ビームが、前記ビームに向けられた前記レジスト構造の前記側壁をエッチングし、前記レジスト構造の前記幅が減少し、前記間隙の前記線幅が増加するように、側壁をエッチングすること、
前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させ、前記基板エッチング化学によって生成された前記ビームを用いて前記第１の回転角度φ1にある前記基板をエッチングすること、並びに
前記基板内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することであって、前記光学デバイス構造を形成することは、
前記レジスト構造が除去されるか又は前記間隙の前記線幅が所定の線幅を有するまで、前記基板を前記第２の回転角度φ2まで回転させることと、前記レジストエッチング化学によって生成された前記ビームを用いて前記レジスト構造の前記側壁をエッチングすることと、前記基板を前記第１の回転角度φ1まで回転させることと、前記基板エッチング化学によって生成された前記ビームを用いて前記基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む、２つ以上の光学デバイス構造を形成することを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001] 本発明の実施形態は、広くは、拡張現実、仮想現実、及び複合現実用の光学デバイスに関する。特に、本明細書で説明される実施形態は、ブレーズド光学デバイス構造を形成することを提供する。
【背景技術】
【0002】
[0002] 仮想現実は、一般に、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータによって生成されるシミュレートされた環境であると考えられている。仮想現実体験は、３Ｄで生成され、実際の環境を置き替える仮想現実を表示するための、レンズなどのニアアイディスプレイパネルを有するメガネ又は他のウェアラブルディスプレイデバイスなどの、ヘッドマウントディスプレイ（HMD）を用いて見ることができる。
【0003】
[0003] しかし、拡張現実は、ユーザがメガネ又は他のHMDデバイスのディスプレイレンズを通して周囲環境を依然として見ることができ、更にディスプレイ用に生成され環境の一部として現れる仮想物体の画像も見ることができる体験を可能にする。拡張現実は、音声入力や触覚入力（haptic input）などの任意の種類の入力、ならびにユーザが体験する環境を強化又は増強する仮想画像、グラフィックス、及びビデオを含み得る。拡張現実は新しい技術であるため、多くの課題や設計上の制約がある。
【0004】
[0004] そのような課題の１つは、周囲環境に重ねて仮想画像を表示することである。拡張現実導波路結合器などの導波路結合器、及びメタサーフェスなどの平坦な光学デバイスを含む、光学デバイスが使用されて、複数の画像を重ねる助けとなる。生成された光は、その光が光学デバイスを出るまでその光学デバイスを通って伝搬し、周囲環境に重ねられる。光学デバイスは、光学デバイス基板の表面に対してブレーズド角度（blazed angle）を有する構造を必要とすることがある。従来、１つ以上の傾斜エッチングツールを使用してブレーズド光学デバイスを製造するには、複数のリソグラフィパターニングステップ及び傾斜エッチングステップが必要とされる。複数のリソグラフィパターニングステップ及び傾斜エッチングステップは、製造時間を増加させ、費用を高める。
【0005】
[0005] したがって、傾斜エッチングツールを用いて、ブレーズド光学デバイスを含む光学デバイスを形成する改善された方法が、当該技術分野で必要とされている。
【発明の概要】
【0006】
[0006] 一実施形態では、方法が提供される。該方法は、ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることを含む。ビームは、基板の面法線に対してビーム角度θで基板に表面に投射されるように構成されている。パターニングされたレジストが、基板の上に形成される。その場合、パターニングされたレジストは、２つ以上のレジスト構造及び１つ以上の間隙を含む。レジスト構造の各々は幅を有し、間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する。該方法は、ビームを用いて第１の回転角度φ1で位置決めされた基板をエッチングすることと、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、ビームに向けられたレジスト構造の側壁をエッチングすることとを含む。それによって、レジスト構造の幅は減少し、間隙の線幅が増加する。該方法は、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、ビームを用いて第１の回転角度φ1にある基板をエッチングすることと、基板内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することとを更に含む。光学デバイス構造を形成することは、レジスト構造が除去されるか又は間隙の線幅が所定の線幅を有するまで、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、ビームを用いてレジスト構造の側壁をエッチングすることと、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、ビームを用いて基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む。
【0007】
[0007] 別の一実施形態では、方法が提供される。該方法は、ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることを含む。ビームは、基板の面法線に対してビーム角度θで基板に表面に投射されるように構成されている。デバイス層が基板の上に形成され、パターニングされたレジストがデバイス層上に形成される。パターニングされたレジストは、２つ以上のレジスト構造及び１つ以上の間隙を含む。レジスト構造の各々は幅を有し、間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する。該方法は、基板が第１の回転角度φ1で位置決めされた状態で、ビームを用いてデバイス層をエッチングすることと、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、ビームに向けられたレジスト構造の側壁をエッチングすることとを含む。それによって、レジスト構造の幅は減少し、間隙の線幅が増加する。該方法は、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、ビームを用いて第１の回転角度φ1にあるデバイス層をエッチングすることと、デバイス層内に２つ以上の光学デバイス構造を形成することとを更に含む。光学デバイス構造を形成することは、レジスト構造が除去されるか又は間隙の線幅が所定の線幅を有するまで、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、ビームを用いてレジスト構造の側壁をエッチングすることと、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、ビームを用いてデバイス層をエッチングすることと、を繰り返すことを含む。
【0008】
[0008] 更に別の一実施形態では、方法が提供される。該方法は、ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることを含む。ビームは、基板の面法線に対してビーム角度θで基板に表面に投射されるように構成されている。パターニングされたレジストが、基板の上に形成される。その場合、パターニングされたレジストは、２つ以上のレジスト構造及び１つ以上の間隙を含む。レジスト構造の各々は幅を有し、間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する。基板は、基板エッチング化学によって生成されたビームによってエッチングされ、レジスト構造は、基板エッチング化学とは異なるレジストエッチング化学によって生成されたビームによってエッチングされる。該方法は、基板エッチング化学によって生成されたビームを用いて第１の回転角度φ1に位置決めされた基板をエッチングすることと、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、ビームを用いてビーム角度θでレジスト構造の側壁をエッチングすることとを更に含む。レジストエッチング化学によって生成されたビームは、ビームに向けられたレジスト構造の側壁をエッチングする。それによって、レジスト構造の幅は減少し、間隙の線幅が増加する。該方法は、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、基板エッチング化学によって生成されたビームを用いて第１の回転角度φ1にある基板をエッチングすることと、基板内に２つ以上の光学デバイスを形成することとを更に含む。光学デバイス構造を形成することは、レジスト構造が除去されるか又は間隙の線幅が所定の線幅を有するまで、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、レジストエッチング化学によって生成されたビームを用いてレジスト構造の側壁をエッチングすることと、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、基板エッチング化学によって生成されたビームを用いて基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む。
【0009】
[0009] 本開示の上述の特徴が詳細に理解されるように、上記で簡潔に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって行われ、その一部は添付の図面に示されている。しかし、添付の図面は例示的な複数の実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、他の同等に有効な複数の実施形態を許容してよいことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】[0010] 本明細書で説明される複数の実施形態による光学デバイスの透視正面図である。
【図2】[0012] 本明細書で説明される複数の実施形態による傾斜エッチングシステムの概略側面図である。
【図3】[0013] 本明細書で説明される複数の実施形態による傾斜エッチングシステムの概略断面図である。
【図4】[0014] 本明細書で説明される複数の実施形態による光学デバイス構造の複数のブレーズドデバイス構造を形成するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
[0017] 理解し易くするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる説明なしに他の実施形態に有利に組み込むことができると考えられる。
【0012】
[0018] 本発明の実施形態は、広くは、拡張現実、仮想現実、及び複合現実用の光学デバイスに関する。特に、本明細書で説明される実施形態は、ブレーズド光学デバイス構造を形成する方法を提供する。該方法は、上に形成された光学デバイス構造を有する基板の回転、及び基板の上に配置されたパターニングされたレジストとデバイス層又は基板のうちの一方とのエッチング速度の調整能力を利用して、複数のリソグラフィパターニングステップ及び傾斜エッチングステップなしに、光学デバイス構造を形成する。
【0013】
[0019] 一実施形態では、方法が、ビームの経路内に第１の回転角度φ1で基板を位置決めすることを含み、ビームは、基板の面法線に対してビーム角度θで基板の表面に投射されるように構成される。基板は、その上に形成されたパターニングされたレジストを有する。パターニングされたレジストは、２つ以上のレジスト構造を含む。レジスト構造の各々は、幅及び１つ以上の間隙を有する。間隙の各々は、隣接するレジスト構造によって画定され、隣接するレジスト構造によって画定される線幅を有する。第１の回転角度φ1に位置決めされた基板が、ビームを用いてエッチングされる。基板は第２の回転角度φ2まで回転され、レジスト構造の側壁はビームを用いてビーム角度θでエッチングされる。それによって、レジスト構造の幅は減少し、間隙の線幅が増加する。基板は第１の回転角度φ1まで回転され、基板はビームを用いて第１の回転角度φ1においてエッチングされる。２つ以上の光学デバイス構造が、基板内に形成される。光学デバイス構造を形成することは、レジスト構造が除去されるか又は間隙の線幅が所定の線幅を有するまで、基板を第２の回転角度φ2まで回転させることと、ビームを用いてレジスト構造の側壁をエッチングすることと、基板を第１の回転角度φ1まで回転させることと、ビームを用いて基板をエッチングすることと、を繰り返すことを含む。
【0014】
[0020] 図１Ａは、光学デバイス１００の透視正面図を示している。以下で説明される光学デバイス１００は、例示的な光学デバイスであることを理解されたい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、光学デバイス１００が、拡張現実導波路結合器などの導波路結合器である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、光学デバイス１００が、メタサーフェスなどの平坦な光学デバイスである。光学デバイス１００は、基板１０１内に（図１Ｂで示されているように）又は基板１０１上に（図１Ｃで示されているように）配置された複数のデバイス構造１０２を含む。図１Ｃで示されているように、デバイス構造１０２は、基板１０１上に形成されたデバイス層１１４内に形成される。デバイス構造１０２は、サブミクロンの寸法、例えば、1μm未満の限界寸法などのナノサイズの寸法を有するナノ構造であってよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、デバイス構造１０２の領域が、第１の回折格子１０４ａ、第２の回折格子１０４ｂ、及び第３の回折格子１０４ｃなどの、１つ以上の回折格子１０４に対応する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、光学デバイス１００が、少なくとも入力結合回折格子に対応する第１の回折格子１０４ａ及び出力結合回折格子に対応する第３の回折格子１０４ｃを含む、導波路結合器である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態による導波路結合器は、中間回折格子に対応する第２の回折格子１０４ｂを含んでもよい。
【0015】
[0021] 図１Ｂ及び図１Ｃは、複数のデバイス構造１０２の概略的断面図である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、デバイス構造１０２が、メタサーフェスなどの平坦な光学デバイスのブレーズド光学デバイス１０６である。本明細書で説明される方法４００が、ブレーズド光学デバイス１０６を形成する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別一実施形態では、デバイス構造１０２が、拡張現実導波路結合器などの導波路結合器のブレーズド光学デバイス構造１０６である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態による導波路結合器は、回折格子１０４のうちの少なくとも１つ内にブレーズド光学デバイス構造１０６を含んでよい。ブレーズドデバイス構造１０６の各々は、ブレーズド面１０８、側壁１１２、深さｈ、及び線幅ｄを含む。ブレーズド面１０８は、複数の段差１１０を有する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ブレーズド面１０８が、少なくとも１６個の段差１１０、例えば３２個を超える数の段差１１０、例えば６４個の段差１１０を含む。ブレーズド面１０８は、ブレーズ角度γを有する。ブレーズ角度γは、ブレーズド面１０８と基板１０１の表面平行線ｐとの間の角度であり、基板１０１の面法線とブレーズド面１０８のファセット法線ｆとの間の角度である。深さｈは、側壁１１２の高さに相当し、線幅ｄは、隣接するブレーズド構造１０６の側壁１１２間の距離に相当する。
【0016】
[0022] 本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、２つ以上のブレーズドデバイス構造１０６のブレーズ角度γが異なる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズドデバイス構造１０６のブレーズ角度γが同じである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、２つ以上のブレーズドデバイス構造１０６の深さｈが異なる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズドデバイス構造１０６の深さｈが同じである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、２つ以上のブレーズドデバイス構造１０６の線幅ｄが異なる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズドデバイス構造１０６の線幅ｄが同じである。
【0017】
[0023] 基板１０１はまた、約１００から約３０００ナノメートルの１つ以上の波長などの、所望の波長又は波長範囲の適切な量の光を伝送するように選択されてもよい。限定されないが、幾つか実施形態では、基板１０１が、光スペクトルのＩＲからＵＶ領域の約５０％から約１００％以上を伝送するように構成される。基板１０１は、基板１０１が所望の波長又は波長範囲内の光を適切に伝送し得、本明細書で説明されるブレーズドデバイス構造１０６の適切な支持体として働き得る（ブレーズドデバイス構造１０６がデバイス層１１４内に形成されたときに）ことを条件として、任意の適切な材料から形成されてよい。基板の選択は、非限定的に、アモルファス誘電体、非アモルファス誘電体、結晶性の誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、及びこれらの組み合わせなどの、任意の適切な材料の基板を含んでよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、基板１０１が透明な材料を含む。適切な複数の実施例は、酸化物、硫化物、リン化物、テルル化物、又はそれらの組み合わせを含んでよい。一実施例では、基板１０１が、シリコン（Si）、二酸化ケイ素（SiO2）、ゲルマニウム（Ge）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、サファイア、及び高屈折率ガラスなどのハイインデックス透明材料（high-index transparent material）を含む。
【0018】
[0024] 本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、デバイス層１１４が、非限定的に、酸炭化ケイ素（SiOC）、二酸化チタン（TiO2）、二酸化ケイ素（SiO2）、酸化バナジウム（IV）（VOx）、酸化アルミニウム（Al2O3）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（AZO）、酸化インジウム錫（ITO）、二酸化錫（SnO2）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化ニオブ（Nb2O5）、錫酸カドミウム（Cd2SnO4）、又は炭窒化ケイ素（SiCN）含有材料を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、デバイス層１１４の材料が、約１．５と約２．６５との間の屈折率を有してよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る他の実施形態では、デバイス層１１４の材料が、約３．５と約４．０との間の屈折率を有してもよい。
【0019】
[0025] 図２は、傾斜エッチングシステム２００の概略側面図である。以下で説明される傾斜エッチングシステム２００は、例示的な傾斜エッチングシステムであり、他の傾斜エッチングシステムが、本開示の複数の実施形態によるブレーズドデバイス構造１０６を有する光学デバイス１００を製造するために使用され又は修正されてもよいことを理解されたい。
【0020】
[0026] 傾斜エッチングシステム２００は、イオンビームチャンバ２０２を含む。電源２０４、第１のガス源２０６、及び第２のガス源が、イオンビームチャンバ２０２に結合されている。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、電源２０４が、高周波（ＲＦ）電源である。第１のガス源２０６は、イオンビームチャンバ２０２の内部空間２０５と流体連通している。第１のガス源２０６は、アルゴン、水素、又はヘリウムなどの不活性ガスをイオンビームチャンバ２０２に供給する不活性ガス源である。第２のガス源２０８は、イオンビームチャンバ２０２の内部空間２０５と流体連通している。第２のガス源２０８は、プロセスガスをイオンビームチャンバ２０２に供給するプロセスガス源である。プロセスガスは、非限定的に、塩素含有ガス、フッ素含有ガス、臭素含有ガス、酸素含有ガス、ケイ素含有ガス、窒素含有ガス、水素含有ガスなどのうちの１種類以上を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る、本明細書で説明される方法４００の実施形態では、２種類以上のプロセスガスが利用されてよい。
【0021】
[0027] 第１のプロセスガスは、レジスト材料に対して選択的な基板エッチング化学を有してよい。基板エッチング化学を有する第１のプロセスガスのエッチング選択性は、約５：１以上の基板材料とレジスト材料（以下で説明される）との選択性を提供する。デバイス材料エッチング化学を有する第１のプロセスガスのエッチング選択制は、約５：１以上のデバイス材料とレジスト材料との選択性を提供する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、基板エッチング化学が、塩素含有ガス、フッ素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、デバイス材料エッチング化学が、塩素含有ガス、フッ素含有ガス、又はそれらの組み合わせを含む。
【0022】
[0028] 第２のプロセスガスは、基板材料又はデバイス材料に対して選択的なレジストエッチング化学を有してよい。レジスト材料エッチング化学を有する第２のプロセスガスのエッチング選択性は、約１０：１以上のレジスト材料と基板材料との選択性、又は約１０：１以上のレジスト材料とデバイス材料との選択性を提供する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、レジストエッチング化学が、、酸素ガス（O2）及び四フッ化炭素（CF4）を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、レジストエッチング化学が、アルゴンガス（Ar）、窒素ガス（N2）、及び水素ガス（H2）を含む。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る更に別の一実施形態では、レジストエッチング化学が、窒素ガス（N2）及び水素ガス（H2）を含む。
【0023】
[0029] 動作では、プラズマを生成するためにイオンビームチャンバ２０２の内部空間２０５に提供される不活性ガス及びプロセスガスに、電源２０４を介してＲＦ電力を印加することによって、プラズマがイオンビームチャンバ２０２内で生成される。不活性ガス及びプロセスガスのプラズマのイオンは、抽出プレート２１２の開孔２１０を通して抽出されて、イオンビーム２１６を生成する。イオンビームチャンバ２０２の開孔２１０は、基板１０１に対して垂直（すなわち、面法線）に方向付けられた基準面２１８に対して角度αでイオンビーム２１６を導くように動作可能である。イオンビーム２１６は、非限定的に、スポットビーム、リボンビーム、又はフル基板サイズのビームを含む。生成されるイオンビーム２１６は、利用されるプロセスガスに応じて、基板エッチング化学、デバイス材料エッチング化学、又はレジストエッチング化学のうちの１つを含む。
【0024】
[0030] 基板１０１は、第１のアクチュエータ２１９に結合されたプラテン２１４上に保持される。線形アクチュエータ、回転アクチュエータ、ステッピングモータなどであってもよい第１のアクチュエータ２１９は、プラテン２１４をｙ方向及び／又はｚ方向に沿って走査運動で移動させるように構成されている。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、基板１０１がイオンビームチャンバ２０２のx軸に対して傾斜角βで位置決めされるように、第１のアクチュエータ２１９がプラテン２１４を傾斜させるように更に構成されている。角度α及び傾斜角度βは、基板１０１に対して垂直な基準面２１８に対するビーム角度θをもたらす。第２のアクチュエータ２２０もまた、プラテン２１４に結合されてよく、基板１０１をプラテン２１４のｘ軸の周りで回転させる。
【0025】
[0031] 図３は、傾斜エッチングシステム３００の概略的断面図である。以下で説明される傾斜エッチングシステム３００は、例示的な傾斜エッチングシステムであり、他の傾斜エッチングシステムが、本開示の複数の実施形態によるブレーズドデバイス構造１０６を有する光学デバイス１００を製造するために使用され又は修正されてもよいことを理解されたい。
【0026】
[0032] 傾斜エッチングシステム３００は、電子ビームチャンバ３０２を含む。電源３０４、第１のガス源３０６、及び第２のガス源３０８が、電子ビームチャンバ３０２に結合されている。第１のガス源３０６及び第２のガス源３０８は、電子ビームチャンバ３０２の内部空間３０５と流体連通している。例えば、第１のガス源３０６及び第２のガス源３０８は電極３２２を通って延びていてもよいし、又は電極３２２が複数の開孔を含んでガス供給シャワーヘッドとして機能するようにしてもよい。第１のガス源３０６は、不活性ガス（上述されたような）を電子ビームチャンバ３０２に供給する不活性ガス源である。第２のガス源３０８は、プロセスガスを電子ビームチャンバ３０２に供給するプロセスガス源（上述されたような）である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る、本明細書で説明される方法４００の実施形態では、２種類以上のプロセスガスが利用されてよい。２種類以上のプロセスガスは、本明細書で説明される基板エッチング化学、デバイス材料エッチング化学、及びレジストエッチング化学を含む。
【0027】
[0033] 基板１０１は、第１のアクチュエータ３２１に結合されたプラテン３１４上に保持される。線形アクチュエータ、回転アクチュエータ、ステッピングモータなどであってもよい第１のアクチュエータ３２１は、電子ビームチャンバ３０２内でプラテン３１４を上げ下げするように構成されている。第２のアクチュエータ３２０もまた、プラテン３１４に結合されてよく、基板１０１をプラテン３１４の垂直軸の周りで回転させる。プラテン３１４は、内部に配置された電極３２４を含む。一実施形態では、電極３２４が、基板１０１の処理中に基板１０１を電極３２４に固定するための、静電チャックなどのチャッキング装置である。電源３０４からの電力は、基板１０１を電極３２４にチャックするか又は基板１０１への電子の衝突に影響を与えるかのいずれかのために、電極３２４をバイアスするように利用されてよい。
【0028】
[0034] 動作では、様々なバルク及び表面プロセスによって、例えば誘導結合によって、電子ビームチャンバ３０２内でプラズマが生成される。
誘導結合プラズマによって生成されたイオンは、不活性ガス及びプロセスガスのプラズマから生成されたイオンが電極３２２に衝突することを促す電場によって影響を受けると考えられている。容量結合構成、中空カソード構成、直流電極バイアス、又は電子ビームプラズマ生成プロセスなどの、他のプラズマ生成プロセスが、本明細書で説明される複数の実施形態に従って利用されてよい。
誘導結合プラズマによって生成されたイオンは、不活性ガス及びプロセスガスのプラズマから生成されたイオンが電極３２２に衝突することを促す電場によって影響を受けると考えられている。容量結合構成、中空カソード構成、直流電極バイアス、又は電子ビームプラズマ生成プロセスなどの、他のプラズマ生成プロセスが、本明細書で説明される複数の実施形態に従って利用されてよい。
【0029】
[0035] 電極３２２のイオン衝突は、電極３２２に二次電子を放出させると考えられている。負の電荷を有するエネルギッシュな二次電子が、電極３２２から放出される。したがって、電子ビーム３１６は、基板１０１に対して垂直（すなわち、面法線）に方向付けられた基準面３１８に対してビーム角度θで電極３２２から加速される。電子ビーム３１６は、非限定的に、スポットビーム、リボンビーム、又はフル基板サイズのビームを含む。生成される電子ビーム３１６は、利用されるプロセスガスに応じて、基板エッチング化学、デバイス材料エッチング化学、又はレジストエッチング化学のうちの１つを含む。
【0030】
[0036] 本明細書で説明されるように、傾斜エッチングシステム２００（例えば、イオンエッチングシステム）から生成されたイオンビーム２１６、及び傾斜エッチングシステム３００（例えば、電子ビームエッチングシステム）から生成された電子ビーム３１６は、集合的にビーム５１６として説明される（図５Ａ～図５Ｊにおいて示されるように）。その場合、ビーム５１６は、イオンビーム又は電子ビームのうちの一方である。説明される他の実施形態と組み合わされ得る方法４００の複数の実施形態では、ビーム５１６が、本明細書で説明される方法４００の動作において、基板エッチング化学、デバイス材料エッチング化学、又はレジストエッチング化学のうちの１つを有する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、少なくとも基板エッチング化学とレジストエッチング化学とが異なる。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る他の実施形態では、少なくともデバイス材料エッチング化学とレジストエッチング化学とが異なる。本明細書で説明されるように、レジスト材料５０６とデバイス層１１４又は基板１０１のうちの一方とのエッチング速度の調整能力、及び基板１０１の回転は、複数のリソグラフィパターニングステップ及びエッチングステップなしに、ブレーズド光学デバイス構造を形成する。
【0031】
[0037] 図４は、図５Ａ～図５Ｅ及び図５Ｆ～図５Ｊで示されているような、光学デバイス構造１００の複数のブレーズド光学デバイス構造１０６を形成するための方法４００のフロー図である。図５Ａ～図５Ｅは、方法４００の最中の基板１０１の一部分５０１の概略側面図である。図５Ｆ～図５Ｊは、方法４００の最中の基板１０１の一部分５０１の概略上面図である。
【0032】
[0038] 説明を容易にするために、方法４００は、図２の傾斜エッチングシステム２００及び図３の傾斜エッチングシステム３００を参照しながら説明される。しかし、傾斜エッチングシステム２００、３００以外の傾斜エッチングシステムも、方法４００と併せて利用されてよいことに留意されたい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、一部分５０１が、上に形成される複数のブレーズド光学デバイス構造１０６を有する平坦な光学デバイスの基板１０１の一部分又は表面全体に対応してよい。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、一部分５０１が、上に形成される複数のブレーズド光学デバイス構造１０６を有する導波路結合器の基板１０１の一部分又は表面全体に対応してよい。一部分５０１は、１つ以上の回折格子１０４に対応してよい。図５Ａ～図５Ｅ及び図５F～図５Ｊは、ブレーズド光学デバイス構造１０６が基板内に配置されるように基板１０１をエッチングすることを描いているが、ブレーズド光学デバイス構造１０６がデバイス層１１４内に配置されるように、デバイス層１１４が（上述されたように）表面１０３上に配置されてもよい。
【0033】
[0039] 動作４０１では、図５Ａ及び図５Ｆで示されているように、基板１０１は、図５Ｆで示されているように、基準線５０２によって規定されるような第１の回転角度φ1に位置決めされている。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、第１の回転角度φ1が、基準線５０２によって規定される０度である。基板１０１又はデバイス層１１４（図示せず）は、その上に配置されたパターニングされたレジスト５０４を含む。パターニングされたレジスト５０４は、基板１０１の表面１０３の上に配置された複数のレジスト構造５０８にパターニングされたレジスト材料５０６を含む。パターニングされたレジスト５０４のレジスト材料５０６は、基板エッチング化学（基板１０１がエッチングされてブレーズド光学デバイス構造１０６を形成する複数の実施形態において）、又はデバイス材料エッチング化学（デバイス材料層１１４がエッチングされてブレーズド光学デバイス構造１０６を形成する複数の実施形態において）に基いて選択される。一実施形態では、レジスト材料５０６が、感光性材料である。それによって、パターニングされたレジスト５０４は、フォトリソグラフィ又はデジタルリソグラフィなどのリソグラフィプロセスによって、又はレーザーアブレーションプロセスによってパターニングされてよく、複数のレジスト構造５０８を形成する。一実施形態では、レジスト材料５０６が、インプリント可能（imprintable）な材料である。それによって、パターニングされたレジスト５０４は、ナノインプリントプロセスによってパターニングされてよく、複数のレジスト構造５０８を形成する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、レジスト材料５０６がハードマスク材料であり、パターニングされたレジスト５０４が、１つ以上のエッチングプロセスを介してパターニングされてよく、複数のレジスト構造５０８を形成する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る更に別の一実施形態では、パターニングされたレジスト５０４が、光学平坦化（optical planarization）層である。
【0034】
[0040] 各レジスト構造５０８は、下面５０９、第１の側壁５１０、第２の側壁５１２、及び上面５１４を含む。各レジスト構造５０８は、下面５０９から上面５１４までの高さ５１５を有する。各レジスト構造５０８は、レジスト構造５０８の第１の側壁５１０から第２の側壁５１２までの幅５２２を有する。複数の間隙５１８が、隣接するレジスト構造５０８によって画定される。間隙５１８の各々は、隣接するレジスト構造５０８の第１の側壁５１０と第２の側壁５１２との間の線幅５２０を有する。高さ５１５、線幅５２０、及び幅５２２は、複数のブレーズドデバイス構造１０６のブレーズド面１０８の段差１１０の数及び線幅ｄを調整するように選択される。例えば、高さ５１５を増加させると、基板１０１（又はデバイス層１１４）及びレジスト構造５０８をエッチングする繰り返し間隔の数が増加し、それによって、段差１１０の数が増加する。
【0035】
[0041] 動作４０２では、基板１０１が、基板１０１の面法線に対してビーム角度θでビーム５１６に曝露される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ビーム角度θが、基板１０１の面法線に対して約１０度から約８０度である。ビーム５１６は、レジスト材料５０６に対して選択的な基板エッチング化学又はデバイスエッチング化学を有する。すなわち、基板１０１の曝露された部分５１７又はデバイス層１１４（図示せず）の曝露された部分は、レジスト材料５０６よりも高い速度で除去される。ビーム５１６が、基板１０１の曝露された部分をエッチングした後で、動作４０２では（図５Ｂで示されているように）、ブレーズドデバイス構造１０６に対応する曝露された部分５１７の深さｈが形成される。
【0036】
[0042] 動作４０３では、図５Ｈで示されているように、基板１０１が、基準線５０２によって規定される第２の回転角度φ2まで回転される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、基板１０１を保持するプラテン２１４、３１４が、第２の回転角度φ2まで回転される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別一実施形態では、第２の回転角度φ2が、基準線５０２に対して９０度に対応する。基板１０１の回転は、９０度に対応する回転角度φに限定されず、任意の所定角度φに対応してよい。この回転により、ビーム５１６は、シャドウイング効果によりレジスト構造５０８に接触することが可能である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、ビーム５１６が、方法４００全体を通して、基板１０１に対して垂直（すなわち、面法線）に方向付けられた基準面２１８、３１８に対してビーム角度θで留まることになる。ビーム角度が一定であれば、スループットが向上し得る。というのも、ビーム角度θを再設定する必要がないからである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、本明細書で説明される方法４００が、１つの傾斜エッチングシステム２００、３００のみを使用し、レジスト材料５０６を一回だけパターニングすることを要求して、大量生産能力を提供する。
【0037】
[0043] 動作４０４では、レジスト構造が、ビーム角度θでビーム５１６に曝露される。ビーム５１６は、どちらの側壁５１０、５１２がビーム５１６に曝露されるかに対応して、第１の側壁５１０又は第２の側壁５１２のいずれか一方をエッチングする。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、第１の側壁５１０がビーム５１６に曝露される。ビーム５１６は、レジストエッチング化学に相当する化学を有する。それによって、イオン又は電子が、レジストエッチングプロセス中にレジスト構造５０８のみを実質的にエッチングすることになる。レジストエッチング化学は、基板１０１又はデバイス層１１４に対して選択的である。すなわち、レジスト構造５０８は、デバイス層１１４又は基板１０１よりも高い速度で除去される。ビーム５１６が、レジスト構造５０８をエッチングした後で、レジスト構造５０８の幅５２２は、図５Ａ及び図５Ｂで示されている幅に対して減少する。第１の側壁と第２の側壁との間の線幅５２０は、図５Ａ及び図５Ｂで示されている線幅に対して増加する。
【0038】
[0044] 図５Ｃで示されているように、複数の段差１１０のうちの第１の段差が形成される。複数の段差１１０は、図１Ｂ及び図１Ｃで示されているブレーズド面１０８を形成する。ブレーズ角度γは、ブレーズ面１０８と基板１０１の表面平行線ｐとの間の角度である。ブレーズ角度γは、ビーム５１６のエッチング速度を増加させること又は低減させることによって実現されてよい。ブレーズ角度γの調整は、種々の速度でエッチングすることによって実現されてよい。それによって、深さｈ、線幅５２０、及び幅５２２が、ブレーズド面１０８上で形成される段差１１０の異なる数に対応する所定の値になる。したがって、ブレーズ角度γが調整されてよく、回折格子１０４のブレーズドデバイス構造１０６などのブレーズドデバイス構造１０６が、光学デバイス１００を通って伝搬する光を所望に変調してよい。
【0039】
[0045] 動作４０５では、光学デバイス１００上に所定の数の段差１１０（図１Ｂ及び図１Ｃで示されているような）が形成されるまで、動作４０１～４０４が繰り返される。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、レジスト構造５０８が除去されるか又は間隙５１８の線幅５２０が所定の線幅を有するまで、基板１０１が第１の回転角度φ1まで回転され、ビーム５１６を用いて基板１０１又はデバイス層１１４がエッチングされる。図５Ｉで示されているように、基板１０１が上に位置決めされているプラテン２１４、３１４が、第１の回転角度φ1まで回転される。図５で示されているように、ブレーズドデバイス構造１０６に対応する曝露された部分５１７の深さｈは、図５Ａ～図５Cで示されている深さｈに対して増加する。図５Ｊで示されているように、基板１０１が上に位置決めされているプラテン２１４、３１４は、基準線５０２によって規定された第２の回転角度φ2まで回転される。ビーム５１６が、レジスト構造５０８をエッチングした後で、レジスト構造５０８の幅５２２は、図５Ａ～図５Ｄで示されている幅に対して減少する。第１の側壁５１０と第２の側壁５１２との間の線幅５２０は、図５Ａ～図５Ｄで示されている線幅５２０に対して増加する。任意選択的な動作４０６では、デバイス層１１４又は基板１０１上に配置されている残留レジスト材料５０６が除去される。４つのレジスト構造５０８及び３つの間隙５１８のみが図示されているが、パターニングされたレジスト５０４全体がエッチングされてもよい。それによって、所望の数のブレーズドデバイス構造１０６が、光学デバイス１００の所定の設計に応じて形成される。
【0040】
[0046] まとめると、光学デバイス構造を形成する方法が本明細書で説明される。該方法は、上に形成されたブレーズド光学デバイス構造を有する基板の回転、及び基板の上に配置されたパターニングされたレジストとデバイス層又は基板のうちの一方とのエッチング速度の調整能力を利用して、複数のリソグラフィパターニングステップ及び傾斜エッチングステップなしに、光学デバイス構造を形成する。ビーム角度が一定であれば、スループットが向上し得る。というのも、ビーム角度θを再設定する必要がないからである。１つの傾斜エッチングシステムのみが使用されてよく、レジスト材料は、１回だけパターニングされることが必要であり、大量生産能力を提供し得る。
【0041】
[0047] 以上の説明は、本開示の複数の実施形態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、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態を考案してもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図5E】
【図5F】
【図5G】
【図5H】
【図5I】
【図5J】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-10
【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】
基板材料を含む光学デバイス基板と、
前記光学デバイス基板の上に配置された入力結合回折格子であって、前記入力結合回折格子は前記基板材料とは異なるデバイス材料を含み、前記入力結合回折格子は複数のブレーズドデバイス構造を有し、前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造はブレーズド面を含み、前記ブレーズド面は、
複数の段差、
前記光学デバイス基板の主面に平行な前記段差の各々のファセット法線、及び
前記ブレーズド面と前記ファセット法線により定義されるブレーズ角度、
を有する、入力結合回折格子と、
前記光学デバイス基板の上に配置された前記デバイス材料を含み且つ前記入力結合回折格子に隣接する出力結合回折格子であって、複数のデバイス構造を有する出力結合回折格子と、
を備える拡張現実導波路結合器。
前記光学デバイス基板の上に配置された入力結合回折格子であって、前記入力結合回折格子は前記基板材料とは異なるデバイス材料を含み、前記入力結合回折格子は複数のブレーズドデバイス構造を有し、前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造はブレーズド面を含み、前記ブレーズド面は、
複数の段差、
前記光学デバイス基板の主面に平行な前記段差の各々のファセット法線、及び
前記ブレーズド面と前記ファセット法線により定義されるブレーズ角度、
を有する、入力結合回折格子と、
前記光学デバイス基板の上に配置された前記デバイス材料を含み且つ前記入力結合回折格子に隣接する出力結合回折格子であって、複数のデバイス構造を有する出力結合回折格子と、
を備える拡張現実導波路結合器。
【請求項2】
前記ブレーズド面は少なくとも３２個の段差を有する、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項3】
前記ブレーズド面は少なくとも６４個の段差を有する、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項4】
前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造の前記ブレーズ角度は、異なっている、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項5】
前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造の前記ブレーズ角度は、同じである、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項6】
前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造は、異なる深さを有する、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項7】
前記入力結合回折格子の前記デバイス材料は、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、二酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、錫酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、又は炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）含有材料のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項8】
前記光学デバイス基板の前記基板材料は、非アモルファス誘電体、結晶性の誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項9】
前記光学デバイス基板の前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、サファイア、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項10】
前記光学デバイス基板は、１００から３０００ナノメートルの波長を伝送するように構成されている、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項11】
前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造は、１．５と２．６５の間の屈折率を有する、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項12】
前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造は、３．５と４．０の間の屈折率を有する、請求項１に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項13】
基板材料を含む光学デバイス基板と、
前記光学デバイス基板の上に配置された入力結合回折格子であって、前記入力結合回折格子は前記基板材料とは異なるデバイス材料を含み、前記入力結合回折格子は複数のブレーズドデバイス構造を有し、前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造はブレーズド面を含み、前記ブレーズド面は、
複数の段差、
前記光学デバイス基板の主面に平行な前記段差の各々のファセット法線、及び
前記ブレーズド面と前記ファセット法線により定義されるブレーズ角度であって、前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造の前記ブレーズ角度は異なる、ブレーズ角度、
を有する、入力結合回折格子と、
前記光学デバイス基板の上に配置された前記デバイス材料を含み且つ前記入力結合回折格子に隣接する出力結合回折格子であって、複数のデバイス構造を有する出力結合回折格子と、
を備える拡張現実導波路結合器。
前記光学デバイス基板の上に配置された入力結合回折格子であって、前記入力結合回折格子は前記基板材料とは異なるデバイス材料を含み、前記入力結合回折格子は複数のブレーズドデバイス構造を有し、前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造はブレーズド面を含み、前記ブレーズド面は、
複数の段差、
前記光学デバイス基板の主面に平行な前記段差の各々のファセット法線、及び
前記ブレーズド面と前記ファセット法線により定義されるブレーズ角度であって、前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造の前記ブレーズ角度は異なる、ブレーズ角度、
を有する、入力結合回折格子と、
前記光学デバイス基板の上に配置された前記デバイス材料を含み且つ前記入力結合回折格子に隣接する出力結合回折格子であって、複数のデバイス構造を有する出力結合回折格子と、
を備える拡張現実導波路結合器。
【請求項14】
前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの前記２つのブレーズドデバイス構造は、異なる深さを有する、請求項１３に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項15】
前記入力結合回折格子の前記デバイス材料は、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、二酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、錫酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、又は炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）含有材料のうちの１つ以上を含む、請求項１３に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項16】
前記光学デバイス基板の前記基板材料は、非アモルファス誘電体、結晶性の誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項17】
前記光学デバイス基板の前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、サファイア、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１３に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項18】
前記光学デバイス基板は、１００から３０００ナノメートルの波長を伝送するように構成されている、請求項１３に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項19】
前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造は、１．５と２．６５の間の屈折率を有する、請求項１３に記載の拡張現実導波路結合器。
【請求項20】
基板材料を含み、１００から３０００ナノメートルの波長を伝送するように構成された光学デバイス基板と、
前記光学デバイス基板の上に配置された入力結合回折格子であって、前記入力結合回折格子は前記基板材料とは異なるデバイス材料を含み、前記入力結合回折格子は複数のブレーズドデバイス構造を有し、前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造は、１．５と２．６５の間の屈折率を有し、ブレーズド面を含み、前記ブレーズド面は、
複数の段差、
前記光学デバイス基板の主面に平行な前記段差の各々のファセット法線、及び
前記ブレーズド面と前記ファセット法線により定義されるブレーズ角度であって、前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造の前記ブレーズ角度は異なる、ブレーズ角度、
を有する、入力結合回折格子と、
前記光学デバイス基板の上に配置された前記デバイス材料を含み且つ前記入力結合回折格子に隣接する出力結合回折格子であって、複数のデバイス構造を有する出力結合回折格子と、
を備える拡張現実導波路結合器。
前記光学デバイス基板の上に配置された入力結合回折格子であって、前記入力結合回折格子は前記基板材料とは異なるデバイス材料を含み、前記入力結合回折格子は複数のブレーズドデバイス構造を有し、前記複数のブレーズドデバイス構造の各ブレーズドデバイス構造は、１．５と２．６５の間の屈折率を有し、ブレーズド面を含み、前記ブレーズド面は、
複数の段差、
前記光学デバイス基板の主面に平行な前記段差の各々のファセット法線、及び
前記ブレーズド面と前記ファセット法線により定義されるブレーズ角度であって、前記複数のブレーズドデバイス構造のうちの２つのブレーズドデバイス構造の前記ブレーズ角度は異なる、ブレーズ角度、
を有する、入力結合回折格子と、
前記光学デバイス基板の上に配置された前記デバイス材料を含み且つ前記入力結合回折格子に隣接する出力結合回折格子であって、複数のデバイス構造を有する出力結合回折格子と、
を備える拡張現実導波路結合器。
【外国語明細書】