特許 7416866 角度付きエッチングツール内での基板回転によるエッチング角度の制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】角度付きエッチングツール内での基板回転によるエッチング角度の制御

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20240110BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20240110BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 201B

H01J37/305 A

G02B5/18

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022105857

(22)【出願日】2022-06-30

(62)【分割の表示】P 2020565785の分割

【原出願日】2019-04-17

(65)【公開番号】P2022153387

(43)【公開日】2022-10-12

【審査請求日】2022-07-27

(31)【優先権主張番号】15/993,135

(32)【優先日】2018-05-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー

(72)【発明者】

【氏名】エヴァンズ， モーガン

(72)【発明者】

【氏名】オルソン， ジョセフ シー．

【審査官】加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】特表２００９－５１６２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０１５５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８５８１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｊ ３７／３０５

Ｇ０２Ｂ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の上に配置された１以上の第１の格子の第１の部分であって、前記第１の部分の各第１の格子が、第１の格子ベクトル及び第１の傾斜角を有する、第１の部分と、
前記基板の上に配置された１以上の第２の格子の第２の部分であって、前記第２の部分の各第２の格子が、前記第１の格子ベクトルと異なる第２の格子ベクトル、及び前記第１の傾斜角θ'₁と異なる第２の傾斜角を有する、第２の部分と、
を備え、
前記第１の格子ベクトルが、前記第１の傾斜角によって定義される前記基板の原点に対するそれぞれの第１の格子の第１の向きであり、
前記第２の格子ベクトルが、前記第２の傾斜角によって定義される前記基板の前記原点に対する前記第２の格子の第２の向きである、
光学デバイス。

【請求項2】

前記第１の傾斜角及び前記第２の傾斜角は、２５°と７５°の間である、請求項１に記載の光学デバイス。

【請求項3】

各第１の格子及び各第２の格子が、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）（VO_x）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化インジウムスズ（ITO）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta₂O₅）、窒化ケイ素（Si₃N₄）、窒化チタン（TiN）、及び二酸化ジルコニウム（ZrO₂）のうちの１以上の格子材料で構成される、請求項１に記載の光学デバイス。

【請求項4】

各第１の格子及び各第２の格子の前記格子材料は、１．５と２．６５の間の屈折率を有する、請求項３に記載の光学デバイス。

【請求項5】

不透明なハードマスクが各第１の格子及び各第２の格子の上に配置される、請求項１に記載の光学デバイス。

【請求項6】

透明なエッチング停止層が、前記基板と各第１の格子及び各第２の格子の間に配置される、請求項１に記載の光学デバイス。

【請求項7】

基板の上に配置された１以上の第１の格子の第１の部分であって、前記第１の部分のそれぞれの第１の格子が、第１の傾斜角、及び前記第１の傾斜角θ'₁によって定義される前記基板の原点に対するそれぞれの第１の格子の第１の向きである第１の格子ベクトルを有する、第１の部分と、
前記基板の上に配置された１以上の第２の格子の第２の部分であって、前記第２の部分のそれぞれの第２の格子が、前記第１の傾斜角と異なる第２の傾斜角、及び前記第１の格子ベクトルと異なり且つ前記第２の傾斜角によって定義される前記基板の前記原点に対する前記第２の格子の第２の向きである第２の格子ベクトル、を有する、第２の部分と、
を備える光学デバイス。

【請求項8】

前記第１の傾斜角及び前記第２の傾斜角は、２５°と７５°の間である、請求項７に記載の光学デバイス。

【請求項9】

各第１の格子及び各第２の格子が、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）（VO_x）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化インジウムスズ（ITO）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta₂O₅）、窒化ケイ素（Si₃N₄）、窒化チタン（TiN）、及び二酸化ジルコニウム（ZrO₂）のうちの１以上の格子材料で構成される、請求項７に記載の光学デバイス。

【請求項10】

各第１の格子及び各第２の格子の前記格子材料は、１．５と２．６５の間の屈折率を有する、請求項９に記載の光学デバイス。

【請求項11】

不透明なハードマスクが各第１の格子及び各第２の格子の上に配置される、請求項７に記載の光学デバイス。

【請求項12】

透明なエッチング停止層が、前記基板と各第１の格子及び各第２の格子の間に配置される、請求項７に記載の光学デバイス。

【請求項13】

基板の上に配置された１以上の第１の格子の第１の部分であって、前記第１の部分の各第１の格子が、第１の格子ベクトル及び第１の傾斜角θ'₁を有する、第１の部分と、
前記基板の上に配置された１以上の第２の格子の第２の部分であって、前記第２の部分の各第２の格子が、前記第１の格子ベクトルと異なる第２の格子ベクトル、及び前記第１の傾斜角θ'₁と異なる第２の傾斜角θ'₂を有する、第２の部分と、
を備える光学デバイスであって、
前記光学デバイスは、格子材料が上に配置された前記基板に、前記基板の面法線に対してイオンビーム角θで前記格子材料に接触するように設定されたイオンビームを投射することを含むプロセスによって形成され、
前記基板の前記第１の部分は、前記第１の部分の前記格子材料に接触する前記イオンビームにより形成される１以上の第１の格子の前記第１の格子ベクトルと前記イオンビームとの間の第１の回転角φ₁で位置決めされ、
前記第１の回転角φ₁は、前記基板の前記面法線に対して前記第１の傾斜角θ'₁を有する前記１以上の第１の格子を形成するように選択され、
前記基板の前記第２の部分は、前記格子材料に接触する前記イオンビームにより形成される１以上の第２の格子の前記第２の格子ベクトルと前記イオンビームとの間の第２の回転角φ₂で位置決めされ、
前記第２の回転角φ₂は、前記基板の前記面法線に対して前記第２の傾斜角θ'₂を有する前記１以上の第２の格子を形成するように選択され、前記第１の傾斜角θ'₁と前記第２の傾斜角θ'₂の少なくとも１つは、前記イオンビーム角θと異なる、
光学デバイス。

【請求項14】

前記イオンビーム角θは、２５°と７５°の間である、請求項１３に記載の光学デバイス。

【請求項15】

前記格子材料が、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）（VO_x）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化インジウムスズ（ITO）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta₂O₅）、窒化ケイ素（Si₃N₄）、窒化チタン（TiN）、及び二酸化ジルコニウム（ZrO₂）のうちの１以上で構成される、請求項１３に記載の光学デバイス。

【請求項16】

前記第１の回転角φ₁及び前記第２の回転角φ₂が、連立方程式θ=arctan（tan（θ'₁）／cos（φ₁））、θ=arctan（tan（θ'₂）／cos（φ₂））、及びΔφ=φ₂-φ₁によって選択される、請求項１３に記載の光学デバイス。

【請求項17】

前記イオンビームは、リボンビーム、スポットビーム、又はフル基板サイズビームである、請求項１３に記載の光学デバイス。

【請求項18】

前記第２の回転角φ₂が前記第１の回転角φ₁と異なる、請求項１３に記載の光学デバイス。

【請求項19】

前記基板は、単一の通過で前記イオンビームを横断する、請求項１３に記載の光学デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本開示の実施形態は、概して、角度付きエッチングツールに関する。より具体的には、本明細書で説明される実施形態は、種々の傾斜角を有する格子を形成するために、角度付きエッチングツールを利用することを提供する。

【背景技術】

【0002】

[0002] 基板上で種々の傾斜角を有する格子を形成するために、角度付きエッチングシステムが使用される。角度付きエッチングシステムは、イオンビーム源を収容するイオンビームチャンバを含む。イオンビーム源は、リボンビーム（ribbon beam）、スポットビーム（spot beam）、又はフル基板サイズビーム（full substrate-size beam）などの、イオンビームを生成するように構成されている。イオンビームチャンバは、基板の面法線に対して最適化された角度でイオンビームを向けるように構成されている。最適化された角度を変更するには、イオンビームチャンバのハードウエア構成を再構成する必要がある。基板は、アクチュエータに結合されたプラテン上に保持される。アクチュエータは、基板がイオンビームチャンバの軸に対してある傾斜した角度で位置決めされるように、プラテンを傾斜させるように構成されている。最適化された角度と傾斜した角度は、面法線に対するイオンビーム角をもたらす。

【0003】

[0003] 種々の傾斜角を有する格子を利用するデバイスの一例は、光照射野ディスプレイである。種々の傾斜角を有する格子を利用するデバイスの別の一例は、導波結合器である。導波結合器は、拡張現実感デバイスに要求される特性に応じて、種々の傾斜角を有する格子を必要とする場合がある。更に、導波結合器は、光のインカップリング（in-coupling）及びアウトカップリング（out-coupling）を適切に制御するために、種々の傾斜角を有する格子を必要とし得る。角度付きエッチングシステムを使用して、次の導波結合器が先の導波結合器とは異なる傾斜角を有する格子を有する導波結合器、及び導波結合器の表面に対して種々の傾斜角を有する格子を有する導波結合器を、連続的に製造することは困難であり得る。

【0004】

[0004] 従来、基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成するため、又は種々の傾斜角を有する格子を複数の基板上に形成するために、最適化された角度が変更され、傾斜した角度が変更され、及び／又は複数の角度付きエッチングシステムが使用される。最適化された角度を変更するためにイオンビームチャンバのハードウエア構成を再構成することは、複雑であり、再構成時間を必要とする。イオンビーム角を修正するために傾斜した角度を調整すると、格子の深さが不均一になり、複数の角度付きエッチングシステムを使用すると、製造時間が長くなり、複数のチャンバが必要になるので費用が増加する。

【0005】

[0005] したがって、基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成し、連続する基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成する方法が、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、格子形成法が提供される。本方法は、プラテン上に保持された第１の基板の第１の部分をイオンビームの経路内に位置決めすることを含む。第１の基板は、その上に配置された格子材料を有する。イオンビームは、第１の基板の面法線に対してイオンビーム角θで格子材料に接触し、格子材料内に１以上の第１の格子を形成するように構成されている。プラテン上に保持された第１の基板は、プラテンの軸の周りで回転され、イオンビームと１以上の第１の格子の格子ベクトルとの間に第１の回転角φがもたらされる。１以上の第１の格子は、第１の基板の面法線に対して第１の傾斜角θ'を有する。第１の回転角φは、式φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））によって選択される。

【0007】

[0007] 別の一実施形態では、格子形成法が提供され、結合器製造法が提供される。該方法は、プラテン上に保持された第１の基板の第１の部分をイオンビームの経路内に位置決めすることを含む。第１の基板は、その上に配置された格子材料を有する。イオンビームは、第１の基板の面法線に対してイオンビーム角θで格子材料に接触し、格子材料内に１以上の第１の格子を形成するように構成されている。プラテン上に保持された第１の基板は、プラテンの軸の周りで回転され、イオンビームと１以上の第１の格子の面法線との間に第１の回転角φがもたらされる。１以上の第１の格子は、第１の基板の面法線に対して第１の傾斜角θ'を有する。第１の回転角φは、式φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））によって選択される。第１の基板の第２の部分は、格子材料内に１以上の第２の格子を形成するように構成されたイオンビームの経路内に位置決めされる。第１の基板は、プラテンの軸の周りで回転され、イオンビームと１以上の第２の格子の面法線との間に第２の回転角φがもたらされる。１以上の第２の格子は、第１の基板の面法線に対して第２の傾斜角θ'を有する。第２の回転角φは、式φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））によって選択される。第１の基板の第３の部分は、格子材料内に１以上の第３の格子を形成するように構成されたイオンビームの経路内に位置決めされる。第１の基板は、プラテンの軸の周りで回転され、イオンビームと１以上の第３の格子の面法線との間に第３の回転角φがもたらされる。１以上の第３の格子は、第１の基板の面法線に対して第３の傾斜角θ'を有する。第３の回転角φは、式φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））によって選択される。

【0008】

[0008] 更に別の一実施形態では、格子形成法が提供される。本方法は、プラテン上に保持された基板の第１の部分と第２の部分をイオンビームの経路内に位置決めすることを含む。基板は、その上に配置された格子材料を有し、イオンビームは、基板の面法線に対してイオンビーム角θで格子材料に接触し、格子材料内に１以上の第１の格子及び１以上の第２の格子を形成するように構成されている。プラテン上に保持された基板は、プラテンの軸の周りで回転され、イオンビームと１以上の第１の格子の格子ベクトルとの間に第１の回転角φ₁がもたらされ、イオンビームと１以上の第２の格子の格子ベクトルとの間に第２の回転角φ₂がもたらされる。１以上の第１の格子は、基板の面法線に対して第１の傾斜角θ'₁を有し、１以上の第２の格子は、基板の面法線に対して第２の傾斜角θ'₂を有する。第１の回転角φ₁及び第２の回転角φ₂は、連立方程式θ=arctan（tan（θ'₁）／cos（φ₁））、θ=arctan（tan（θ'₂）／cos（φ₂）、及びΔφ=φ₂-φ₁によって選択される。

【0009】

[0009] 上述の本開示の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】[0010]一実施形態による、導波結合器の斜視正面図である。

【図2A】[0011] 一実施形態による、角度付きエッチングシステムの側面概略断面図である。

【図2B】[0012]一実施形態による、角度付きエッチングシステムの側面概略断面図である。

【図3】[0013] 一実施形態による、基板の一部分の概略斜視図である。

【図4】[0014] 一実施形態による、等価傾斜角θ’の式の結果のグラフである。

【図5】[0015] 一実施形態による、格子の第１の部分と格子の第２の部分とを有する基板の概略上面図である。

【図6】[0016] 一実施形態による、回転についての連立方程式の結果のグラフである。

【図7】[0017] 一実施形態による、種々の傾斜角を有する格子を形成するための方法の流れ図である。

【図8】[0018] 一実施形態による、種々の傾斜角を有する格子の部分を単一の通過で形成するための方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

[0019] 理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一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、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられている。

【0012】

[0020] 本明細書で説明される実施形態は、基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成し、連続する基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成する方法に関する。該方法は、プラテン上に保持された基板の部分をイオンビームの経路内に位置決めすることを含む。基板は、その上に配置されたハードマスクを有する。イオンビームは、基板の面法線に対してイオンビーム角θでハードマスクに接触し、ハードマスク内に格子を形成するように構成されている。基板は、プラテンの軸の周りで回転され、イオンビームと格子の面法線との間に回転角φがもたらされる。格子は、基板の面法線に対してθ'の傾斜角を有する。回転角φは、式φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））によって選択される。一実施形態では、基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成することにより、ナノインプリントリソグラフィ（nanoimprint lithography）処理のための導波結合器又は導波結合器のマスターが形成される。

【0013】

[0021] 図１は、導波結合器１００の斜視正面図である。後述する導波結合器１００は、例示的な導波結合器であることを理解されたい。導波結合器１００は、複数の格子１０８によって画定される入力結合領域１０２、複数の格子１１０によって画定される中間領域１０４、及び複数の格子１１２によって画定される出力結合領域１０６を含む。入力結合領域１０２は、マイクロディスプレイから強度を有する光（仮想画像）の入射ビームを受け取る。複数の格子１０８の各格子は、入射ビームを、各ビームが１つのモードを有する複数のモードに分割する。ゼロ次モード（T0）ビームは、導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われ、正の１次モード（T1）ビームは、導波結合器１００を通って中間領域１０４に結合され、負の１次モード（T-1）ビームは、導波結合器１００内をT1ビームとは反対の方向に伝播する。理想的には、仮想画像を中間領域１０４に向けるために、入射ビームが、入射ビームの強度の全てを有するT1ビームに分割される。入射ビームを入射ビームの強度の全てを有するT1ビームに分割する１つのアプローチは、複数の格子１０８の各格子の傾斜角を最適化して、T-1ビーム及びT0ビームを抑制することである。T1ビームは、T1ビームが中間領域１０４内の複数の格子１１０に接触するまで、導波結合器１００を通って内部全反射（TIR）を受ける。入力結合領域１０２の一部分は、入力結合領域１０２の隣接部分からの格子１０８の傾斜角とは異なる傾斜角を有する格子１０８を有してよい。

【0014】

[0022] T1ビームは、複数の格子１１０のうちの１つの格子と接触する。T1ビームは、導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われるT0ビーム、T1ビームが複数の格子１１０の別の格子に接触するまで中間領域１０４内でTIRを受けるT1ビーム、及び導波結合器１００を通って出力結合領域１０６に結合されるT-1ビームに分割される。中間領域１０４内でTIRを受けるT1ビームは、導波結合器１００を通って中間領域１０４に結合されるT1ビームの強度が減衰（枯渇）するまで、或いは、中間領域１０４を通って伝播する残りのT1ビームが中間領域１０４の端部に到達するまで、複数の格子１１０の格子に接触し続ける。出力結合領域１０６に結合されたT-1ビームの強度を制御して、マイクロディスプレイから生成された仮想画像のユーザの視点からの視野を変調し、ユーザが仮想画像を見ることができる視野角を増大させるために、複数の格子１１０は、導波結合器１００を通って中間領域１０４に結合されるT1ビームを制御するように調整されなければならない。導波結合器１００を介して中間領域１０４に結合されるT1ビームを制御する１つのアプローチは、複数の格子１１０の各格子の傾斜角を最適化して、出力結合領域１０６に結合されるT-1ビームの強度を制御することである。中間領域１０４の一部分は、中間領域１０４の隣接部分からの格子１１０の傾斜角とは異なる傾斜角を有する格子１１０を有してよい。更に、格子１１０は、格子１０８の傾斜角とは異なる傾斜角を有してよい。

【0015】

[0023] 導波結合器１００を通って出力結合領域１０６に結合されるT-1ビームは、T-1ビームが複数の格子１１２のうちの１つの格子に接触するまで、導波結合器１００内でTIRを受け、そこで、T-1ビームは、導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われるT0ビーム、T1ビームが複数の格子１１２の別の格子に接触するまで出力結合領域１０６内でTIRを受けるT1ビーム、及び導波結合器１００から外へ結合されるT-1ビームに分割される。出力結合領域１０６内でTIRを受けるT1ビームは、導波結合器１００を通って出力結合領域１０６に結合されるT-1ビームの強度が減衰（枯渇）するまで、或いは、出力結合領域１０６を通って伝播する残りのT1ビームが出力結合領域１０６の端部に到達するまで、複数の格子１１２の格子に接触し続ける。複数の格子１１２は、導波結合器１００から外へ結合されるT-1ビームの強度を制御して、マイクロディスプレイから生成された仮想画像のユーザの視点からの視野を更に変調し、ユーザが仮想画像を見ることができる視野角を更に増大させるために、導波結合器１００を通って出力結合領域１０６に結合されるT-1ビームを制御するように調整されなければならない。導波結合器１００を通って出力結合領域１０６に結合されるT-1ビームを制御する１つのアプローチは、複数の格子１１２の各格子の傾斜角を最適化して、視野を更に変調し、視野角を増大させることである。中間領域１０４の一部分は、中間領域１０４の隣接部分からの格子１１０の傾斜角とは異なる傾斜角を有する格子１１０を有してよい。更に、格子１１２は、格子１０８及び格子１１０の傾斜角とは異なる傾斜角を有してよい。

【0016】

[0024] 図２Aと図２Bは、カリフォルニア州サンタクララに所在するApplied Materials, Inc.から入手可能なVarian VIISta（登録商標）システムのような、角度付きエッチングシステム２００の側面概略断面図である。以下で説明される角度付きエッチングシステムは、例示的な角度付きエッチングシステムであり、他の製造業者からの角度付きエッチングシステムを含む他の角度付きエッチングシステムを使用して又は修正して、基板上に格子を形成することができることを理解されたい。

【0017】

[0025] 傾斜角を有する格子を形成するために、基板２１０上に配置された格子材料２１２が、角度付きエッチングシステム２００によってエッチングされる。一実施形態では、格子材料２１２が、基板２１０上に配置されたエッチング停止層２１１上に配置され、パターン（patterned）ハードマスク２１３が、格子材料２１２の上に配置される。一実施形態では、格子材料２１２の材料が、各格子の傾斜角θ’及び基板２１０の屈折率に基づいて選択されて、光のインカップリング及びアウトカップリングを制御し、導波結合器を通る光の伝播を促進する。別の一実施形態では、格子材料２１２が、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）（VO_x）、酸化アルミニウム（Al₂O₃）、酸化インジウムスズ（ITO）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta₂O₅）、窒化ケイ素（Si₃N₄）、窒化チタン（TiN）、及び／又は二酸化ジルコニウム（ZrO₂）含有材料を含む。格子材料２１２は、約１．５と約２．６５の間の屈折率を有する。更に別の一実施形態では、パターンハードマスク２１３が、導波結合器が形成された後で除去される不透明なハードマスクである。例えば、不透明なハードマスクは、クロム（Cr）やシルバー（Ag）などの反射材料を含む。別の一実施形態では、パターンハードマスク２１３が、透明なハードマスクである。一実施形態では、エッチング停止層２１１が、導波結合器が形成された後で除去される不透明なエッチング停止層である。別の一実施形態では、エッチング停止層２１１が、透明なエッチング停止層である。

【0018】

[0026] 角度付きエッチングシステム２００は、イオンビーム源２０４を収容するイオンビームチャンバ２０２を含む。イオンビーム源は、リボンビーム、スポットビーム、又はフル基板サイズビームなどの、イオンビーム２１６を生成するように構成されている。イオンビームチャンバ２０２は、基板２１０の面法線２１８に対して最適化された角度αでイオンビーム２１６を向けるように構成されている。最適化された角度αを変更するには、イオンビームチャンバ２０２のハードウエア構成を再構成する必要がある。基板２１０は、第１のアクチュエータ２０８に結合されたプラテン２０６上に保持される。第１のアクチュエータ２０８は、y方向及び／又はz方向に沿った走査運動でプラテン２０６を移動させるように構成されている。一実施形態では、基板２１０が、イオンビームチャンバ２０２のx軸に対して傾斜した角度βで位置決めされるように、アクチュエータが、プラテン２０６を傾斜させるように更に構成されている。最適化された角度αと傾斜した角度βは、面法線２１８に対するイオンビーム角θをもたらす。面法線２１８に対して傾斜角θ'を有する格子を形成するために、イオンビーム源２０４はイオンビーム２１６を生成し、イオンビームチャンバ２０２は、イオンビーム２１６を最適化された角度αで基板２１０の方へ向ける。第１のアクチュエータ２０８は、イオンビーム２１６が、イオンビーム角θで格子材料２１２と接触し、格子材料２１２の所望の部分上に傾斜角θ'を有する格子をエッチングするようにプラテン２０６を位置決めする。

【0019】

[0027] 従来、格子の隣接部分の傾斜角θ'とは異なる傾斜角θ’を有する格子の一部分を形成し、又は複数の基板上に異なる傾斜角θ’を有する格子を形成するために、最適化された角度αが変更され、傾斜した角度βが変更され、及び／又は複数の角度付きエッチングシステムが使用される。最適化された角度αを変更するためにイオンビームチャンバ２０２のハードウエア構成を再構成することは、複雑であり、再構成時間を必要とする。イオンビーム角θを修正するために傾斜した角度βを調整すると、イオンビーム２１６が、異なるエネルギーレベルで格子材料２１２と接触するにつれて、基板２１０の部分における格子の不均一な深さをもたらす。例えば、イオンビームチャンバ２０２のより近くに位置決めされた一部分は、イオンビームチャンバ２０２から更に離れて位置決めされた隣接部分の格子よりも深い格子を有することになる。複数の角度付きエッチングシステムを使用すると、製造時間が増加し、複数のチャンバを必要とするために費用が増加する。イオンビームチャンバ２０２を再構成すること、傾斜した角度βを調整してイオンビーム角θを修正すること、及び複数の角度付きエッチングシステムを使用することを回避するために、角度付きエッチングシステム２００は、プラテン２０６のx軸の周りで基板２１０を回転させて格子の傾斜角θ'を制御するために、プラテン２０６に結合された第２のアクチュエータ２２０を含む。

【0020】

[0028] 図３は、基板３０２の一部分３００の概略斜視図である。イオンビーム２１６の傾斜した角度β及び最適化された角度αは、基板３０２の面法線３０６に対するイオンビーム角θが一定であるように固定される。最適化された角度αは、約０度と約９０度の間であり、傾斜した角度βは、約０度と約３０度の間である。結果として得られるイオンビーム角θは、約０度と約９０度の間である。イオンビーム角θは、好適には約２５度と約７５度の間である。というのも、約０度又は約９０度に近いイオンビーム角θは、格子３０４が傾斜しないように、約０度又は約９０度の傾斜角θ'を有する格子３０４をもたらすことになるからである。基板３０２は、プラテン２０６のx軸の周りで回転され、イオンビーム２１６と格子３０４の格子ベクトル３０８との間に回転角φがもたらされる。回転角φは、イオンビームチャンバ２０２を再構成することなく、イオンビーム角θを修正するために傾斜した角度βを調整することなく、及び、複数の角度付きエッチングシステムを使用することなく、傾斜角θ'を制御するように選択される。固定されたイオンビーム角θを有する、結果として生じる傾斜角θ'を特定するために、以下の等価傾斜角θ'の方程式のうちの１つが実施される。すなわち、sin（θ'）=sin（θ）／√（1+tan2（φ）*cos2（θ））、及びtan（θ'）=tan（θ）*cos（φ）である。φについて解くと、回転角φは、cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））である。例えば、イオンビーム角θが４５度であり、所望の傾斜角θ'が２２．５度である場合、回転角φは、cos^-1（tan（２２．５）／tan（４５））=６５．５３であるため、約６５．５３である。図４は、５度、２２．５度、４５度、６７．５度、及び８５度のイオンビーム角θに対する等価傾斜角θ’の方程式の結果を、回転角φの関数としてグラフ化したものである。エラー

【0021】

[0029] 一実施形態では、傾斜角θ'を有する格子３０４を、角度付きエッチングシステム２００を用いて形成することができる。別の一実施形態では、傾斜角θ'を有する格子３０４が、約０度の最適化された角度αで基板３０２の面の形状寸法に対応する形状寸法を有するイオンビーム２１６を生成するイオンビームチャンバ２０２内に収容されたイオンビーム源２０４を有する、フルウエハ、液浸、又は格子エッチングシステムとしても知られるイオンビームエッチングシステムで形成されてよい。イオンビームエッチングシステムのプラテン２０６は、イオンビーム２１６が約２５度と約７５度の間のイオンビーム角θで基板３０２と接触するように、傾斜した角度βで基板２１０を位置決めするように構成されている。回転角φは、本明細書で説明されるように、傾斜角θ'を制御するように選択される。

【0022】

[0030] 図５は、格子５０６の第１の部分５０２、及び格子５０８の第２の部分５０４を有する、基板５００の概略上面図である。イオンビーム２１６の傾斜した角度β及び最適化された角度αは、基板５００の面法線に対するイオンビーム角θが一定であるように固定される。最適化された角度αは、約０度と約９０度の間であり、傾斜した角度βは、約０度と約３０度の間である。結果として得られるイオンビーム角θは、約０度と約９０度の間である。イオンビーム角θは、好適には約２５度と約７５度の間である。というのも、約０度又は約９０度に近いイオンビーム角θは、格子５０６及び格子５０８が傾斜しないように、約０度又は約９０度の傾斜角θ'₁を有する格子５０６及び約０度又は約９０度の傾斜角θ'₂を有する格子５０６をもたらすことになるからである。基板５００は、プラテン２０６のx軸の周りで回転され、イオンビーム２１６と格子５０６の格子ベクトル５１０との間に回転角φ₁がもたらされ、イオンビーム２１６と格子５０８の格子ベクトル５１２との間に回転角φ₂がもたらされる。回転角φ₁は、傾斜角θ'₁を有する格子５０６を形成するように選択され、回転角φ₂は、第１の部分５０２及び第２の部分５０４がイオンビーム２１６の経路内に位置決めされるように、イオンビームチャンバ２０２を横断する単一の通過を有する走査運動でプラテン２０６を移動させることによって、傾斜角θ'₂を有する格子５０８を形成するように選択される。イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過を用いて格子の２つ以上の部分を形成するために、以下の連立方程式が実施される。
θ=arctan（tan（θ'₁）／cos（φ₁））
θ=arctan（tan（θ'₂）／cos（φ₂））
Δφ=φ₂-φ₁

【0023】

[0031] 一実施形態では、傾斜角θ'₁、傾斜角θ'₂、及びΔφが、既知である。回転角φ₁、回転角φ₂、及びイオンビーム角θについての連立方程式を解くことにより、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過で、傾斜角θ'₁を有する格子５０６及び傾斜角θ'₂を有する格子５０８を形成することが可能になる。図６は、回転角φ₁、回転角φ₂、イオンビーム角θの連立方程式の結果を示すグラフである。４５度のΔφで、４０度の傾斜角θ'₁を有する格子５０６と、２０度の傾斜角θ'₂を有する格子５０８とを形成するために、２１．１度の回転角φ₁及び６１．１度の回転角φ₂が、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過で、第１の部分５０２及び第２の部分５０４を形成することとなる。別の一実施形態では、イオンビーム角θ、傾斜角θ'₁、傾斜角θ'₂、及びΔφが既知であり、連立方程式は、回転角φ₁及び回転角φ₂について解かれる。したがって、傾斜角θ'₁を有する格子５０６及び傾斜角θ'₂を有する格子５０８は、イオンビームチャンバ２０２を再構成することなく、イオンビーム角θを修正するために傾斜した角度βを調整することなく、及び複数の角度付きエッチングシステムを使用することなく、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過で形成される。加えて、連立方程式は、格子の３つ以上の部分を形成するように拡張されてよい。

【0024】

[0032] 図７は、種々の傾斜角を有する格子を形成するための方法７００の流れ図である。一実施形態では、方法７００が、角度付きエッチングシステム２００によって実行される。別の一実施形態では、方法７００が、イオンビームエッチングシステムによって実行される。角度付きエッチングシステム２００は、イオンビームチャンバ２０２内に収容された、リボンビームやスポットビームなどのイオンビーム２１６を生成するイオンビーム源２０４を含む。イオンビームチャンバ２０２は、基板２１０の面法線２１８に対して最適化された角度αでイオンビーム２１６を向けるように構成されている。プラテン２０６に結合された第１のアクチュエータ２０８は、基板２１０がイオンビームチャンバ２０２の軸に対して傾斜した角度βで位置決めされるように、基板２１０を走査運動で移動させ、プラテン２０６を傾斜させるように構成されている。第１のアクチュエータ２０８は、y方向及び／又はz方向に沿った走査運動でプラテン２０６を移動させるように構成されている。最適化された角度αと傾斜した角度βは、面法線２１８に対してイオンビーム角θをもたらす。

【0025】

[0033] 動作７０１では、その上に配置された格子材料２１２を有する第１の基板の第１の部分が、イオンビーム２１６の経路内に位置決めされる。イオンビーム２１６は、第１の基板の面法線２１８に対してイオンビーム角θで格子材料２１２に接触し、格子材料２１２内に１以上の第１の格子を形成する。第１の基板は、第１の部分をイオンビーム２１６の経路内に位置決めし、第１の基板をプラテン２０６の軸の周りで回転させ、イオンビーム２１６と１以上の第１の格子の格子ベクトル３０８との間に第１の回転角φをもたらすように構成されたプラテン２０６上に保持される。第１の回転角φは、１以上の第１の格子が基板の面法線２１８に対して第１の傾斜角θ'を有するように選択される。第１の回転角φは、φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））の回転角φの式によって選択される。一実施形態では、第１の部分が、導波結合器１００の入力結合領域１０２に対応する。

【0026】

[0034] 最適化された角度αを変更するようにイオンビームチャンバ２０２を再構成することなく、イオンビーム角θを修正するように傾斜した角度βを調整することなく、及び、複数の角度付きエッチングシステムを使用することなく、第１の傾斜角θ'とは異なる第２の傾斜角θ'を有する第１の基板の第２の部分又は第２の基板の一部分上に１以上の第２の格子を形成するために、最適化された角度α及び傾斜した角度βは一定のままであり、一方、第１の基板又は第２の基板は、プラテン２０６の軸の周りで基板を回転させるように構成された、プラテン２０６に結合された第２のアクチュエータ２２０によって回転される。

【0027】

[0035] 動作７０２では、その上に配置された格子材料２１２を有する第１の基板の第２の部分が、イオンビーム２１６の経路内に位置決めされる。イオンビーム２１６は、第１の基板の面法線２１８に対してイオンビーム角θで格子材料２１２を接触し、格子材料２１２内に１以上の第２の格子を形成する。第２の部分は、イオンビーム２１６の経路内に位置決めされ、第１の基板は、プラテン２０６の周りで回転され、イオンビーム２１６と１以上の第２の格子の格子ベクトル３０８との間に第２の回転角φがもたらされる。第２の回転角φは、１以上の第２の格子が基板の面法線２１８に対して第２の傾斜角θ'を有するように選択される。第２の回転角φは、φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））の回転角φの式によって選択される。一実施形態では、第２の部分が、導波結合器１００の中間領域１０４に対応する。

【0028】

[0036] 動作７０３では、その上に配置された格子材料２１２を有する第１の基板の第３の部分が、イオンビーム２１６の経路内に位置決めされ、イオンビーム２１６は、第１の基板の面法線２１８に対してイオンビーム角θで格子材料２１２に接触し、格子材料２１２内に１以上の第３の格子を形成する。第３の部分は、イオンビーム２１６の経路内に位置決めされ、第１の基板は、プラテン２０６の軸の周りで回転され、イオンビーム２１６と１以上の第３の格子の格子ベクトル３０８との間に第３の回転角φがもたらされる。第３の回転角φは、１以上の第３の格子が基板の面法線２１８に対して第３の傾斜角θ'を有するように選択される。第３の回転角φは、φ=cos^-1（tan（θ'）／tan（θ））の回転角φの式によって選択される。一実施形態では、第３の部分が、導波結合器１００の出力結合領域１０６に対応する。

【0029】

[0037] 動作７０４では、第１の基板が除去され、第２の基板がプラテン上で保持される。動作６０５では、動作７０１～７０３が繰り返されて、第１の傾斜角θ'を有する１以上の第１の格子、第１の傾斜角θ'とは異なる第２の傾斜角θ'を有する１以上の第２の格子、並びに第１の傾斜角θ’及び第２の傾斜角θ’とは異なる第３の傾斜角θ'を有する１以上の第３の格子を、第２の基板上に形成する。

【0030】

[0038] 図８は、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過で種々の傾斜角を有する格子の部分を形成するための方法８００の流れ図である。動作８０１では、その上に配置された格子材料２１２を有する基板５００の第１の部分５０２及び第２の部分５０４が、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過を有するイオンビーム２１６の経路内に位置決めされる。イオンビーム２１６は、基板５００の面法線２１８に対してイオンビーム角θで格子材料に接触し、格子材料内に１以上の格子５０６及び１以上の格子５０８を形成する。基板５００は、イオンビーム２１６の経路内に第１の部分５０２及び第２の部分５０４を位置決めし、プラテン２０６の軸の周りで基板５００を回転させ、イオンビーム２１６と１以上の格子５０６の格子ベクトル５１０との間に回転角φ₁がもたらされ、イオンビーム２１６と１以上の格子５０８の格子ベクトル５１２との間に回転角φ₂がもたらされるように構成されたプラテン２０６上に保持される。回転角φ₁は、１以上の格子５０６が基板の面法線２１８に対して傾斜角θ'₁を有するように選択される。回転角φ₂は、１以上の格子５０８が基板の面法線２１８に対して傾斜角θ'₂を有するように選択される。回転角φ₁及び回転角φ₂は、連立方程式を解くことによって選択される。
θ=arctan（tan（θ'₁）／cos（φ₁））
θ=arctan（tan（θ'₂）／cos（φ₂））
Δφ=φ₂-φ₁

【0031】

[0039] 一実施形態では、傾斜角θ'₁、傾斜角θ'₂、及びΔφが、既知である。回転角φ₁、回転角φ₂、及びイオンビーム角θについての連立方程式を解くことにより、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過で、傾斜角θ'₁を有する格子５０６及び傾斜角θ'₂を有する格子５０８を形成することが可能になる。別の一実施形態では、イオンビーム角θ、傾斜角θ'₁、傾斜角θ'₂、及びΔφが既知であり、連立方程式は、回転角φ₁及び回転角φ₂について解かれる。したがって、傾斜角θ'₁を有する格子５０６及び傾斜角θ'₂を有する格子５０８は、イオンビームチャンバ２０２を再構成することなく、イオンビーム角θを修正するために傾斜した角度βを調整することなく、及び複数の角度付きエッチングシステムを使用することなく、イオンビームチャンバ２０２を横断するプラテン２０６の単一の通過で形成される。加えて、連立方程式は、格子の３つ以上の部分を形成するように拡張されてよい。方法８００は、後続の基板向けに繰り返されてもよい。

【0032】

[0040] 要約すると、基板上に種々の傾斜角を有する格子を逐次的に形成し、角度付きエッチングシステムを使用して、連続的な基板上に種々の傾斜角を有する格子を形成する方法が、本明細書で説明される。イオンビームチャンバを再構成することなく、傾斜した角度βを調整してイオンビーム角θを修正することなく、複数の角度付きエッチングシステムを使用することなく、傾斜角θ'を制御するのために回転角φを選択することを利用することにより、単一の角度付きエッチングシステムが、導波結合器を製造し、種々の傾斜角θ'を有する格子を有する導波結合器を製造することが可能になる。

【0033】

[0041] 以上の記述は、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更なる実施例が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって規定される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】