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(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】2024-02-05
(45)【発行日】2024-02-14
(54)【発明の名称】マルチ深度光学デバイスのパターニング
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240206BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20240206BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
G02B5/18
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021559629
(86)(22)【出願日】2020-04-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-25
(86)【国際出願番号】 US2020027370
(87)【国際公開番号】W WO2020210425
(87)【国際公開日】2020-10-15
【審査請求日】2021-12-07
(31)【優先権主張番号】62/832,807
(32)【優先日】2019-04-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(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】ゴデット， ルドヴィーク
(72)【発明者】
【氏名】チェン， ジエン アン
(72)【発明者】
【氏名】コーエン， ブライアン アレクサンダー
(72)【発明者】
【氏名】マクミラン， ウェイン
(72)【発明者】
【氏名】マクマッキン， イアン マシュー
【審査官】宇多川 勉
(56)【参考文献】
【文献】特開平０３－２４６５１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－１９３８１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０５４７５６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－０６５３１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０１５３０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３０８３８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００３３７８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００９／００９７１２２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｇ０２Ｂ ５／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学デバイスを形成する方法であって、基板の上面の上に配置されたデバイス層の上に平坦化層を配置することであって、前記デバイス層が、
前記基板の前記上面から第１の高さを有する第１の部分、及び
前記基板の前記上面から第２の高さを有する第２の部分を有する、平坦化層を配置することと、
前記平坦化層の上にレジスト層を配置することと、
前記レジスト層をパターニングして、
前記デバイス層の前記第１の部分の上に、複数の第１の開口が形成された第１のレジスト層パターンを形成し、かつ
前記デバイス層の前記第２の部分の上に、複数の第２の開口が形成された第２のレジスト層パターンを、前記第２のレジスト層パターンの厚さが前記第１のレジスト層パターンの厚さと異なるように形成することと
前記複数の第１の開口及び前記複数の第２の開口によって画定された前記平坦化層の露出部分をエッチングして、
前記デバイス層の前記第１の部分のマスクされていない第１のデバイス層セグメントを露出させ、かつ
前記デバイス層の前記第２の部分のマスクされていない第２のデバイス層セグメントを露出させることと、
前記第１のデバイス層セグメント及び前記第２のデバイス層セグメントをエッチングすることと
を含み、
前記第１のデバイス層セグメントが、前記光学デバイス内に複数の第１の構造体の少なくとも一部を形成するように構成され、前記第１の構造体が、前記基板の前記上面に対して第１の深度を有し、
前記第２のデバイス層セグメントが、前記光学デバイス内に少なくとも複数の第２の構造体を形成するように構成され、前記第２の構造体が、前記基板の前記上面に対して第２の深度を有する、方法。
【請求項2】
前記基板上にエッチング停止層が配置されている、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の深度が、前記第２の深度より浅い、請求項１に記載の方法。
【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、光学デバイスに関する。より具体的には、本明細書に記載された実施形態は、光学デバイスの製造のためのマルチ深度層のパターニングを提供する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］光学デバイスは、基板上に形成される光学デバイスの構造体の構造パラメータ（例えば、形状、サイズ、配向）を空間的に変化させることによって光の伝搬を操作するために使用され得る。光学デバイスは、必要に応じて光波面を成形するような、空間的に変化する光学応答を提供する。光学デバイスのこれらの構造は、局所化された位相の不連続性（すなわち、光の波長よりも小さい距離にわたる位相の急激な変化）を誘起することによって、光の伝搬を変化させる。これらの構造は、基板上の種々のタイプの材料、形状、又は構成から構成されてもよく、種々の物理的原理に基づいて動作し得る。
【0003】
［０００３］光学デバイスを製造するには、基板上に配置されたデバイス層から構造体を形成する必要がある。しかしながら、製造される光学デバイスに求められる特性によって、構造体が様々な深度を有することが必要となる場合がある。様々な深度を有する構造を形成するためには、基板上に隣接して配置された複数の層をパターニングすることが必要となり得る。したがって、当該技術分野では、光学デバイスの製造のためのマルチ深度層のパターニングのための方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0004】
［０００４］光学デバイスの製造のためのマルチ深度層のパターニングのための方法が提供される。一実施形態では、基板の上面の上に配置されたデバイス層の上にレジスト層を配置することであって、デバイス層が、基板の上面から第１の高さを有する第１の部分、及び基板の上面から第２の高さを有する第２の部分を有する、レジスト層を配置することと、レジスト層をパターニングして、デバイス層の第１の部分の上に、複数の第１の開口が形成された第１のレジスト層パターンを形成し、かつデバイス層の第２の部分の上に、複数の第２の開口が形成された第２のレジスト層パターンを形成することと、複数の第１の開口及び複数の第２の開口によって画定されたデバイス層の露出部分をエッチングすることとを含む方法であって、第１のレジスト層パターンにおける複数の第１の開口が、光学デバイス内に複数の第１の構造体の少なくとも一部を形成するように構成され、第１の構造体が、基板の上面に対して第１の深度を有し、第２のレジスト層パターンにおける複数の第２の開口が、光学デバイス内に複数の第２の構造体の少なくとも一部を形成するように構成され、第２の構造体が、基板の上面に対して第２の深度を有する、方法が提供されている。
【0005】
［０００５］別の実施形態では、基板の上面の上に配置されたデバイス層の上にハードマスクを配置することであって、デバイス層が、基板の上面から第１の高さを有する第１の部分、及び基板の上面から第２の高さを有する第２の部分を有する、ハードマスクを配置することと、ハードマスクの上にレジスト層を配置することであって、レジスト層が、基板の上面に対して平行な上面を有する、レジスト層を配置することと、レジスト層をパターニングして、デバイス層の第１の部分の上に、複数の第１の開口が形成された第１のレジスト層パターンを形成し、かつデバイス層の第２の部分の上に、複数の第２の開口が形成された第２のレジスト層パターンを形成することと、複数の第１の開口及び複数の第２の開口によって画定されたハードマスクの露出部分をエッチングして、デバイス層の第１の部分のマスクされていない第１のデバイス層セグメントを露出させ、かつデバイス層の第２の部分のマスクされていない第２のデバイス層セグメントを露出させることと、第１のデバイス層セグメント及び第２のデバイス層セグメントをエッチングすることとを含む方法であって、第１のデバイス層セグメントが、光学デバイス内に複数の第１の構造体の少なくとも一部を形成するように構成され、第１の構造体が、基板の上面に対して第１の深度を有し、第２のデバイス層セグメントが、光学デバイス内に複数の第２の構造体の少なくとも一部を形成するように構成され、第２の構造体が、基板の上面に対して第２の深度を有する、方法が提供されている。
【0006】
［０００６］さらに別の実施形態では、基板の上面の上に配置されたデバイス層の上に平坦化層を配置することであって、デバイス層が、基板の上面から第１の高さを有する第１の部分、及び基板の上面から第２の高さを有する第２の部分を有する、平坦化層を配置することと、平坦化層の上にレジスト層を配置することと、レジスト層をパターニングして、デバイス層の第１の部分の上に、複数の第１の開口が形成された第１のレジスト層パターンを形成し、かつデバイス層の第２の部分の上に、複数の第２の開口が形成された第２のレジスト層パターンを形成することと、複数の第１の開口及び複数の第２の開口によって画定された平坦化層の露出部分をエッチングして、デバイス層の第１の部分のマスクされていない第１のデバイス層セグメントを露出させ、かつデバイス層の第２の部分のマスクされていない第２のデバイス層セグメントを露出させることと、第１のデバイス層セグメント及び第２のデバイス層セグメントをエッチングすることとを含む方法であって、第１のデバイス層セグメントが、光学デバイス内に複数の第１の構造体の少なくとも一部を形成するように構成され、第１の構造体が、基板の上面に対して第１の深度を有し、第２のデバイス層セグメントが、光学デバイス内に少なくとも複数の第２の構造体を形成するように構成され、第２の構造体が、基板の上面に対して第２の深度を有する、方法が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【0007】
［０００７］本開示の上述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は、実施形態を参照することによって得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。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。
【0008】
【図1A】一実施形態に係る、光学デバイスの概略斜視図である。
【図2A】一実施形態に係る、光学デバイスの概略斜視図である。
【図3】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法のフロー図である。
【図4A】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図4B】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図4C】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図4D】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図4E】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図5】一実施形態に係る、光学デバイスを形成するための方法のフロー図である。
【図6A】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図6B】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図6C】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図6D】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図7】一実施形態に係る、光学デバイスを形成するための方法のフロー図である。
【図8A】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図8B】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図8C】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【図8D】一実施形態に係る、光学デバイスを形成する方法の間の基板の概略断面図である。
【0009】
［００１８］理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び構造は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。
【発明を実施するための形態】
【0010】
［００１９］本開示の実施形態は、光学デバイスの製造のためのマルチ深度層のパターニングに関する。
【0011】
［００２０］図１Ａは、光学デバイス１００の概略斜視図である。一実施形態では、光学デバイス１００は、導波結合器、例えば、拡張現実導波結合器である。後述する光学デバイス１００は、例示的な導波結合器であることを理解されたい。光学デバイス１００は、基板１０１、複数の構造体１０３によって画定された第１の格子１０２、及び複数の構造体１０６によって画定された第２の格子１０５を含む。一実施形態では、構造体１０３及び構造体１０６は、サブミクロンの臨界寸法（例えば、ナノサイズの臨界寸法）を有するナノ構造体である。
【0012】
［００２１］図１Ｂは、図１Ａの光学デバイス１００の概略断面図である。光学デバイス１００は、２つ以上の深度を有する複数の構造体１０３を含む。図１Ｂに示すように、複数の第１の構造体１１４は、基板１０１の上面１１８への第１の深度１１６を有し、複数の第２の構造体１１５は、基板１０１の上面１１８への第２の深度１１７を有する。第１の深度１１６と第２の深度１１７は異なる。例えば、図１Ｂに示されるように、第１の深度１１６は、第２の深度１１７より浅い。一実施形態では、構造体１０３は、基板１０１の上面１１８に対して一定の角度をなしている。別の実施形態では、構造体１０３は、基板１０１の上面１１８に対して垂直である。
【0013】
［００２２］図２Ａは、本明細書に記載された実施形態に係る、１つ又は複数の構造体２０３を有する光学デバイス２００の概略斜視図である。幾つかの実施形態では、光学デバイス２００は、メタサーフェスなどの平坦な光学デバイスである。１つ又は複数の構造体２０３が、基板１０１上に配置される。図２Ａは、正方形又は長方形の断面を有するものとして１つ又は複数の構造体２０３を示しているが、１つ又は複数の構造体２０３の断面は、円形、三角形、及び／又は不規則な形状の断面を含む他の形状を有し得るが、これらに限定されない。一実施形態では、構造体２０３は、サブミクロンの臨界寸法（例えば、ナノサイズの臨界寸法）を有するナノ構造体である。
【0014】
［００２３］図２Ｂは、図２Ａの光学デバイス２００の概略断面図である。光学デバイス２００は、１つ又は複数の構造体２０３、例えば、基板１０１上に配置された１つ又は複数の第１の構造体２１４及び１つ又は複数の第２の構造２１５を含む。１つ又は複数の第１の構造体２１４は、基板１０１の上面１１８への第１の深度２１６を有する。１つ又は複数の第２の構造体２１５は、基板１０１の上面１８８への第２の深度２１７を有する。第１の深度２１６と第２の深度２１７は異なる。例えば、図２Ｂに示すように、第１の深度２１６は、第２の深度２１７より浅い。一実施形態では、構造体２０３は、基板１０１の上面１１８に対して一定の角度をなしている。別の実施形態では、構造体２０３は、基板１０１の上面１１８に対して垂直である。
【0015】
［００２４］基板１０１は、所望の波長又は波長範囲（例えば、赤外領域からＵＶ領域の（すなわち、約７００から約１５００ナノメートル）の１つ又は複数の波長）の適切な量の光を透過するように選択され得る。限定するものではないが、幾つかの実施態様では、基板１０１は、光スペクトルのＵＶ領域に対して約５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９９％以上透過性であるように構成されている。基板１０１が、所望の波長又は波長範囲の光を適切に透過することでき、光学デバイスのための適切な支持体としての役割を果たすことができる限り、基板１０１を任意の適切な材料から形成してもよい。幾つかの実施形態では、基板１０１の材料は、デバイス材料の屈折率と比較して、相対的に低い屈折率を有する。基板の選択には、非晶質誘電体、結晶性誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、及びそれらの組み合わせを含む任意の適切な材料の基板が含まれてもよいが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、基板１０１は、透明材料を含む。一実施形態では、基板１０１は、０．００１より小さい吸収係数を有して透明である。適切な実施例には、酸化物、硫化物、リン化物、テルル化物、又はこれらの組み合わせが含まれ得る。
【0016】
［００２５］幾つかの実施形態では、本明細書に記載の光学デバイス１００、２００は、基板１０１において配置された、第１の深度１１６、２１６を有する第１の構造体１１４、２１４、及び第２の深度１１７、２１７を有する第２の構造体１１５、２１５を含む。光学デバイス１００、２００を形成するための方法３００、５００、及び７００の本明細書に記載された実施形態では、基板１０１は、第１の高さ４０４及び第２の高さ４０５（図４Ａに図示）を有する。第１の高さ４０４は、形成される第１の構造体１１４、２１４の第１の深度１１６、２１６に対応し、第２の高さ４０５は、基板１０１に形成される複数の第２の構造１１５、２１５の第２の深度１１７、２１７に対応する。
【0017】
［００２６］他の実施形態では、本明細書に記載された光学デバイス１００、２００は、基板１０１上に配置された、第１の深度１１６、２１６を有する第１の構造体１１４、２１４、及び第２の深度１１７、２１７を有する第２の構造１１５、２１５を含む。第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造１１５、２１５は、デバイス層４０８から形成される。方法３００、５００、及び７００の前に、デバイス層４０８は、第１の高さ４１１及び第２の高さ４１２を有する。第１の高さ４１１は、形成される第１の構造体１１４、２１４の第１の深度１１６、２１６に対応し、第２の高さ４１２は、形成される複数の第２の構造体１１５、２１５の第２の深度１１７、２１７に対応する。
【0018】
［００２７］図３は、本明細書に記載の実施形態に係る、光学デバイス１００、２００の一部を形成するための方法３００のフロー図である。図４Ａから図４Ｅは、一実施形態に係る、光学デバイス１００又は光学デバイス２００の一部を形成する方法の間の、基板１０１の概略断面図である。この部分は、第１の格子１０２又は第２の格子１０５のような１つの格子に対応してもよく、又はこの部分は、光学デバイス１００又は光学デバイス２００の全体に対応してもよい。
【0019】
［００２８］図４Ａは、レジスト層４０７が基板１０１上に配置される実施形態を示す。一実施形態では、基板１０１がパターニングされ、基板１０１は、様々な高さの第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造１１５、２１５を達成するために、第１の高さ４０４及び第２の高さ４０５を有する。図４Ｂは、レジスト層４０７がデバイス層４０８上に配置され、デバイス層４０８が基板１０１の上面１１８上に配置される実施形態を示す。一実施形態では、デバイス層４０８がパターニングされ、デバイス層は、様々な高さの第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５を達成するために、第１の高さ４１１及び第２の高さ４１２を有する。
【0020】
［００２９］一実施形態では、レジスト層４０７は、ケイ素含有材料を含む。別の実施形態では、レジスト層４０７は、有機材料を含む。レジスト層４０７は、任意の適切な方法（例えば、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積（ＰＶＤ）処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）処理、又は原子層堆積（ＡＬＤ）処理）を通して、表面１０１上に堆積される。エッチングプロセスと、その結果として生じる複数の構造体１０３の臨界寸法とを調整するために、レジスト層４０７の厚さが選択される。例えば、レジスト層４０７の厚さがより大きくなった結果、複数の構造体１０３の臨界寸法がより小さくなる場合がある。一実施形態では、レジスト層４０７の厚さは、約５０ｎｍから約３００ｎｍの範囲である。一実施形態では、レジスト層４０７は、第１の厚さ４０９及び第２の厚さ４１０を含む。第１の厚さ４０９は、第２の厚さ４１０よりも大きくても又は小さくてもよい。第１の厚さ４０９により、第１の構造体１１４、２１４が、第１の深度１１６、２１６を有することになる。第２の厚さ４１０により、第２の構造体１１５、２１５が、第２の深度１１７、２１７を有することになる。
【0021】
［００３０］一実施形態によれば、デバイス層４０８は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、アルミニウムでドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素でドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、スズ酸カドミウム（酸化スズ）（ＣＴＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、スズ酸亜鉛（酸化スズ）（ＳｎＺｎＯ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、及びアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）含有材料のうちの１つ又は複数を含むが、これらに限定されない。一実施形態では、デバイス層４０８の高さは、約２０ｎｍから約２００ｎｍの範囲である。図３に示すように、レジスト層４０７は、ステップ３０１では、デバイス層４０８上に配置される。デバイス層４０８は、基板の表面から第１の高さ４１１を有する第１の部分４２４、及び基板の表面から第２の高さ４１２を有する第２の部分４２５を含む。第１の高さ４１１は、形成される第１の構造体１１４、２１４に対応し、第２の高さ４１２は、形成される第２の構造１１５、２１５に対応する。
【0022】
［００３１］図４Ａの実施形態は、１：１のエッチング率を示しており、ここでは、レジスト層４０７が、デバイス層４０８とほぼ同じ率でエッチングされる図４Ｄの実施形態は、１：１以外のエッチング率を示す。ステップ３０１では、図４Ａに示すように、レジスト層４０７が、デバイス層４０８の上に配置され、デバイス層４０８は、形成される複数の第１の構造体１１４、２１４及び複数の第２の構造１１５、２１５に対応する。一実施形態では、図４Ｂに示すように、レジスト層４０７が、基板１０１の上に配置される。
【0023】
［００３２］ステップ３０２では、図４Ｃ及び４Ｄに示されるように、デバイス層４０８のマスクされていない部分を露出させるために、レジスト層４０７がパターニングされる。レジスト層４０７をパターニングすることは、デバイス層４０８の第１の部分４２４の上に、複数の第１の開口４２０が形成される第１のレジスト層パターン４２２を形成し、かつデバイス層４０８の第２の部分４２５の上に、複数の第２の開口４２１が形成される第２のレジスト層パターン４２３を形成することを含む。レジスト層４０７は、ナノインプリントリソグラフィ、光インプリントリソグラフィ、又はデバイス層４０８のマスクされていない部分を露出させる任意の適切なプロセスを含むプロセスによってパターニングされてもよいが、これらに限定されない。図４Ｄに示す実施形態では、レジスト層４０７がパターニングされた後に残留層４１３が残る。一実施形態では、残留層４１３は、ドライエッチプロセスを通じて除去される。
【0024】
［００３３］図４Ｄは、エッチング停止層４０６が基板１０１上に配置された一実施形態を示している。エッチング停止層４０６は、基板１０１内へのオーバーエッチングを防止する。エッチング停止層４０６は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、ＦＣＶＤ、ＡＬＤ、及びスピンオンプロセスのうちの１つよって配置され得る。エッチング停止層４０６が本明細書に記載されたエッチングプロセスに対して耐性がある限り、エッチング停止層４０６は、任意の適切な材料から形成される。一実施形態では、エッチング停止層４０６は、窒素含有材料を含む。一実施形態では、エッチング停止層４０６は、導波結合器が形成された後に除去される非透明エッチング停止層である。別の実施形態では、エッチング停止層４０６は、透明エッチング停止層である。エッチング停止層４０６は、約５ｎｍから約５０ｎｍの深度を有する。本明細書にはエッチング停止層４０６が示されているが、エッチング停止層４０６がない１つ又は複数の実施形態が意図される。
【0025】
［００３４］ステップ３０３では、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、複数の第１の開口４２０及び複数の第２の開口４２１によって画定されたデバイス層４０８の露出部分がエッチングされて、複数の第１の構造体１１４、２１４及び複数の第２の構造体１１５、２１５が形成される。第１のレジスト層パターン４２２における複数の第１の開口４２０は、光学デバイス１００、２００において複数の第１の構造体１１４、２１４の少なくとも一部を形成するように構成されている。第２のレジスト層パターン４２３における複数の第２の開口４２１は、光学デバイス１００、２００内に複数の第２の構造体１１５、２１５の少なくとも一部を形成するように構成されている。エッチングプロセスには、イオン注入、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、方向性ＲＩＥ、プラズマエッチング、及び熱原子層エッチングのうちの少なくとも１つが含まれ得るが、これらに限定されない。幾つかの実施形態では、エッチングプロセスは、酸化性エッチング化学物質を利用する。他の実施形態では、エッチングプロセスは、還元性エッチング化学物質を利用する。一実施形態では、エッチングプロセスは、１つ又は複数の酸素、窒素ガス（Ｎ２）、ＳｉＯ２、塩素、及びアンモニア（ＮＨ３）含有ガスを利用する。別の実施形態では、フッ素含有ガス、例えば、フルオロメタン（ＣＨ３Ｆ）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、フルオロホルム（ＣＨＦ３）、及び三フッ化窒素（ＮＦ３）がエッチャントとして使用される。フッ素含有ガスは、メタン含有ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）及びジクロロジフルオロメタン（ＣＣｌ２Ｆ２）と共に処理環境へ任意に供給される。
【0026】
［００３５］図４Ｅは、デバイス層４０８に形成された第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５を示しているが、ステップ３０１から３０３は、基板１０１のパターニングに適用可能である。一実施形態では、図３及び４Ｄに示されるように、デバイス層４０８は、エッチングプロセスによってエッチングされ、デバイス層４０８の一部が除去され、ステップ３０３では、第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５が形成される。別の実施形態では、基板１０１は、エッチングプロセスによってエッチングされ、基板１０１の一部が除去され、ステップ３０３では、第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５が形成される。
【0027】
［００３６］図５は、本明細書に記載の実施形態に係る、光学デバイス１００、２００の一部を形成するための方法５００のフロー図である。図６Ａから図６Ｄは、方法５００に従って形成された光学デバイス１００、２００の概略断面図である。光学デバイス１００、２００の部分は、第１の格子１０２又は第２の格子１０５のような１つの格子に対応してもよく、又はこの部分は、光学デバイス１００又は光学デバイス２００の全体に対応してもよい。
【0028】
［００３７］ステップ５０１では、図６Ａに示されるように、ハードマスク６０９が、デバイス層４０８上に配置される。ハードマスク６０９は、液体材料注入キャスティング、スピンオンコーティング、液体スプレーコーティング、ドライパウダーコーティング、スクリーン印刷、ドクターブレーディング、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＦＣＶＤ、ＡＬＤ、蒸着、及びスパッタリングプロセスのうちの１つ又は複数によって、デバイス層４０８の上に配置されてもよい。一実施形態では、ハードマスク６０９は、非透明であり、光学デバイス１００又は光学デバイス２００が形成された後に除去される。別の実施形態では、ハードマスク６０９は、透明である。幾つかの実施形態では、ハードマスク６０９は、任意の適切なインプリントレジスト材料（例えば、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、アルミニウム、及び炭素含有材料）を含む。
【0029】
［００３８］ステップ５０２では、レジスト層４０７がハードマスク６０９上に配置され、デバイス層４０８は、形成される複数の第１の構造体１１４、２１４及び複数の第２の構造体１１５、２１５に対応する。デバイス層４０８は、第１の高さ４１１及び第２の高さ４１２を有する。一実施形態では、レジスト層４０７の上面６１０が基板１０１の上面１１８と平行になるように、レジスト層４０７の第１の厚さ４０９と第２の厚さ４１０は異なる。基板１０１の上面１１８に平行なレジスト層４０７の上面６１０によって、平坦化された表面が設けられ、ステップ５０３及び５０４のパターニング及び／又はエッチングプロセスの均一性が改善される。
【0030】
［００３９］ステップ５０３では、図６Ｂに示すように、レジスト層４０７がパターニングされ、ハードマスク６０９の一部が露出される。レジスト層４０７をパターニングすることは、デバイス層４０８の第１の部分４２４の上に、複数の第１の開口４２０が形成された第１のレジスト層パターン４２２を形成し、かつデバイス層４０８の第２の部分４２５の上に、複数の第２の開口４２１が形成された第２のレジスト層パターン４２３を形成することを含む。ステップ５０４では、図６Ｃに示されるように、ハードマスク６０９の露出部分がエッチングされ、デバイス層４０８の第１の部分４２４のマスクされていない第１のデバイス層セグメント６１２が露出し、デバイス層４０８の第２の部分４２５のマスクされていない第２のデバイス層セグメント６１３が露出する。図６Ｄに示されるように、デバイス層４０８の第１のデバイス層セグメント６１２及び第２のデバイス層セグメント６１３がエッチングされて、複数の第１の構造体１１４、２１４及び複数の第２の構造体１１５、２１５が形成される。第１のデバイス層セグメント６１２は、光学デバイス１００、２００内に複数の第１の構造体１１４、２１４の少なくとも一部を形成するように構成されている。第２のデバイス層セグメント６１３は、光学デバイス１００、２００内に複数の第２の構造体１１５、２１５の少なくとも一部を形成するように構成されている。
【0031】
［００４０］一実施形態では、デバイス層４０８がエッチングされた後にハードマスク６０９が除去される。別の実施形態では、デバイス層４０８がエッチングされた後、ハードマスク６０９はデバイス層４０８上に留まる。図６Ｄは、デバイス層４０８に形成された第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５を示しているが、ステップ５０１から５０４は、基板１０１のパターニングに適用可能である。一実施形態では、図５及び図６Ｄに示されるように、デバイス層４０８は、エッチングプロセスによってエッチングされ、デバイス層４０８の一部が除去され、ステップ５０４では、第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５が形成される。別の実施形態では、基板１０１が、エッチングプロセスによってエッチングされ、基板１０１の一部が除去され、ステップ５０４では、第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５が形成される。
【0032】
［００４１］図７は、本明細書に記載の実施形態に係る、光学デバイス１００、２００の部分を形成するための方法７００のフロー図である。図８Ａから図８Ｄは、方法７００に従って形成された光学デバイス１００、２００の概略断面図である。光学デバイス１００、２００の部分は、第１の格子１０２又は第２の格子１０５のような１つの格子に対応してもよく、又はこの部分は、光学デバイス１００又は光学デバイス２００の全体に対応してもよい。
【0033】
［００４２］ステップ７０１では、平坦化層８１０が、図８Ａに示されるように、デバイス層４０８上に配置され、デバイス層４０８は、形成される複数の第１の構造体１１４、２１４及び複数の第２の構造体１１５、２１５に対応する。一実施形態では、平坦化層８１０は、ａ－Ｓｉ含有材料を含む。平坦化層８１０は、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディングプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤ処理、又はＡＬＤプロセスを含むがこれらに限定されるない任意の適切なプロセスによって堆積され得る。平坦化層８１０は、基板１０１に対して平行な上面８１２を形成し、それにより、エッチングプロセスにおいてデバイス層４０８のオーバーエッチングを防止する。ステップ７０２では、レジスト層４０７は、平坦化層８１０の上に配置される。
【0034】
［００４３］ステップ７０３では、図８Ｂに示されるように、レジスト層４０７がパターニングされ、平坦化層８１０の一部が露出される。レジスト層４０７をパターニングすることは、デバイス層４０８の第１の部分４２４の上に、複数の第１の開口４２０が形成された第１のレジスト層パターン４２２を形成し、かつデバイス層４０８の第２の部分４２５の上に、複数の第２の開口４２１が形成された第２のレジスト層パターン４２３を形成することを含む。ステップ７０４では、図８Ｃに示されるように、複数の第１の開口４２０及び複数の第２の開口４２１によって画定された平坦化層８１０の露出部分がエッチングされて、デバイス層４０８の第１の部分４２４のマスクされていない第１のデバイス層セグメント６１２及びデバイス層４０８の第２の部分４２５の第２のデバイス層セグメント６１３が露出する。
【0035】
［００４４］ステップ７０５では、図８Ｄに示されるように、デバイス層４０８の第１のデバイス層セグメント６１２及び第２のデバイス層セグメント６１３がエッチングされて、複数の第１の構造体１１４、２１４及び複数の第２の構造体１１５、２１５が形成される。第１のデバイス層セグメント６１２は、光学デバイス１００、２００内に複数の第１の構造１１４、２１４の少なくとも一部を形成するように構成されている。第２のデバイス層セグメント６１３は、光学デバイス１００、２００内に複数の第２の構造１１５、２１５の少なくとも一部を形成するように構成されている。
【0036】
［００４５］エッチングには、イオン注入、イオンエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、方向性ＲＩＥ、及びプラズマエッチングのうちの１つ又は複数が含まれるが、これらに限定されない。一実施形態では、平坦化層８１０は、デバイス層４０８よりも大きなエッチング選択性を有する。図８Ｄは、デバイス層４０８に形成された第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５を示しているが、ステップ７０１から７０５は、基板１０１のパターニングに適用可能である。一実施形態では、デバイス層４０８は、エッチングプロセスによってエッチングされ、デバイス層４０８の一部が除去され、ステップ７０５では、第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５が形成される。別の実施形態では、基板１０１は、エッチングプロセスによってエッチングされて、基板１０１の一部が除去され、ステップ７０５では、第１の構造体１１４、２１４及び第２の構造体１１５、２１５が形成される。
【0037】
［００４６］本明細書に記載された実施形態は、オーバーエッチング及び不均一性に関連する欠陥を最小限に抑える、マルチ深度光学デバイスのための方法を提供する。
【0038】
［００４７］以上の記述は本開示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追加の実施形態を考案してもよい。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図5】
【図6A-6D】
【図7】
【図8A-8D】