特許 7488366 可変エッチング深さのための方法

(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】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】可変エッチング深さのための方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20240514BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20240514BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20240514BHJP

【ＦＩ】

G02B5/18

H01L21/302 105A

H01L21/302 201B

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022567775

(86)(22)【出願日】2021-04-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-30

(86)【国際出願番号】 US2021027613

(87)【国際公開番号】W WO2021231025

(87)【国際公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-01-06

(31)【優先権主張番号】16/871,751

(32)【優先日】2020-05-11

(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】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．

(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】ディスターソ， ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ボアス， ライアン

【審査官】中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１４４１０９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１２４８６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－０６９６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２５８００８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０６－０５３６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５０２５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２７０６４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０００－１９３８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２４６５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－００４０６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ５／３２

Ｇ０２Ｂ２７／００－３０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の上にマスク層を設けることであって、前記マスク層は、第１の処理領域の上の第１の開口部及び第２の処理領域の上の第２の開口部を含む、基板の上にマスク層を設けること、
第１の深さを有する前記第１の処理領域及び前記第１の深さと異なる第２の深さを有する前記第２の処理領域を形成するために、前記基板をエッチングすること、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域が形成された前記基板の上に格子材料を形成すること、並びに
前記基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられた複数の構造を形成するために、前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域内の前記格子材料をエッチングすることを含む、方法。

【請求項2】

第１の複数のトレンチ及び第２の複数のトレンチを形成するために、前記格子材料をエッチングすることを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１の複数のトレンチのうちの２つ以上のトレンチ間でエッチング深さを変化させること、及び前記第２の複数のトレンチのうちの２つ以上のトレンチ間でエッチング深さを変化させることを更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数の構造は、第１の組の構造と第２の組の構造とを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の組の構造は、第１の平均構造幅を有し、前記第２の組の構造は、第２の平均構造幅を有し、前記第１の平均構造幅は、前記第２の平均構造幅と異なる、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記マスク層は、第３の処理領域の上の第３の開口部を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域を形成するために、前記基板をエッチングすることは、
前記第２の処理領域の上に遮断要素が存在する間に、前記第１の処理領域をエッチングすること、
前記遮断要素を除去すること、並びに
前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域をエッチングすることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記格子材料の上にハードマスクを形成すること、並びに
前記第１の処理領域の上の第１の組の開口部、及び前記第２の処理領域の上の第２の組の開口部をパターニングすることを更に含み、前記格子材料は、前記第１の組の開口部及び前記第２の組の開口部を通してエッチングされる、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記格子材料は、光学格子材料である、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

光学デバイスを形成する方法であって、
基板の上にマスク層を設けることであって、前記マスク層は、第１の処理領域を画定する第１の開口部及び第２の処理領域を画定する第２の開口部を含む、基板の上にマスク層を設けること、
第１の深さを有する前記第１の処理領域及び前記第１の深さと異なる第２の深さを有する前記第２の処理領域を形成するために、前記基板をエッチングすること、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域が形成された前記基板の上に光学格子材料を形成すること、並びに
前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域内の前記光学格子材料の中に複数のトレンチをエッチングすることによって、複数の構造を形成することを含み、前記複数の構造は、前記基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられる、方法。

【請求項11】

前記光学格子材料の中に前記複数のトレンチをエッチングすることは、第１の複数のトレンチ及び第２の複数のトレンチを形成するために、傾斜イオン注入を実行することを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の複数のトレンチのうちの２つ以上のトレンチ間でトレンチ深さを変化させること、及び前記第２の複数のトレンチのうちの２つ以上のトレンチ間でトレンチ深さを変化させることを更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記複数の構造は、第１の組の構造と第２の組の構造とを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の組の構造は、第１の平均構造幅を有し、前記第２の組の構造は、第２の平均構造幅を有し、前記第１の平均構造幅は、前記第２の平均構造幅と異なる、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記マスク層は、第３の処理領域を画定する第３の開口部を更に含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域を形成するために、前記基板をエッチングすることは、
前記第２の処理領域の上に遮断要素を形成すること、
前記第２の処理領域の上に前記遮断要素が存在する間に、前記第１の処理領域をエッチングすること、
前記遮断要素を除去すること、並びに
前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域をエッチングすることを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項17】

前記光学格子材料の上にハードマスクを形成すること、並びに
前記第１の処理領域の上の第１の組の開口部、及び前記第２の処理領域の上の第２の組の開口部をパターニングすることを更に含み、前記光学格子材料は、前記第１の組の開口部及び前記第２の組の開口部を通してエッチングされる、請求項１０に記載の方法。

【請求項18】

チャンバ内にイオンビーム源を設けることであって、前記チャンバは基板にイオンビームを供給するように動作可能であり、前記基板は、マスク要素によって第２の処理領域から分離された第１の処理領域を含む、イオンビーム源を設けること、
第１の深さを有する前記第１の処理領域及び前記第１の深さと異なる第２の深さを有する前記第２の処理領域を形成するために、前記基板をエッチングすること、
前記第１の処理領域と前記第２の処理領域が形成された前記基板の上に光学格子材料を形成すること、並びに
前記第１の処理領域及び前記第２の処理領域内の前記光学格子材料の中に複数のトレンチをエッチングすることによって、複数の構造を形成することを含み、前記複数の構造は、前記基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられる、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001] 本開示は、広くは、格子材料の処理に関する。特に、本開示は、可変深さ格子材料を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

[0002] 光学レンズといった光学素子は、様々な利点により光を操作するために長い間にわたって使用されてきた。近年では、ホログラフィックデバイス、及び拡張現実／仮想現実（AR（augmented reality）及びVR（virtual reality））デバイスにおいて、マイクロ回折格子が利用されている。１つの特定のAR及びVRデバイスが、ヘッドセットといった装着可能な表示システムであり、人間の目から短距離内に画像を表示するよう構成されている。このような装着可能なヘッドセットは、ヘッドマウントディスプレイと呼ばれることもあり、ユーザの目から数センチメートル以内に画像を表示するフレームが具備されている。画像は、マイクロディスプレイといったディスプレイ上の、コンピュータにより生成された画像であり得る。光学部品が、所望の画像の光を伝えるよう構成されており、ここでは、上記画像がユーザに見えるようにするために、ユーザの目に対するディスプレイ上で光が生成される。画像が生成されるディスプレイは、ライトエンジンの部分を形成することができ、したがって、画像が、光学部品によって案内される平行光ビームを生成して、ユーザに見える画像を提供する。

【0003】

[0003] 光学部品は、基板上に、傾斜エッチングシステムを使用して形成された、１以上の格子のフィンなどの、異なる傾斜角を有する構造を含んでよい。傾斜エッチングシステムの一例は、イオンビーム源を収容するイオンビームチャンバである。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、特定の傾斜角を有する構造を生成するために、基板の表面法線に対してある角度でイオンビームを向けるように構成される。イオンビームによって生成されるべき構造の傾斜角を変更することは、イオンビームチャンバの実質的なハードウェア再構成を必要とする。

【0004】

[0004] 基板の表面にわたり異なる深さを有する異なる構造を含む光学装置の形成は、従来、グレイトーン・リソグラフィを用いて行われてきた。しかし、グレイトーン・リソグラフィは、時間がかかり複雑なプロセスであり、このプロセスを使用して製造されるデバイスにかなりのコストがかかる。

【0005】

[0005] したがって、異なる傾斜角及び／又は異なる深さを有する異なる構造を含む光学装置を単一の基板にわたって形成するために、改良された方法及び関連する装置が必要とされる。

【発明の概要】

【0006】

[0006] 本概要は、以下の「発明を実施するための形態」で詳述する構想から選んだものを、簡略化した形で紹介するために設けられている。本概要は、特許請求される発明の主題の重要な特徴又は本質的な特徴を確認することを意図しておらず、また、特許請求される発明の主題の範囲を決定する際の助けとしても意図されていない。

【0007】

[0007] 一実施形態によれば、方法は、基板の上にマスク層を設けることを含んでよい。該マスク層は、第１の処理領域の上の第１の開口部、及び第２の処理領域の上の第２の開口部を含む。該方法は、第１の処理領域及び第２の処理領域を凹ませるために、基板をエッチングすること、基板の上に格子材料を形成すること、並びに、基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられた複数の構造を形成するために、第１の処理領域及び第２の処理領域内の格子材料をエッチングすることを更に含んでよい。

【0008】

[0008] 別の一実施形態によれば、光学装置を形成する方法は、基板の上にマスク層を設けることを含んでよい。該マスク層は、第１の処理領域を画定する第１の開口部、及び第２の処理領域を画定する第２の開口部を含む。該方法は、第１の処理領域及び第２の処理領域を凹ませるために、基板をエッチングすること、基板の上に光学格子材料を形成すること、並びに、第１の処理領域及び第２の処理領域内の光学格子材料の中に複数のトレンチをエッチングすることによって、複数の構造を形成することを更に含んでよい。複数の構造は、基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられる。

【0009】

[0009] 別の一実施形態によれば、方法は、チャンバ内にイオンビーム源を設けることを含んでよい。該チャンバは、基板にイオンビームを供給するように動作可能である。該基板は、マスク要素によって第２の処理領域から分離された第１の処理領域を含む。該方法は、第１の処理領域及び第２の処理領域を凹ませるために、基板をエッチングすることを更に含む。第１の処理領域と第２の処理領域とは、基板の上面に対して異なる深さで凹まされる。該方法は、第１の処理領域及び第２の処理領域内の光学格子材料の中に複数のトレンチをエッチングすることによって、複数の構造を形成することを更に含む。複数の構造は、基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられる。

【0010】

[0010] 添付図面は、本開示の原理の実際的な応用を含む本開示の例示的なアプローチを、以下のように示している。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】[0011] 本開示の実施形態による、光学デバイスの斜視正面図である。

【図2A】[0012] 本開示の実施形態による、傾斜エッチングシステムの側面概略断面図である。

【図2B】[0013] 本開示の実施形態による、図２Ａで示されている傾斜エッチングシステムの上面概略断面図である。

【図3A】[0014] 本開示の実施形態による、格子材料から形成される光学格子構成要素の側面断面図を描く。

【図3B】[0015] 本開示の実施形態による、図３Ａの光学格子構成要素の正面図を描く。

【図4】[0016] 図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図5A】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図5B】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図5C】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図5D】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図6】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図7】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図8】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図9】図４～図９は、本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するためのプロセスを描く。

【図10】[0017] 本開示の実施形態による、格子デバイスを形成するための方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

[0018] 図面は、必ずしも縮尺通りではない。図面は、単なる表現であり、本開示の特定のパラメータを表すことを意図しない。図面は、本開示の例示的な実施形態を示すことを意図しており、したがって、範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面では、同様の番号が同様の要素を表す。

【0013】

[0019] 更に、図面の幾つかにおける特定の要素は、説明を明確にするために、省略されるか又は縮尺通りには図示されていないことがある。断面図は、「スライス」または「近接して見た」断面図の形態の場合があり、説明を明確にするために、「真の」断面図では見えている特定の背景線を省略することがある。更に、明瞭さのために、幾つかの参照番号は、幾つかの図面では省略されることがある。

【0014】

[0020] 次に、本開示による装置、システム、及び方法が、様々な実施形態が示されている添付図面を参照しながら、本明細書で以後より完全に説明されることになる。装置、システム、方法は、多くの異なる形態で具現化されてよく、本明細書で説明される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。その代わりに、これらの実施形態は、本開示が一貫しており且つ完全となるように提供され、当業者に、装置、システム、及び方法の範囲を完全に伝える。

【0015】

[0021] 図１は、本開示の実施形態による、光学装置などのデバイス１００の斜視正面図である。光学装置１００の例としては、平坦な光デバイス及び導波路（例えば、導波結合器）が挙げられるが、これらに限定されない。光学装置１００は、格子などの１以上の構造を含む。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一実施形態では、光学装置１００が、入力格子１０２、中間格子１０４、及び出力格子１０６を含む。格子１０２、１０４、１０６の各々は、対応する構造１０８、１１０、１１２（例えばフィン）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一実施形態では、構造１０８、１１０、１１２、及び構造間の深さが、光学装置１００にわたって１以上の寸法が変化してよいサブミクロン限界寸法（例えば、ナノサイズの限界寸法）を含む。

【0016】

[0022] 図２Ａは、カリフォルニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手可能なVarian VIISta（登録商標）システムなどの、傾斜エッチングシステム（本明細書で以後「システム」）２００の側面概略断面図であり、図２Ｂは、その上面概略断面図である。以下で説明されるシステム２００は、例示的な傾斜エッチングシステムであり、本明細書で説明される構造を基板上に形成するために、他の製造業者からの傾斜エッチングシステムを含む他の傾斜エッチングシステムが、使用されてよく又は変形されてよいことを理解されたい。

【0017】

[0023] 図２Ａ～図２Ｂは、プラテン２０６上に配置されたデバイス２０５を示している。デバイス２０５は、基板２１０、基板２１０の上に配置されたエッチング停止層２１１、エッチング停止層２１１の上に配置された格子材料２１２のようなエッチングされるべきエッチング層、及び格子材料２１２の上に配置されたハードマスク２１３を含んでよい。デバイス２０５は、他の実施形態では、異なる層形成材料及び／又は組み合わせを含んでもよいことが理解されよう。例えば、エッチング層は、フォトレジスト型材料又は光学的に透明な材料（例えば、シリコン若しくは窒化ケイ素）などの、処理されるべきブランケット膜であってもよい。ブランケット膜は、デバイス２０５の１以上の傾斜面又は湾曲面を形成するために、選択的領域処理（SAP）エッチングサイクル（複数可）を使用して処理されてよい。別の一実施形態では、エッチング停止層２１１が存在しなくてもよい。

【0018】

[0024] 傾斜角を有する構造（例えばフィン）２２２を形成するために、格子材料２１２が、システム２００によってエッチングされてよい。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上に配置される。一実施形態では、格子材料２１２のうちの１以上の材料が、形成されるべき各構造の傾斜角θ’及び基板２１０の屈折率に基づいて選択される。幾つかの実施形態では、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）を含有する材料のうちの１以上を含む。格子材料２１２は、約１．５と約２．６５との間の屈折率を有し得る。

【0019】

[0025] 幾つかの実施形態では、パターニング済みハードマスク２１３が、デバイス２０５が形成された後に除去される非透明ハードマスクである。例えば、非透明ハードマスク２１３は、クロム（Cr）又は銀（Ag）などの反射材料を含み得る。別の一実施形態では、パターニング済みハードマスク２１３が、透明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、デバイス２０５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。別の一実施形態では、エッチング停止層２１１が、透明エッチング停止層である。

【0020】

[0026] 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を含んでよい。イオンビーム源２０４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の表面法線２１８に対して第１のイオンビーム角度αでイオンビーム２１６を向けるように構成されている。第１のイオンビーム角度αを変更することは、イオンビームチャンバ２０２のハードウェアの再構成を必要とすることがある。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軸に対して傾斜角度βで配置されるように、第１のアクチュエータ２０８が、プラテン２０６を傾斜させるように更に構成されている。幾つかの実施形態では、第１のアクチュエータ２０８が、y軸及び／又はz軸に対してプラテン２０６を傾斜させるように更に構成され得る。

【0021】

[0027] 第１のイオンビーム角度α及び傾斜角度βは、基板２１０が傾斜した後に、基板２１０の表面法線２１８に対して第２のイオンビーム角度θをもたらす。表面法線２１８に対して傾斜角θ’を有する構造を形成するために、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、第１のイオンビーム角度αでイオンビーム２１６を基板２１０の方へ向ける。イオンビーム２１６が、第２のイオンビーム角度θで格子材料２１２に接触し、格子材料２１２をエッチングして、格子材料２１２の所望の部分上に傾斜角θ’を有する構造を形成するように、第１のアクチュエータ２０８は、プラテン２０６を配置する。

【0022】

[0028] 従来、構造の隣接する部分の傾斜角θ’とは異なる傾斜角θ’を有する構造の一部分を形成するために、又は連続する基板上に異なる傾斜角θ’を有する構造を形成するために、第１のイオンビーム角度αが変更され、傾斜角度βが変更され、及び／又は多重傾斜エッチングシステムが使用される。第１のイオンビーム角度αを変更するようにイオンビームチャンバ２０２のハードウェアを再構成することは、複雑であり時間がかかる。イオンビーム角度θを修正するために傾斜角度βを調整することは、イオンビーム２１６が格子材料２１２に種々のエネルギ準位で接触するときに、基板２１０の部分にわたる構造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のより近くに配置された一部分は、イオンビームチャンバ２０２から更に離れて配置された隣接部分の構造よりも大きい深さを有する構造を有することになる。複数の傾斜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、傾斜角度βを調整してイオンビーム角度θを修正すること、及び複数の傾斜エッチングシステムを使用することを回避するために、傾斜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を回転させて構造の傾斜角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を含んでよい。

【0023】

[0029] 使用中、知られているシステムにおけるように、イオンビームチャンバ２０２と基板２１０又は基板プラテンとの間にバイアス供給源を使用して電圧差が印加されたときに、イオンビーム２１６が引き出されてよい。バイアス供給源は、イオンビームチャンバ２０２に結合されてよい。その場合、例えば、イオンビームチャンバ２０２と基板２１０とが同じ電位に保持される、

【0024】

[0030] イオンビーム２１６内のイオンの軌道は、互いに対して相互に平行であってよく、又は互いに１０度以内といった、狭い角度の広がり範囲内にあってよい。他の実施形態では、イオンビーム２１６内のイオンの軌道が、例えば扇形に、互いに収束又は互いから発散してよい。様々な実施形態では、知られているシステムにおけるように、イオンビーム２１６が、連続ビームとして又はパルスイオンビームとして抽出されたリボン反応性イオンビームとして提供されてよい。

【0025】

[0031] 様々な実施形態では、反応性ガスなどのガスが、供給源によってイオンビームチャンバ２０２に供給されてよい。イオンビームチャンバ２０２に提供される種の正確な組成に応じて、プラズマが、様々なエッチング種又は堆積種を生成してよい。イオンビーム２１６は、不活性ガスや反応性ガスを含む任意の好都合な混合ガスで構成されてよく、幾つかの実施形態では、他のガス種と共に提供されてよい。幾つかの実施形態では、イオンビーム２１６及び他の反応種が、格子材料２１２などの層の指向性反応性イオンエッチング（RIE）を実行するように、エッチングレシピとして基板２１０に提供されてよい。そのようなエッチングレシピは、当該技術分野で知られているような、酸化物又は他の材料といった材料をエッチングするための知られた反応性イオンエッチング化学物質を使用してよい。他の実施形態では、イオンビーム２１６が不活性種から形成されてよい。その場合、イオンビーム２１６は、基板２１０がイオンビーム２１６に対して走査されるときに、物理的スパッタリングによって、基板２１０又はより具体的には格子材料２１２をエッチングするために提供される。

【0026】

[0032] 図３Ａは、本開示の実施形態による、格子材料３１２から形成された光学格子構成要素３００の側面断面図を描いている。図３Ｂは、光学格子構成要素３００の正面図を描いている。図示されているように、光学格子構成要素３００は、基板３１０、及び基板３１０上に配置された光学格子材料３１２を含む。光学格子構成要素３００は、図１の入力格子１０２、中間格子１０４、及び／又は出力格子１０６と同一又は類似であってよい。幾つかの実施形態では、基板３１０が、知られているガラスといった光学的に透明な材料である。幾つかの実施形態では、基板３１０がシリコンである。後者の場合に、基板３１０はシリコンであり、ガラス又は石英といった別の光学基板の表面上の膜に格子パターンを転写するためには、別のプロセスが使用される。複数の実施形態は、この文脈に限定されない。図３Ａ及び図３Ｂの非限定的な一実施形態では、光学格子構成要素３００が、基板３１０と格子材料３１２との間に配置されたエッチング停止層３１１を更に含む。他の実施形態では、基板３１０と格子材料３１２との間にエッチング停止層が存在しない。

【0027】

[0033] 幾つかの実施形態では、光学格子構成要素３００が、トレンチ３２５Ａ～３２５Ｎによって分離された、傾斜した構成要素又は構造３２２として図示されている、複数の傾斜した構造を含んでよい。構造３２２は、基板３１０の平面（例えばｙ‐ｚ平面）及び格子材料３１２の上面３１３に対する垂直線に対してゼロでない傾斜の角度（Φ）で配置されてよい。傾斜した構造３２２は、スラント型回折格子の１以上のフィールド内に含まれてよく、スラント型回折格子が共に「マイクロレンズ」を形成する。

【0028】

[0034] 図３Ａの一実施例では、傾斜した構造３２２及びトレンチ３２５Ａ～３２５Ｎが、y軸に平行な方向に沿って可変の高さを規定する。例えば、光学格子構成要素３００の第１の部分３３１における第１のトレンチ３２５Ａの深さ‘d1’は、光学格子構成要素３００の第２の部分３３３における第２のトレンチ３２５Ｂの深さ‘d2’と異なってよい。幾つかの実施形態では、傾斜した構造３２２及び／又はトレンチ３２５の幅も、例えばy方向に沿って変化してよい。

【0029】

[0035] 傾斜した構造３２２は、処理レシピを使用して、イオンビームに対して基板３１０を走査することによって実現されてよい。つまり、処理レシピによって、プロセスパラメータの集合のうちの少なくとも１つのプロセスパラメータが変更され、例えば、基板３１０の走査中にイオンビームによって生ぜしめられるエッチング速度又は堆積速度などの変更という効果が与えられてよい。このようなプロセスパラメータは、基板３１０の走査速度、イオンビームのイオンエネルギー、パルスイオンビームとして供給されるときのイオンビームのデューティーサイクル、イオンビームの広がり角、及び基板３１０の回転位置を含んでよい。エッチングプロファイルは、マスク全体にわたってイオンビーム品質を変化させることによって、更に変更されてよい。品質は、強度／エッチング速度、例えば、異なる角度に対してデューティーサイクル又はビーム形状で変化する電流を含んでよい。本明細書の少なくとも幾つかの実施形態では、処理レシピが、格子材料３１２のうちの材料（複数可）、及びイオンビームのエッチングイオンの化学的性質を更に含んでよい。更に他の実施形態では、処理レシピが、寸法及びアスペクト比を含む、格子材料３１２の開始ジオメトリを含んでもよい。複数の実施形態は、この文脈に限定されない。

【0030】

[0036] 次に、図４～図９に戻ると、本開示の実施形態による光学格子デバイス４００を形成するためのプロセスが説明されることになる。図４で示されているように、マスク層４０４が、基板４１０の上に設けられる。マスク層４０４は、第１の処理領域４２２の上の第１の開口部４２０、及び第２の処理領域４２６の上の第２の開口部４２４を含むように、パターニングされるか又は他の方法で処理されてよい。第１及び第２の処理領域４２２、４２６は、光学格子又は他の半導体トレンチ／構造が形成されることになる基板４１０の領域に対応してよいことが理解されよう。図示されているように、第１の処理領域４２２は、マスク層４０４のマスク要素４２８によって第２の処理領域から分離されてよい。第１の開口部４２０は、（例えば、y方向に沿って）第１の幅‘W1’を有してよく、第２の開口部４２４は、第２の幅‘W2’を有してよく、W2＞W1である。図示されていないが、マスク層４０４は、第３の処理領域を画定する第３の開口部を更に含んでよい。

【0031】

[0037] 次に、図５Ａで示されているように、第１及び第２の処理領域４２２、４２６において基板４１０を凹ませる目的で、デバイス４００がエッチング（４３０）されてよい。エッチング（４３０）は、基板４１０の上面４３２から延在する垂直線４３１に対して平行な角度で実行／供給されるイオンエッチングであってよい。他の実施形態では、エッチング（４３０）が、垂直線４３１に対してゼロでない角度で実行されてもよい。更に、エッチング４３０は、１以上のエッチングサイクルを表してよいことを理解されたい。

【0032】

[0038] 幾つかの実施形態では、図５Ｂで示されているように、第２の処理領域４２６が、エッチング（４３０）の１以上のエッチングサイクルによって影響を受けることを防止するために、遮断要素４３４が、第２の開口部４２４の上に形成されてよい。例えば、遮断要素４３４が、第２の処理領域４２６の上に存在する間に、第１の処理領域４２２が、１以上のエッチングサイクルにわたってエッチングされてよい。次いで、遮断要素４３４が除去されてよく、第１及び第２の処理領域４２２、４２６の両方が、同時にエッチングされてよい。非限定的であるが、遮断要素４３４は、エッチングによって除去されるグレートーン（GT）レジスト膜であってもよく、したがって、エッチング（４３０）は、第１の処理領域４２２の後で、第２の処理領域４２６に影響を与えることが可能になる。遮断要素４３４は、薄膜として堆積されリソグラフィによってパターニングされるCrハードマスクなどのハードマスクであってよい。

【0033】

[0039] 図５Ｃ～図５Ｄで示されているように、別の一実施形態では、遮断要素（複数可）が、基板４１０の上方に配置された金属又は他の材料などの近接又はシャドウマスク４３５であってもよい。シャドウマスク４３５は、エッチング（４３０）のイオンビームが基板４１０に向かって通過することを可能にする、そこを通って形成された複数の開口部を含んでよい。シャドウマスク４３５は、例えばx方向に沿って、ある間隙又は距離だけ基板から分離されてよい。別の言い方をすれば、シャドウマスク４３５は、典型的には、デバイス基板４１０の上に直接形成されない。しかし、代替的な一実施形態では、シャドウマスク４３５が、デバイス４００と直接物理的に接触していてもよいが、シャドウ効果を生成するために、シャドウマスク４３５を通る複数の開口部のうちの少なくとも１つを画定する１以上の縁部が、基板４１０の上方に離隔され又は持ち上げられる。

【0034】

[0040] 図５Ｃの実施形態では、エッチング（４３０）が、基板４１０の上面４３２から延在する垂直線４３１に対して平行な角度で実行／供給されるイオンエッチングであってよい。図５Ｄの一実施形態では、エッチング（４３０）が、垂直線４３１に対してゼロでない角度θで実行されてよい。

【0035】

[0041] シャドウマスク４３５の開口部の各々は、後縁とは反対側（例えば、図５Ｄの傾斜したエッチング（４３０）のイオンの進行方向に対する）の前縁によって画定されてもよい。開口部の各々は、第２の側縁の反対側の第１の側縁（例えば、z方向に沿った開口部の縁部）によって更に画定されてよい。開口部は、実質的に任意の数、形状、又は構成を採り得ることが理解されよう。更に、シャドウマスク４３５の１以上の開口部は、特有の又は他の開口部とは異なる形状／構成を採り得ることが理解されよう。複数の実施形態は、この文脈に限定されない。

【0036】

[0042] 幾つかの非限定的な実施形態では、シャドウマスク４３５が、開口部の前縁、後縁、及び／又は側縁に沿って複数の隆起表面特徴を更に含んでもよい。隆起表面特徴は、シャドウマスク４３５の上面によって画定される平面の上方に延在してもよい。幾つかの実施形態では、シャドウマスク４３５が、更に又は代替的に、シャドウマスクの底面によって画定される平面の下方に延在する表面特徴を含んでもよい。表面特徴は、エッチング（４３０）のイオンビーム（複数可）を部分的に遮断してよく、したがって、それぞれの開口部を通過し、基板４１０に衝突するイオンビームの量、角度、及び／又は深さに影響を及ぼし得ることが理解されよう。

【0037】

[0043] 図６で示されているように、基板４１０は、エッチング（４３０）の結果として、第１及び第２の処理領域４２２、４２６において、基板４１０の上面４３２に対して凹んでいる。幾つかの実施形態では、基板４１０が、第１の処理領域４２２において第１の深さ‘D1’まで、及び第２の処理領域４２６において第２の深さ‘D2’まで凹んでおり、D1＞D2である。他の実施形態では、基板４１０が、第１及び第２の処理領域４２２、４２６の両方において、同じ又は実質的に同じ深さまで凹んでいる。図示されているように、第１及び第２の処理領域４２２、４２６における基板４１０の上面は、傾斜又は湾曲していてよい。

【0038】

[0044] 図７で示されているように、次いで、格子材料４１２が、デバイス４００の上、例えば、基板４１０の上に形成されてよい。格子材料４１２は、第１及び第２の処理領域４２２、４２６内に延在する。次いで、ハードマスク４１３が、格子材料４１２の上に形成されてよい。幾つかの実施形態では、マスク層４０４（図６）が、格子材料４１２の堆積前に除去されてよい。幾つかの実施形態では、エッチング停止層（図示せず）が、マスク層４０４が除去された後であるが、格子材料４１２が堆積される前に、デバイス４００の上に形成されてもよい。格子材料４１２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）（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）を含有する材料のうちの１以上から作製される光学格子材料であってよい。ハードマスク４１３は、例えば、クロム（Cr）又は銀（Ag）などの反射材料を含む非透明ハードマスクであってもよい。別の実施形態では、ハードマスク４１３が、透明ハードマスクである。

【0039】

[0045] 次いで、図８で示されているように、ハードマスク４１３がパターニングされてよい。幾つかの実施形態では、第１の組の開口部４４４が、概して第１の処理領域４２２の上に形成されてよく、一方、第２の組の開口部４４６が、概して第２の処理領域４２６の上に形成されてよい。図示されているように、第１の複数のハードマスクセグメント４４８が、第１の組の開口部４４４によって互いから分離されている。第１の複数のハードマスクセグメント４４８の各々は、セグメント幅‘SG1’を有してよい。同様に、第２の複数のハードマスクセグメント４５０が、第２の組の開口部４４６によって互いから分離され、第２の複数のハードマスクセグメント４５０は、セグメント幅‘SG2’を有する。図示されているように、SG2＞SG1である。他の実施形態では、SG1とSG2とが、等しくてよく又は略等しくてよい。更に、第１の組の開口部４４４の各々は、開口幅‘OW1’を有してよく、第２の組の開口部４４６の各々は、開口幅‘OW2’を有してよい。様々な実施形態では、OW1とOW2とが、同じであっても又は異なっていてもよい。

【0040】

[0046] 次に、図９で示されているように、複数の構造４６０及び複数のトレンチ４６２を形成するために、デバイス４００がエッチング（４５５）されてよい。より具体的には、第１の組の傾斜した構造４６０Ａ及び第２の組の傾斜した構造４６０Ｂを形成するために、格子材料４１２が、基板４１０の上面４３２から延在する垂直線４３１に対してゼロでない角度βでエッチングされてよい。第１の複数のトレンチ４６２Ａを形成するために、エッチング（４５５）のイオンが、第１の組の開口部４４４を通過してよく、第２の複数のトレンチ４６２Ｂを形成するために、エッチング（４５５）のイオンが、第２の組の開口部４４６を通過してよい。例示的な実施形態では、第１及び第２の複数のトレンチ４６２Ａ～４６２Ｂの各々が、基板４１０と格子材料４１２との交差部分において、実質的に平坦な底部を有する。

【0041】

[0047] 図示されているように、第１の複数のトレンチ４６２Ａのうちの２つ以上のトレンチ間で、深さが変化してもよい。同様に、第２の複数のトレンチ４６２Ｂのうちの２つ以上のトレンチ間で、深さが変化してもよい。幾つかの実施形態では、第１の組の構造４６０Ａの平均幅‘AW1’が、第２の組の構造４６０Ｂの平均幅‘AW2’と異なってよい。他の実施形態では、AW1がAW2に等しい。更に、第１の組の構造４６０Ａの角度は、第２の組の構造４６０Ｂの角度と同じであってもよいし又は異なっていてもよい。第１及び第２の組の構造４６０Ａ～４６０Ｂが完成すると、デバイス４００は、複数の回折光学素子を含む。限定するものではないが、第１の組の構造４６０Ａは、入力格子に対応してよく、一方で、第２の組の構造４６０Ｂは、中間格子又は出力格子に対応してよい。

【0042】

[0048] 図１０に戻ると、本開示の実施形態による方法１０００が、説明されることとなる。図示されているように、ブロック１０１０では、方法１０００が、基板の上にマスク層を設けることを含んでよい。マスク層は、第１の処理領域の上の第１の開口部、及び第２の処理領域の上の第２の開口部を含む。幾つかの実施形態では、マスク層が、第３の処理領域の上の第３の開口部を更に含む。

【0043】

[0049] ブロック１０２０では、方法１０００が、第１及び第２の処理領域を凹ませるために、基板をエッチングすることを含んでよい。エッチングは、基板の上面から延在する垂直線に対して平行な角度で実行／供給されるイオンエッチングであってよい。他の実施形態では、エッチングが、垂直線に対してゼロでない角度で実行されてもよい。

【0044】

[0050] 幾つかの実施形態では、第２の処理領域がエッチングによって影響を受けることを防止するために、遮断要素が第２の開口部の上に形成されてもよい。一実施形態では、遮断要素が第２の処理領域の上に存在している間に、第１の処理領域が、１以上のエッチングサイクルにわたってエッチングされてよい。次いで、遮断要素が除去されてよく、第１及び第２の処理領域の両方が、同時にエッチングされてよい。幾つかの実施形態では、第１及び第２の処理領域が、異なる深さまで凹まされる。

【0045】

[0051] ブロック１０３０では、方法１０００が、凹んだ第１及び第２の処理領域の上を含む、基板の上に格子材料を形成することを更に含んでよい。幾つかの実施形態では、格子材料が、マスク層が除去された後で基板の上に形成される光学格子材料である。

【0046】

[0052] ブロック１０４０では、方法１０００が、基板の上面から延在する垂直線に対してゼロでない角度に方向付けられた複数の構造を形成するために、第１及び第２の処理領域内の格子材料をエッチングすることを更に含んでよい。幾つかの実施形態では、第１の複数のトレンチ及び第２の複数のトレンチを形成するために、格子材料がエッチングされる。幾つかの実施形態では、該方法が、第１の複数のトレンチのうちの２つ以上のトレンチの間でエッチング深さを変化させること、及び第２の複数のトレンチのうちの２つ以上のトレンチの間でエッチング深さを変化させることを含む。幾つかの実施形態では、複数の構造が、第１の組の構造及び第２の組の構造を含み、第１の組の構造は、第１の平均構造幅を有し、第２の組の構造は、第２の平均構造幅を有し、第１の平均構造幅は、第２の平均構造幅と異なる。

【0047】

[0053] 便宜上及び明確性のために、「上部（top）」、「底部（bottom）」、「上方（upper）」、「下方（lower）」、「垂直方向（vertical）」、「水平方向（horizontal）」、「横方向（lateral）」、及び「縦方向（longitudinal）」といった用語は、本明細書では、図に見られるように、様々な構成要素及びそれらを構成する部分の相対的な配置及び配向を説明するために使用される。専門用語には、具体的に言及された単語、その派生語、及び同様の重要度の単語が含まれる。

【0048】

[0054] 本明細書で使用される場合、「１つの／ある」（「ａ」又は「ａｎ」）という語から始まる、単数形で記載された要素又は動作は、複数の要素又は動作を除外することが明示的に記載されていなければ、複数の要素又は動作を含むと理解されたい。更に、本開示の「一実施形態（one embodiment）」への言及は、限定を意図するものではない。追加の実施形態は、記載された特徴を組み込むこともできる。

【0049】

[0055] 更に、「実質的（substantial）」又は「実質的に（substantially）」という語、それに加えて「おおよその（approximate）」又は「約／おおよそ（approximately）」という語は、一部の実施形態では互換的に使用されてよく、当業者によって許容される任意の相対的尺度を使用して説明され得る。例えば、これらの用語は、基準パラメータとの比較として役立ち、意図された機能を提供し得る許容差を示す。非限定的ではあるが、基準パラメータからの許容差は、例えば、１％未満、３％未満、５％未満、１０％未満、１５％未満、２０％未満などであり得る。

【0050】

[0056] 更に、層、領域、又は基板といった１つの要素が、他の要素上の「上に（on、over、又はatop）」形成され、堆積され、又は配置されると言及された場合に、当業者は、１つの要素が他の要素の上に直接的に存在することができ、又は介在要素も存在し得ることが分かるであろう。対照的に、１つの要素が他の要素の「直上（directly on、directly over、又はdirectly atop）」にあると言及される場合には、介在要素は存在しない。

【0051】

[0057] 種々の実施形態では、格子材料の層及び本明細書で説明される回折光学素子をパターニングするために使用されるデータセットを作成するために、設計ツールを提供し、構成することができる。例えば、データセットが、リソグラフィ工程中に使用するフォトマスクを生成して、本明細書に記載された構造のための層をパターニングするために生成され得る。そのような設計ツールは、１以上のモジュールの集合を含むことができ、ハードウェア、ソフトウェア、又これらの組合せで構成することも可能である。したがって、例えば、ツールは、１以上のソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール、ソフトウェア/ハードウェアモジュール、又は、これらの任意の組み合わせ若しくは置換の集合であり得る。他の例として、ツールは、ソフトウェアを実行する計算装置若しくは他の機器であってよく、又は、ハードウェアで実装されていてよい。

【0052】

[0058] 本明細書では、モジュールは、任意の形態のハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せを利用して実装され得る。例えば、モジュールを構成するために、１以上のプロセッサ、コントローラ、ASIC、PLA、論理部品、ソフトウェアルーチン、又は他の仕組みが実装されることもある。実装において、本明細書で説明される様々なモジュールが、個別のモジュールとして実装されてよく、又は、説明される機能及び特徴が、１以上のモジュールの間で部分的に又は全体的に共有され得る。言い換えれば、本明細書の記載を読んだ後に当業者には明らかであるように、本明細書で説明される様々な特徴及び機能は、任意の所与のアプリケーションで実装され得る。更に、様々な特徴及び機能が、様々な組み合わせ及び配列において、１以上の別々の又は共用のモジュールに実装され得る。機能の様々な特徴又は要素が、別々のモジュールとして個別に記載され又は特許請求され得るが、当業者は、これらの特徴及び機能が、１以上の共有のソフトウェア及びハードウェア要素の間で共用され得ることが分かるであろう。

【0053】

[0059] 本明細書に記載する実施形態を利用することにより、エッチング深さが可変の領域を有する導波管が形成される。本実施形態の導波路の第1の技術的利点は、より時間がかかり且つ困難なプロセスを排除することによって、改善された製造効率を含む。更に、本実施形態の傾斜した格子構造の第２の技術的利点は、二次元又は三次元の形状を提供して、更に広い用途範囲において導波路を利用することを可能とすることを含む。

【0054】

[0060] 本開示は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲が限定されるべきではない。上述したもの以外の本開示の様々な実施形態及び本開示の変形例は、本明細書に説明したものと同様に、上述の説明及び添付図面から、当業者には明らかである。このため、そのような上記以外の実施形態及び変形例は、本開示の範囲に含まれるものである。更に、本開示は、本明細書において、特定の目的のための特定の環境における特定の実装の文脈で説明されてきた。当業者は、有用性がこれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実現され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求項の範囲は、本明細書に記載した本開示の完全な範囲及び思想の観点から、解釈されるべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】