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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】2024-09-26
(45)【発行日】2024-10-04
(54)【発明の名称】レーザアブレーションによる可変深度構造の形成
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20240927BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20240927BHJP
B23K 26/36 20140101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
G02B27/02 Z
B23K26/36
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2022554611
(86)(22)【出願日】2021-02-05
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-20
(86)【国際出願番号】 US2021016710
(87)【国際公開番号】W WO2021183236
(87)【国際公開日】2021-09-16
【審査請求日】2022-11-08
(31)【優先権主張番号】16/818,457
(32)【優先日】2020-03-13
(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】クルンチ， ピーター
(72)【発明者】
【氏名】オルソン， ジョセフ
(72)【発明者】
【氏名】エヴァンズ， モーガン
(72)【発明者】
【氏名】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー
【審査官】小西 隆
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３２４２０２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１４３８４８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／１８
５／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
デバイス構造を形成する方法であって、基板上にデバイス材料層を形成することと、
レーザアブレーションを使用して、前記デバイス材料層内に可変深度構造を形成することと、
前記デバイス材料層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することであって、前記フォトレジストスタックは光学平坦化層とフォトレジスト層を備え、前記フォトレジスト層は前記光学平坦化層に直接接している、前記デバイス材料層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することと、
前記フォトレジストスタックをエッチングすることと、
前記ハードマスクをエッチングすることと、
前記ハードマスクをエッチングした後に前記デバイス材料層をエッチングすることによって前記デバイス材料層内に複数のデバイス構造を形成することと、
を含む、デバイス構造を形成する方法。
【請求項2】
前記可変深度構造は、第１の末端から第２の末端へと深さが変化する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記可変深度構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと線形的に変化する、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記可変深度構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと非線形的に変化する、請求項２に記載の方法。
【請求項5】
前記可変深度構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと変化し、周期的な深さのパターンを形成する、請求項２に記載の方法。
【請求項6】
デバイス構造を形成する方法であって、基板上にデバイス材料層を形成することと、
前記デバイス材料層上に犠牲層を形成することと、
レーザアブレーションを使用して、前記犠牲層内に可変深度構造を形成することと、
前記犠牲層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することであって、前記フォトレジストスタックは光学平坦化層とフォトレジスト層を備え、前記フォトレジスト層は前記光学平坦化層に直接接している、前記犠牲層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することと、
前記フォトレジストスタックをエッチングすることと、
前記ハードマスクをエッチングすることと、
前記ハードマスクをエッチングした後に前記デバイス材料層をエッチングすることによって前記デバイス材料層内に複数のデバイス構造を形成することと、
を含む、デバイス構造を形成する方法。
【請求項7】
前記可変深度構造は、第１の末端から第２の末端へと深さが変化する、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記可変深度構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと線形的に変化する、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記可変深度構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと非線形的に変化する、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記可変深度構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと変化し、周期的な深さのパターンを形成する、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、及び複合現実のための光学素子に関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、光学素子の、深さが変更されたデバイス構造を形成することを提供する。
【背景技術】
【0002】
仮想現実は、一般に、ユーザがあたかもそこに物理的に存在している、コンピュータが生成したシミュレートされた環境であると考えられる。仮想現実体験は、３Ｄで生成して、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）で、例えば、実際の環境に取って代わる仮想現実の環境を表示するための、レンズとしてのニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイデバイスで、見ることが可能である。
【0003】
しかしながら拡張現実では、ユーザが、眼鏡若しくは他のＨＭＤデバイス、又はハンドヘルドデバイスのディスプレイレンズを通じて、周囲環境を未だ見ることが可能であるが、さらに加えて、ディスプレイに生成され環境の一部として出現する仮想オブジェクトの画像も見ることが可能な体験が可能となる。拡張現実は、音の入力及び触覚入力といった任意の種類の入力、並びにユーザが経験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス及び映像を含みうる。新たな技術として、拡張現実には多くの課題及び設計上の制約が存在する。
【0004】
そのような課題の１つは、周囲環境に重ねられた仮想画像を表示することである。光学素子は、画像を重ねるのを支援するために利用される。生成された光は、当該光が導波路から出て周囲環境に重ねられるまで、導波路を通って伝搬する。光学素子は不均一な特性を有する傾向にあるため、光学素子の作製は困難となりうる。これに対応して、当技術分野では、光学素子を作製する方法の改良が必要とされている。
【発明の概要】
【0005】
本開示は、概して、表示装置又は他の用途において利用するためのデバイス構造を形成する方法に関する。より具体的には、本開示は、レーザアブレーションを使用して作製されたデバイス構造内での使用のための可変深度構造に関する。本明細書の方法は、ナノインプリントリソグラフィのためのマスタとして使用されるデバイス構造も形成することができる。
【0006】
一実施形態において、デバイス構造を形成する方法が提供される。本方法は、レーザアブレーションを使用して、デバイス材料層内に可変深度構造を形成することを含む。本方法は、デバイス材料層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することも含む。本方法は、フォトレジストスタックをエッチングすることをさらに含む。本方法はまた、デバイス材料層内に複数のデバイス構造を形成することも含む。
【0007】
他の実施形態において、デバイス構造を形成する方法が提供される。本方法は、基板上にデバイス材料層を形成することと、レーザアブレーションを使用して、デバイス材料層内に可変深度構造を形成することと、を含む。本方法は、デバイス材料層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することも含む。本方法は、フォトレジストスタックをエッチングすることと、デバイス材料層内に複数のデバイス構造を形成することと、をさらに含む。
【0008】
さらに別の実施形態において、デバイス構造を形成する方法が提供される。本方法は、基板上にデバイス材料層を形成することと、デバイス材料層上に犠牲層を形成することと、を含む。本方法は、レーザアブレーションを使用して、犠牲層内に可変深度構造を形成することをさらに含む。本方法は、デバイス材料層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することも含む。本方法は、フォトレジストスタックをエッチングすることと、デバイス材料層内に複数のデバイス構造を形成することと、をさらに含む。
【0009】
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態の一部が添付図面に示される。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているのにすぎず、従って、その範囲を限定するものと見做すべきではなく、他の同等に有効な実施形態を許容しうることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】一実施形態に係る光学素子の正面図である。
【図2】一実施形態に係る、デバイス構造を形成する方法のフロー図である。
【図3A】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3B】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3C】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3D】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3E】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3F】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3G】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図3H】一実施形態に係る、可変深度構造の一部分の概略的な断面図である。
【図4A-C】可変深度構造の形状の例の拡大断面図である。
【図5A】可変深度構造の三次元形状の例の斜視図である。
【図5B】可変深度構造の三次元形状の例の斜視図である。
【図5C】可変深度構造の三次元形状の例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
理解が容易になるよう、可能な場合には、各図に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号を使用した。１の実施形態の構成要素及び特徴が、更なる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうることが想定されている。
【0012】
本明細書に記載の実施形態は、深さが可変的な傾斜したデバイス構造を有するデバイス構造を形成する方法に関する。このことを実現するために、方法は、レーザアブレーションを使用して、デバイス材料層内に可変深度構造を形成することを含む。複数のチャネルが、可変深度構造において形成され、当該可変深度構造において傾斜したデバイス構造が画定される。可変深度構造が、レーザアブレーションを使用して形成され、傾斜したデバイス構造が、選択的なエッチングプロセスを使用して形成される。本明細書に記載の方法は、ナノインプリントリソグラフィのためのマスタとして機能するデバイス構造を作製するためにも使用されうる。
【0013】
図１は、光学素子１００の正面図である。以下に記載する光学素子１００は例示的な光学素子であると理解されたい。一実施形態において、光学素子１００は、拡張現実感導波路コンバイナといった導波路コンバイナである。他の実施形態において、光学素子１００は、メタサーフェスといった平坦な光学素子である。光学素子１００は、複数のデバイス構造１０４を含む。デバイス構造１０４は、サブミクロン寸法、例えば、１μｍ未満の臨界寸法といったナノサイズの寸法を有するナノ構造とすることができる。一実施形態において、デバイス構造１０４の領域が、格子領域１０２ａ及び１０２ｂといった１つ以上の格子１０２に対応している。一実施形態において、光学素子１００は、第１の格子領域１０２ａ及び第２の格子領域１０２ｂを含み、第１の格子領域１０２ａ及び第２の格子領域１０２ｂのそれぞれが、複数のデバイス構造１０４をそれぞれ含んでいる。
【0014】
格子１０２の深さは、本明細書に記載の実施形態では、格子領域１０２ａ及び１０２ｂを通じて変化しうる。幾つかの実施形態において、格子１０２の深さは、第１の格子領域１０２ａにわたって、及び第２の格子領域１０２ｂにわたって滑らかに変化しうる。例示的な一実施形態において、深さが、格子領域のうちの１つにわたって約１０ｎｍから約４００ｎｍまでの範囲でありうる。格子領域１０２ａは、例示的な実施形態において、所定の側面において約２０ｍｍから約５０ｍｍまでの範囲でありうる。従って、一例として、格子１０２の深さの変化の角度が、０．０００５度のオーダでありうる。
【0015】
本明細書に記載の実施形態では、デバイス構造１０４が、レーザアブレーションを使用して作製されうる。本明細書では、レーザアブレーションは、デバイス材料において三次元の微細構造を作製するために、又は任意選択的に、可変深度構造処理の一部として、デバイス材料を覆う犠牲層内に可変深度構造を作製するために使用される。レーザアブレーションを使用してデバイス構造１０４を作製することで、既存の方法より少ない処理工程、及び既存の方法より高い可変深度分解能が可能となる。
【0016】
図２は、可変深度構造を有する、図３Ａ～図３Ｈに示される光学素子３００の一部分を形成する方法２００のフロー図であり、光学素子３００の上記一部分が、格子領域１０２ａ又は１０２ｂと対応している。工程２０１では、図３Ａに示すように、デバイス材料層３０６が基板３０２の表面の上に形成される。基板３０２が、所望の波長又は波長範囲内の光を適切に透過させることができ、かつ光学素子３００の上記一部分のための適切な支持体として機能することができるという前提で、基板３０２は、任意の適切な材料から形成されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態において、基板３０２の材料は、１つ以上のケイ素（Ｓｉ）含有材料、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）含有材料、又はサファイア含有材料を含むが、これらに限定されない。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態において、基板３０２の材料は、屈折率が約１．７と約２．０との間の材料を含むが、これに限定されない。
【0017】
デバイス材料層３０６は、物理的気相堆積（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス、プラズマ強化（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ）プロセス、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ：ｆｌｏｗａｂｌｅ ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス、又はスピンオンプロセスのうちの１つ以上によって、基板３０２の表面の上に配置されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、デバイス材料層３０６のデバイス材料が、光学デバイス３００の上記一部分の複数のデバイス構造１０４のそれぞれの変更された深さ及び傾斜角と、基板３０２の屈折率と、に基づいて選択される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態において、デバイス材料層３０６は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）含有材料、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）含有材料、二酸化チタン（ＴｉＯ２）含有材料、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）含有材料、酸化バナジウムＶＯｘ（ＩＶ）含有材料、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）含有材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）含有材料、酸化亜鉛（ＺｎＯ）含有材料、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）含有材料、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）含有材料、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）含有材料、又は炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）含有材料のうちの１つ以上を含むが、これらに限定されない。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態において、デバイス材料層３０６のデバイス材料は、約１．５と約２．６５との間の屈折率を有しうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態において、デバイス材料層３０６のデバイス材料は、約３．５と約４．０との間の屈折率を有しうる。
【0018】
本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態において、エッチング停止層３０４が、任意選択的に、基板３０２とデバイス材料層３０６との間の基板３０２の表面上に配置されうる。エッチング停止層３０４は、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、又はスピンオンプロセスのうちの１つ以上によって配置されうる。エッチング停止層３０４が本明細書に記載のエッチングプロセスに対して耐性があるという前提で、エッチング停止層３０４は、任意の適切な材料から形成することができ、例えば、とりわけ、窒化チタン（ＴｉＮ）又は窒化タンタル（ＴａＮ）から形成することができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、エッチング停止層３０４は、デバイス構造１０４が形成された後に除去される非透過性エッチング停止層である。他の実施形態において、エッチング停止層３０４は、透過性エッチング停止層である。
【0019】
工程２０２において、図３Ｂに示すように、犠牲層３０８が、デバイス材料層３０６の上に形成される。一実施形態において、犠牲層３０８は、ＳｉＮ層、ＳｉＯｘ層又はフォトレジスト層である。一実施形態において、犠牲層３０８を形成することが、デバイス材料層３０６の上にレジスト材料を配置することと、リソグラフィプロセスを利用してレジスト材料を現像することと、を含む。レジスト材料は、感光性ポリマー含有材料を含みうるが、これに限定されない。レジスト材料を現像することは、フォトリソグラフィ、デジタルリソグラフィ及び／又はレーザアブレーションといった、リソグラフィプロセスを実施することを含みうる。本実施形態では、左側が深さＤ、右側が深さＤ’の長さＬにわたって、犠牲層３０８に対してレーザアブレーションが実施され、犠牲層３０８の範囲内に可変深度構造３０１の形状が作られる。上述のように、レーザアブレーションを使用して、犠牲層３０８において任意の所望の一次元、二次元、又は三次元形状を作ることができる。レーザアブレーションでは、除去すべき領域にわたって走査するレーザ光線の可変的なパルス繰り返しが使用される。グレートーンレジストプロセスといった他の可変深度プロセスに対するレーザアブレーションの１つの利点は、レーザアブレーションが、限られた保存可能期間を有しうるグレートーンレジストを使用する化学的プロセスとは対照的な物理的プロセスだということである。レーザアブレーションはまた、マスクを必要とせずに、より高速のスループット及び可変深度構造へのより迅速な変化をもたらす。レーザアブレーションはまた、典型的なエッチングプロセスに対して、空間的な忠実度又は解像度の向上をもたらす。
【0020】
本実施形態では、工程２０３において、次いで、犠牲層３０８の可変深度構造３０１に対して転写エッチングプロセスが実施され、デバイス材料層３０６の範囲内に可変深度構造３０１が形成される。工程２０３の結果が、図３Ｃに示されている。本実施形態では、転写エッチングプロセスによって犠牲層３０８を除去し、下にあるデバイス材料層３０６をエッチングして、デバイス材料層３０６の範囲内に可変深度構造３０１を生成する。
【0021】
本実施形態における可変深度構造３０１は、第１の末端と第２の末端との間の長さＬを有する。可変深度構造３０１の第１の末端が深さＦを有し、第２の末端が深さＦ’を有する。即ち、可変深度構造３０１の深さは、第１の末端において最小であり、第２の末端において最大である。ＦからＦ’にかけての深さはおおまかに、約０ｎｍから約７００ｎｍの範囲内にある。本実施形態では、長さＬは、深さＦ及びＦ’と比べてかなり大きい。例えば、長さＬは約２５ｍｍとすることができ、第１の末端における深さＦは約０ｎｍ～約５０ｎｍであり、第２の末端における深さＦ’は約２５０ｎｍ～約７００ｎｍである。これに対応して、可変深度構造３０１は、実質的に浅い傾斜を有する。本実施例では、傾斜の角度は１度未満であり、例えば０．１度未満、例えば、約０．０００５度である。可変深度構造３０１の傾斜は、ここでは明確にするために、誇張された角度で示されている。
【0022】
デバイス設計プロセスが上述の犠牲層３０８の堆積を必要としない、他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、レーザアブレーションは、デバイス材料層３０６に対して直接的に実施され、可変深度構造３０１が形成されうる。レーザアブレーションが、左側が深さＦ、右側が深さＦ’の長さＬにわたって、可変深度構造３０１の形状を生成するために実施される。一実施形態において、長さＬにわたる可変深度構造３０１の形状は、深度レベルが変化する楔の形状をしている。可変深度構造３０１の形状によって、図３Ｈに示されるような、基板３０２にわたるデバイス構造１０４の深さＤの変更が決定される。
【0023】
工程２０４において、ハードマスク３１２が、デバイス材料層３０６及び可変深度構造３０１の上に配置される。工程２０４の結果が、図３Ｄに示されている。ハードマスク３１２は、液体材料注入成形プロセス、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、乾燥粉末コーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレード（ｄｏｃｔｏｒ ｂｌａｄｉｎｇ）プロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、蒸着プロセス、又はスパッタリングプロセスのうちの１つ以上によって、デバイス材料層３０６の上に配置されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、ハードマスク３１２は非透過性であり、光学デバイス３００の一部分が形成された後で除去される。他の実施形態において、ハードディスク３１２は透過性である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態において、ハードマスク３１２は、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、又は炭素（Ｃ）を含む材料を含むが、これらに限定されない。ハードマスク３１２は、ハードマスク３１２の厚さが実質的に均一になるように堆積することができる。さらに別の実施形態において、ハードマスク３１２は、デバイス材料層３０６上の様々な点で厚さが約３０ｎｍから約５０ｎｍまで変化するように、堆積されうる。ハードマスク３１２は、当該ハードマスク３１２の傾斜が可変深度構造３０１の傾斜と似ているように、堆積されている。
【0024】
工程２０５において、有機平坦化層３１４がハードマスク３１２の上に配置される。工程２０５の結果が、図３Ｅに示されている。有機平坦化層３１４は、感光性材料を含む感光性有機ポリマーを含むことができ、感光性材料は、電磁（ＥＭ）放射に曝露されると化学的に変化し、従って、現像溶媒で除去されるよう構成されている。有機平坦化層３１４は、任意の有機ポリマーと、有機ポリマーの分子構造に結合しうる分子構造を有する光活性化合物と、を含みうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、有機平坦化層３１４が、スピンオンコーティングプロセスを使用して配置されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態において、有機平坦化層３１４は、ポリアクリレート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のうちの１つ以上を含みうるが、これらに限定されない。
【0025】
図３Ｅに示されるように、実質的に平面的な上面が形成されるように、有機平面化層３１４は厚さが変化する。傾斜したコンフォーマルな（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）ハードマスク３１２と、有機平面化層３１４の実質的に平面的な上面と、の間の空間が、完全に充填され、楔形状の傾斜した構造３０１にわたって厚さが変化するように、有機平面化層３１４は厚さが変化する。
【0026】
図３Ｅ～図３Ｈを参照すると、工程２０６において、パターニングされたフォトレジスト３１６が、有機平坦化層３１４の上に配置される。パターニングされたフォトレジスト３１６は、有機平坦化層３１４上にフォトレジスト材料を配置しフォトレジスト材料を現像することによって、形成される。パターニングされたフォトレジスト３１６が、図３Ｅに示すハードマスクパターン３１５を定め、このハードマスクパターン３１５は、図３Ｇに示された、デバイス材料層３０６の露出区分３２１に対応している。ハードマスク３１５は、傾斜したデバイス構造１０４を形成するためのパターンガイドとして機能する。図３Ｇに示される、エッチングされるデバイス材料層３０６の露出区分３２１は、図３Ｈに示されるデバイス構造１０４間の間隙３２４に対応している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、フォトレジスト材料が、スピンオンコーティングプロセスを使用して、有機平坦化層３１４上に配置されうる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態において、パターニングされたフォトレジスト３１６は、感光性ポリマー含有材料を含みうるが、これに限定されない。フォトレジスト材料を現像することは、フォトリソグラフィ及び／又はデジタルリソグラフィといったリソグラフィプロセスを実施することを含みうる。
【0027】
工程２０７において、レジストハードマスクパターン３１５によって露出した、有機平坦化層３１４の有機平坦化層の部分３１７が除去される。有機平坦化層の部分３１７を除去すると、ハードマスクパターン３１５のネガのハードマスク部分３１９が露出し、このネガのハードマスク部分３１９は、デバイス構造１０４間の間隙３２４に対応している。有機平坦化層の部分３１７は、ＩＢＥ、ＲＩＥ、方向性ＲＩＥ、プラズマエッチング、ウェットエッチング、及び／又はリソグラフィによって除去されうる。工程２０７の結果が図３Ｆに示されている。
【0028】
工程２０８において、ハードマスクパターン３１５のネガのハードマスク部分３１９がエッチングされる。工程２０８の結果が図３Ｆに示されている。ネガのハードマスク部分３１９をエッチングすると、デバイス材料層３０６の露出区分３２１が露出し、この露出区分３２１は、ハードマスクパターン３１５に対応している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、ネガのハードマスク部分３１９をエッチングすることは、ＩＢＥ、ＲＩＥ、指向性ＲＩＥ、又はプラズマエッチングのうちの少なくとも１つを含みうるが、これらに限定されない。
【0029】
工程２０９において、パターニングされたフォトレジスト３１６及び有機平坦化層３１４が除去される。工程２０８の結果が、図３Ｇに示されている。有機平坦化層３１４及びパターニングされたフォトレジスト層３１６を剥離すると、ネガのハードマスク部分３１９のセットが得られる。
【0030】
工程２１０において、エッチングプロセスが実施される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、角度を付けたエッチングが実施される。角度を付けたエッチングプロセスは、ＩＢＥ、ＲＩＥ、又は方向性ＲＩＥのうちの少なくとも１つを含みうるが、これらに限定されない。ＩＢＥによって生成されるイオンビームは、リボンビーム、スポットビーム、又はフル基板サイズのビームのうちの少なくとも１つを含みうるが、これらに限定されない。角度を付けたエッチングプロセスを実施すると、デバイス材料層３０６の露出区分３２１がエッチングされ、複数のデバイス構造１０４が形成される。図３Ｈに示されるように、角度を付けたエッチングプロセスによって、複数のデバイス構造１０４が形成され、これにより、デバイス構造１０４は、基板３０２の表面に対して傾斜角θを有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、各デバイス構造１０４の傾斜角θが実質的に同じである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる他の実施形態において、複数のデバイス構造１０４のうちの少なくとも１つのデバイス構造の傾斜角θが異なっている。
【0031】
デバイス構造のパターン３１０は、デバイス構造１０４の深さＤが設けられており、基板３０２にわたって勾配が変更されている。例えば、図３Ｈに示されるように、デバイス構造１０４の深さＤが、基板３０２にわたってＸ方向に減少する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、デバイス構造１０４の深さＤの勾配が連続的である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態において、デバイス構造１０４の深さＤの勾配が段階状である。上述したように、デバイス構造１０４の深さＤを変更することで、光学素子１００の格子１０２による光の入射及び出射の制御がもたらされる。
【0032】
工程２１１において、ハードマスク３１２を剥離するために、任意選択の工程が実施されうる。幾つかの実施形態において、ウェット洗浄が行われうる。
【0033】
本明細書に記載のレーザアブレーションプロセスによって、有利に、可変深度構造が、１つ以上の方向に傾斜及び／又は湾曲を有することが可能となる。図４Ａ～図４Ｃは、可変深度構造のために使用可能な形状の他の例を示している。図４Ａは、光学素子４００の一部分のデバイス材料層４０６における可変深度構造４２０を示している。可変深度構造４２０は、２つの平面的な傾斜部を有し、この２つの平面的な傾斜部は、それぞれの周辺領域４２０ａ、４２０ｂから中央領域４２０ｃに向かって延びている。図４Ｂは、光学素子４３０の一部分のデバイス材料層４３６における可変深度構造４５０を示している。可変深度構造４５０は、湾曲した構造をしており、周辺領域４５０ａ、４５０ｂでは深さＤが浅く、中央領域４５０ｃにおいて深さが増大する。一例において、可変深度構造４５０は放物線状の形状をしている。深さＤは、周辺領域４５０ａ、４５０ｂから中央領域４５０ｃへと非線形的に増大する。図４Ｃは、光学素子４６０の一部分のデバイス材料層４６６における可変深度構造４８０を示している。可変深度構造４８０は、第１の末端４８０ａから第２の末端４８０ｂへと深さＤが変動しており、このことにより、可変深度構造４８０の周期的な深さＤのパターンが形成される。深さＤが線形的に、のこぎり歯状に変動する可変深度構造４８０が示されている。しかしながら、深さＤは非線形的に変化することができ、これにより、可変深度構造は深さＤが波状に変動しうることが考えられる。可変深度構造、例えば楔形状の可変深度構造４２０、４５０、４８０の深さＤは、可変深度構造の長さＬにわたって、第１の末端（即ち、４２０ａ、４５０ａ、４８０ａ）から第２の末端（即ち、４２０ｂ、４５０ｂ、４８０ｂ）へと線形的又は非線形的に変化しうる。グレースケールリソグラフィ、レーザアブレーション、及び、本明細書に記載の技術を利用して、形状が変化する可変深度構造が、従来技術で必要とされる複数回の工程の代わりに、単一パスでパターニングされうる。
【0034】
他の例において、可変深度構造が三次元形状を有する。即ち、深さが、図５Ａ～図５Ｃの例で示すように、複数の方向に（即ち、第１の方向Ｘ、及び、第２の方向Ｙ）で変化する。図５Ａは、鞍点形状に湾曲している（即ち、双曲放物面形状をしている）可変深度構造５２０を示している。図５Ｂは、正の曲率を有する楕円放物面の形状をした可変深度構造５５０を示している。図５Ｃは、負の曲率を有する楕円放物面の形状をした可変深度構造５８０を示している。可変深度構造の三次元形状は、図５Ａ～図５Ｃの例には限定されない。他の所望の形状、例えば、とりわけ、正の曲率又は負の曲率を有する平方領域における放物面、楕円面、及び、線形状に傾斜した形状もここでは考えられ、利用されうる。これらのケースでは、可変深度構造の深さが、Ｘ方向とＹ方向の両方において変化する。従って、傾斜したデバイス構造の上面は、可変深度構造の曲率の形状によって定義されるように湾曲する。
【0035】
まとめると、深さが可変的な、傾斜したデバイス構造を有するデバイス構造を形成する方法が、本明細書に記載される。本方法は、レーザアブレーションを使用して、デバイス材料層において、深さが変更された可変深度構造を形成することを含む。複数のデバイス構造が、可変深度構造において形成され、当該可変深度構造において傾斜したデバイス構造が画定される。可変深度構造がレーザアブレーションを使用して形成され、傾斜したデバイス構造が、エッチングプロセスを用いて形成される。本明細書に記載の方法は、ナノインプリントリソグラフィのためのマスタとして機能するデバイス構造を作製するためにも使用されうる。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図3H】
【図4A-C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】