特許 7584618 ナノ構造光学装置の空隙のカプセル化

(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】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】ナノ構造光学装置の空隙のカプセル化

(51)【国際特許分類】

   G02B 1/00 20060101AFI20241108BHJP

   G02B 1/11 20150101ALI20241108BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241108BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

G02B1/00

G02B1/11

G02B5/00 Z

G02B5/18

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023500301

(86)(22)【出願日】2021-06-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-03

(86)【国際出願番号】 US2021038460

(87)【国際公開番号】W WO2022010644

(87)【国際公開日】2022-01-13

【審査請求日】2023-03-03

(31)【優先権主張番号】63/050,100

(32)【優先日】2020-07-09

(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】ドシェイ， セイジ トコ ギャレット

(72)【発明者】

【氏名】大野 賢一

(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】テオ， ラッセル チン イー

(72)【発明者】

【氏名】クオ， チンルイ

【審査官】森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５１７９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５６５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３３３６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２５６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２２４５７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５１６１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２１－５３０８６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １／００ － １／１８

Ｇ０２Ｂ ３／００ － ３／１４

Ｇ０２Ｂ ５／００

Ｇ０２Ｂ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板内または基板上に配置された複数の光学装置構造体であって、前記複数の光学装置構造体の各構造体が、
各構造体の断面の幅または直径に対応する２ミクロン未満の限界寸法、および
１．７～４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料
を含む、複数の光学装置構造体と、
前記複数の光学装置構造体の各光学装置構造体を取り囲む支持体層であって、前記支持体層が、
１．０～１．５の支持体層屈折率を有する支持体材料、および
前記支持体層を通って配置された複数の開口部
を含み、前記複数の開口部の各開口部の周りに２つ以上の光学装置構造体が設けられ、前記複数の開口部が１．０の屈折率を有する、支持体層と
を備える、光学装置。

【請求項2】

前記複数の光学装置構造体が構造体高さを有し、前記支持体層が支持体層高さを有し、前記支持体層高さが前記構造体高さより大きい、請求項１に記載の光学装置。

【請求項3】

前記複数の光学装置構造体が構造体高さを有し、前記支持体層が支持体層高さを有し、前記支持体層高さが前記構造体高さに等しい、請求項１に記載の光学装置。

【請求項4】

前記光学装置構造体が、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、および二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、バナジウム（ＩＶ）酸化物、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）、スズ酸（酸化スズ）カドミウム（ＣＴＯ）、スズ酸（酸化スズ）亜鉛（ＳｎＺｎＯ_３）、シリコン、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の光学装置。

【請求項5】

支持体層を基板上および複数の光学装置構造体間に配置することであって、前記支持体層が、前記複数の光学装置構造体上に配置された第１のハードマスク層と平面である、支持体層を配置することと、
第２のハードマスク層を、前記支持体層および前記第１のハードマスク層の上に配置することと、
レジスト層を前記第１のハードマスク層の上に配置することと、
前記レジスト層内にパターンを露出することであって、前記パターンが、前記第２のハードマスク層の露出部分を露出し、前記パターンが、前記支持体層内に形成される開口部に対応する、パターンを露出することと、
前記第２のハードマスク層の前記露出部分をエッチングすることと、
前記支持体層の露出部分をエッチングして、前記支持体層を通る前記開口部を形成することと、
前記第１のハードマスク層および前記第２のハードマスク層を除去することと
を含む、方法。

【請求項6】

前記レジスト層が、有機平坦化層、反射防止コーティング層、およびフォトレジスト層を含む３層スタックである、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記支持体層を前記基板上および前記複数の光学装置構造体間に前記配置することが、前記第１のハードマスク層と平面になるように前記支持体層をエッチングすることをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項8】

前記開口部をエッチングして、前記開口部の幅または直径を拡大することをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項9】

前記開口部が、１．０の屈折率を有する空気を含み、前記複数の光学装置構造体が、１．７～４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含み、前記支持体層が、１．０～１．６の支持体層屈折率を有する支持体材料を含む、請求項５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、一般に、光学装置に関連している。より詳細には、本明細書に記載された実施形態は、カプセル化された光学装置、および制御可能な空隙のあるカプセル化を使用して光学装置を形成する方法に関連している。

【背景技術】

【0002】

ナノ構造光学装置は、光の設計波長の半分より小さい面内寸法を有する構造体の配置を含む。例えば、構造体は、サブミクロンの寸法（例えば、ナノサイズの寸法）を有することがある。拡張現実導波管などの導波管コンバイナを含んでいる光学装置、またはメタサーフェスなどの平坦な光学装置は、そのような構造体の単一の層または複数の層から成ることがある。そのような構造体を備えている光学装置は、機械的保護のためにカプセル化を必要とする。カプセル化材料は、光学的構造体の多層配置の連続する層間のスペーサとして機能することもできる。さらに、カプセル化材料の光学的特性は、光学装置の性能に影響を与える。例えば、光学装置の性能を改善するために、構造体の材料の屈折率と構造体間の材料の屈折率の間の高いコントラストが望ましい。約１．０の屈折率を有する空気は、光学装置の光学的特性を改善するために構造体間に存在するのが望ましい材料である。したがって、当技術分野において、カプセル化された光学装置、および制御可能な空隙のあるカプセル化を使用して光学装置を形成する方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0003】

１つの実施形態では、光学装置が提供される。光学装置は、基板内または基板上に配置された複数の光学装置構造体を含む。光学装置構造体は、光学装置構造体の断面の幅または直径に対応する２ミクロン未満の限界寸法、および約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料をそれぞれ含む。複数の光学装置構造体は、複数の光学装置構造体の各構造体を取り囲む支持体層も含む。支持体層は、約１．０～１．６の支持体層屈折率を有する支持体材料を含む。支持体層を通って複数の開口部が配置される。複数の開口部の各開口部は、複数の構造体のうちの２つ以上の構造体に隣接する。複数の開口部は、約１．０の屈折率を有する。

【0004】

別の実施形態では、方法が提供される。この方法は、支持体層を、基板上および複数の光学装置構造体間に配置することを含む。支持体層は、複数の光学装置構造体上に配置された第１のハードマスク層と平面である。この方法は、支持体層および第１のハードマスク層の上に第２のハードマスク層を配置することと、第２のハードマスク層の上にレジスト層を配置することとをさらに含む。この方法は、レジスト層内にパターンを露出することをさらに含む。このパターンは、第２のハードマスク層の一部を露出し、このパターンは、支持体層内に形成される開口部に対応する。この方法は、第２のハードマスク層の露出部分をエッチングすることをさらに含む。この方法は、支持体層の露出部分をエッチングして、支持体層を通る開口部を形成することをさらに含む。この方法は、第１のハードマスク層および第２のハードマスク層を除去することをさらに含む。

【0005】

別の実施形態では、方法が提供される。この方法は、犠牲材料を、基板上および複数の光学装置構造体のうちの光学装置構造体間に配置することを含む。複数の光学装置構造体は、光学装置構造体の断面の幅または直径に対応する２ミクロン未満の限界寸法を含む。複数の光学装置構造体は、約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含む。この方法は、カプセル化層を、複数の光学装置構造体および犠牲材料の上に配置することをさらに含む。カプセル化層は、約１．０～約１．６のカプセル化屈折率を有するカプセル化材料を含む。この方法は、エッチングプロセスを使用して犠牲材料を除去することをさらに含む。エッチングプロセスは、カプセル化層より速い速度で犠牲材料をエッチングする化学エッチングを含み、カプセル化層、基板、および複数の光学装置構造体の光学装置構造体の各々が、それらの間に空間を画定する。この空間は、約１．０の屈折率を有する。

【0006】

別の実施形態では、光学装置が提供される。光学装置は、基板内または基板上に配置された複数の光学装置構造体を含む。複数の光学装置構造体は、光学装置構造体の断面の幅または直径に対応する２ミクロン未満の限界寸法を含む。複数の光学装置構造体は、約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含む。光学装置は、約１．０～約１．６のカプセル化屈折率を含んでいるカプセル化層をさらに含む。カプセル化層は、第１の材料の第１の部分を含む。第１の部分は、複数の光学装置構造体の上面を取り囲む。第１の材料の第１の部分は、第１の部分間に定められた間隙を含む。カプセル化層は、少なくとも間隙内に配置された第２の材料の第２の部分をさらに含み、カプセル化層、基板、および複数の光学装置構造体の光学装置構造体の各々が、それらの間に空間を画定する。この空間は、約１．０の屈折率を有する。

【0007】

さらに別の実施形態では、方法が提供される。この方法は、カプセル化層の第１の部分を配置することを含む。カプセル化層の第１の部分は、複数の光学装置構造体の上面を取り囲む。複数の光学装置構造体は、基板内または基板上に配置され、複数の光学装置構造体は、光学装置構造体の断面の幅または直径に対応する２ミクロン未満の限界寸法を含む。複数の光学装置構造体は、約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含む。カプセル化層の第１の部分は、約１．０～約１．６の第１の屈折率を有する第１の材料を含む。カプセル化層の第１の部分は、カプセル化層の第１の部分間に定められた間隙を含む。この方法は、カプセル化層の第２の部分を、カプセル化層の第１の部分間の少なくとも間隙に配置することをさらに含む。第２の部分は、約１．０～約１．６の第２の屈折率を有する第２の材料を含む。第１の部分および第２の部分、基板、ならびに複数の光学装置構造体は、それらの間に空間を画定し、この空間は約１．０の屈折率を有する。

【0008】

本開示の前述の特徴における方法が詳細に理解され得るように、実施形態を参照することによって、上で簡単に要約された本開示のより詳細な説明を得ることができ、その一部が添付の図面に示されている。しかし、添付の図面が単に例示的な実施形態を示しており、したがって実施形態の範囲の制限と見なされるべきではなく、他の同じように効果的な実施形態を認めることができるということに注意するべきである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置の概略上面図である。

【図1B】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置の概略断面図である。

【図2】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法のフロー図である。

【図3A】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3B】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3C】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3D】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3E】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3F】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3G】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3H】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3I】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図3J】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略透視図である。

【図4】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法のフロー図である。

【図5A】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図5B】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図5C】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図5D】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図5E】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図6】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法のフロー図である。

【図7A】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図7B】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【図7C】本明細書に記載された実施形態に従う、光学装置を形成する方法の動作中の基板の概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

理解を容易にするために、各図に共通する同一の要素を指定するために、できる限り同一の参照番号が使用された。１つの実施形態の要素および特徴が、さらなる列挙なしで他の実施形態に有利に組み込まれ得るということが企図される。

【0011】

本開示の実施形態は、一般に、光学装置に関連している。より詳細には、本明細書に記載された実施形態は、光学装置、および光学装置を形成する方法に関連している。

【0012】

１つの実施形態は、基板内または基板上に配置された複数の光学装置構造体を含む。光学装置構造体は、光学装置構造体の断面の幅または直径に対応する２ミクロン未満の限界寸法をそれぞれ含む。複数の光学装置構造体は、約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含む。複数の光学装置構造体は、複数の光学装置構造体の各構造体を取り囲む支持体層も含む。支持体層は、約１．０～１．６の支持体層屈折率を有する支持体材料を含む。支持体層を通って複数の開口部が配置される。複数の開口部の各開口部は、複数の構造体のうちの２つ以上の構造体に隣接する。複数の開口部は、約１．０の屈折率を有する。光学装置構造体、支持体層、および開口部の間に、屈折率コントラストが作られる。

【0013】

別の実施形態では、犠牲材料が光学装置構造体間に配置され、次に、カプセル化層が光学装置構造体および犠牲材料の上に配置される。犠牲材料が除去され、カプセル化層、基板、および光学装置構造体の各々によって画定された空間を形成する。したがって、構造体材料の屈折率、カプセル化材料の屈折率、および１．０の屈折率を有する空気を含んでいる空間の屈折率の間に、コントラストが存在する。

【0014】

さらに別の実施形態では、カプセル化層の第１の部分およびカプセル化層の第２の部分が、光学装置構造体の上に配置され、カプセル化層、基板、および光学装置構造体の各々によって画定された空間を形成する。したがって、空間、光学装置構造体、カプセル化層、および基板の間には、屈折率コントラストが存在する。

【0015】

図１Ａは、光学装置１００の概略上面図であり、図１Ｂは、光学装置１００の概略断面図である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、光学装置１００は、メタサーフェスなどの平坦な光学装置である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、光学装置１００は、拡張現実導波管コンバイナなどの導波管コンバイナである。本明細書に記載された実施形態は、基板１０４の表面１０３内または表面１０３上に配置された複数の光学装置構造体１０２を含んでいる光学装置１００を提供する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、複数の光学装置構造体１０２は、サブミクロンの寸法（例えば、ナノサイズの寸法）を有するナノ構造体である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、複数の光学装置構造体１０２は、サブ波長構造体である。

【0016】

光学装置構造体１０２は、限界寸法１０６（例えば、光学装置構造体１０２の幅または直径のうちの１つ）を有する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、限界寸法１０６は２マイクロメートル（μｍ）未満である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、限界寸法１０６は約１００ナノメートル（ｎｍ）～約１０００ｎｍである。複数の光学装置構造体は、約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含む。

【0017】

図１Ａおよび１Ｂは、円形の断面を有しているように光学装置構造体１０２を示しているが、光学装置構造体１０２の断面は、長方形、三角形、楕円形、規則的な多角形、不規則な多角形、および／または不規則な形状の断面を含むが、これらに限定されない、他の形状を有してよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、光学装置１００の光学装置構造体１０２の断面は、異なる形状の断面を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、光学装置１００の光学装置構造体１０２の断面は、実質的に同じ形状を有する断面を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、光学装置構造体１０２の限界寸法１０６のうちの少なくとも１つは、光学装置構造体１０２の他の限界寸法１０６と異なってよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、光学装置構造体１０２の限界寸法１０６は同じである。

【0018】

基板１０４は、約１００μｍ～約８０００μｍの１つまたは複数の波長などの、望ましい波長または波長範囲の適切な量の光を送信するために選択されてもよい。一部の実施形態では、基板１０４は、基板１０４が光スペクトルの赤外領域から紫外領域までの約５０％以上～約１００％を送信するように構成されるが、これに限定されない。基板１０４は、基板１０４が光を望ましい波長または波長範囲で十分に送信することができ、本明細書に記載された光学装置１００の適切な支持体として機能することができるという条件で、任意の適切な材料から形成されてよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、基板１０４の材料は、複数の光学装置構造体１０２の構造体材料の屈折率と比較して相対的に低い屈折率を有してよい。基板の選択は、アモルファス誘電体、非アモルファス誘電体、結晶性誘電体、酸化ケイ素、炭化ケイ素、ポリマー、またはこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、任意の適切な材料の基板を含んでよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、基板１０４は透明な材料を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、基板１０４は、０．００１より小さい吸収係数で透明である。適切な例は、酸化物、硫化物、リン化物、テルル化物、またはこれらの組み合わせを含んでよい。１つの例では、基板１０４は、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、石英ガラス、石英、サファイア、または高屈折率ガラスなどの高指数の透明な材料を含む。

【0019】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、光学装置構造体１０２の構造体材料は、誘電材料などの非導電材料を含む。誘電材料は、アモルファス材料、多結晶材料、または結晶性材料を含んでよい。誘電材料の例は、Ｓｉ、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸窒化ケイ素、または二酸化ケイ素などのシリコン含有材料を含むが、これらに限定されない。シリコンは、結晶シリコン、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）であってよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、光学装置構造体１０２の構造体材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ_２）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ_２ＳｎＯ_４）、スズ酸（酸化スズ）カドミウム（ＣＴＯ）、スズ酸亜鉛（ＳｎＺｎＯ_３）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯ_ｘ）、または酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）を含有する材料を含むが、これらに限定されない。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得るさらに別の実施形態では、光学装置構造体１０２の材料は、ナノインプリントレジスト材料を含む。ナノインプリントレジスト材料の例は、スピンオンガラス（ＳＯＧ：ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、およびハイブリッド（有機および無機）ナノインプリント材料のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されず、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、ＴｉＯ_２、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含有する材料、これらの組み合わせ、または他の適切な材料のうちの少なくとも１つを含んでよい。

【0020】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、光学装置構造体１０２は、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング、電子ビーム（ｅ－ｂｅａｍ）エッチング、ウエットエッチング、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）、またはこれらの組み合わせのうちの１つによって形成されてよい。

【0021】

複数の光学装置構造体１０２は、支持体層１１０に囲まれている。支持体層１１０は、複数の光学装置構造体１０２の機械的支持を提供する。複数の光学装置構造体１０２の機械的支持は、光学装置構造体１０２の追加の層の積み重ねを可能にしてよい。支持体層１１０は、約１．０～約１．５の屈折率を有する支持体材料を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、支持体材料は、ＳｉＯ_２材料、低誘電率材料、ＳｉＯＣ材料、ＳｉＣＯＮＨ材料、ホウ素・リン・ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）材料、リン・ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）材料、またはＳｉ_３Ｎ_４材料を含むが、これらに限定されない。支持体層１１０は、隣接する光学装置構造体１０２間の間隙１１４内に配置される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、２つ以上の間隙１１４が互いに異なる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、間隙１１４は、複数の光学装置構造体１０２間で等しいか、または実質的に等しい。支持体層１１０は、支持体層１１０を通って配置された複数の開口部１１２を含む。複数の開口部１１２の各開口部は、開口部１１２の幅または直径に対応する限界寸法１０８を有する。限界寸法１０８は、約０．１ｎｍ～約４０００ｎｍであってよい。記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、開口部１１２の限界寸法１０８のうちの少なくとも１つは、他の開口部１１２の限界寸法と異なってよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、開口部１１２の限界寸法１０８は同じである。光学装置構造体１０２を取り囲む支持体層１１０は、厚さ１２６を有する。厚さ１２６は、約０．１ｎｍ～約１０００ｎｍであってよい。

【0022】

支持体層１１０は、支持体層高さ１１８を有する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、複数の光学装置構造体１０２は、支持体層高さ１１８と平面である構造体高さ１１６を有する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、構造体高さ１１６は支持体層高さ１１８に等しくない。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、支持体層１１０は、複数の光学装置構造体１０２の上面１２４の上に配置されてよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、図１Ｂに示されているように、支持体層１１０は、複数の光学装置構造体１０２の上面１２４と接触していない。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得るさらに別の実施形態では、支持体層１１０は、複数の光学装置構造体１０２の上面１２４の上に配置され、複数の開口部１１２の上に配置されてよい。

【0023】

複数の光学装置構造体１０２および基板１０４を含んでいる周囲の構造体の構造体材料の屈折率、支持体層１１０の支持体材料の屈折率、ならびに複数の開口部１１２の空気の屈折率の間には、大きいコントラストが存在するのが望ましい。したがって、構造体材料と複数の開口部１１２の間に屈折率のコントラストが存在するように、複数の開口部１１２を形成し、複数の開口部１１２が約１．０の屈折率を有する空気を含んでいるのが望ましい。本明細書に記載された光学装置１００を形成する材料の屈折率のコントラストを増やすことによって、厚さが減らされた材料の使用を可能にし、光学装置１００の厚さを減らす。

【0024】

図２は、図３Ａ～３Ｊに示されているような光学装置１００を形成するための方法２００のフロー図である。図３Ａ～３Ｊは、方法２００の間の基板１０４の部分３０１の概略透視図である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、部分３０１は、光学装置１００の基板１０４の一部または全面に対応してよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、部分３０１は、光学装置１００の単位セルに対応してよい。

【0025】

動作２０１で、図３Ａ～３Ｃに示されているように、支持体層１１０が、基板の表面１０３の上、および複数の光学装置構造体１０２の間に配置される。基板１０４の表面１０３の上に、複数の光学装置構造体１０２が配置される。動作２０１の前に、複数の光学装置構造体１０２の各々の上に第１のハードマスク層３０２が配置される。支持体層１１０は、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、原子層堆積（ＡＬＤ：ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、マルチビームエピタキシー（ＭＢＥ：ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍ－ｅｐｉｔａｘｙ）、イオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ：ｉｏｎ－ｂｅａｍ－ａｓｓｉｓｔｅｄ－ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、エピタキシー、スピンオンガラス（ＳｏＧ）またはスピンオンコート（ＳｏＣ：ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｃｏａｔ）プロセス、あるいは任意の他の適切なプロセスのうちの１つまたは複数によって成膜されてよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、動作２０１で、図３Ｂに示されているように、支持体層１１０が、光学装置構造体１０２に対して共形になる。図３Ｃに示されているように、支持体層１１０は、支持体層１１０が第１のハードマスク層３０２に対して平面になるように、平坦化されてよい。支持体層１１０は、エッチングまたは化学機械研磨（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）プロセスによって平坦化されてよい。

【0026】

動作２０２で、図３Ｄに示されているように、第２のハードマスク層３０４が、支持体層１１０および第１のハードマスク層３０２の上に配置される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、第１のハードマスク層３０２および第２のハードマスク層３０４は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）材料、ＳｉＯ材料、低誘電率材料、ＳｉＯＣ材料、ＳｉＣＯＮＨ材料、ＴａＯ材料、誘電体材料、ＴｉＮなどの金属合金材料、これらの組み合わせ、または他の適切な材料を含むが、これらに限定されないハードマスク材料を含む。

【0027】

動作２０３で、図３Ｅに示されているように、レジスト層３０６が第２のハードマスク層３０４の上に配置される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、レジスト層３０６は、有機平坦化層、反射防止コーティング層、およびフォトレジスト層を含む３層スタックである。有機平坦化層は、第２のハードマスク層３０４の上に配置され、反射防止コーティング層は、有機平坦化層の上に配置され、フォトレジスト層は、反射防止コーティング層の上に配置される。

【0028】

動作２０４で、図３Ｆに示されているように、パターン３０８がレジスト層３０６内に露出される。パターン３０８は、第２のハードマスク層３０４の露出部分３０５を露出する。露出部分３０５は、レジスト層３０６内に形成されたパターン３０８を介してアクセスされてよい。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、パターン３０８は、リソグラフィプロセスを利用して露出される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、レジスト層３０６は、ＮＩＬプロセスにおいてインプリントされる。パターン３０８は、光学装置構造体１０２のうちの２つ以上に隣接する支持体層１１０内に形成される複数の開口部１１２のパターンに対応する。

【0029】

動作２０５で、第２のハードマスク層３０４の露出部分３０５がエッチングされる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、レジスト層３０６は、動作２０５の間に、露出部分３０５がエッチングされるときに除去されてよい。図３Ｇに示されているように、第２のハードマスク層３０４の露出部分３０５が除去されるときに、支持体層１１０の露出部分３１０が形成される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、第２のハードマスク層３０４の露出部分３０５は、アッシングプロセス、等方性ウエットベンチクリーンストリッププロセス、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ｒｅａｃｔｉｖｅ－ｉｏｎ－ｅｃｈ）プロセス、または異方性ストリッププロセスによって除去される。支持体層１１０の露出部分３１０は、支持体層１１０の光学装置パターンの複数の開口部１１２に対応する。

【0030】

動作２０６で、図３Ｈに示されているように、支持体層１１０の露出部分３１０がエッチングされる。支持体層１１０は、複数の開口部３１２のうちの開口部３１２を形成するために、ウエットエッチングプロセスを受ける。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、レジスト層３０６は、動作２０５の間に、露出部分３１０がエッチングされるときに除去されてよい。動作２０７で、図３Ｉに示されているように、第２のハードマスク層３０４および第１のハードマスク層３０２が除去される。

【0031】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、図３Ｊに示されているように、複数の開口部１１２のうちの開口部３１２が拡大されてよい。開口部３１２の拡大は、限界寸法１０８を増やす。開口部３１２は、ウエットエッチングプロセスまたはＳＲＰプロセスのうちの少なくとも１つによって拡大される。開口部３１２は、開口部３１２と複数の光学装置構造体１０２の構造体材料の間の屈折率コントラストを改善するために拡大される。内部に空気が配置された開口部３１２は、約１．０の屈折率を有し、構造体材料は、約１．７～約４．０の屈折率を有する。したがって、構造体材料の屈折率、支持体層１１０の支持体材料、および開口部の間にコントラストが存在する。１つの実施形態では、支持体材料の屈折率に対する構造体材料の屈折率のコントラストは、約１．２～約３．８である。

【0032】

図４は、光学装置５００を形成する方法４００のフロー図である。図５Ａ～５Ｅは、方法４００の間の基板１０４の部分５０１の概略断面図である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、部分５０１は、複数の光学装置構造体１０２が形成される光学装置５００の基板１０４の一部または全面に対応してよい。

【0033】

動作４０１で、図５Ａに示されているように、犠牲材料５０２が、基板１０４の表面１０３の上、および複数の光学装置構造体１０２のうちの光学装置構造体１０２の間に配置される。犠牲材料５０２は、動作４０１の間に、間隙１１４内に配置される。間隙１１４は、光学装置構造体１０２の各々の間に配置される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、２つ以上の間隙１１４が互いに異なる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、２つ以上の間隙１１４は、複数の光学装置構造体１０２間で等しいか、または実質的に等しい。

【0034】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、犠牲材料５０２は、ＣＶＤ、ホットワイヤＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ：ｈｏｔ－ｗｉｒｅ ＣＶＤ）、ＰＥＣＶＤ、誘導結合ＣＤＣ（ＩＣＰＣＶＤ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ＣＶＤ）、ＦＣＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＥ、ＰＶＤ、ＳｏＧ、ＳｏＣ、またはイオンビーム支援堆積（ＩＢＡＤ）によって成膜され得る。複数の光学装置構造体１０２は、約１．７～約４．０の光学装置屈折率を有する構造体材料を含む。複数の光学装置構造体１０２は、光学装置構造体１０２の断面の幅または直径に対応する限界寸法１０６を有する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、限界寸法１０６は、２μｍ未満であり、光学装置構造体１０２の断面に応じて、光学装置構造体１０２の幅または直径に対応する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、限界寸法１０６は約１００ナノメートル（ｎｍ）～約１０００ｎｍである。

【0035】

動作４０２で、図５Ｂに示されているように、複数の光学装置構造体１０２および犠牲材料５０２の上にカプセル化層５０４が配置される。カプセル化層５０４は、約１．０～約１．６のカプセル化屈折率を有するカプセル化材料を含む。カプセル化層５０４は、組み立てを支援するため、および光学装置構造体１０２を環境暴露から保護するための、機械的に堅牢な層である。さらに、カプセル化層５０４は、光学装置５００の光学的性能を改善するか、または光学装置５００の他の特徴を改善し得る。図５Ｃに示されているように、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、複数の開口部５０６は、カプセル化層５０４を通って間隙１１４まで形成される。複数の開口部５０６は、犠牲材料５０２の除去のための開口部を提供する。

【0036】

動作４０３で、図５Ｄに示されているように、犠牲材料５０２が、カプセル化層５０４が除去される速度より速い速度で間隙１１４から選択的に除去される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、犠牲材料は、ウエットエッチングされるか、等方的にウエットストリップされるか、ＲＩＥを適用されるか、または異方的にストリップされる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態では、犠牲材料は、熱アニーリングによって除去される。

【0037】

図５Ｄおよび５Ｅに示されているように、カプセル化層５０４、基板１０４、および複数の光学装置構造体１０２のうちの光学装置構造体１０２の各々が、空間５０８を画定する。内部に配置された空気を含んでいる空間５０８は、約１．０の屈折率を有する。したがって、構造体材料の屈折率、カプセル化材料の屈折率、および１．０の屈折率を有する空気の屈折率の間に、コントラストが存在する。図５Ｅに示されているように、複数の開口部５０６を利用して犠牲材料５０２をエッチング液に露出する実施形態では、複数の開口部５０６は、犠牲材料５０２が除去された後に、材料で満たされる。

【0038】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、カプセル化層５０４によって光学装置構造体１０２がカプセル化された後に、光学装置構造体１０２の第２の層が、カプセル化層５０４の上に形成されてよい。例えば、追加の光学装置構造体の製造後に、方法４００が繰り返されて多層光学装置５００を形成し得るように、追加の光学装置構造体がカプセル化層５０４の上に形成されてよい。

【0039】

図６は、光学装置７００を形成するための方法６００のフロー図である。図７Ａ～７Ｃは、方法６００の間の基板１０４の部分７０１の概略断面図である。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、部分７０１は、複数の光学装置構造体１０２が形成される光学装置７００の基板１０４の一部または全面に対応してよい。

【0040】

動作６０１で、図７Ａに示されているように、カプセル化層７０４の第１の部分７０２が、複数の光学装置構造体１０２の上面７１０の上に配置される。カプセル化層７０４の第１の部分７０２が、複数の光学装置構造体１０２の上面７１０を取り囲んでいる。カプセル化層７０４の第１の部分７０２は、約１．０～約１．６の第１の屈折率を有するカプセル化材料を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、第１の部分７０２は、高密度プラズマを使用して成膜される。カプセル化層７０４の第１の部分７０２は、複数の光学装置構造体１０２の上面７１０に対して共形である。

【0041】

第１の部分７０２は、ＳｉＮ材料、低誘電率材料、ＳｉＯＣ材料、ＳｉＣＯＮＨ材料、ＳｉＯ材料、ＰＳＧ材料、ＢＰＳＧ材料、ＴａＯ材料、ＴｉＮ材料、これらの組み合わせ、または他の適切な材料を含んでよいが、これらに限定されない。第１の部分７０２は、ＣＶＤ、ＦＣＶＤ、ＡＬＤ、ＭＢＥ、ＰＶＤ、ＳｏＧ、ＳｏＣ、エピタキシー、またはＩＢＡＤによって配置されてよい。複数の光学装置構造体１０２は、基板１０４の表面１０３上に配置される。複数の光学装置構造体１０２は、約１．７～約４．０の屈折率を有する構造体材料を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、限界寸法１０６は、２μｍ未満であり、光学装置構造体１０２の断面に応じて、光学装置構造体１０２の幅または直径に対応する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、限界寸法１０６は約１００ｎｍ～約１０００ｎｍである。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、間隙１１４が、光学装置構造体１０２の各々の間に配置される。間隙７１２が、カプセル化層７０４の隣接する第１の部分７０２の間にも配置される。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る一部の実施形態では、２つ以上の間隙１１４、７１２が互いに異なる。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る他の実施形態では、２つ以上の間隙１１４、７１２は、複数の光学装置構造体１０２間で等しいか、または実質的に等しい。

【0042】

動作６０２で、図７Ｂに示されているように、カプセル化層７０４の第２の部分７０６が、カプセル化層７０４の第１の部分７０２の少なくとも間隙１１４内に配置される。カプセル化層７０４の第２の部分７０６は、約１．０～約１．６の第２の屈折率を有するカプセル化材料を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、第２の部分７０６は、原子層堆積プロセスを使用して成膜される。第１の部分７０２および第２の部分７０６を含んでいるカプセル化層７０４、基板１０４、ならびに複数の光学装置構造体１０２のうちの光学装置構造体１０２の各々が、空間７０８を画定する。この空間は、約１．０の屈折率を有する。したがって、構造体材料の屈折率、カプセル化材料の第１および第２の屈折率、ならびに空間７０８の屈折率の間に、コントラストが存在する。

【0043】

図７Ｃに示されているように、本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、カプセル化層７０４の第１の部分７０２および第２の部分７０６が、化学機械研磨プロセスまたはＲＩＥプロセスによって、互いに対して平面にされる。化学機械研磨プロセスまたはＲＩＥプロセスは、カプセル化層７０４を薄くしてもよい。

【0044】

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせられ得る１つの実施形態では、カプセル化層７０４によって光学装置構造体１０２がカプセル化された後に、光学装置構造体１０２の第２の層が、カプセル化層７０４の上に形成されてよい。例えば、追加の光学装置構造体の製造後に、方法６００が繰り返されて多層光学装置７００を形成し得るように、追加の光学装置構造体がカプセル化層７０４の上に形成されてよい。

【0045】

要約すると、本明細書では、カプセル化された光学装置、および制御可能な空隙のあるカプセル化を使用して光学装置を形成する方法が説明される。１つの実施形態では、複数の開口部が、複数の光学装置構造体を取り囲む支持体層内に形成され、光学装置構造体、支持体層、および開口部の間に高屈折率コントラストを作る。別の実施形態では、犠牲材料が光学装置構造体間に配置され、次に、カプセル化層が光学装置構造体上に配置される。犠牲材料が除去され、カプセル化層、基板、および光学装置構造体の各々によって画定された空間を形成する。したがって、空間、光学装置構造体、カプセル化層、および基板の間に、高屈折率コントラストが作られる。さらに別の実施形態では、カプセル化層が、光学装置構造体の上に配置され、カプセル化層、基板、および光学装置構造体の各々によって画定された空間を形成する。したがって、空間、光学装置構造体、カプセル化層、および基板の間に、高屈折率コントラストが作られる。

【0046】

前述の内容は本開示の実施例を対象にしているが、本開示の他のさらなる実施例が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてよく、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図3H】

【図3I】

【図3J】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】