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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-05
(54)【発明の名称】フラットな光学デバイスのための開孔
(51)【国際特許分類】
G02B 5/20 20060101AFI20220729BHJP
【ＦＩ】
G02B5/20
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021572006
(86)(22)【出願日】2020-05-18
(85)【翻訳文提出日】2022-02-01
(86)【国際出願番号】 US2020033428
(87)【国際公開番号】W WO2020247169
(87)【国際公開日】2020-12-10
(31)【優先権主張番号】62/857,327
(32)【優先日】2019-06-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(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】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー
(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】シャー， ピンケシュ ロヒト
【テーマコード（参考）】
2H148
【Ｆターム（参考）】
2H148AA09
2H148AA21
(57)【要約】
本明細書に記載される実施形態は、光学デバイスを製造する方法に関する。本明細書に記載される方法は、複数の構造を有する光学デバイスの各々を取り囲む開孔をともなって、基板上で１つ以上の光学デバイスを製造することを可能にする。本明細書に記載される方法の一実施形態は、基板の表面に開孔材料層を配置すること、開孔及び基板の表面の上に構造材料層を配置すること、開孔及び構造材料層の上にハードマスクを配置すること、ハードマスクの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、該パターン化されたフォトレジストが露出ハードマスク部分を画定する、フォトレジストを配置すること、露出ハードマスク部分を除去して構造材料層の構造部分を露出させること、及び構造部分を除去して基板の表面の領域上の開孔間に複数の構造を形成することを含む。
【選択図】図３Ｆ
【選択図】図３Ｆ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、基板の表面に開孔材料層を配置すること、
前記開孔材料層をパターン化して、
隣接する光学デバイスによって画定された第１のスペース、及び
前記隣接する光学デバイスのうちの１つと前記基板の周縁とによって画定された第２のスペース
のうちの１つに対応する前記基板の前記表面の領域の上に開孔を形成すること、
前記開孔及び前記基板の前記表面の上に構造材料層を配置すること、
前記開孔及び前記構造材料層の上にハードマスクを配置すること、
前記ハードマスクの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、前記パターン化されたフォトレジストが露出ハードマスク部分を画定する、フォトレジストを配置すること、
前記露出ハードマスク部分を除去して、前記構造材料層の構造部分を露出させること、及び
前記構造部分を除去して、前記基板の前記表面の領域の上の前記開孔間に複数の構造を形成すること、
を含む、方法。
【請求項2】
前記パターン化されたフォトレジスト及び前記ハードマスクが、前記複数の構造が形成された後に除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記パターン化されたフォトレジストを除去することが、リソグラフィプロセス又はエッチングプロセスのうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記開孔材料層が、１つ以上のクロム（Ｃｒ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）含有材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記開孔材料層を配置することが、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ（ＰＥＣＶＤ）プロセス、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）プロセス、及び原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記開孔材料層をパターン化することが、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）、指向性ＲＩＥ、マイクロブラスト、ウォータージェット切断、レーザエッチング、及び選択的湿式化学エッチングのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記ハードマスクが、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ＴｉＮ、及び炭素（Ｃ）含有材料のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記ハードマスクを配置することが、液体材料注入鋳造プロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体噴霧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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、及びＡＬＤプロセスのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記ハードマスクが前記構造材料層よりも大きいエッチング選択性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記複数の構造の各構造が、約１０００ナノメートル（ｎｍ）未満の寸法を有するナノ構造である、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
基板の表面に構造材料層を配置すること、前記構造材料層の上に開孔材料層を配置すること、
前記開孔材料層をパターン化して、
隣接する光学デバイスによって画定された第１のスペース、及び
前記隣接する光学デバイスのうちの１つと前記基板の周縁とによって画定された第２のスペース
のうちの１つに対応する前記基板の前記表面の領域の上に開孔を形成すること、
前記開孔及び前記構造材料層の上に有機平坦化層（ＯＰＬ）を配置すること、
前記ＯＰＬの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、前記パターン化されたフォトレジストが露出ＯＰＬ部分を画定する、フォトレジストを配置すること、
前記露出したＯＰＬ部分を除去して前記構造材料層の構造部分を露出させること、及び
前記構造部分を除去して、前記基板の前記表面の領域の上の前記開孔間に複数の構造を形成すること、
を含む、方法。
【請求項12】
ハードマスクが前記構造材料層と前記開孔材料層との間に配置される、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記構造材料層がアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）含有層であり、前記ハードマスクが窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）含有層であり、前記開孔材料層がクロム（Ｃｒ）含有層である、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記ａ－Ｓｉ含有層が約４５０ナノメートル（ｎｍ）から約６５０ｎｍの第１の厚さを有し、前記Ｓｉ３Ｎ４含有層が約１０ｎｍから約２００ｎｍの第２の厚さを有し、Ｃｒ含有層が約１０ｎｍから約２００ｎｍの第３の厚さを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記パターン化されたフォトレジスト及び前記ＯＰＬが、前記複数の構造が形成された後に除去される、請求項１１に記載の方法。
【請求項16】
基板の表面に構造材料層を配置することであって、前記構造材料層が、隣接する光学デバイスによって画定された第１のスペース、及び
前記隣接する光学デバイスのうちの１つと前記基板の周縁とによって画定された第２のスペース
のうちの１つに対応する前記基板の前記表面の領域間に配置される、構造材料層を配置すること、
前記構造材料層の上にハードマスクを配置すること、
前記ハードマスクの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、前記パターン化されたフォトレジストが露出ハードマスク部分を画定する、フォトレジストを配置すること、
前記露出ハードマスク部分を除去して前記構造材料層の構造部分を露出させること、
前記構造部分を除去して前記基板の前記表面の前記領域間に複数の構造を形成すること、及び
前記領域の上に開孔を形成すること、
を含む、方法。
【請求項17】
前記領域の上に前記開孔を形成することが、前記複数の構造及び前記領域の上にカプセル化層を配置すること、
前記カプセル化層の上に開孔材料層を配置すること、
前記領域の上にパターン化されたエッチング層を配置して、前記複数の構造の上に前記開孔材料層の一部を露出させること、
前記複数の構造の上の前記開孔材料層の一部を除去すること、及び
前記パターン化されたエッチング層を除去すること
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記カプセル化層が、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、フルオロポリマー、ヒドロゲル、及びフォトレジスト含有材料のうちの１つ以上を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記領域の上に前記開孔を形成することが、前記複数の構造をマスキングして前記領域を露出させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項20】
前記領域の上に前記開孔を形成することが、前記領域間の前記複数の構造の上に間隙充填材料を配置すること、
前記間隙充填材料及び前記領域の上に開孔材料層を配置すること、
前記間隙充填材料の上の前記開孔材料層を除去すること、及び
前記間隙充填材料を除去すること
を含む、請求項１６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、光学デバイスに関する。より詳細には、本明細書に記載される実施形態は、光学デバイスの各々を取り囲む開孔をともなった、１つ以上の光学デバイスの製造を提供する。
【背景技術】
【0002】
光学システムは、構造の空間的に変化する構造パラメータ（例えば、形状、サイズ、配向）によって光の伝播を操作するために使用することができる。光学デバイスの一例は、フラット光学デバイスである。可視及び近赤外スペクトルでのフラット光学デバイスは、その上に配置されたナノ構造などの構造を有する透明な基板を必要としうる。しかしながら、透明な基板を処理して光学デバイスを形成することは、新しい技術として複雑であり、困難である。例えば、光学システムの１つ以上の光学デバイスに衝突するビームは、所望の光学デバイスよりも直径が大きいか、又は所望の光学デバイスと完全に位置合わせされない可能性がある。光学デバイスよりも直径が大きい衝突するビームからの迷光は、光学システムの機能性及び効率を低下させる可能性があり、基板及び望ましくない隣接する光学デバイスと光学的に相互作用する可能性がある。
【0003】
したがって、光学デバイスの各々を取り囲む開孔をともなった１つ以上の光学デバイスの製造を可能にする方法が当技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態では、方法が提供される。該方法は、基板の表面に開孔材料層を配置すること、開孔材料層をパターン化して、隣接する光学デバイスによって画定された第１のスペース、及び隣接する光学デバイスのうちの１つと基板の周縁とによって画定された第２のスペースのうちの一方に対応する基板の表面の領域の上に開孔を形成すること、開孔及び基板の表面の上に構造材料層を配置すること、開孔及び構造材料層の上にハードマスクを配置すること、ハードマスクの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、パターン化されたフォトレジストが露出ハードマスク部分を画定する、フォトレジストを配置すること、露出ハードマスク部分を除去して構造材料層の構造部分を露出させること、及び構造部分を除去して基板の表面の領域の上の開孔間に複数の構造を形成することを含む。
【0005】
別の実施形態では、方法が提供される。該方法は、基板の表面に構造材料層を配置すること、構造材料層の上に開孔材料層を配置すること、開孔材料層をパターン化して、隣接する光学デバイスによって画定された第１のスペース、及び隣接する光学デバイスのうちの１つと基板の周縁とによって画定された第２のスペースのうちの一方に対応する基板の表面の領域の上に開孔を形成すること、開孔及び構造材料層の上に有機平坦化層（ＯＰＬ）を配置すること、ＯＰＬの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、パターン化されたフォトレジストが露出ＯＰＬ部分を画定する、フォトレジストを配置すること、露出ＯＰＬ部分を除去して構造材料層の構造部分を露出させること、及び構造部分を除去して基板の表面の領域の上の開孔間に複数の構造を形成することを含む。
【0006】
さらに別の実施形態では、方法が提供される。該方法は、基板の表面に構造材料層を配置することであって、該構造材料層が、隣接する光学デバイスによって画定された第１のスペース、及び隣接する光学デバイスのうちの１つと基板の周縁とによって画定された第２のスペースのうちの一方に対応する基板の表面の領域間に配置される、構造材料層を配置すること、構造材料層の上にハードマスクを配置すること、ハードマスクの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、パターン化されたフォトレジストが露出ハードマスク部分を画定する、フォトレジストを配置すること、露出ハードマスク部分を除去して構造材料層の構造部分を露出させること、構造部分を除去して基板の表面の領域間に複数の構造を形成すること、及び該領域の上に開孔を形成することを含む。
【0007】
本開示の上記特徴部を詳細に理解することができるように、その一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することにより、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しているのであり、したがって、本開示は他の同等に有効な実施形態も許容しうることから、その範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】一実施形態による、その上に１つ以上の光学デバイスが形成された基板の上面図
【図1B】一実施形態による光学デバイスのうちの１つの断面図
【図2】一実施形態による、光学デバイスを製造する方法の動作を示すフロー図
【図3A-F】一実施形態による光学デバイスの概略的な断面図
【図4】一実施形態による、光学デバイスを製造する方法の動作を示すフロー図
【図5A-E】一実施形態による光学デバイスの概略的な断面図
【図6】一実施形態による、光学デバイスを製造する方法の動作を示すフロー図
【図7A-G】一実施形態による光学デバイスの概略的な断面図
【図8A】一実施形態による、光学デバイスを製造する方法の動作を示すフロー図
【図8B】一実施形態による、光学デバイスを製造する方法の動作を示すフロー図
【図8C】一実施形態による、光学デバイスを製造する方法の動作を示すフロー図
【図9A-E】一実施形態による光学デバイスの概略的な断面図
【図9F-I】一実施形態による光学デバイスの概略的な断面図
【図9J-M】一実施形態による光学デバイスの概略的な断面図
【発明を実施するための形態】
【0009】
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態で開示される要素は、具体的な記述がなくとも、他の実施形態において有益に利用することができることが想定されている。
【0010】
本明細書に記載される実施形態は、メタ表面などの光学デバイスを製造する方法に関する。本明細書に記載される方法は、基板上に形成されたナノ構造などの複数の構造を有する光学デバイスの各々を取り囲む開孔をともなった基板上での１つ以上の光学デバイスの製造を可能にする。本明細書に記載される方法の一実施形態は、基板の表面に開孔材料層を配置すること、開孔及び基板の表面の上に構造材料層を配置すること、開孔及び構造材料層の上にハードマスクを配置すること、ハードマスクの上にパターン化されたフォトレジストを配置することであって、該パターン化されたフォトレジストが露出ハードマスク部分を画定する、フォトレジストを配置すること、露出ハードマスク部分を除去して構造材料層の構造部分を露出させること、及び構造部分を除去して基板の表面の領域の上の開孔間に複数の構造を形成することを含む。
【0011】
図１Ａは、その上に１つ以上の光学デバイス１０２ａ、１０２ｂが形成された基板１０１の上面図である。図１Ｂは、光学デバイス１０２ａの断面図である。光学デバイス１０２ａ、１０２ｂの各々は、基板１０１上に配置された複数の構造１０４を含む。本明細書に記載される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では、光学デバイス１０２ａ、１０２ｂは、基板１０１の表面１０３上に（例えば、直接又は間接的に）形成された、若しくは基板１０１の表面１０３と一体化されたナノスケールの特徴部の形態をしたナノ構造である構造１０４を有するメタ表面である。ナノ構造は、実質的に結晶性、単結晶性、多結晶性、アモルファス、又はそれらの組合せでありうる。一例では、ナノ構造の寸法の各々は、約１０００ｎｍ未満、例えば、約５００ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、又はさらに約２０ｎｍ未満の寸法を有する。図１Ａ及び１Ｂは、格子配列の構造１０４を示しているが、他の配置もありうる。格子配列は、本明細書で提供される開示の範囲を制限することを意図するものではない。
【0012】
基板１０１はまた、約１００から約３００ナノメートルの１つ以上の波長など、所望の波長又は波長範囲の適量の光を透過するように選択することができる。限定はしないが、幾つかの実施形態では、基板１０１は、該基板１０１が光スペクトルのＩＲからＵＶ領域の約５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％以上、９９％以上を透過するように構成される。基板１０１は、該基板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ができ、光学デバイスの適切な支持体として機能することができることを条件として、任意の適切な材料から形成することができる。本明細書に記載される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では、基板１０１の材料は、構造１０４の屈折率と比較して比較的低い屈折率を有する。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、ポリマー、及びそれらの組合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みうる。本明細書に記載される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では、基板１０１は透明な材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、基板１０１は透明であり、吸収係数は０．００１より小さい。適切な例には、酸化物、硫化物、リン化物、テルル化物、又はそれらの組合せが含まれうる。一例では、基板１０１は、ケイ素（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、サファイヤ、及び高屈折率の透明材料含有材料を含む。
【0013】
１つ以上の光学デバイス１０２ａ、１０２ｂの各々は、基板１０１の表面１０３に形成されるか、又はそれと一体化された、１つ以上の構造１０４を有する。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、構造１０４は、高さと幅など、同じ寸法を有しうる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、構造１０４の少なくとも１つは、追加的な構造１０４の寸法とは異なる少なくとも１つの寸法、例えば、高さ及び幅のうちの１つなどを有しうる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、構造１０４は同じ屈折率を有しうる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、構造１０４の少なくとも１つは、追加的な構造１０４の屈折率とは異なる屈折率を有しうる。
【0014】
本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、構造材料、すなわち、構造１０４の材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、アルミニウムをドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素をドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、スズ酸カドミウム（酸化スズ）（ＣＴＯ）、及びスズ酸亜鉛（酸化スズ）（ＳｎＺｎＯ３）含有材料に限られない、金属含有誘電体材料を含む。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、構造材料は、誘電体材料などの非導電性非結晶性材料を含む。誘電体材料は、アモルファス誘電体、非アモルファス誘電体、及び結晶性誘電体を含みうる。誘電体材料の例には、限定はしないが、ａ－Ｓｉ含有材料、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、及びアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）が含まれる。
【0015】
本明細書に記載される１つ以上の光学デバイス１０２ａ、１０２ｂを製造する方法は、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した、図３Ｂ～３Ｆ、図５Ｂ～５Ｅ、図７Ｂ～７Ｇ、及び図９Ｅ、９Ｈ、９Ｉ、９Ｌ、及び９Ｍに示される開孔１０５の形成を含む。本明細書に記載される実施形態では、隣接する光学デバイス１０２ａ、１０２ｂによって画定されるスペース、及び光学デバイス１０２ａ、１０２ｂのうちの１つと基板の周縁１０１とによって画定されるスペースのうちの一方に対応する領域１０８の上に、開孔が配置される。本明細書に記載される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では、開孔は、約１００から約３０００ナノメートルの範囲の１つ以上の波長が透過しないように、不透明である。開孔は、迷光（すなわち、構造１０４の各周辺構造１０６によって画定される表面積よりも大きい衝突ビームの光）が光学デバイス１０２ａ、１０２ｂの機能及び効率を低下させることを防止する。開孔材料、すなわち開孔の材料には、クロム（Ｃｒ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ａ－Ｓｉ、チタン（Ｔｉ）、及びアルミニウム（Ａｌ）含有材料が含まれるが、これらに限定されない。
【0016】
図２は、図３Ａ～３Ｆに示される光学デバイス３００を製造する方法２００の動作を示すフロー図である。動作２０１では、図３Ａに示されるように、開孔材料層３０２は、基板１０１の表面１０３に配置される。開孔材料層３０２は、液体材料注入鋳造プロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体噴霧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、ドクターブレードプロセス、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、プラズマ（ＰＥＣＶＤ）プロセス、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、蒸発プロセス、又はスパッタリングプロセスを使用して、表面１０３上に配置することができる。
【0017】
動作２０２では、図３Ｂに示されるように、開孔材料層３０２はパターン化される。開孔材料層３０２をパターン化すると、隣接する光学デバイス１０２ａ、１０２ｂによって画定されるスペース、及び光学デバイス１０２ａ、１０２ｂのうちの１つと基板の周縁１０１とによって画定されるスペースのうちの一方に対応する領域１０８の上に開孔１０５が形成される。開孔材料層３０２をパターン化することは、リソグラフィプロセス又はエッチングプロセス、例えば、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）、指向性ＲＩＥ、マイクロブラスト、ウォータージェット切断、レーザエッチング、及び選択的湿式化学エッチングを含みうる。リソグラフィプロセスは、基板１０１の表面１０３の位置合わせマーク及び／又は特徴部の利用を含みうる。
【0018】
動作２０３では、図３Ｃに示されるように、構造材料層３０４が、開孔１０５及び基板１０１の表面１０３の上に配置される。構造材料層３０４は、液体材料注入鋳造プロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体噴霧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、蒸発プロセス、又はスパッタリングプロセスを使用して、開孔１０５及び表面１０３の上に配置されうる。
【0019】
動作２０４では、図３Ｄに示されるように、ハードマスク３０６が構造材料層３０４の上に配置される。ハードマスク３０６は、液体材料注入鋳造プロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体噴霧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、蒸発プロセス、又はスパッタリングプロセスを使用して、構造材料層３０４の上に配置されうる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ハードマスク３０６は、光学デバイス３００が形成された後に除去される不透明なハードマスクである。別の実施形態では、ハードマスク３０６は透明なハードマスクである。ハードマスク３０６は、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＴｉＮ、及び炭素（Ｃ）含有材料を含むが、これらに限定されない。
【0020】
動作２０５では、図３Ｄに示されるように、パターン化されたフォトレジスト３０８がハードマスク３０６の上に配置される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、フォトレジスト材料をハードマスク３０６上に配置し、リソグラフィプロセスを実行することによって形成される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、ハードマスク３０６のハードマスク部分３１２（すなわち、ハードマスク３０６の開口部）を画定する。ハードマスク部分３１２は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。パターン化されたフォトレジスト３０８は、スピンオンコーティングプロセスを使用して、ハードマスク３０６上に配置されうる。フォトレジスト材料３０８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。
【0021】
動作２０６では、図３Ｅに示されるように、ハードマスク３０６のハードマスク部分３１２が除去される。ハードマスク部分３１２を除去すると、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４が露出する。ネガ型の構造部分３１４は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。動作２０７では、図３Ｅに示されるように、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４は除去されて、構造１０４を形成する。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、ハードマスク３０６は、構造材料層３０４の構造材料より低いエッチング速度を有する。ハードマスク部分３１２及びネガ型の構造部分３１４は、イオンエッチング、ＲＩＥ、又は選択的湿式化学エッチングによって除去することができる。
【0022】
動作２０８では、図３Ｆに示されるように、ハードマスク３０６及びパターン化されたフォトレジスト３０８が除去される。ハードマスク３０６を除去することは、イオンエッチング、ＲＩＥ、又は選択的湿式化学エッチングを含みうる。パターン化されたフォトレジスト３０８を除去することは、本明細書に記載されるリソグラフィプロセス又はエッチングプロセスを含みうる。方法２００は、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８の上に配置された開孔１０５をともなった光学デバイス３００を形成する。
【0023】
図４は、図５Ａ～５Ｅに示される光学デバイス５００を製造する方法４００の動作を示すフロー図である。動作４０１では、図５Ａに示されるように、構造材料層３０４が基板１０１の表面１０３の上に配置される。構造材料層３０４は、方法２００の動作２０３に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、基板１０１の表面１０３の上に配置されうる。動作４０２では、図５Ａに示されるように、開孔材料層３０２が基板１０１の表面１０３の上に配置される。開孔材料層３０２は、方法２００の動作２０１に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、構造材料層３０４の上に配置されうる。動作４０３では、図５Ｂに示されるように、開孔材料層３０２はパターン化される。開孔材料層３０２をパターン化すると、隣接する光学デバイス１０２ａ、１０２ｂによって画定されるスペース、及び光学デバイス１０２ａ、１０２ｂのうちの１つと基板の周縁１０１とによって画定されるスペースのうちの一方に対応する領域１０８の上に開孔１０５が形成される。開孔材料層３０２をパターン化することは、方法２００の動作２０２に提供されるプロセスのうちの１つ以上を含みうる。
【0024】
動作４０４では、図５Ｃに示されるように、有機平坦化層（ＯＰＬ）５０２が、構造材料層３０４及び開孔１０５の上に配置される。ＯＰＬ５０２は、電磁（ＥＭ）放射に曝露されると化学的に変化し、したがって現像溶媒を使用して除去されるように構成された感光性材料を含む感光性有機ポリマーを含みうる。例えば、感光性有機ポリマーは、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ィド樹脂、又はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）でありうる。より一般的には、例えば、ＯＰＬ５０２は、任意の有機ポリマーと、該有機ポリマーの分子構造に付着することができる分子構造を有する光活性化合物とを含みうる。ＯＰＬ５０２は、スピンオンコーティングプロセスを使用して配置することができる。
【0025】
動作４０５では、図５Ｃに示されるように、パターン化されたフォトレジスト３０８がＯＰＬ５０２の上に配置される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、ＯＰＬ５０２上にフォトレジスト材料を配置し、リソグラフィプロセスを実行することによって形成される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、ＯＰＬ５０２のＯＰＬ部分５０４（すなわち、ＯＰＬ５０２の開口部）を画定する。ＯＰＬ部分５０４は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。パターン化されたフォトレジスト３０８は、スピンオンコーティングプロセスを使用して、ＯＰＬ５０２上に配置されうる。パターン化されたフォトレジスト３０８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。
【0026】
動作４０６では、図５Ｄに示されるように、ＯＰＬ５０２のＯＰＬ部分５０４が除去される。ＯＰＬ部分５０４を除去すると、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４が露出する。ネガ型の構造部分３１４は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。ＯＰＬ部分５０４は、ＲＩＥ、湿式エッチング、及びリソグラフィによって除去することができる。動作４０７では、図５Ｄに示されるように、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４は除去されて、構造１０４を形成する。ネガ型の構造部分３１４は、イオンエッチング、ＲＩＥ、又は選択的湿式化学エッチングによって除去することができる。
【0027】
動作４０８では、図５Ｅに示されるように、ＯＰＬ５０２及びパターン化されたフォトレジスト３０８が除去される。パターン化されたフォトレジスト３０８を除去することは、本明細書に記載されるリソグラフィプロセス又はエッチングプロセスを含みうる。方法２００は、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８の上に配置された開孔１０５を有する光学デバイス５００を形成する。
【0028】
図６は、図７Ａ～７Ｇに示される光学デバイス７００を製造する方法６００の動作を示すフロー図である。動作６０１では、図６Ａに示されるように、構造材料層３０４が基板１０１の表面１０３の上に配置される。構造材料層３０４は、方法２００の動作２０３に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、基板１０１の表面１０３の上に配置されうる。動作６０２では、図７Ａに示されるように、ハードマスク３０６が構造材料層３０４の上に配置される。ハードマスク３０６は、方法２００の動作２０４に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、構造材料層３０４の上に配置されうる。
【0029】
動作６０３では、図７Ａに示されるように、開孔材料層３０２がハードマスク３０６の上に配置される。開孔材料層３０２は、方法２００の動作２０１に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、ハードマスク３０６の上に配置されうる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、構造材料層３０４は、約４５０ｎｍから約１０００ｎｍの厚さを有するａ－Ｓｉ含有層であり、ハードマスク３０６は、約１０ｎｍから約１５０ｎｍの厚さを有するＳｉ３Ｎ４含有層であり、開孔材料層３０２は、約１０ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有するＣｒ含有層である。動作６０４では、図７Ｂに示されるように、開孔材料層３０２はパターン化される。開孔材料層３０２をパターン化すると、隣接する光学デバイス１０２ａ、１０２ｂによって画定されるスペース、及び光学デバイス１０２ａ、１０２ｂのうちの１つと基板の周縁１０１とによって画定されるスペースのうちの一方に対応する領域１０８の上に開孔１０５が形成される。開孔材料層３０２をパターン化することは、方法２００の動作２０２に提供されるプロセスのうちの１つ以上を含みうる。
【0030】
動作６０５では、図７Ｃに示されるように、ＯＰＬ５０２がハードマスク３０６及び開孔１０５の上に配置される。動作６０６では、図７Ｄに示されるように、パターン化されたフォトレジスト３０８がＯＰＬ５０２の上に配置される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、ＯＰＬ５０２上にフォトレジスト材料を配置し、リソグラフィプロセスを実行することによって形成される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、ＯＰＬ５０２のＯＰＬ部分５０４を画定する。ＯＰＬ部分５０４は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。
【0031】
動作６０７では、図７Ｄに示されるように、ＯＰＬ５０２のＯＰＬ部分５０４が除去される。ＯＰＬ部分５０４を除去すると、ハードマスク３０６のハードマスク部分３１２が露出する。動作６０８では、図７Ｄに示されるように、ハードマスク３０６のハードマスク部分３１２が除去される。ハードマスク部分３１２を除去すると、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４が露出する。ネガ型の構造部分３１４は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。動作６０９では、図７Ｅに示されるように、ＯＰＬ５０２及びパターン化されたフォトレジスト３０８が除去される。パターン化されたフォトレジスト３０８を除去することは、本明細書に記載されるリソグラフィプロセス又はエッチングプロセスを含みうる。
【0032】
動作６１０では、図７Ｆに示されるように、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４が除去されて、構造１０４を形成する。動作６１１では、図７Ｇに示されるように、ハードマスク３０６が除去される。ハードマスク３０６を除去することは、方法２００の動作２０４に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用することを含みうる。方法２００は、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８の上に配置された開孔１０５をともなった光学デバイス７００を形成する。
【0033】
図８Ａは、図９Ａ～９Ｅに示される光学デバイス９００Ａを製造する方法８００Ａの動作を示すフロー図である。動作８０１では、図９Ａに示されるように、構造材料層３０４が基板１０１の表面１０３の上に配置される。構造材料層３０４は、方法２００の動作２０３に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、基板１０１の表面１０３の上に配置されうる。
【0034】
動作８０２では、図９Ａに示されるように、ハードマスク３０６が構造材料層３０４の上に配置される。ハードマスク３０６は、方法２００の動作２０４に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、構造材料層３０４の上に配置されうる。動作８０３では、図９Ｃに示されるように、パターン化されたフォトレジスト３０８がハードマスク３０６の上に配置される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、フォトレジスト材料をハードマスク３０６上に配置し、リソグラフィプロセスを実行することによって形成される。パターン化されたフォトレジスト３０８は、ハードマスク３０６のハードマスク部分３１２を画定する。ハードマスク部分３１２は、構造パターン３１０に対応し、結果的に、構造１０４の形成をもたらす。
【0035】
動作８０４では、図９Ｄに示されるように、ハードマスク３０６のハードマスク部分３１２が除去される。動作８０５では、図９Ｄに示されるように、構造材料層３０４のネガ型の構造部分３１４は除去されて、構造１０４を形成する。動作８０６では、図９Ｅに示されるように、ハードマスク３０６及びパターン化されたフォトレジスト３０８が除去される。
【0036】
動作８０７では、基板１０１はマスキングされ、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８を露出させる。基板１０１をマスキングすることは、構造１０４の上にシャドウマスクを配置して、領域１０８を露出させることを含みうる。動作８０８では、図９Ｆに示されるように、開孔１０５は、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８の上に配置される。
【0037】
図８Ｂは、図９Ａ～９Ｄ及び図９Ｆ～９Ｉに示される光学デバイス９００Ｂを製造する方法８００Ｂの動作を示すフロー図である。方法８００Ｂは動作８０１～８０６を含む。動作８０９では、図９Ｆに示されるように、間隙充填材料９０２が構造１０４の上に配置される。間隙充填材料９０２は、ポリマー、ＯＰＬ、及びスピンオン含有材料を含むが、これらに限定されない。動作８１０では、図９Ｇに示されるように、開孔材料層３０２が間隙充填材料９０２及び領域１０８の上に配置される。開孔材料層３０２は、方法２００の動作２０１に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、間隙充填材料９０２及び領域１０８の上に配置されうる。動作８１１では、図９Ｈに示されるように、間隙充填材料９０２の上の開孔材料層３０２が除去されて、領域１０８の上に開孔１０５を形成する。動作８１２では、図９Ｉに示されるように、間隙充填材料９０２が除去される。間隙充填材料９０２は、溶媒、湿式エッチング、アッシング、及びＲＩＥによって除去することができる。方法８００Ａ及び８００Ｂは、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８の上に配置された開孔１０５をともなった光学デバイス９００Ａ、９００Ｂを形成する。
【0038】
図８Ｃは、図９Ａ～９Ｄ及び図９Ｊ～９Ｎに示される光学デバイス９００Ｃを製造する方法８００Ｃの動作を示すフロー図である。方法８００Ｃは動作８０１～８０６を含む。動作８１３では、図９Ｊに示されるように、カプセル化層９０４が、構造１０４及び領域１０８の上に配置される。カプセル化層９０４は、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、低屈折率フルオロポリマー、ヒドロゲル、及びフォトレジスト含有材料を含むが、これらに限定されない。カプセル化層９０４は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＦＣＶＤ、及びスピンオンコーティングのうちの１つ以上によって配置されうる。動作８１４では、図９Ｋに示されるように、開孔材料層３０２がカプセル化層９０４の上に配置される。開孔材料層３０２は、方法２００の動作２０１に提供されるプロセスのうちの１つ以上を使用して、カプセル化層９０４の上に配置されうる。動作８１５では、図９Ｌに示されるように、パターン化されたエッチング層９０６が、領域１０８に対応する開孔材料層３０２の上に配置され、構造１０４の上の開孔材料層３０２の部分９０８を露出させる。動作８１６では、図９Ｍに示されるように、構造１０４上の開孔材料層３０２の部分９０８が除去されて、領域１０８の上に開孔１０５を形成する。動作８１７では、図９Ｎに示されるように、パターン化されたエッチング層９０６が除去される。方法８００Ｃは、構造１０４の各周辺構造１０６に隣接した領域１０８の上に配置された開孔１０５をともなった光学デバイス９００Ｃを形成する。
【0039】
要約すると、本明細書に記載される実施形態は、光学デバイスを製造する方法に関する。本明細書に記載される方法は、複数の構造を有する光学デバイスの各々を取り囲む開孔をともなった基板上での１つ以上の光学デバイスの製造を可能にする。開孔は、隣接する光学デバイスによって画定されるスペース、及び光学デバイスのうちの１つと基板の周縁とによって画定されるスペースのうちの一方に対応する領域の上に配置される。開孔は、１つ以上の波長が透過しないように、不透明である。開孔は、迷光（すなわち、構造の各周辺構造によって画定される表面積よりも大きい衝突ビームの光）が光学デバイスの機能及び効率を低下させることを防止する。
【0040】
以上の説明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を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、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-F】
【図4】
【図5A-E】
【図6】
【図7A-G】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A-E】
【図9F-I】
【図9J-M】
【国際調査報告】