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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】2023-03-29
(54)【発明の名称】深紫外線放射を使用して製作される電気光学装置
(51)【国際特許分類】
G02B 6/136 20060101AFI20230322BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20230322BHJP
G02B 1/00 20060101ALI20230322BHJP
G02B 3/00 20060101ALI20230322BHJP
G02F 1/05 20060101ALI20230322BHJP
【ＦＩ】
G02B6/136
G03F7/20 502
G03F7/20 501
G02B1/00
G02B3/00 Z
G02F1/05 505
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022547825
(86)(22)【出願日】2021-02-04
(85)【翻訳文提出日】2022-10-04
(86)【国際出願番号】 US2021016675
(87)【国際公開番号】W WO2021158828
(87)【国際公開日】2021-08-12
(31)【優先権主張番号】16/785,206
(32)【優先日】2020-02-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/871,658
(32)【優先日】2020-05-11
(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】522206397
【氏名又は名称】ハイパーライト・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＰＥＲＬＩＧＨＴ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チャン・ミアン
(72)【発明者】
【氏名】ルーク・ケヴィン
【テーマコード（参考）】
2H147
2H197
2K102
【Ｆターム（参考）】
2H147BA05
2H147EA05A
2H147EA05C
2H147EA13C
2H147EA14C
2H147EA15C
2H147FC03
2H147FC04
2H147FC05
2H147FD09
2H147GA19
2H197CA03
2H197CA06
2H197HA10
2K102AA05
2K102CA28
2K102DB01
2K102DD03
2K102DD05
(57)【要約】
【課題】
【解決手段】光学装置について記載されている。光学装置の少なくとも一部分は、強誘電性非線形光学材料を含み、紫外線リソグラフィを利用して製作される。いくつかの態様では、光学装置の少なくとも一部分は、深紫外線リソグラフィを使用して製作される。いくつかの態様では、光学装置の少なくとも一部分の側壁の短距離二乗平均平方根表面粗さは、１０ナノメートル未満である。いくつかの態様では、光学装置の少なくとも一部分は、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】光学装置について記載されている。光学装置の少なくとも一部分は、強誘電性非線形光学材料を含み、紫外線リソグラフィを利用して製作される。いくつかの態様では、光学装置の少なくとも一部分は、深紫外線リソグラフィを使用して製作される。いくつかの態様では、光学装置の少なくとも一部分の側壁の短距離二乗平均平方根表面粗さは、１０ナノメートル未満である。いくつかの態様では、光学装置の少なくとも一部分は、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、前記装置は、光学装置を含み、前記光学装置の少なくとも一部分が、少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料を含み、前記光学装置の前記少なくとも一部分は、紫外線（ＵＶ）フォトリソグラフィを利用して製作され、前記強誘電性非線形光学材料の側壁を含み、前記側壁は、１０ナノメートル未満の短距離二乗平均平方根粗さを有し、
前記側壁は、前記ＵＶフォトリソグラフィ、第１のエッチング、及び第２のエッチングを使用して製作され、
前記ＵＶフォトリソグラフィは、ハードマスク層からハードマスクを製作するためのマスクを形成するために使用され、
前記第１のエッチングは、前記ハードマスク層の一部分を除去して前記ハードマスクを形成するためのものであり、
前記第２のエッチングは、前記強誘電性非線形光学材料の一部分を除去して前記側壁を形成するためのものであり、
前記第２のエッチングは、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、及び化学エッチングから選択され、
前記第２のエッチングは、前記側壁が、１０ナノメートル未満の前記短距離二乗平均平方根粗さを有するように、前記第１のエッチングとは異なる、装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及びチタン酸バリウムのうちの少なくとも１つを含む、装置。
【請求項3】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料は、タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウムから選択される、装置。
【請求項4】
請求項１に記載の装置であって、前記側壁は、少なくとも４００ナノメートルの高さを有する、装置。
【請求項5】
請求項１に記載の装置であって、前記側壁は少なくとも１つのスティッチ領域に含まれ、前記少なくとも１つのスティッチ領域のそれぞれが、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルの面積を有する、装置。
【請求項6】
請求項５１に記載の装置であって、前記短距離二乗平均平方根表面粗さは、５ナノメートル以下である、装置。
【請求項7】
請求項１に記載の装置であって、前記光学装置の前記少なくとも一部分は、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する、装置。
【請求項8】
請求項７に記載の装置であって、前記損失は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満である、装置。
【請求項9】
請求項８に記載の装置であって、前記損失は、０．５ｄＢ／ｃｍ未満である、装置。
【請求項10】
請求項９に記載の装置であって、前記損失は、０．１ｄＢ／ｃｍ以下である、装置。
【請求項11】
光学装置を提供する方法であって、強誘電性非線形光学層上にハードマスク層を設けることであって、前記強誘電性非線形光学層は、少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料を含む、ことと、
前記ハードマスク層上にマスクを設けることであって、前記マスクは、紫外線（ＵＶ）リソグラフィを使用して形成されるパターンを有する、ことと、
前記パターンを前記ハードマスク層に転写することにより、前記ハードマスク層からハードマスクを形成することと、
前記パターンを前記ハードマスクから前記強誘電性非線形光学層に転写して、前記強誘電性非線形光学層の側壁を含む、前記光学装置の少なくとも一部分を形成することであって、前記側壁は、１０ナノメートル未満の短距離二乗平均平方根粗さを有する、ことと、を含む方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法であって、前記マスクを設けることは、
マスク層を設けることと、
摂氏１４０度を超えるベーク温度にて前記マスク層を熱処理することと、
前記熱処理の後、ＵＶ波長範囲内の電磁放射を使用して、前記マスク層の一部分を露光することと、
前記露光の後に、前記マスク層を現像して、前記パターンに対応する少なくとも１つの開口部を前記マスク層に形成して、前記マスクを形成することと、更に含む方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の方法であって、前記マスクを設けることは、前記露光の後かつ前記現像の前に、追加熱処理を実施することを更に含み、前記追加熱処理は、摂氏１４０度を超える追加温度で実施される、方法。
【請求項14】
請求項１１に記載の方法であって、前記形成することは、前記ハードマスク層の一部分を除去して前記ハードマスクを形成するための第１のエッチングを実施することを更に含み、前記パターンを前記ハードマスクから前記強誘電性非線形光学層に転写することは、前記強誘電性非線形光学材料の一部分を除去して前記側壁を形成するための第２を実施することを更に含み、前記第２のエッチングは、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、及び化学エッチングから選択され、前記第２のエッチングは、前記側壁が、１０ナノメートル未満の前記短距離二乗平均平方根粗さを有するように、前記第１のエッチングとは異なる、方法。
【請求項15】
請求項１１に記載の方法であって、前記ハードマスクを形成することのうちの少なくとも１つは、前記パターンに対応する凹部を前記ハードマスク層に形成することを含み、
前記方法は、前記ハードマスク層の下地をなすストップ層を設けることと、前記ハードマスクの形成後に、前記ストップ層の一部分を除去することと、を更に含む、方法。
【請求項16】
請求項１１に記載の方法であって、前記パターンは複数のスティッチ領域を含み、前記スティッチ領域のそれぞれが、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルの面積を有する、方法。
【請求項17】
請求項１１に記載の方法であって、前記ハードマスク層は、シリコン酸化物、アモルファスシリコン、及び窒化シリコンのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【請求項18】
請求項１１に記載の方法であって、前記強誘電性非線形光学層は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及びチタン酸バリウムのうちの少なくとも１つを含み、前記側壁は少なくとも４００ナノメートルの高さを有する、方法。
【請求項19】
光学装置を提供する方法であって、強誘電性非線形光学層上にハードマスク層を設けることであって、前記非線形光学層は、少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料を含む、ことと、
前記ハードマスク層上にマスクを設けることであって、前記マスクは、深紫外線（ＤＵＶ）リソグラフィを使用して形成されるパターンを有する、ことと、を含み、
前記マスクを設けることは、
マスク層を設けることと、
摂氏１４０度を超える第１の温度にて前記マスク層を熱処理することであって、前記熱処理は、前記マスク層のための温度を、毎分摂氏１４０度以下の速度で増加させることを含む、ことと、
ＤＵＶ波長範囲内の電磁放射を使用して、前記マスク層の一部分を露光することと、
前記露光の後に、摂氏１４０度を超える第２の温度において追加熱処理を実施することであって、前記追加熱処理は、前記マスク層のための追加温度を、毎分摂氏１４０度以下の追加速度で増加させることを含む、ことと、
前記追加熱処理の後に前記マスク層を現像して、前記パターンに対応する少なくとも１つの開口部を前記マスク層に形成して、前記マスクを形成することと、
前記パターンを前記ハードマスク層に転写することにより、前記ハードマスク層からハードマスクを形成することと、
前記強誘電性非線形光学層をエッチングして、前記パターンを前記ハードマスクから前記強誘電性非線形光学層に転写し、それにより、前記強誘電性非線形光学層の側壁を含む、前記光学装置の少なくとも一部分を形成することであって、前記側壁は、１０ナノメートル未満の短距離二乗平均平方根粗さを有し、前記エッチングは、前記パターンを前記ハードマスク層に転写することにより前記ハードマスクを形成するための他のエッチングとは異なる、ことと、を更に含む、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記強誘電性非線形光学層は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及びチタン酸バリウムのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照：
本出願は、２０２０年２月７日に出願されたＬＩＴＨＩＵＭ ＮＩＯＢＡＴＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＵＳＩＮＧ ＤＥＥＰ ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮと題する同時係属の米国特許出願番号第１６／７８５，２０６号の一部継続出願であり、これがあらゆる目的で本明細書に参照として組み込まれる。
本出願は、２０２０年２月７日に出願されたＬＩＴＨＩＵＭ ＮＩＯＢＡＴＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＵＳＩＮＧ ＤＥＥＰ ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ ＲＡＤＩＡＴＩＯＮと題する同時係属の米国特許出願番号第１６／７８５，２０６号の一部継続出願であり、これがあらゆる目的で本明細書に参照として組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
導波管などの光学装置は、様々な用途で利用される。ニオブ酸リチウム装置が、導波管、共振器、及び他の光学及び電子光学装置において使用されることが望ましい場合がある。しかしながら、ニオブ酸リチウムは、所望の性能特性を有する装置に製作することが困難なことは周知である。したがって、ニオブ酸リチウムを利用し、かつ充分な性能特性を有する、光学装置を提供する機構が望まれる。
【0003】
本発明の様々な実施形態が、以下の詳細な説明及び添付の図面において開示される。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【0005】
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、プロセス、機器、システム、物体の組成、コンピュータ可読記憶媒体上に具現化されたコンピュータプログラム製品、及び／又はプロセッサ、例えばプロセッサに結合されたメモリに保存された及び／又はプロセッサに結合されたメモリが提供する命令を実行するように構成されたプロセッサ、としての方法を含む、多数の方法で実現することができる。本明細書では、これらの実現形態、又は本発明がとるかも知れない他のいかなる形態も、技術と呼ばれる場合がある。一般に、開示されたプロセスのステップの順序は、本発明の範囲内で変えることができる。
【0012】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細な説明が、本発明の原理を図示する添付の図面と共に、以下に提供される。本発明は、そのような実施形態に関連して記載されているが、本発明はいかなる実施形態にも限定されない。本発明の範囲は特許請求の範囲だけにより限定され、本発明は多数の変形形態、修正形態、及び等価物を包含する。本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が以下の記載で述べられる。これらの詳細は、例示を目的として提供され、本発明は、これらの具体的な詳細の一部又は全てを伴うことなく、特許請求の範囲に従って実施されてよい。明瞭にするために、本発明に関連する技術分野において公知の技術項目は、本発明を不必要に不明瞭にしないために詳細には記述していない。
【0013】
ニオブ酸リチウム（ＬＮ）は、光学装置において、特に電子光学装置において使用されることが望まれている。本明細書で使用する場合、光学装置は、光学装置及び電子光学装置を含む場合がある。ＬＮの好ましさは、少なくとも部分的には、印加される外部電界に対するＬＮの屈折率の変化に起因する。しかしながら、所望の性能特性を有するＬＮ光学装置の製作は難題である。例えば、ＬＮ光学装置は、望ましい値よりも大きい損失を有する場合がある。近年では、ＬＮ光学装置は、マスク層をパターニングするために、電子ビームを使用して（例えば、電子ビームリソグラフィを用いて）製作されてきた。下にあるハードマスク及びＬＮ層が、他の技術を使用してエッチングされる場合がある。そのように形成されたＬＮ光学装置は、改善された性能を有することができる。しかしながら、電子ビームリソグラフィは、時間を要し、不均一な可能性があり、再現性が制限される場合がある。電子ビームは、スキャン手順を利用してマスクをパターニングするが、これは本質的に遅い。その上、電子ビームは、使用中、ドリフトの影響を受けやすい。ビーム偏向は範囲が限定されるので、電子ビームフォトリソグラフィは、比較的小さい領域、例えば１平方ミリメートル又はそれ以下のオーダーの領域だけをパターニングできる。より大きな領域をパターニングするため、電子ビーム用のステージがシフトされ、電子ビームリソグラフィが繰り返される。電子ビームリソグラフィのこの態様は、スループットを遅くすることに加えて、これら領域間のスティッチにおいて位置ずれを生じさせる場合がある。これらの位置ずれは、製作されている装置の性能に悪影響を及ぼす。したがって、ＬＮ光学装置を製作する改善された方法が望まれる。
【0014】
他の非線形光学材料は、ＬＮと類似の欠点を被る場合がある。例えば、タンタル酸リチウム（例えば、ＬｉＴａＯ3）は、ＬＮと同様の光学特性を有する。タンタル酸リチウム（ＬＴ）はまた、製作が困難な場合がある。更に、ＬＴは、高温製作方法の間、損傷を受けやすい場合がある。光学装置で使用するには、他の強誘電性非線形（例えば、２次）光学材料が望ましい場合がある。そのような強誘電性非線形光学材料は、ニオブ酸カリウム（例えば、ＫＮｂＯ3）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、チタン燐酸カリウム（ＫＴＰ）、チタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、及びチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）を含んでよいが、これらに限定されない。記載されている技術はまた、他の非線形強誘電性光学材料用に、特に、他の方法では製作が困難な場合がある材料用に使用することができる。例えば、そのような非線形強誘電性光学材料では、フッ素、塩素、又は臭素の化合物などの従来のエッチング化学物質を使用すると、化学エッチング反応が不活発になる場合がある。その結果、ＬＴなどの強誘電性非線形光学材料を利用する装置を製作する改善された方法が望まれる。
【0015】
光学装置を製作する方法、及びそのように形成された光学装置について記載されている。光学装置の少なくとも一部は、ＬＮを含み、深紫外線（ＤＵＶ）リソグラフィなどのフォトリソグラフィを利用して製作される。光学装置を製作することは、ＬＮ層上にハードマスク層を設けることを含んでよい。マスクは、ハードマスク層上に製作される。このマスクは、ＤＵＶフォトリソグラフィを使用して形成される。より具体的には、マスク層は、例えばＤＵＶフォトレジスト上へのスピンコーティングにより、設けられる。マスク層は、熱処理されてよい。マスク層の一部分は、ＤＵＶ波長範囲内の電磁放射に選択的に曝露されてよい。いくつかの実施形態では、マスク層は、露光後に再び熱処理される。マスク層は、現像される。したがって、マスク層の一部分が除去されて、下にあるハードマスク層を露出させる開口部のパターンが形成される。マスクのパターンをハードマスク層に転写することにより、ハードマスク層からハードマスクが形成される。例えば、マスクの開口部により覆われていない、ハードマスク層の一部分が、選択的にエッチングされてよい。ハードマスクは、ハードマスク層がエッチングされた領域に、凹部又は開口部を有する場合がある。ハードマスクのパターンは、例えば物理エッチングを使用して、ＬＮ層に転写させることができる。少なくとも露光は、基板表面全体の複数のスティッチ領域に対して複数回実施されてよい。場合によっては、これらスティッチ領域のそれぞれは、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルである。いくつかの実施形態では、スティッチ領域は、少なくとも１５ミリメートル×１５ミリメートルであってよい。いくつかの実施形態では、各スティッチ領域は、少なくとも２０ミリメートル×２０ミリメートルである。したがって、ＬＮを含む、より長い及び／又はより多くの光学装置を、ＤＵＶリソグラフィを使用して単一スティッチ領域内で製作することができる。
【0016】
ＤＵＶリソグラフィを使用して製作された光学装置におけるＬＮは、側壁に関して改善された表面粗さを有する。例えば、ＤＵＶフォトリソグラフィを使用して形成された光学装置におけるＬＮの側壁の短距離二乗平均平方根表面粗さは、１０ナノメートル未満である。いくつかの実施形態では、この二乗平均平方根表面粗さは、５ナノメートル以下である。場合によっては、短距離二乗平均平方根表面粗さは、２ナノメートルを超えない。光学装置におけるＬＮはまた、改善された性能を有することができる。いくつかの態様では、光学装置におけるＬＮは、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。いくつかの実施形態では、ＬＮは、１．０ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する。場合によっては、この損失は、０．５ｄＢ／ｃｍ以下である。したがって、ＬＮを含む光学装置の性能を改善することができる。
【0017】
本明細書に記載されている装置及び方法は、ＬＮとの関連で記載されているが、他の非線形（例えば、２次）光学材料、特に従来技術を使用して製作することが困難な場合がある強誘電性非線形光学材料、に適用されてよい。そのような非線形強誘電性光学材料では、フッ素、塩素、又は臭素の化合物などの化学物質を使用する従来のエッチングにとって、化学エッチング反応が不活発になる場合がある。例えば、ＬＴ、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及び／又はチタン酸バリウムが、ＬＮの代わりに又はＬＮに加えて、使用されてもよい。例えば、光学装置を製作する方法、及びそのように形成された光学装置は、光学装置の少なくとも一部分が、強誘電性非線形光学材料（例えば、ＬＴ）を含み、ＤＵＶリソグラフィなどのフォトリソグラフィを利用して製作されるようなものである。光学装置を製作することは、強誘電性非線形光学層上にハードマスク層を設けることを含んでよい。マスクは、ハードマスク層上に製作される。このマスクは、ＤＵＶフォトリソグラフィを使用して形成される。より具体的には、マスク層は、例えばＤＵＶフォトレジスト上へのスピンコーティングにより、設けられる。マスク層は、熱処理されてよい。マスク層の一部分は、ＤＵＶ波長範囲内の電磁放射に選択的に曝露されてよい。いくつかの実施形態では、マスク層は、露光後に再び熱処理される。マスク層は、現像される。したがって、マスク層の一部分が除去されて、下にあるハードマスク層を露出させる開口部のパターンが形成される。マスクのパターンをハードマスク層に転写することにより、ハードマスク層からハードマスクが形成される。例えば、マスクの開口部により覆われていない、ハードマスク層の一部分が、選択的にエッチングされてよい。ハードマスクは、ハードマスク層がエッチングされた領域に、凹部又は開口部を有する場合がある。ハードマスクのパターンは、例えば物理エッチングを使用して、強誘電性非線形光学層に転写させることができる。少なくとも露光は、基板表面全体の複数のスティッチ領域に対して複数回実施されてよい。場合によっては、これらスティッチ領域のそれぞれは、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルである。いくつかの実施形態では、スティッチ領域は、少なくとも１５ミリメートル×１５ミリメートルであってよい。いくつかの実施形態では、各スティッチ領域は、少なくとも２０ミリメートル×２０ミリメートルである。したがって、ＬＮを含む、より長い及び／又はより多くの光学装置を、ＤＵＶリソグラフィを使用して単一スティッチ領域内で製作することができる。
【0018】
ＤＵＶリソグラフィを用いて製作された光学装置における強誘電性非線形光学材料は、側壁に関して改善された表面粗さを有する。例えば、ＤＵＶフォトリソグラフィを使用して形成された光学装置における強誘電性非線形光学材料（例えば、ＬＴ）の側壁の短距離二乗平均平方根表面粗さは、１０ナノメートル未満である。いくつかの実施形態では、この二乗平均平方根表面粗さは、５ナノメートル以下である。場合によっては、短距離二乗平均平方根表面粗さは、２ナノメートルを超えない。光学装置における、ＬＴなどの強誘電性非線形光学材料はまた、改善された性能を有することができる。いくつかの態様では、光学装置における強誘電性非線形光学材料は、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。いくつかの実施形態では、強誘電性非線形光学材料は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満の損失を有する。場合によっては、この損失は、０．５ｄＢ／ｃｍ以下である。したがって、強誘電性非線形光学材料を含む光学装置の性能を改善することができる。
【0019】
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、ＤＵＶリソグラフィなどのフォトリソグラフィを使用するＬＮ製作を含む装置１００Ａ及び１００Ｂの実施形態を示す。図１Ａは、基板１０１Ａ上に形成された光学装置１１０Ａを含む装置１００Ａを示す略図である。図１Ａは、縮尺通りではない。基板１０１Ａは、キャリアウェハー、並びにウェハーと光学装置１１０Ａとの間の任意の下層を含んでよい。光学装置１１０Ａは、ＬＮ領域を含む。光学装置１１０Ａの一部だけとして示されているが、層の全てがＬＮにより形成されてよい。いくつかの実施形態では、光学装置１１０Ａは、図示していない他の構成要素を含んでよい。光学装置１１０Ａは、平坦領域１１１Ａ、側壁１１２Ａ及び１１４Ａ、並びに上面１１６Ａを含む。したがって、光学装置１１０は、側壁１１２Ａ及び１１４Ａ並びに上面１１６Ａを有する、隆起を含む。したがって、図示する実施形態では、ＬＮ層は、完全にはエッチングされていない。他の実施形態及び／又は他の領域では、ＬＮ層は完全にエッチングされて、基板１０１Ａなどの下にある層が露出されてよい。そのような実施形態では、平坦領域１１１Ａの一部又は全てが省略される場合がある。
【0020】
同様に、図１Ｂは、基板（図示せず）上に形成された光学装置１１０Ｂを含む装置１００Ｂの顕微鏡写真である。基板は、キャリアウェハー、並びにウェハーと光学装置１１０Ｂとの間の任意の下層を含んでよい。光学装置１１０Ｂは、ＬＮ層から構成される。いくつかの実施形態では、光学装置１１０Ｂは、図示していない他の構成要素を含んでよい。光学装置１１０Ｂは、側壁１１２Ｂ及び１１４Ａ、並びに上面１１６Ｂ及び平坦領域１１１Ｂを有する隆起を含む。
【0021】
光学装置１１０Ａ及び光学装置１１０ＢのＬＮ領域は、ＤＵＶリソグラフィを使用して形成される。その結果、光学装置１１０Ａ及び１１０Ｂの側壁１１２Ａ、１１４Ａ、１１２Ｂ及び１１４Ｂは、改善された表面粗さを有する。短距離二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗さは、（例えば、方向ｌに沿った）２００ナノメートル以下の長さにおけるＲＭＳ表面粗さである。光学装置１１０ＡにおけるＬＮ領域の側壁１１２Ａ及び１１４Ａの短距離ＲＭＳ表面粗さ、並びにＬＮ光学装置１１０Ｂの短距離ＲＭＳ表面粗さはそれぞれ、１０ナノメートル未満である。いくつかの実施形態では、光学装置１１０Ａ及びＬＮ光学装置１１０Ｂの両方のＬＮ領域についての短距離ＲＭＳ表面粗さは、５ナノメートル以下である。光学装置１１０Ａ及びＬＮ光学装置１１０ＢのＬＮ領域の短距離ＲＭＳ表面粗さは、いくつかの実施形態では、２ナノメートルを超えない。更に、上面１１６Ａ及び１１６Ｂのそれぞれの短距離ＲＭＳ粗さは、いくつかの実施形態では、１ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、側壁１１２Ａ、１１４Ａ、１１２Ｂ、及び／又は１１４Ｂの長距離（２００ナノメートルより大きく、２００マイクロメートルまで至る長さ）ＲＭＳ表面粗さは、短距離ＲＭＳ表面粗さとは異なる場合がある。
【0022】
改善された平滑性ゆえに、光学装置は、改善された性能を有することができる。これは、ニオブ酸リチウムを含み、紫外線フォトリソグラフィを使用して製作された、光学装置における透過率を示す測定値の一実施形態２００を示す図２を参照すれば分かる。グラフ２００は、共振器として作動する、光学装置１１０Ａ及び／又は１１０ＢなどのＬＮ光学装置を通る透過率を示す。グラフ２００における落ち込みは、共振を示す。いくつかの実施形態では、ピークの幅は、ピコメートルのオーダーであり、対応する光学装置の効率を示す。いくつかの実施形態では、光学装置１１０Ａ及びＬＮ光学装置１１０ＢのＬＮ領域は、５ｄＢ／ｃｍ以下の信号損失を有する。いくつかの実施形態では、光学装置１１０Ａ及びＬＮ光学装置１１０ＢのＬＮ領域はそれぞれ、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。いくつかのそのような実施形態では、光学装置１１０Ａ及びＬＮ光学装置１１０ＢのＬＮ領域のそれぞれに対する損失は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満である。例えば、この損失は、いくつかの実施形態では、０．５ｄＢ／ｃｍ以下であってよい。
【0023】
したがって、ＤＵＶリソグラフィを使用して製作された光学装置１１０Ａ及び１１０Ｂは、低減された表面粗さ及び改善された効率を有する場合がある。更に、パターニングがＤＵＶリソグラフィを使用して実施されるので、光学装置１１０Ａ及び１１０Ｂは、より高い再現性、より良好な均一性、より高いスループットで、基板１０１Ａ及び１０１Ｂのより大きな領域にわたって製作することができる。したがって、ＬＮを含む光学装置を製作するための方法、及びそのように形成された光学装置を改善することができる。
【0024】
図３は、ＤＵＶリソグラフィなどの紫外線リソグラフィを使用して、ＬＮを含む光学装置を形成するための方法３００の一実施形態を示すフローチャートである。方法３００は、サブプロセスを有してよいプロセスとの関連で記載される。特定の順序で記載されているが、本明細書の記載と矛盾しない他の順序が利用されてもよい。方法３００は、基板上にＬＮ層が設けられた後に始まる。いくつかの実施形態では、ＬＮ層は薄くてよく、例えば、厚さが１０マイクロメートル以下であってよい。いくつかの実施形態では、ＬＮ層は、厚さが１マイクロメートル以下であってよい。いくつかの実施形態では、ＬＮ層の厚さは、７００ナノメートル以下であってよい。いくつかのそのような実施形態では、厚さは、４００ナノメートル以下であってよい。他の厚さが可能である。二酸化シリコンなどの下層が、ＬＮ層とキャリアウェハーとの間に存在してよい。いくつかの実施形態では、キャリアウェハーは、シリコン、石英、シリカ、ＬＮ、サファイア、及び／又は他の材料を含んでよい。例えば、ＬＮ層は、名目上、少なくとも２マイクロメートル、かつ５マイクロメートル以下の厚さを有する二酸化シリコンの下層上に存在してよい。他の厚さ、追加の層、及び／又は他の層が存在してよい。
【0025】
３０２において、ハードマスク層が設けられる。いくつかの実施形態では、ハードマスクは、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、セラミック、金属（例えば、Ｔｉ）、又は他のハードマスク材料のうちの１つ以上を含んでよい。いくつかの実施形態では、３０２において、化学蒸着（ＣＶＤ）又は他の堆積方法が利用されてよい。
【0026】
３０４において、ＵＶリソグラフィを使用して、ハードマスク層上にマスクが形成される。いくつかの実施形態では、３０４は、マスク層を設けることを含む。例えば、マスク層は、ハードマスク層上にスピンコーティングされたフォトレジスト層であってよい。ＵＶリソグラフィを使用して、マスク層の一部分が選択的に露光される。いくつかの実施形態では、ＵＶフォトリソグラフィのために使用される電磁放射の波長は、４５０ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、ＤＵＶリソグラフィが利用される。例えば、使用される電磁放射の波長は、２５０ナノメートル未満であってよい。いくつかの実施形態では、マスク層を露出させるために、電磁放射の他の波長が使用されてよい。また、３０４の一部として、露光の前及び／又は後に、マスク層が熱処理（例えば、ベーク）されてよい。露光されたマスクはまた、現像される。いくつかの実施形態では、現像後ベークは実施されない。したがって、マスク層の一部分が除去されて、マスク層に開口部が形成される。その結果、パターンを有するマスクが形成される。
【0027】
３０６において、ハードマスク層からハードマスクが提供される。そうするために、ＤＵＶリソグラフィにより形成されたマスクが利用される。したがって、マスクからのパターンが、ハードマスク層に転写されてよい。ハードマスクは、このように形成される。いくつかの実施形態では、３０６は、マスクにおけるパターンにより覆われていない、ハードマスク層の一部分を、化学的及び／又は物理的に除去することを含む。いくつかの実施形態では、３０６における除去により、ハードマスク層に開口部が形成されて、ハードマスクが設けられる。いくつかの実施形態では、３０６における除去により、ハードマスク層に凹部が形成されて、ハードマスクが設けられる。方法３００においてハードマスクが使用されてよい。なぜなら、ＤＵＶリソグラフィを使用してパターニングされたマスクは、後述する、３０８においてＬＮ層をパターニングするために使用されるエッチングによる除去の影響をより受けやすい場合があるからである。マスクのそのような除去により、光学装置の側壁が、望まれるよりも大きな表面粗さを有する結果になる場合がある。しかしながら、他の実施形態では、例えば、より大きい表面粗さが許容される場合、ステップ３０２及び３０４は省略されてよい。
【0028】
３０８において、ＬＮ層は、ハードマスクを使用してエッチングされる。したがって、３０８において、ハードマスクにおけるパターンは、ＬＮ層に転写されてよい。いくつかの実施形態では、３０８において、物理エッチングが使用される。３０８において、例えば、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、及び／又は他の物理エッチング機構が利用されてよい。いくつかの実施形態では、３０８において、化学エッチング又は他のエッチングが使用されてよい。ハードマスクが開口部の代わりに凹部を含む実施形態では、３０８におけるパターン転写は、ハードマスクの薄い部分の少なくとも一部も除去する。いくつかの実施形態では、３０８をとおして、ＬＮ層は完全にはエッチングされていない。したがって、形成される光学装置は、３０８の後に残っている起立部分又は隆起であってよい。いくつかの実施形態では、３０８において、ＬＮ層の一部分は完全にエッチングされてよい。また、３０８において、残っているマスク及び／又はハードマスクは全てが除去されてよい。
【0029】
３１０において、方法３００のいくつか又は全てが、任意選択で繰り返される。例えば、３０４において、マスク層が設けられ、ベークされてよい。１つの領域が露光された後、ステージがシフトされて、マスク層の追加領域が露光されてよい。したがって、３０４のこの部分は、繰り返されてよい。いったん全ての所望の領域が露光されると、マスク層に現像が実施されて、基板全体にマスクが設けられてよい。次いで、３０６及び３０８において、パターンは下にある層に転写されてよい。したがって、いくつかの実施形態では、３０４の少なくとも一部が１回以上繰り返される。他の実施形態では、３０２、３０４、３０６、及び３０８は、基板の異なる領域に対して繰り返されてよい。したがって、装置の複数の領域が製作されてよい。例えば、より大きな光学装置、及び／又はパターニングされた領域のエッジを横切って延びる光学装置が形成されてよい。
【0030】
例えば、図４～図８は、ＬＮを含み、製作中に方法３００を使用して形成された装置４００の一実施形態を示す。図４～図８は縮尺通りではなく、装置４００の一部分だけが示される。更に、装置４００は、説明目的のためであって、特定の装置を表さない場合がある。例えば、側壁が概ね垂直かつ平坦に示される一方で、上面が概ね水平かつ平坦に示される。しかしながら、いくつかの変形形態が一般に存在する。
【0031】
図４は、３０４の一部として、マスク層が設けられた後の装置４００を示す。したがって、キャリアウェハー、下層４０２、ＬＮ層４１０、ハードマスク層４２０、及びＤＵＶマスク層４３０を含んでよい基板４０１が示される。下層４０２は、二酸化シリコンなどの絶縁体であってよい。本実施形態では、下層４０２は、基板４０１とは別々に示される。いくつかの実施形態では、他の層が存在してよく、及び／又は、示されるいくつかの層が省略されてよい。例えば、いくつか実施形態では、下層４０２が省略されてよい。
【0032】
図５は、３０４が完了した後の装置４００を示す。ＤＵＶマスク層４３０は、ＤＵＶ光に選択的に曝露され、現像されている。したがって、ＤＵＶマスク４３０Ａが形成されている。ハードマスク層４２０の一部分は、ＤＵＶマスク４３０Ａにより覆われていない。
【0033】
図６は、３０６が完了した後の装置４００を示す。したがって、ハードマスク４２０Ａが形成されている。図示した実施形態では、ＤＵＶマスク４３０Ａのパターンは、ハードマスク４２０Ａに転写されている。図示した実施形態では、ハードマスク層４３０がエッチングされた領域に、ハードマスク４２０Ａが凹部４２２を有する。したがって、ＤＵＶマスク４３０Ａのパターンは、ハードマスク４２０Ａに転写されている。
【0034】
図７～図８は、３０８が完了した後の装置４００を示す。ＤＵＶマスク４３０Ａ及びハードマスク４２０Ａも、除去されている。図７は、装置４００の断面図である。図８は、スティッチ（破線により示される）を示す装置４００の平面図である。したがって、ＬＮ光学装置４１０Ａが図７及び図８に示される。図８には、ＬＮ光学装置４１０Ｂも示される。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び／又はＬＮ光学装置４１０Ｂは、他の構成要素を含む。しかしながら、簡略化のために、ＬＮ光学装置４１０Ａの一部分及びＬＮ光学装置４１０Ｂの一部分だけが示される。ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、ハードマスク４２０Ａにより覆われていない、ＬＮ層の一部分を除去することにより、ＬＮ層４１０に形成された隆起とみなしてよい。したがって、側壁４１２及び４１４などの、光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂの側壁は、隆起のための側壁である。いくつかの実施形態では、３０８において、ＬＮ層４１０は完全にエッチングされてよい。そのような実施形態では、３０８が完了した後に、下層４０２などの下にある層は、露出される場合がある。
【0035】
ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、異なる時間に露出する異なるスティッチ領域にある。したがって、図８に示すように、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、整列していなくてよい。したがって、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、そのような位置ずれの影響を低減させるために、スティッチの領域において僅かに広がっている。したがって、図示した実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、複数のスティッチ領域にわたる単一の光学装置の一部と考えることができる。ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂもまた、ＤＵＶリソグラフィを使用して形成される。したがって、それぞれが側壁を有する。ＬＮ光学装置４１０Ａの側壁４１２及び４１４が、図７及び図８においてラベル付けされている。ＤＵＶリソグラフィを使用することにより、側壁４１２及び４１４は、改善された表面粗さを有する。ＬＮ光学装置４１０Ａの側壁４１２及び４１４の短距離ＲＭＳ表面粗さはそれぞれ、１０ナノメートル未満である。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａの各側壁４１２及び４１４についての短距離ＲＭＳ表面粗さは、５ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａの各側壁４１２及び４１４の短距離ＲＭＳ表面粗さは、２ナノメートルを超えない。ＬＮ光学装置４１０Ｂは、ＬＮ光学装置４１０Ａとして類似した短距離ＲＭＳ表面粗さを有する。
【0036】
光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、改善された性能を有することができる。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂはそれぞれ、５ｄＢ／ｃｍ以下の信号損失を有する。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂはそれぞれ、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。いくつかのそのような実施形態では、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂのそれぞれの損失は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満である。例えば、この損失は、いくつかの実施形態では、０．５ｄＢ／ｃｍ以下であってよい。
【0037】
したがって、ＬＮ光学装置４１０Ａ及び４１０Ｂは、改善された製造容易性と性能、及び低減された側壁表面粗さを有することができる。ＤＵＶリソグラフィが利用されるので、スループットは増加でき、装置４００を製作するために要する時間は削減でき、均一性が改善でき、再現性が向上できる。ＤＵＶリソグラフィはまた、大きなスティッチ領域を有する。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルであるスティッチ領域に、単一ショットでのＤＵＶリソグラフィが実施されてよい。いくつかの実施形態では、スティッチ領域は、少なくとも１５ミリメートル×１５ミリメートルであってよい。例えば、スティッチ領域は、名目上、２０ミリメートル×２０ミリメートルであってよく、又はこれよりも大きくてよい。したがって、図８に示されるようなスティッチの数が低減される。これは、スループット及び再現性を向上させることができるだけでなく、（例えば、ＬＮ光学装置４１０Ａと４１０Ｂとの間に示されるような）光学装置の位置ずれを減らすこともできる。
【0038】
図９は、ＤＵＶリソグラフィを使用して、ＬＮを含む光学装置を形成するための方法９００の一実施形態を示すフローチャートである。方法９００は、サブプロセスを有してよいプロセスとの関連で記載される。特定の順序で記載されているが、本明細書の記載と矛盾しない他の順序が利用されてもよい。方法９００は、キャリアウェハーなどの基板上にＬＮ層が設けられた後に始まる。いくつかの実施形態では、ＬＮ層は薄くてよく、例えば、厚さが１０マイクロメートル以下であってよい。いくつか実施形態では、ＬＮ層は、厚さが１マイクロメートル以下であってよい。いくつかの実施形態では、ＬＮ層の厚さは、７００ナノメートル以下であってよい。いくつかのそのような実施形態では、厚さは、４００ナノメートル以下であってよい。他の厚さが可能である。二酸化シリコンなどの絶縁性下層が、ＬＮ層と下地ウェハーとの間に存在してよい。例えば、ＬＮ層は、名目上、少なくとも２マイクロメートル、かつ約５マイクロメートル以下の厚さを有する二酸化シリコンの下層上に存在してよい。他の厚さ、追加の層、及び／又は他の層が存在してよい。
【0039】
９０２において、ストップ層が設けられてよい。ストップ層は、ハードマスクを形成する際に使用することができるエッチングに無反応である。例えば、後述するように、ハードマスク層の一部分を選択的に除去する際に化学エッチングが利用される場合、９０２において設けられるストップ層は、このようなエッチングにおいて使用される化学物質に無反応である。ハードマスクを形成する際に複数のエッチングが利用される場合、９０２において設けられるストップ層は、ハードマスクをパターニングする際に使用される少なくとも最終エッチングに無反応であることが望まれる。９０２において設けられたエッチストップ層はまた、下にあるＬＮ層への過度の損傷なしで除去されてよい。いくつかの実施形態では、９０２は省略されてよい。
【0040】
９０４において、ハードマスク層が設けられる。いくつかの実施形態では、ハードマスクは、アモルファスシリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化チタン、セラミック、他の半導体、及び／又は他のハードマスク材料のうちの１つ以上を含んでよい。いくつかの実施形態では、金属ハードマスクが使用されてよい。いくつかの実施形態では、９０４において、ＣＶＤ、プラズマ促進ＣＶＤ、又は他の堆積方法が利用されてよい。
【0041】
９０６において、ハードマスク層上に反射防止コーティング（ＡＲＣ）層が設けられる。いくつかの実施形態では、ＡＲＣ層は、ハードマスク層上にスピンコーティングされる。ＡＲＣ層は、ＤＵＶマスクのためのＤＵＶリソグラフィの間、下にある層からのＤＵＶ電磁放射の反射を低減させるように構成されている。いくつかの実施形態では、９０６は省略されてよい。
【0042】
９０８において、ＡＲＣ層上にＤＵＶマスク層が設けられる。いくつかの実施形態では、ＤＵＶマスク層は、ＤＵＶフォトレジストなどのポリマーである。例えば、ＵＶ（商標）２１０ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ＤＵＶ ＰｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔなどのＤＵＶフォトレジストが使用されてよい。いくつかの実施形態では、９０８は、ＤＵＶマスク層をスピンコーティングすることを含む。しかしながら、他の堆積方法が可能である。
【0043】
９１０において、ＤＵＶマスク層は、露光の前に熱処理される。したがって、９１０は、露光前ベーク又は露光前熱処理とみなしてよい。いくつかの実施形態では、９１０における熱処理は、摂氏１４０度よりも大きい温度で実施される。いくつかの実施形態では、熱処理は、摂氏１４５度よりも大きい温度で実施される。例えば、９１０における熱処理のために、摂氏１５０度又はその近くの温度が使用されてよい。いくつかの実施形態では、熱処理は１分を超える。いくつかの実施形態では、熱処理のために、少なくとも７０秒が使用される。いくつかの実施形態では、９１０における熱処理は、少なくとも８０秒である。例えば、装置は、名目上９０秒以上の時間にわたって、摂氏１５０度又はその近くの温度で熱処理されてよい。
【0044】
いくつかの実施形態では、９１０は、露光前熱処理において装置が曝露される温度を徐々に上昇させることを含む。いくつかの実施形態では、（例えば、マスク層の、装置の他の部分の、又はオーブンにおいて若しくはホットプレート上で測定された）温度は、毎分摂氏１４０度以下の速度で増加される。いくつかの実施形態では、温度の増加速度は、毎分摂氏１２５度以下である。いくつかの実施形態では、温度は、毎分摂氏１００度以下の速度で増加される。
【0045】
９１２において、ＤＵＶマスク層は、ＤＵＶ放射に選択的に曝露される。例えば、９１２において、２５０ナノメートル以下の波長が使用されてよい。いくつかの実施形態では、９１２は、複数のスティッチ領域を露光することを含む。例えば、スティッチ領域が露光され、ステージが移動され、そして他の領域が同じ又は異なるレチクルを用いて露光されてよい。したがって、ＤＵＶマスク層は、ＤＵＶ放射に選択的に曝露される。
【0046】
９１４において、ＤＵＶマスク層は、露光後に熱処理される。したがって、９１４は、露光後ベーク又は露光後熱処理とみなしてよい。いくつかの実施形態では、９１４における熱処理は、摂氏１４０度よりも大きい温度で実施される。いくつかの実施形態では、熱処理は、摂氏１４５度よりも大きい温度で実施される。例えば、９１４における熱処理のために、摂氏１５０度又はその近くの温度が使用されてよい。いくつかの実施形態では、熱処理は１分を超える。いくつかの実施形態では、熱処理のために、少なくとも７０秒が使用される。いくつかの実施形態では、９１４における熱処理は、少なくとも８０秒である。例えば、装置は、名目上９０秒以上の時間にわたって、摂氏１５０度又はその近くの温度で熱処理されてよい。
【0047】
いくつかの実施形態では、９１４は、露光後熱処理において装置が曝露される温度を徐々に上昇させることを含む。いくつかの実施形態では、（例えば、マスク層の、装置の他の部分の、又はオーブンにおいて若しくはホットプレート上で測定された）温度は、毎分摂氏１４０度以下の速度で増加される。いくつかの実施形態では、温度の増加速度は、毎分摂氏１２５度以下である。いくつかの実施形態では、温度は、毎分摂氏１００度以下の速度で増加される。
【0048】
９１６において、露光されたＤＵＶマスク層はまた、現像される。いくつかの実施形態では、現像後ベークは実施されない。したがって、ＤＵＶマスク層の一部分が除去されて、ＤＵＶマスク層に開口部が形成される。その結果、パターンを有するＤＵＶマスクが形成される。
【0049】
９１８において、ＤＵＶマスクにおける開口部により覆われていないＡＲＣ層の一部分は除去される。例えば、ＡＲＣ層は、９１８においてエッチングされてよい。いくつかの実施形態では、９１８は省略されてよい。そのような実施形態では、ＡＲＣ層は、９２０において利用されるものと同じ方法で除去されてよい。
【0050】
９２０において、ＤＵＶマスクのパターンは、ハードマスク層に転写される。いくつかの実施形態では、ＤＵＶマスクのパターンは、ＡＲＣ層にも転写される。ハードマスクは、このように形成される。いくつかの実施形態では、９２０は、マスクにおけるパターンにより覆われていない、ハードマスク層の一部分を、化学的及び／又は物理的に除去することを含む。例えば、ハードマスク層が二酸化シリコン層である場合、９２０において、フッ素ベースの化学物質を使用してよい。他の実施形態では、ドライエッチング、ＲＩＥ、又は他のエッチング機構が使用されてよい。いくつかの実施形態では、９２０における除去により、ハードマスク層に開口部が形成されて、ハードマスクが設けられる。そのような実施形態では、９０２において形成されたストップ層は、下にあるＬＮ層への損傷を防止することができる。いくつかの実施形態では、９２０における除去により、ハードマスク層に凹部が形成されて、ハードマスクが設けられる。したがって、ＬＮ層への損傷を、依然として回避することができる。
【0051】
９２２において、ハードマスクのパターンは、ストップ層に転写されてよい。これは、化学又は物理エッチングを介して生じる場合がある。９２２においてストップ層を除去するために使用されるエッチングは、９２０においてハードマスクをパターニングするために使用されるエッチングのうちの１つ以上とは異なる。いくつかの実施形態では、９２２は省略されてよい。
【0052】
９２４において、ハードマスクにおけるパターンは、ＬＮ層に転写される。いくつかの実施形態では、９２４において、物理エッチングが使用される。例えば、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、及び／又は他の物理エッチング機構が利用されてよい。いくつかの実施形態では、９２４において、化学エッチング又は他の除去機構が使用されてよい。いくつかの実施形態では、９２４において、ＬＮ層は完全にはエッチングされない。したがって、ＬＮ光学装置は、ＬＮ層の一部分の部分的な除去の後に残っている隆起で形成されてよい、又はその隆起を含んでよい。いくつかの実施形態では、ＬＮ層は、いくつかの領域において、完全にエッチングされてよい。ハードマスクが開口部の代わりに凹部を含む実施形態では、９２４におけるパターン転写は、ハードマスクの薄い部分の少なくとも一部も除去する。いくつかの実施形態では、９２４におけるパターン転写はまた、ハードマスクにより覆われていない、エッチストップ層の一部又は全てを除去してよい。９２０においてハードマスクを形成するために使用されるエッチングは、９２４においてＬＮ層の一部分を除去するために使用されるエッチングから切り離されていてよい。その結果、これらのエッチングは、別々に最適化されることができる。これにより、製作されている光学装置における、より滑らかな側壁につながる場合がある。
【0053】
９２６において、あらゆる残っているＤＵＶマスク、ＡＲＣ層、及び／又はハードマスクが除去されてよい。装置の製作が完了されてよい。例えば、形成されたＬＮ光学装置は個片化されてよく、及び／又は追加の構成要素が製作されてよい。
【0054】
例えば、図１０～図１５は、ＬＮを含み、製作中に方法９００を使用して形成された、装置１０００の一実施形態を示す。図１０～図１５は縮尺通りではなく、装置１０００の一部分だけが示される。更に、装置１０００は、説明目的のためであって、特定の装置を表さない場合がある。例えば、側壁が垂直かつ平坦に示される一方で、上面が水平かつ平坦に示される。しかしながら、いくつかの変形形態が一般に存在する。
【0055】
図１０は、９０４、９０６、及び９０８が完了した後の装置１０００を表す。したがって、キャリアウェハー、下層１００２、ＬＮ層１０１０、ハードマスク層１０３０、ＡＲＣ層１０４０、及びＤＵＶマスク層１０５０を含んでよい基板１００１が示される。下層１００２は、二酸化シリコンなどの絶縁体であってよい。本実施形態では、下層１００２は、基板１００１とは別々に示される。いくつかの実施形態では、他の層が存在してよく、及び／又は、示されるいくつかの層が省略されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、下層１００２が省略されてよい。図示した実施形態では、エッチストップ層は利用されない。したがって、９０２及び９２２は省略される。
【0056】
図１１は、９１０、９１２、９１４、及び９１６が完了した後の装置１０００を表す。ＤＵＶマスク層１０５０は、露光前ベークされ、ＤＵＶ照射に選択的に曝露され、露光後ベークされ、現像されている。このようにして、ＤＵＶマスク１０５０Ａが形成されている。ＡＲＣ層１０４０の一部分が、ＤＵＶマスク１０５０Ａにより覆われていない。
【0057】
図１２は、９１８が完了した後、すなわち、ＤＵＶマスク１０５０Ａにより覆われていないＡＲＣ層１０４０の一部分が別の方法で除去された（例えば、９２０の一部として）後の装置１０００を示す。したがって、ハードマスク層１０３０の一部分が覆われていない。
【0058】
図１３は、９２０が完了した後の装置１０００を示す。したがって、ＤＵＶマスク１０５０Ａのパターンは、ハードマスク１０３０Ａに転写されている。図示した実施形態では、ハードマスク層１０３０がエッチングされた領域に、ハードマスク１０３０Ａが凹部１０３０Ｂを有する。したがって、ＤＵＶマスク１０５０Ａのパターンは、ハードマスク１０３０Ａに転写されている。
【0059】
図１４は、９２４が完了した後の装置１０００を示す。したがって、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂが形成された。ＬＮ装置１０１０Ａは、側壁１０１２Ａ及び１０１４Ａを有する。ＬＮ光学装置１０１０Ｂは、側壁１０１２Ｂ及び１０１４Ｂを有する。
【0060】
図１５は、９２６が完了し、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂの上の層が除去された後の装置１０００を示す。装置１０００は、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び／又は１０１０Ｂを利用して光学装置及び／又は他の装置を完成させるために、更なる処理が実施されてよい。
【0061】
ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂは、方法９００のＤＵＶリソグラフィを使用して形成される。したがって、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂの側壁１０１２Ａ、１０１４Ａ、１０１２Ｂ、及び１０１４Ｂは、改善された表面粗さを有する。側壁１０１２Ａ、１０１４Ａ、１０１２Ｂ、及び１０１４Ｂの短距離ＲＭＳ表面粗さはそれぞれ、１０ナノメートル未満である。いくつかの実施形態では、側壁１０１２Ａ、１０１４Ａ、１０１２Ｂ、及び１０１４Ｂのそれぞれについての短距離ＲＭＳ表面粗さは、５ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、側壁１０１２Ａ、１０１４Ａ、１０１２Ｂ、及び１０１４Ｂのそれぞれの短距離ＲＭＳ表面粗さは、２ナノメートルを超えない。
【0062】
光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂは、改善された性能を有することができる。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂはそれぞれ、５ｄＢ／ｃｍ以下の信号損失を有する。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂはそれぞれ、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。いくつかのそのような実施形態では、ＬＮ光学装置１０１０Ａ及び１０１０Ｂのそれぞれの損失は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満である。例えば、この損失は、いくつかの実施形態では、０．５ｄＢ／ｃｍ以下であってよい。
【0063】
図１６～図２１は、ＬＮを含み、製作中に方法９００を使用して形成された装置１６００の一実施形態を示す。図１６～図２１は縮尺通りではなく、装置１６００の一部分だけが示される。更に、装置１６００は、説明目的のためであって、特定の装置を表さない場合がある。例えば、側壁が垂直かつ平坦に示される一方で、上面が水平かつ平坦に示される。しかしながら、いくつかの変形形態が一般に存在する。
【0064】
図１６は、９０２、９０４、９０６、及び９０８が完了した後の装置１６００を表す。したがって、キャリアウェハー、下層１６０２、ＬＮ層１６１０、エッチストップ層１６２０、ハードマスク層１６３０、ＡＲＣ層１６４０、及びＤＵＶマスク層１６５０を含んでよい基板１６０１が示される。下層１６０２は、二酸化シリコンなどの絶縁体であってよい。本実施形態では、下層１６０２は、基板１６０１とは別々に示される。エッチストップ層１６２０は、ハードマスク層１６３０のために使用されるエッチングのうちの１つ以上に無反応であるアモルファスシリコン及び／又は他の材料を含んでよい。エッチストップ層１６２０は、いくつかの実施形態では、厚さが少なくとも１０ナノメートル、かつ厚さが５０ナノメートル以下であってよい。いくつかの実施形態では、エッチストップ層１６２０もまた、下にあるＬＮ層１６１０に過度の損傷を与えることなく、除去されてもよい。いくつかの実施形態では、他の層が存在してよく、及び／又は、示されるいくつかの層が省略されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、下層１６０２が省略されてよい。
【0065】
図１７は、９１０、９１２、９１４、９１６、及び９１８が完了した後の装置１６００を示す。ＤＵＶマスク層１６５０は、露光前ベークされ、ＤＵＶ照射に選択的に曝露され、露光後ベークされ、現像されている。このようにして、ＤＵＶマスク１６５０Ａが形成されている。ＤＵＶマスク１６５０Ａにより覆われていないＡＲＣ層１６４０の一部分が除去されている。したがって、ＡＲＣ層部分１６４０Ａが残る。ハードマスク層１６３０の一部分が覆われていない。
【0066】
図１８は、９２０が完了した後の装置１６００を示す。したがって、ＤＵＶマスク１６５０Ａのパターンは、ハードマスク１６３０Ａに転写されている。図示した実施形態では、ハードマスク層１６３０がエッチングされた領域に、ハードマスク１６３０Ａが開口部１６３０Ｂを有する。したがって、エッチストップ層１６２０の一部分が覆われていない。したがって、ＤＵＶマスク１６５０Ａのパターンは、ハードマスク１６３０Ａに転写されている。
【0067】
図１９は、９２２が完了した後、すなわち、エッチストップ層１６２０が、ＬＮ層１６１０へのパターンの転写の一部として選択的にエッチングされた後の装置１６００を示す。したがって、エッチストップ層１６２０の覆われていない領域が除去されている。エッチストップ層の一部分１６２０Ａが残っている。いくつかの実施形態では、エッチストップ層１６２０は、９２２において完全に除去される必要はない。このような実施形態では、ＬＮ層１６１０は、エッチストップ層の一部分により覆われていてよい。そのような部分は、次いで、９２４におけるパターン転写により除去される。
【0068】
図２０は、９２４が完了した後の装置１６００を示す。したがって、ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂが形成された。ＬＮ装置１６１０Ａは、側壁１６１２Ａ及び１６１４Ａを有する。ＬＮ光学装置１６１０Ｂは、側壁１６１２Ｂ及び１０１４Ｂを有する。
【0069】
図２１は、９２６が完了し、ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂの上の層が除去された後の装置１６００を示す。装置１６００は、ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び／又は１６１０Ｂを利用して光学装置及び／又は他の装置を完成させるために、更なる処理が実施されてよい。
【0070】
ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂは、方法９００のＤＵＶリソグラフィを使用して形成される。したがって、ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂの側壁１６１２Ａ、１６１４Ａ、１６１２Ｂ、及び１６１４Ｂは、改善された表面粗さを有する。側壁１６１２Ａ、１６１４Ａ、１６１２Ｂ、及び１６１４Ｂの短距離ＲＭＳ表面粗さはそれぞれ、１０ナノメートル未満である。いくつかの実施形態では、側壁１６１２Ａ、１６１４Ａ、１６１２Ｂ、及び１６１４Ｂのそれぞれについての短距離ＲＭＳ表面粗さは、５ナノメートル以下である。いくつかの実施形態では、側壁１６１２Ａ、１６１４Ａ、１６１２Ｂ、及び１６１４Ｂのそれぞれの短距離ＲＭＳ表面粗さは、２ナノメートルを超えない。
【0071】
光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂは、改善された性能を有することができる。いくつかの実施形態では、各ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂは、５ｄＢ／ｃｍ以下の信号損失を有する。いくつかの実施形態では、ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂはそれぞれ、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する。いくつかのそのような実施形態では、ＬＮ光学装置１６１０Ａ及び１６１０Ｂのそれぞれの損失は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満である。例えば、この損失は、いくつかの実施形態では、０．５ｄＢ／ｃｍ以下であってよい。
【0072】
したがって、方法９００は、改善された製造容易性と性能、及び低減された側壁表面粗さを有することができるＬＮ光学装置１０１０Ａ、１０１０Ｂ、１６１０Ａ、及び／又は１６１０Ｂを提供する。ＤＵＶリソグラフィが利用されるので、スループットは増加でき、装置１０００及び１６００を製作するために要する時間は削減でき、均一性が改善でき、再現性が向上できる。その上、ＤＵＶリソグラフィの使用は、製造において多数の装置の製作に、より容易に拡大することができる。ＤＵＶリソグラフィはまた、より大きなスティッチ領域を有する。例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルであるスティッチ領域に、単一ショットでのＤＵＶリソグラフィが実施されてよい。いくつかの実施形態では、スティッチ領域は、少なくとも１５ミリメートル×１５ミリメートルであってよい。例えば、スティッチ領域は、名目上、２０ミリメートル×２０ミリメートルであってよく、又はこれよりも大きくてよい。したがって、スティッチ（図示せず）の数は低減される。これは、スループット及び再現性を増加させることができるだけでなく、光学装置における位置ずれを減らすこともできる。したがって、ＬＮを含む光学装置の製作及び性能を向上できる。
【0073】
上述したように、本明細書に記載される製作技術及び装置は、ＬＴを含むがこれに限定されない強誘電性非線形光学材料などの、他の非線形光学材料に適用される。例えば、ＬＴ、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及び／又はチタン酸バリウムが、ＬＮの代わりに又はＬＮに加えて、使用されてもよい。したがって、強誘電性非線形光学材料を含む光学装置の性能及び製作を改善することができる。
【0074】
前述の実施形態は、理解を明瞭にする目的で、ある程度詳細に説明したが、本発明は、提供された詳細に限定されない。本発明を実現する多くの代替方法がある。開示された実施形態は、例示的であり制限的でない。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【手続補正書】
【提出日】2022-11-07
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
装置であって、前記装置は、光学装置を含み、前記光学装置の少なくとも一部分が、少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料を含み、前記光学装置の前記少なくとも一部分は、紫外線（ＵＶ）フォトリソグラフィを利用して製作され、前記強誘電性非線形光学材料の側壁を含み、前記側壁は、１０ナノメートル未満の短距離二乗平均平方根粗さを有し、
前記側壁は、前記ＵＶフォトリソグラフィ、第１のエッチング、及び第２のエッチングを使用して製作され、
前記ＵＶフォトリソグラフィは、ハードマスク層からハードマスクを製作するためのマスクを形成するために使用され、
前記第１のエッチングは、前記ハードマスク層の一部分を除去して前記ハードマスクを形成するためのものであり、
前記第２のエッチングは、前記強誘電性非線形光学材料の一部分を除去して前記側壁を形成するためのものであり、
前記第２のエッチングは、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、及び化学エッチングから選択され、
前記第２のエッチングは、前記側壁が、１０ナノメートル未満の前記短距離二乗平均平方根粗さを有するように、前記第１のエッチングとは異なる、装置。
【請求項2】
請求項１に記載の装置であって、前記少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及びチタン酸バリウムのうちの少なくとも１つを含む、装置。
【請求項3】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料は、タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウムから選択される、装置。
【請求項4】
請求項１に記載の装置であって、前記側壁は、少なくとも４００ナノメートルの高さを有する、装置。
【請求項5】
請求項１に記載の装置であって、前記側壁は少なくとも１つのスティッチ領域に含まれ、前記少なくとも１つのスティッチ領域のそれぞれが、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルの面積を有する、装置。
【請求項6】
請求項５に記載の装置であって、前記短距離二乗平均平方根表面粗さは、５ナノメートル以下である、装置。
【請求項7】
請求項１に記載の装置であって、前記光学装置の前記少なくとも一部分は、２ｄＢ／ｃｍ以下の損失を有する、装置。
【請求項8】
請求項７に記載の装置であって、前記損失は、１．０ｄＢ／ｃｍ未満である、装置。
【請求項9】
請求項８に記載の装置であって、前記損失は、０．５ｄＢ／ｃｍ未満である、装置。
【請求項10】
請求項９に記載の装置であって、前記損失は、０．１ｄＢ／ｃｍ以下である、装置。
【請求項11】
光学装置を提供する方法であって、強誘電性非線形光学層上にハードマスク層を設けることであって、前記強誘電性非線形光学層は、少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料を含む、ことと、
前記ハードマスク層上にマスクを設けることであって、前記マスクは、紫外線（ＵＶ）リソグラフィを使用して形成されるパターンを有する、ことと、
前記パターンを前記ハードマスク層に転写することにより、前記ハードマスク層からハードマスクを形成することと、
前記パターンを前記ハードマスクから前記強誘電性非線形光学層に転写して、前記強誘電性非線形光学層の側壁を含む、前記光学装置の少なくとも一部分を形成することであって、前記側壁は、１０ナノメートル未満の短距離二乗平均平方根粗さを有する、ことと、を含む方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法であって、前記マスクを設けることは、
マスク層を設けることと、
摂氏１４０度を超えるベーク温度にて前記マスク層を熱処理することと、
前記熱処理の後、ＵＶ波長範囲内の電磁放射を使用して、前記マスク層の一部分を露光することと、
前記露光の後に、前記マスク層を現像して、前記パターンに対応する少なくとも１つの開口部を前記マスク層に形成して、前記マスクを形成することと、更に含む方法。
【請求項13】
請求項１２に記載の方法であって、前記マスクを設けることは、前記露光の後かつ前記現像の前に、追加熱処理を実施することを更に含み、前記追加熱処理は、摂氏１４０度を超える追加温度で実施される、方法。
【請求項14】
請求項１１に記載の方法であって、前記形成することは、前記ハードマスク層の一部分を除去して前記ハードマスクを形成するための第１のエッチングを実施することを更に含み、前記パターンを前記ハードマスクから前記強誘電性非線形光学層に転写することは、前記強誘電性非線形光学材料の一部分を除去して前記側壁を形成するための第２のエッチングを実施することを更に含み、前記第２のエッチングは、ドライエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プラズマエッチング、及び化学エッチングから選択され、前記第２のエッチングは、前記側壁が、１０ナノメートル未満の前記短距離二乗平均平方根粗さを有するように、前記第１のエッチングとは異なる、方法。
【請求項15】
請求項１１に記載の方法であって、前記ハードマスクを形成することのうちの少なくとも１つは、前記パターンに対応する凹部を前記ハードマスク層に形成することを含み、
前記方法は、前記ハードマスク層の下地をなすストップ層を設けることと、前記ハードマスクの形成後に、前記ストップ層の一部分を除去することと、を更に含む、方法。
【請求項16】
請求項１１に記載の方法であって、前記パターンは複数のスティッチ領域を含み、前記スティッチ領域のそれぞれが、少なくとも１０ミリメートル×１０ミリメートルの面積を有する、方法。
【請求項17】
請求項１１に記載の方法であって、前記ハードマスク層は、シリコン酸化物、アモルファスシリコン、及び窒化シリコンのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【請求項18】
請求項１１に記載の方法であって、前記強誘電性非線形光学層は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及びチタン酸バリウムのうちの少なくとも１つを含み、前記側壁は少なくとも４００ナノメートルの高さを有する、方法。
【請求項19】
光学装置を提供する方法であって、強誘電性非線形光学層上にハードマスク層を設けることであって、前記非線形光学層は、少なくとも１つの強誘電性非線形光学材料を含む、ことと、
前記ハードマスク層上にマスクを設けることであって、前記マスクは、深紫外線（ＤＵＶ）リソグラフィを使用して形成されるパターンを有する、ことと、を含み、
前記マスクを設けることは、
マスク層を設けることと、
摂氏１４０度を超える第１の温度にて前記マスク層を熱処理することであって、前記熱処理は、前記マスク層のための温度を、毎分摂氏１４０度以下の速度で増加させることを含む、ことと、
ＤＵＶ波長範囲内の電磁放射を使用して、前記マスク層の一部分を露光することと、
前記露光の後に、摂氏１４０度を超える第２の温度において追加熱処理を実施することであって、前記追加熱処理は、前記マスク層のための追加温度を、毎分摂氏１４０度以下の追加速度で増加させることを含む、ことと、
前記追加熱処理の後に前記マスク層を現像して、前記パターンに対応する少なくとも１つの開口部を前記マスク層に形成して、前記マスクを形成することと、
前記パターンを前記ハードマスク層に転写することにより、前記ハードマスク層からハードマスクを形成することと、
前記強誘電性非線形光学層をエッチングして、前記パターンを前記ハードマスクから前記強誘電性非線形光学層に転写し、それにより、前記強誘電性非線形光学層の側壁を含む、前記光学装置の少なくとも一部分を形成することであって、前記側壁は、１０ナノメートル未満の短距離二乗平均平方根粗さを有し、前記エッチングは、前記パターンを前記ハードマスク層に転写することにより前記ハードマスクを形成するための他のエッチングとは異なる、ことと、を更に含む、方法。
【請求項20】
請求項１９に記載の方法であって、前記強誘電性非線形光学層は、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ガリウム砒素、チタン燐酸カリウム、チタンジルコン酸鉛、及びチタン酸バリウムのうちの少なくとも１つを含む、方法。
【国際調査報告】