知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(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】2025-01-28
(54)【発明の名称】多深度光学デバイスを形成するための方法
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20250121BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20250121BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024538434
(86)(22)【出願日】2022-12-06
(85)【翻訳文提出日】2024-08-14
(86)【国際出願番号】 US2022080977
(87)【国際公開番号】W WO2023122426
(87)【国際公開日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】63/265,910
(32)【優先日】2021-12-22
(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
【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】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー
(72)【発明者】
【氏名】チェン， コアンナン
【テーマコード（参考）】
2H199
2H249
【Ｆターム（参考）】
2H199CA53
2H199CA66
2H199CA67
2H249AA07
2H249AA13
2H249AA37
2H249AA44
2H249AA60
2H249AA66
(57)【要約】
屈折率が２．０以上の多深度光学デバイス構造を有する光学デバイスおよび光学デバイスを形成する方法が提供される。光学デバイスおよび方法は、第１のマトリックススタック構造および第２のマトリックススタック構造を形成することを含む。隣接する第１のマトリックススタック構造は、第１の深度を有する第１のビアを形成し、隣接する第２のマトリックススタック構造は、第２の深度を有する第２のビアを形成する。第１のビアの第１の深度が第２のビアの第２の深度とは異なることは、ビアがデバイス材料を用いて埋め戻されるときにサブミクロンの多深度光学デバイス構造の形成からもたらされる。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上にマトリックススタックを配置することであって、前記基板が、少なくとも第１のセクションと第２のセクションとを有する、マトリックススタックを配置することと、前記マトリックススタック上に第１のパターン化されたハードマスクを形成することであって、前記第１のパターン化されたハードマスクが、前記第１のセクション上に第１のハードマスク構造を有する、第１のパターン化されたハードマスクを形成することと、
第１のマトリックススタック構造を形成するために前記第１のセクションの前記マトリックススタックの露出した第１の部分を除去することであって、前記第１のマトリックススタック構造が第１のビアを画定する、前記第１のセクションの前記マトリックススタックの露出した第１の部分を除去することと、
前記マトリックススタック上に第２のパターン化されたハードマスクを形成することであって、前記第２のパターン化されたハードマスクが前記第２のセクション上に第２のハードマスク構造を有する、第２のパターン化されたハードマスクを形成することと、
第２のマトリックススタック構造を形成するために前記第２のセクションの前記マトリックススタックの露出した第２の部分を除去することであって、前記第２のマトリックススタック構造が第２のビアを画定する、前記第２のセクションの前記マトリックススタックの露出した第２の部分を除去することと、
前記第１のパターン化されたハードマスクと前記第２のパターン化されたハードマスクとを除去することと、
前記第１のセクション上に第１の光学デバイス構造を形成し、前記第２のセクション上に第２の光学デバイス構造を形成することであって、前記第１の光学デバイス構造および前記第２の光学デバイス構造を前記形成することが、前記第１のビアおよび前記第２のビア内にデバイス材料を配置することを含む、第１の光学デバイス構造を形成し、第２の光学デバイス構造を形成することと
を含む、方法。
【請求項2】
前記デバイス材料が、２．０以上のデバイス屈折率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のマトリックススタック構造および前記第２のマトリックススタック構造が、２．０未満のマトリックススタック屈折率を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記デバイス屈折率と前記マトリックススタック屈折率との間のコントラスト比が、約１．７：１．４５から約３．７：１．４５である、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記マトリックススタックが、第１のマトリックス層、エッチング停止層、および第２のマトリックス層を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記第１のセクションの前記マトリックススタックの露出した第１の部分を前記除去することが、前記エッチング停止層を露出させるために前記第２のマトリックス層を除去することを含み、前記第２のセクションの前記マトリックススタックの露出した第２の部分を前記除去することが、前記基板を露出させるために、前記第１のマトリックス層、前記エッチング停止層、および前記第２のマトリックス層を除去することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の光学デバイス構造が、前記エッチング停止層から前記第１の光学デバイス構造の第１の上部表面までの第１の深度を有し、前記第２の光学デバイス構造が、前記基板から前記第２の光学デバイス構造の第２の上部表面までの第２の深度を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項8】
隣接する第１のハードマスク構造が第１のコンタクト孔を画定し、隣接する第２のハードマスク構造が第２のコンタクト孔を画定する、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記第１のビアのうちの少なくとも１つを縮小することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記デバイス材料を平坦化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記デバイス材料が、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、または炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を含む材料のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
基板上に第１のマトリックス層、エッチング停止層、および第２のマトリックス層のマトリックススタックを配置することであって、前記基板が、少なくとも第１のセクションと第２のセクションとを有する、第１のマトリックス層、エッチング停止層、および第２のマトリックス層のマトリックススタックを配置することと、前記マトリックススタック上に第１のパターン化されたハードマスクを形成することであって、前記第１のパターン化されたハードマスクが、前記第１のセクション上に第１のハードマスク構造を有する、第１のパターン化されたハードマスクを形成することと、
第１のマトリックススタック構造を形成するために前記第１のセクションの前記第２のマトリックス層の露出した第１の部分を除去することであって、前記第１のマトリックススタック構造が第１のビアを画定する前記第１のセクションの前記第２のマトリックス層の露出した第１の部分を除去することと、
前記マトリックススタック上に第２のパターン化されたハードマスクを形成することであって、前記第２のパターン化されたハードマスクが前記第２のセクション上に第２のハードマスク構造を有する、第２のパターン化されたハードマスクを形成することと、
第２のマトリックススタック構造を形成するために前記第２のマトリックス層の露出した第２の部分、前記エッチング停止層、および前記第２のセクションの前記第１のマトリックス層を除去することであって、前記第２のマトリックススタック構造が第２のビアを画定する、前記第２のマトリックス層の露出した第２の部分、前記エッチング停止層、および前記第２のセクションの前記第１のマトリックス層を除去することと、
前記第１のセクション上に第１の光学デバイス構造を形成し、前記第２のセクション上に第２の光学デバイス構造を形成することであって、前記第１の光学デバイス構造および前記第２の光学デバイス構造を前記形成することが、前記第１のビアおよび前記第２のビア内にデバイス材料を配置することを含む、第１の光学デバイス構造を形成し、第２の光学デバイス構造を形成することと
を含み、
前記第１の光学デバイス構造が、前記エッチング停止層から前記第１の光学デバイス構造の第１の上部表面までの第１の深度を有し、
前記第２の光学デバイス構造が、前記基板から前記第２の光学デバイス構造の第２の上部表面までの第２の深度を有する、方法。
【請求項13】
前記第１のビアのうちの少なくとも１つを縮小することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
第１の光学デバイス構造の第１のセクションであって、第１のマトリックススタック構造が前記第１の光学デバイス構造を画定し、
前記第１のマトリックススタック構造が第１のマトリックス層上に配置された第２のマトリックス層を含み、
前記第１の光学デバイス構造が、前記第１のマトリックス層から前記第１の光学デバイス構造の第１の上部表面までの第１の深度を有する、
第１の光学デバイス構造の第１のセクションと、
第２の光学デバイス構造の第２のセクションであって、
第２のマトリックススタック構造が前記第２の光学デバイス構造を画定し、
前記第２のマトリックススタック構造が、前記第１のマトリックス層と、前記第１のマトリックス層上に配置された前記第２のマトリックス層とを含み、
前記第２の光学デバイス構造が、光学デバイス基板から前記第２の光学デバイス構造の第２の上部表面までの第２の深度を有する、
第２の光学デバイス構造の第２のセクションと
を備える、光学デバイス。
【請求項15】
前記第１の光学デバイス構造および前記第２の光学デバイス構造が、２．０以上のデバイス屈折率を有する、請求項１４に記載の光学デバイス。
【請求項16】
前記第１のマトリックススタック構造および前記第２のマトリックススタック構造が、２．０未満のマトリックススタック屈折率を有する、請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項17】
前記デバイス屈折率と前記マトリックススタック屈折率との間のコントラスト比が、約１．７：１．４５から約３．７：１．４５である、請求項１６に記載の光学デバイス。
【請求項18】
前記第２のマトリックス層がエッチング停止層上に配置され、前記第２のマトリックススタック構造が前記エッチング停止層をさらに含む、請求項１４に記載の光学デバイス。
【請求項19】
前記第１の光学デバイス構造および前記第２の光学デバイス構造が、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、または炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を含む材料のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５に記載の光学デバイス。
【請求項20】
前記第１のマトリックス層の厚さが約１００から約７５０ナノメートル（ｎｍ）であり、前記第２のマトリックス層の厚さが約１００から約７５０ｎｍである、請求項１４に記載の光学デバイス。
【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、拡張現実、仮想現実、および複合現実用の光学デバイスに関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、屈折率が２．０以上の多深度光学デバイス構造を有する光学デバイスおよび光学デバイスを形成するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光学デバイスは、基板上に形成された光学デバイスの構造を使用して光の伝播を操作するために使用され得る。光学デバイスは、光の設計波長の半分よりも小さい面内寸法を備えた構造の配列を含む。この構造が、局所的な位相不連続（すなわち、光の波長よりも短い距離にわたる位相の急激な変化）を誘発するために、光子を操作することによって光の伝播を変更するために、サブミクロンの限界寸法、たとえばナノサイズの寸法を有する。サブミクロンの限界寸法を有することに加えて、光学デバイスの異なるセクションは、異なる高さを備えた構造を有することが望ましい。また、光学デバイスの性能を向上させるために、構造の屈折率と構造間の区域の屈折率との間に高いコントラスト比を有することも望ましい。
【0003】
しかしながら、高屈折率材料、すなわち屈折率が約２．０より大きい材料からサブミクロンの限界寸法を有する光学デバイスを形成することは困難な場合がある。たとえば、異なる高さの構造を形成するために高屈折率材料の層をエッチングすると、限界寸法が不均一になる可能性がある。したがって、当該技術分野において必要とされているのは、屈折率が２．０以上の多深度光学デバイス構造を有する光学デバイスおよび光学デバイスを形成するための方法である。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態では、方法が提供される。本方法は、基板上にマトリックススタックを配置することであって、基板が、少なくとも第１のセクションと第２のセクションとを有する、マトリックススタックを配置することと、マトリックススタック上に第１のパターン化されたハードマスクを形成することであって、第１のパターン化されたハードマスクが、第１のセクション上に第１のハードマスク構造を有する、第１のパターン化されたハードマスクを形成することと、第１のマトリックススタック構造を形成するために第１のセクションのマトリックススタックの露出した第１の部分を除去することであって、第１のマトリックススタック構造が第１のビアを画定する、第１のセクションのマトリックススタックの露出した第１の部分を除去することと、マトリックススタック上に第２のパターン化されたハードマスクを形成することであって、第２のパターン化されたハードマスクが第２のセクション上に第２のハードマスク構造を有する、第２のパターン化されたハードマスクを形成することと、第２のマトリックススタック構造を形成するために第２のセクションのマトリックススタックの露出した第２の部分を除去することであって、第２のマトリックススタック構造が第２のビアを画定する、第２のセクションのマトリックススタックの露出した第２の部分を除去することと、第１のパターン化されたハードマスクと第２のパターン化されたハードマスクとを除去することと、第１のセクション上に第１の光学デバイス構造を形成し、第２のセクション上に第２の光学デバイス構造を形成することであって、第１の光学デバイス構造および第２の光学デバイス構造を形成することが、第１のビアおよび第２のビア内にデバイス材料を配置することを含む、第１の光学デバイス構造を形成し、第２の光学デバイス構造を形成することとを含む。
【0005】
別の実施形態では、方法が提供される。本方法は、基板上に第１のマトリックス層、エッチング停止層、および第２のマトリックス層のマトリックススタックを配置することであって、基板が、少なくとも第１のセクションと第２のセクションとを有する、第１のマトリックス層、エッチング停止層、および第２のマトリックス層のマトリックススタックを配置することと、マトリックススタック上に第１のパターン化されたハードマスクを形成することであって、第１のパターン化されたハードマスクが、第１のセクション上に第１のハードマスク構造を有する、第１のパターン化されたハードマスクを形成することと、第１のマトリックススタック構造を形成するために第１のセクションの第２のマトリックス層の露出した第１の部分を除去することであって、第１のマトリックススタック構造が第１のビアを画定する、第１のセクションの第２のマトリックス層の露出した第１の部分を除去することと、マトリックススタック上に第２のパターン化されたハードマスクを形成することであって、第２のパターン化されたハードマスクが第２のセクション上に第２のハードマスク構造を有する、第２のパターン化されたハードマスクを形成することと、第２のマトリックススタック構造を形成するために第２のマトリックス層の露出した第２の部分、エッチング停止層、および第２のセクションの第１のマトリックス層を除去することであって、第２のマトリックススタック構造が第２のビアを画定する、第２のマトリックス層の露出した第２の部分、エッチング停止層、および第２のセクションの第１のマトリックス層を除去することと、第１のセクション上に第１の光学デバイス構造を形成し、第２のセクション上に第２の光学デバイス構造を形成することであって、第１の光学デバイス構造および第２の光学デバイス構造を形成することが、第１のビアおよび第２のビア内にデバイス材料を配置することを含む、第１の光学デバイス構造を形成し、第２の光学デバイス構造を形成することとを含み、第１の光学デバイス構造が、エッチング停止層から第１の光学デバイス構造の第１の上部表面までの第１の深度を有し、第２の光学デバイス構造が、基板から第２の光学デバイス構造の第２の上部表面までの第２の深度を有する。
【0006】
さらに別の実施形態では、光学デバイスが提供される。光学デバイスは、第１の光学デバイス構造の第１のセクションを含み、第１のマトリックススタック構造が第１の光学デバイス構造を画定し、第１のマトリックススタック構造が第１のマトリックス層上に配置された第２のマトリックス層を含み、第１の光学デバイス構造が、第１のマトリックス層から第１の光学デバイス構造の第１の上部表面までの第１の深度を有する。光学デバイスはまた、第２の光学デバイス構造の第２のセクションを含み、第２のマトリックススタック構造が第２の光学デバイス構造を画定し、第２のマトリックススタック構造が第１のマトリックス層と、第１のマトリックス層上に配置された第２のマトリックス層とを含み、第２の光学デバイス構造が、光学デバイス基板から第２の光学デバイス構造の第２の上部表面までの第２の深度を有する。
【0007】
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することにより行われてよく、実施形態のうちのいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を制限するものではなく、同様に効果的な他の実施形態も許容し得る点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイスの部分の概略断面図である。
【図2】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイスを形成する方法の流れ図である。
【図3A】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図3B】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図3C】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図3D】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図3E】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図3F】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図3G】１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板の部分の概略断面図である。
【図4A】本明細書に記載の実施形態による、光学デバイスの透視正面図である。
【図4B】本明細書に記載の実施形態による、光学デバイスの概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
理解を容易にするために、図面に共通の同一の要素を示すために、可能な限り同一の参照番号が使用されている。１つの実施形態の要素および特徴は、さらに詳述することなしに、他の実施形態に有益に組み込まれてよいことが企図される。
【0010】
本開示の実施形態は、一般に、拡張現実、仮想現実、および複合現実用の光学デバイスに関する。より具体的には、本明細書に記載される実施形態は、屈折率が２．０以上の多深度光学デバイス構造を有する光学デバイスおよび光学デバイスを形成するための方法に関する。
【0011】
図１は、１つまたは複数の実施形態による、光学デバイス基板１０２の部分１００の概略断面図である。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、光学デバイス１５０は、メタサーフェスなどの平面光学デバイスである。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、光学デバイス１５０は、拡張導波管コンバイナなどの導波管コンバイナである。部分１００は、平面光学デバイスの部分または導波管コンバイナの部分に対応し得る。一例では、部分１００は、入力結合格子、中間格子、または出力結合格子の１つまたは複数などの導波管コンバイナの格子に対応する。部分１００は、図４Ａおよび図４Ｂに示されるような断面に対応し得る。
【0012】
光学デバイス１５０は、光学デバイス基板１０２上に配置された複数の光学デバイス構造１０９を含む。光学デバイス基板１０２の部分１００の第１のセクション１３０は、複数の第１の光学デバイス構造１０９ａを含む。光学デバイス基板１０２の部分１００の第２のセクション１４０は、複数の第２の光学デバイス構造１０９ｂを含む。光学デバイス基板１０２の部分１００は第１のセクション１３０と第２のセクション１４０とを示しているが、光学デバイス１５０は光学デバイス構造１０９の追加のセクションを含み得る。
【0013】
複数の光学デバイス構造１０９は、深度と限界寸法を有する。より具体的には、第１の光学デバイス構造１０９ａは深度１１３ａおよび限界寸法１２５ａを有し、第２の光学デバイス構造１０９ｂは深度１１３ｂおよび限界寸法１２５ｂを有する。限界寸法１２５ａは、第１の光学デバイス構造１０９ａの幅または直径に対応し、限界寸法１２５ｂは、第２の光学デバイス構造１０９ｂの幅または直径に対応する。他の実施形態では、限界寸法１２５ａと限界寸法１２５ｂは同じである。いくつかの実施形態では、限界寸法１２５ａと限界寸法１２５ｂは異なる。限界寸法１２５ａと限界寸法１２５ｂは１マイクロメートル（μｍ）未満である。本明細書に記載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、限界寸法１２５ａと限界寸法１２５ｂは、約１００ナノメートル（ｎｍ）から約１０００ｎｍである。深度１１３ａは、任意選択のエッチング停止層１０６から第１の光学デバイス構造１０９ａの第１の上部表面１１０ａまでの距離である。深度１１３ｂは、基板から第２の光学デバイス構造１０９ｂの第２の上部表面１１０ｂまでの距離である。深度１１３ａと深度１１３ｂは異なる。エッチング停止層１０６は任意選択の層である。任意選択のエッチング停止層１０６がない実施形態では、深度１１３ａは第２のマトリックス層１０４ｂの厚さに対応する。
【0014】
第１の光学デバイス構造１０９ａは、深度１１３ａと限界寸法１２５ａとの比によって定義される第１のアスペクト比を有し得る。第２の光学デバイス構造１０９ｂは、深度１１３ｂと限界寸法１２５ｂとの比によって定義される第２のアスペクト比を有し得る。第１のアスペクト比と第２のアスペクト比は、約１：１０から約１：１５など、約１：１．５から約１：２０である。第１のアスペクト比と第２のアスペクト比は、互いに異なっていてもよい。
【0015】
複数の光学デバイス構造１０９はデバイス屈折率を有する。デバイス屈折率は約２．０より大きい。複数の光学デバイス構造１０９は、これらに限定されないが、シリコン（たとえば、アモルファスシリコン）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、または炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を含む材料のうちの１つまたは複数を含む。
【0016】
光学デバイス１５０は、複数のマトリックススタック構造１２３を含む。隣接するマトリックススタック構造１２３は、その間に配置された光学デバイス構造１０９を含む。マトリックススタック構造１２３の各々は、少なくとも、光学デバイス基板１０２上に配置された第１のマトリックス層１０４ａ、第１のマトリックス層１０４ａ上に配置された任意選択のエッチング停止層１０６、および任意選択のエッチング停止層１０６上に配置された第２のマトリックス層１０４ｂを含む。光学デバイス基板１０２の部分１００の第１のセクション１３０は、複数の第１のマトリックススタック構造１２３ａを含み、光学デバイス基板１０２の部分１００の第２のセクション１４０は、複数の第２のマトリックススタック構造１２３ｂを含む。隣接する第１の光学デバイス構造１０９ａは、その間に配置された第１のマトリックススタック構造１２３ａを含む。隣接する第２の光学デバイス構造１０９ｂは、その間に配置された第２のマトリックススタック構造１２３ｂを含む。
【0017】
複数の第１の光学デバイス構造１０９ａの各々は、任意選択のエッチング停止層１０６に接触する底面と、隣接する第１のマトリックススタック構造１２３ａに接触する側面とを含む。第１の光学デバイス構造１０９ａの第１の上部表面１１０ａは、第１のマトリックススタック構造１２３ａの第１の上部表面１１２ａと位置合わせされる。複数の第２の光学デバイス構造１０９ｂの各々は、光学デバイス基板１０２に接触する底面と、隣接する第２のマトリックススタック構造１２３ｂに接触する側面とを含む。第２の光学デバイス構造１０９ｂの第２の上部表面１１０ｂは、第２のマトリックススタック構造１２３ｂの第２の上部表面１１２ｂと位置合わせされる。深度１１３ａは、第２のマトリックス層１０４ｂの厚さに対応して、約１００ｎｍから約７５０ｎｍである。エッチング停止層１０６を含む実施形態では、深度１１３ｂは、第１のマトリックス層１０４ａ、任意選択のエッチング停止層１０６、および第２のマトリックス層１０４ｂの合計厚さに対応して、約２００ｎｍから約１５５０ｎｍである。エッチング停止層１０６がない実施形態では、深度１１３ｂは、第１のマトリックス層１０４ａと第２のマトリックス層１０４ｂとの合計厚さに対応して、約２００ｎｍから約１５００ｎｍである。第１のマトリックス層１０４ａの厚さは約１００ｎｍから約７５０ｎｍである。任意選択のエッチング停止層１０６の厚さは５０ｎｍ未満である。
【0018】
マトリックススタック構造１２３は、第１のマトリックス層１０４ａ、任意選択のエッチング停止層１０６、および第２のマトリックス層１０４ｂの材料の屈折率の平均に対応するマトリックススタック屈折率を有する。マトリックススタック屈折率は２．０未満、たとえば約１．５未満である。デバイス屈折率とマトリックススタック屈折率との間のコントラスト比は、約１．７：１．４５から約３．７：１．４５である。任意選択のエッチング停止層１０６は、光学デバイス基板１０２と同じ材料または異なる材料を含み得る。任意選択のエッチング停止層１０６は、第１のマトリックス層１０４ａと同じ材料または異なる材料を含む。任意選択のエッチング停止層１０６は、第１のマトリックス層１０４ａおよび第２のマトリックス層１０４ｂと同じ材料または異なる材料を含む。第２のマトリックス層１０４ｂは、第１のマトリックス層１０４ａと同じ材料または異なる材料を含む。
【0019】
第１のマトリックス層１０４ａおよび第２のマトリックス層１０４ｂは、これに限定されないが、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含む。任意選択のエッチング停止層１０６は、これらに限定されないが、シリコン（たとえば、アモルファスシリコン）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、または炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を含む材料のうちの１つまたは複数を含む。
【0020】
光学デバイス基板１０２は、光学デバイス基板１０２が所望の波長または波長範囲の光を十分に透過することができる限り、任意の適切な材料であってよい。基板の選択は、これらに限定されないが、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、およびそれらの組合せを含む、任意の適切な材料の基板を含み得る。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わされ得るいくつかの実施形態では、光学デバイス基板１０２は透明材料を含む。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、光学デバイス基板１０２は、これらに限定されないが、シリコン（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、溶融シリカ、石英、またはサファイアのうちの１つまたは複数を含む。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、光学デバイス基板１０２は、高屈折率（高ＲＩ）ガラスなどの高指数透明材料を含む。
【0021】
【0022】
工程２０２において、図３Ａに示されるように、マトリクススタック１０１は、光学デバイス基板１０２上に配置される。マトリックススタック１０１は、第１のマトリックス層１０４ａ、任意選択のエッチング停止層１０６、および第２のマトリックス層１０４ｂを含む。第１のマトリックス層１０４ａは、光学デバイス基板１０２と任意選択のエッチング停止層１０６の間に配置される。第２のマトリックス層１０４ｂは、任意選択のエッチング停止層１０６上に配置される。第１のマトリックス層１０４ａは、第２のマトリックス層１０４ｂと実質的に等しい厚さ、または異なる厚さを有する。
【0023】
工程２０４において、図３Ｂに示されるように、第１のパターン化されたハードマスク１１４がマトリックススタック１０１上に形成される。第１のパターン化されたハードマスク１１４は、光学デバイス基板１０２の第１のセクション１３０上に形成された第１のハードマスク構造１３３ａを含む。第１のハードマスク構造１３３ａは、第１のパターン化されたハードマスク１１４の第１のコンタクト孔１１８ａを画定することによって、第１のセクション１３０のマトリックススタック１０１の露出した第１の部分１１５ａを形成する。第１のパターン化されたハードマスク１１４を形成することは、マトリックススタック１０１上に第１のハードマスク材料を配置することと、第１のハードマスク材料上にフォトレジストを配置することと、第１のハードマスク材料の部分を露出させるためにフォトレジストをパターン化することと、第１のハードマスク構造１３３ａを形成するために第１のハードマスク材料の露出部分を除去することとを含む。第１のハードマスク材料は、これに限定されないが、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含み得る。
【0024】
工程２０６において、図３Ｃに示されるように、第１のセクション１３０のマトリックススタック１０１の露出した第１の部分１１５ａが除去される。マトリックススタック１０１の露出した第１の部分１１５ａを除去することにより、第１のマトリックススタック構造１２３ａが形成される。第１のマトリックススタック構造１２３ａは、２つの隣接する第１のマトリックススタック構造１２３ａが、その間に配置された第１のビア１２１ａを有するように第１のビア１２１ａを画定する。第１のマトリックススタック構造１２３ａを形成することは、任意選択のエッチング停止層１０６を露出させるために第２のマトリックス層１０４ｂを除去することを含む。任意選択の工程において、第１のビア１２１ａ、第２のビア１２１ｂ、第１のコンタクト孔１１８ａ、または第２のコンタクト孔１１８ｂのうちの少なくとも１つが縮小される。
【0025】
工程２０８において、図３Ｄに示されるように、第２のパターン化されたハードマスク１２０がマトリックススタック１０１上に形成される。第２のパターン化されたハードマスク１２０は、光学デバイス基板１０２の第２のセクション１４０上に形成された第２のハードマスク構造１３３ｂを含む。第２のハードマスク構造１３３ｂは、第２のパターン化されたハードマスク１２０の第２のコンタクト孔１１８ｂを画定することによって、第２のセクション１４０のマトリックススタック１０１の露出した第２の部分１１５ｂを形成する。第２のパターン化されたハードマスク１２０を形成することは、マトリックススタック１０１上に第２のハードマスク材料を配置することと、第２のハードマスク材料上にフォトレジストを配置することと、第２のハードマスク材料の部分を露出させるためにフォトレジストをパターン化することと、第２のハードマスク構造１３３ｂを形成するために第２のハードマスク材料の露出部分を除去することとを含む。第２のハードマスク材料は、これに限定されないが、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含み得る。
【0026】
工程２１０において、図３Ｅに示されるように、第２のセクション１４０のマトリックススタック１０１の露出した第２の部分１１５ｂが除去される。露出した第２の部分１１５ｂを除去することにより、第２のマトリックススタック構造１２３ｂが形成される。第２のマトリックススタック構造１２３ｂは、２つの隣接する第２のマトリックススタック構造１２３ｂが、その間に配置された第２のビア１２１ｂを有するように第２のビア１２１ｂを画定する。第２のマトリックススタック構造１２３ｂを形成することは、光学デバイス基板１０２を露出させるために、第２のマトリックス層１０４ｂ、任意選択のエッチング停止層１０６、および第１のマトリックス層１０４ａを除去することを含む。
【0027】
工程２１２において、図３Ｆに示されるように、第１のパターン化されたハードマスク１１４および第２のパターン化されたハードマスク１２０が除去される。残留フォトレジスト材料も除去される。
【0028】
工程２１４において、図３Ｇに示されるように、デバイス材料１０８は、第１のビア１２１ａおよび第２のビア１２１ｂ内に配置される。一例では、デバイス材料１０８は、原子層堆積（ＡＬＤ）によって配置される。デバイス材料は、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ４）、または炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）を含む材料のうちの１つまたは複数を含み得る。
【0029】
工程２１６において、図１に示されるように、デバイス材料１０８が平坦化される。デバイス材料１０８は、第１の光学デバイス構造１０９ａと第２の光学デバイス構造１０９ｂとを形成するために平坦化され、その結果、第１の光学デバイス構造１０９ａの第１の上部表面１１０ａが第１のマトリックススタック構造１２３ａの第１の上部表面１１２ａと位置合わせされ、第２の光学デバイス構造１０９ｂの第２の上部表面１１０ｂが第２のマトリックススタック構造１２３ｂの第２の上部表面１１２ｂと位置合わせされる。一例では、デバイス材料１０８の余分な部分１０８ａは、化学機械平坦化（ＣＭＰ）を使用して除去され得る。
【0030】
図４Ａは、第１の構成の光学デバイス１５０の透視正面図である。図４Ｂは、第１の構成の光学デバイス１５０の概略上面図である。説明した第１の構成および第２の構成の光学デバイス１５０は、例示的な光学デバイスであることが理解されるべきである。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、第１の構成の光学デバイス１５０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、第２の構成の光学デバイス１５０は、メタサーフェスなどの平面光学デバイスである。光学デバイス１５０は、光学デバイス基板１０２上に配置された複数の光学デバイス構造１０９を含む。複数の光学デバイス構造１０９は、複数の第１の光学デバイス構造１０９ａと、複数の第２の光学デバイス構造１０９ｂとを含む。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、光学デバイス構造１０９の領域は、第１の格子４０４ａ、第２の格子４０４ｂ、および第３の格子４０４ｃなどの１つまたは複数の格子４０４に対応する。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、光学デバイス１５０は、少なくとも入力結合格子に対応する第１の格子４０４ａと、出力結合格子に対応する第３の格子４０４ｃとを含む導波管コンバイナである。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、本実施形態による導波管コンバイナは、中間格子に対応する第２の格子４０４ｂを含む。図４Ｂは、光学デバイス構造１０９を正方形または長方形の断面を有するものとして示しているが、光学デバイス構造１０９の断面は、これらに限定されないが、円形、三角形、楕円形、正多角形、不規則多角形、および／または不規則形状の断面を含む他の形状を有し得る。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いくつかの実施形態では、単一の光学デバイス１５０上の光学デバイス構造１０９の断面は異なる。
【0031】
要約すると、屈折率が２．０以上の多深度光学デバイス構造を有する光学デバイスおよび光学デバイスを形成するための方法が提供される。光学デバイスおよび方法は、第１のマトリックススタック構造および第２のマトリックススタック構造を形成することを含む。隣接する第１のマトリックススタック構造は、第１の深度を有する第１のビアを形成し、隣接する第２のマトリックススタック構造は、第２の深度を有する第２のビアを形成する。第１のビアの第１の深度が第２のビアの第２の深度とは異なることは、ビアがデバイス材料を用いて埋め戻されるときにサブミクロンの多深度光学デバイス構造の形成からもたらされる。
【0032】
上記は、本開示の実施形態に関するものであるが、本開示の他の実施形態およびさらなる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなく考案されてよく、その範囲は、以下の請求項によって決定される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図3F】
【図3G】
【図4A】
【図4B】
【国際調査報告】