JP2020008827A - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エッチングプロセスの間に基板への損傷を防止することができる光学素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】 基板を提供するステップと、前記基板の上に側壁を有する複数の金属グリッドを形成するステップと、前記複数の金属グリッドの間の前記基板の上に第１の有機層を形成するステップと、前記第１の有機層および前記複数の金属グリッドの上に第２の有機層を形成するステップと、前記第２の有機層および前記第１の有機層をエッチングし、前記複数の金属グリッドおよび前記複数の金属グリッドの上の複数のパターン化された第２の有機層を残すステップを含む光学素子の製造方法。【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、光学素子の製造方法に関するものであり、特に、二段階導波プロセス（ｔｗｏ-ｓｔｅｐ ｗａｖｅ-ｇｕｉｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いた光学素子の製造方法およびその製造方法によって製造された光学素子に関するものである。
導波構造を製造する従来のプロセスでは、金属グリッドが基板の上に形成された後、ガイドフィルムが金属グリッドおよび基板の上に被覆される。次いで、マスク層がガイドフィルムの上に形成される。エッチングプロセスは、基板が露出されるまで、ガイドフィルムに行われる。エッチングプロセスの条件（例えば、ガス種およびエッチング時間）は適切に制御することが困難であるため、基板はしばしばエッチングプロセスの間に損傷を受ける。
従って、エッチングプロセスの間に基板への損傷を防止することができる光学素子の簡易な製造方法の開発が望まれる。
エッチングプロセスの間に基板への損傷を防止することができる光学素子およびその製造方法を提供する。
本発明の一実施形態による、光学素子の製造方法が提供される。この製造方法は以下のステップを含む。基板が提供される。基板の上に側壁を有する複数の金属グリッドが形成される。第１の有機層は、複数の金属グリッドの間の基板の上に形成される。第２の有機層は、第１の有機層および複数の金属グリッドの上に形成される。第２の有機層および第１の有機層はエッチングされて、複数の金属グリッドおよび複数の金属グリッドの上に形成された複数のパターン化された第２の有機層を残す。
いくつかの実施形態では、第２の有機層は、ハロアルキルガスをエッチングガスとして用いた第１のエッチングプロセスによりエッチングされる。
いくつかの実施形態では、第１の有機層は、酸素、二酸化炭素、または窒素をエッチングガスとして用いた第２のエッチングプロセスによりエッチングされる。
いくつかの実施形態では、第１の有機層の一部は、第２のエッチングプロセス後、複数の金属グリッドの側壁に残る。
いくつかの実施形態では、複数の金属グリッドの側壁に残った第１の有機層は、溶剤に浸漬させて除去されるか、または第３のエッチングプロセスにより除去される。
いくつかの実施形態では、第３のエッチングプロセスは、酸素、二酸化炭素、または窒素をエッチングガスとして用いる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層および第１の有機層は、ハロアルキルガスをエッチングガスとして用いた第４のエッチングプロセスによりエッチングされ、複数の金属グリッドの間に第１の有機層の一部を残す。
いくつかの実施形態では、複数の金属グリッドの間の第１の有機層は、溶剤に浸漬させて除去される。
いくつかの実施形態では、製造方法は、第２の有機層が形成される前に第１の有機層がパターン化されるステップを更に含む。
いくつかの実施形態では、製造方法は、複数の金属グリッドの間と複数のパターン化された第２の有機層の間の基板の上にカラーフィルタが形成されるステップを更に含む。
いくつかの実施形態では、第１の有機層は約１．４〜約１．５５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、第２の有機層は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
本発明の一実施形態による、光学素子が提供される。光学素子は、基板と、幅、高さ、および側壁を有する複数の金属グリッドと、酸化物層と、幅と側壁を有する複数の有機層を含む。複数の金属グリッドは基板の上に形成される。酸化物層は、複数の金属グリッドの間の基板の上に形成される。複数の有機層は、複数の金属グリッドの上に形成される。有機層の幅は、金属グリッドの幅より大きい。有機層と酸化物層との間に高さと幅を有する隙間が存在する。
いくつかの実施形態では、有機層は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する。
いくつかの実施形態では、隙間の高さは、有機層と酸化物層との間の距離として定義され、ゼロより大きく、金属グリッドの高さ以下である。
いくつかの実施形態では、隙間の幅は、金属グリッドの側壁と有機層の側壁との間の距離として定義され、ゼロより大きく、有機層の幅と金属グリッドの幅との間の差以下である。
いくつかの実施形態では、光学素子は、隙間に充填されたバッファ層を更に含む。
いくつかの実施形態では、バッファ層は約１．４〜約１．５５の範囲の屈折率を有する。
本発明では、マイクロレンズ（ＭＬ）構造をカラーフィルタの上に配置する必要がない。光は、金属グリッドの上に形成された導波素子を介してフォトダイオード（ＰＤ）領域に導かれる。本発明は、導波構造を製造するための二段階プロセスを提供する。まず、第１の有機層（屈折率：約１．４〜約１．５５）が金属グリッドの間に形成される。第１の有機層は、後続のエッチングプロセスのためのバッファ層として用いられる。次いで、第２の有機層（屈折率：約１．２〜約１．４５）が第１の有機層と金属グリッドの上に形成される。第２の有機層は、導波素子を形成するのに用いられる。例えばハロアルキルガスをエッチングガスとして用いた第１のエッチングプロセスが行われたとき、第２の有機層はエッチングされるが第１の有機層は残る。次いで、残りの第１の有機層は、例えば酸素（強力な横方向エッチングの能力を有する）をエッチングガスとして用いた第２のエッチングプロセスにより除去される、または残りの第１の有機層は溶剤に浸漬させて除去される。このような技術を用いることにより、エッチングプロセス中に基板の上の酸化物層への損傷を効果的に防止することができる。
また、いくつかの実施形態では、第２の有機層が形成される前、第１の有機層は、例えばリフロープロセスによりパターン化されて第１の有機層の上面を平坦化し、第１の有機層が金属グリッドの上に残るのを回避し、導波効果を向上させる。さらに、光学的性能、例えば本構造設計のＱＥプロファイル（例えば、導波要素の下に特定の寸法を有し、かつ金属グリッドの両側に位置する隙間を形成し； バッファ層をその隙間に充填する）は、ＭＬ構造のない従来の導波構造よりよい。
本発明によれば、エッチングプロセスの間に基板への損傷を防止することができる。
図１Ａは、本発明の一実施形態による光学素子の断面図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態による光学素子の断面図である。 図２は、本発明の一実施形態による光学素子の断面図である。 図３Ａは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図３Ｂは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図３Ｃは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図３Ｄは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図３Ｅは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図３Ｆは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図３Ｇは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ａは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ｂは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ｃは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ｄは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ｅは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ｆは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図４Ｇは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ａは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ｂは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ｃは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ｄは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ｅは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ｆは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図５Ｇは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ａは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ｂは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ｃは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ｄは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ｅは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ｆは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。 図６Ｇは、本発明の一実施形態による光学素子の製造方法の断面図である。
以下の説明は、本発明を実施するベストモードに関するものである。この説明は、本発明の一般的な原理を例示する目的のものであり、本発明を限定するものではない（本発明の範囲は、添付の請求の範囲を参考にして決定される）。
図１Ａに示すように、本発明の一実施形態による光学素子１０が提供される。図１Ａは、光学素子１０の断面図を示している。
光学素子１０は、基板１２、複数の金属グリッド１４、酸化物層１６、および複数の有機層１８を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。酸化物層１６は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。複数の有機層１８は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。有機層１８の幅Ｘは、金属グリッド１４の幅Ｗより大きい。具体的には、有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０が形成される。なお、以降では、有機層１８と酸化物層１６の間にある空間を隙間と称して説明するが、有機層１８と酸化物層１６の間にある空間は、間隙、ギャップとも称される。
いくつかの実施形態では、有機層１８は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する任意の適切な低屈折率有機材料を含むことができる。
有機層１８と酸化物層１６の間に形成された隙間２０の寸法は、図１Ｂに詳細に説明される。
図１Ｂに示されるように、隙間２０の高さＨ１は、有機層１８と酸化物層１６の間の距離として定義される。
いくつかの実施形態では、隙間２０の高さＨ１は、ゼロより大きく、金属グリッド１４の高さＨ以下である。
また、隙間２０の幅Ｗ１は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１と有機層１８の側壁Ｓ２との間の距離として定義される。
いくつかの実施形態では、隙間２０の幅Ｗ１は、ゼロより大きく、有機層１８の幅Ｘと金属グリッド１４の幅Ｗとの間の差以下である。例えば、図１Ｂにおいて、縦方向をＺ方向、横方向をＸ方向と仮定すると、隙間２０の高さＨ１は、Ｚ方向における有機層１８と酸化物層１６の間の距離である。また、隙間２０の幅Ｗ１は、Ｘ方向における金属グリッド１４の側壁Ｓ１と有機層１８の側壁Ｓ２との間の距離である。
いくつかの実施形態では、有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を覆い、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の少なくとも一部は、有機層１８から露出している。
図２に示すように、本発明の一実施形態による光学素子１０が提供される。図２は、光学素子１０の断面図を示している。
光学素子１０は、基板１２、複数の金属グリッド１４、酸化物層１６、および複数の有機層１８を含む。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。酸化物層１６は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。複数の有機層１８は、複数の金属グリッド１４の上に形成される。有機層１８の幅Ｘは、金属グリッド１４の幅Ｗより大きい。具体的には、バッファ層２２は、有機層１８と酸化物層１６の間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に形成される。
いくつかの実施形態では、有機層１８は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する任意の適切な低屈折率有機材料を含むことができる。
いくつかの実施形態では、バッファ層２２は、約１．４から約１．５５の範囲の屈折率を有する任意の適切な有機材料を含むことができる。
いくつかの実施形態では、有機層１８とバッファ層２２の材料は同じ、または異なってもよい。
有機層１８と酸化物層１６の間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に形成されたバッファ層２２の寸法は、以下のように詳細に説明される。
図２に示されるように、バッファ層２２の高さＨ１’は、ゼロより大きく、金属グリッド１４の高さＨ以下である。
バッファ層２２の幅Ｗ１’は、ゼロより大きく、有機層１８の幅Ｘと金属グリッド１４の幅Ｗとの間の差以下である。
いくつかの実施形態では、有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を覆い、バッファ層２２の少なくとも一部は、有機層１８と酸化物層１６との間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に形成される。
図３Ａ〜図３Ｇに示すように、本発明の一実施形態による図１Ａの光学素子１０を製造する方法が提供される。図３Ａ〜図３Ｇは、光学素子１０を製造する方法の断面図を示している。
図３Ａに示すように、基板１２が提供される。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。酸化物層１６は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。第１の有機層２２は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２の上面２２’は、金属グリッド１４の上面１４’と同じかそれより低くてもよい。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２は、約１．４から約１．５５の範囲の屈折率（Ｒｅ）を有する任意の適切な有機材料を含むことができる。
次いで、図３Ｂに示すように、第２の有機層１８は、第１の有機層２２と複数の金属グリッド１４の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する任意の適切な低屈折率有機材料を含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、二酸化チタンのような無機材料を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８および第１の有機層２２の材料は、同じまたは異なってもよい。
次いで、図３Ｃに示すように、パターン化されたマスク層１９が第２の有機層１８の上に形成され、続いて形成される導波構造を定義する。
次いで、図３Ｄに示すように、第２の有機層１８がパターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第１のエッチングプロセス２１によりエッチングされ、パターン化された第２の有機層１８を形成する（即ち、導波構造）。
いくつかの実施形態では、第１のエッチングプロセス２１のエッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３またはＣＨ２Ｆ２などのハロアルキルガスであってもよい。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、第１のエッチングプロセス２１のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、第１の有機層２２が露出されるまでエッチングされる。
次いで、図３Ｅに示されるように、第１の有機層２２は、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第２のエッチングプロセス２３によりエッチングされる。第２のエッチングプロセス２３の後、第１の有機層２２の一部は、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残される。
いくつかの実施形態では、第２のエッチングプロセス２３のエッチングガスは、酸素、二酸化炭素、または窒素であってもよい。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２はエッチングされ、第２のエッチングプロセス２３のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に第１の有機層２２の一部を残す。
次いで、図３Ｆに示すように、パターン化されたマスク層１９は、任意の適切な方法を用いて除去される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８と酸化物層１６の間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残された第１の有機層２２の寸法は、図２に詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を更に覆い、第１の有機層２２の少なくとも一部は、第２の有機層１８と酸化物層１６の間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残される。
次いで、図３Ｇに示すように、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残った第１の有機層２２は、溶剤に浸漬させて除去され、第２の有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０が形成される。
いくつかの実施形態では、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残された第１の有機層２２を除去するために用いられる溶剤は、任意の適切な有機溶剤を含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８の幅Ｘは、金属グリッド１４の幅Ｗより大きい。
第２の有機層１８と酸化物層１６の間に形成された隙間２０の寸法は、図１Ｂに詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を更に覆い、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の少なくとも一部が第２の有機層１８から露出される。
次いで、赤色、緑色、または青色カラーフィルタなどのカラーフィルタ（図示せず）が、複数の金属グリッド１４の間、および複数のパターン化された第２の有機層１８の間の基板１２の上に形成される。
従って、複数の金属グリッド１４と、複数の金属グリッド１４の上に形成された複数のパターン化された第２の有機層１８を有する光学素子１０が形成される。
図４Ａ〜図４Ｇに示すように、本発明の一実施形態による図１Ａの光学素子１０を製造する方法が提供される。図４Ａ〜図４Ｇは、光学素子１０を製造する方法の断面図を示している。
図４Ａに示すように、基板１２が提供される。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。酸化物層１６は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。第１の有機層２２は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２の上面２２’は、金属グリッド１４の上面１４’と同じかそれより低くてもよい。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２は、約１．４から約１．５５の範囲の屈折率（Ｒｅ）を有する任意の適切な有機材料を含むことができる。
次いで、図４Ｂに示すように、第２の有機層１８は、第１の有機層２２と複数の金属グリッド１４の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する任意の適切な低屈折率有機材料を含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、二酸化チタンのような無機材料を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８および第１の有機層２２の材料は、同じまたは異なってもよい。
次いで、図４Ｃに示すように、パターン化されたマスク層１９が第２の有機層１８の上に形成され、続いて形成される導波構造を定義する。
次いで、図４Ｄに示すように、第２の有機層１８および少なくとも一部の第１の有機層２２が、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第１のエッチングプロセス２１によりエッチングされ、パターン化された第２の有機層１８を形成する（即ち、導波構造）。
いくつかの実施形態では、エッチングプロセス２５のエッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３またはＣＨ２Ｆ２などのハロアルキルガスであることができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８および少なくとも一部の第１の有機層２２がエッチングされ、エッチングプロセス２５のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、複数の金属グリッド１４の間に適切な厚さを有する第１の有機層２２を残す。
次いで、図４Ｅに示すように、パターン化されたマスク層１９は、任意の適切な方法を用いて除去される。
次いで、図４Ｆに示すように、複数の金属グリッド１４の間に残った第１の有機層２２は、溶剤に浸漬させて除去される。
いくつかの実施形態では、複数の金属グリッド１４の間に残された第１の有機層２２を除去するために用いられる溶剤は、任意の適切な有機溶剤を含むことができる。
次いで、図４Ｇに示すように、表面デスカム処理（ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｓｃｕｍ ｐｒｏｃｅｓｓ）が行われ、第２の有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０が形成される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８の幅Ｘは、金属グリッド１４の幅Ｗより大きい。
第２の有機層１８と酸化物層１６の間に形成された隙間２０の寸法は、図１Ｂに詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を更に覆い、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の少なくとも一部が第２の有機層１８から露出されていてもよい。
次いで、赤色、緑色、または青色カラーフィルタなどのカラーフィルタ（図示せず）が、複数の金属グリッド１４の間、および複数のパターン化された第２の有機層１８の間の基板１２の上に形成される。
従って、複数の金属グリッド１４と、複数の金属グリッド１４の上に形成された複数のパターン化された第２の有機層１８を有する光学素子１０が形成される。
図５Ａ〜図５Ｇに示すように、本発明の一実施形態による図１Ａの光学素子１０を製造する方法が提供される。図５Ａ〜図５Ｇは、光学素子１０を製造する方法の断面図を示している。
図５Ａに示すように、基板１２が提供される。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。酸化物層１６は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。第１の有機層２２は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２の上面２２’は、金属グリッド１４の上面１４’と同じかそれより低くてもよい。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２は、約１．４から約１．５５の範囲の屈折率（Ｒｅ）を有する任意の適切な有機材料を含むことができる。
次いで、図５Ｂに示すように、第２の有機層１８は、第１の有機層２２と複数の金属グリッド１４の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する任意の適切な低屈折率有機材料を含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、二酸化チタンのような無機材料を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８および第１の有機層２２の材料は、同じまたは異なってもよい。
次いで、図５Ｃに示すように、パターン化されたマスク層１９が第２の有機層１８の上に形成され、続いて形成される導波構造を定義する。
次いで、図５Ｄに示すように、第２の有機層１８が、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第１のエッチングプロセス２１によりエッチングされ、パターン化された第２の有機層１８を形成する（即ち、導波構造）。
いくつかの実施形態では、第１のエッチングプロセス２１のエッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３またはＣＨ２Ｆ２などのハロアルキルガスであることができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、第１のエッチングプロセス２１のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、第１の有機層２２が露出されるまでエッチングされる。
次いで、図５Ｅに示すように、第１の有機層２２が、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第２のエッチングプロセス２３によりエッチングされる。第２のエッチングプロセス２３の後、第１の有機層２２の一部は、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残される。
いくつかの実施形態では、第２のエッチングプロセス２３のエッチングガスは、酸素、二酸化炭素、または窒素であってもよい。
いくつかの実施形態では、第２のエッチングプロセス２３のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に第１の有機層２２の一部を残すように、第１の有機層２２がエッチングされる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８と酸化物層１６の間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残された第１の有機層２２の寸法は、図２に詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を更に覆い、第１の有機層２２の少なくとも一部は、第２の有機層１８と酸化物層１６の間、かつ金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残される。
次いで、図５Ｆに示すように、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残った第１の有機層２２が、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第３のエッチングプロセス２７によって除去され、第２の有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０が形成される。
いくつかの実施形態では、第３のエッチングプロセス２７のエッチングガスは、酸素、二酸化炭素、または窒素であってもよい。
いくつかの実施形態では、複数の金属グリッド１４の側壁Ｓ１の上に残された第１の有機層２２はエッチングされ、第３のエッチングプロセス２７のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、第２の有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０を形成する。
次いで、図５Ｇに示すように、パターン化されたマスク層１９は、任意の適切な方法を用いて除去される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８の幅Ｘは、金属グリッド１４の幅Ｗより大きい。
第２の有機層１８と酸化物層１６の間に形成された隙間２０の寸法は、図１Ｂに詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を更に覆い、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の少なくとも一部が第２の有機層１８から露出される。
次いで、赤色、緑色、または青色カラーフィルタなどのカラーフィルタ（図示せず）が、複数の金属グリッド１４の間、および複数のパターン化された第２の有機層１８の間の基板１２の上に形成される。
従って、複数の金属グリッド１４と、複数の金属グリッド１４の上に形成された複数のパターン化された第２の有機層１８を有する光学素子１０が形成される。
図６Ａ〜図６Ｇに示すように、本発明の一実施形態による図１Ａの光学素子１０を製造する方法が提供される。図６Ａ〜図６Ｇは、光学素子１０を製造する方法の断面図を示している。
図６Ａに示すように、基板１２が提供される。複数の金属グリッド１４は、基板１２の上に形成される。酸化物層１６は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。第１の有機層２２は、複数の金属グリッド１４の間の基板１２の上に形成される。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２の上面２２’は、金属グリッド１４の上面１４’と同じかそれより低くてもよい。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２は、約１．４から約１．５５の範囲の屈折率（Ｒｅ）を有する任意の適切な有機材料を含むことができる。
次いで、図６Ｂに示すように、複数の金属グリッド１４の間の第１の有機層２２が、例えばリフロープロセスによりパターン化され、第１の有機層２２の上面２２’を平坦化し、次いで第１の有機層２２と金属グリッド１４の間に隙間２８が形成される。
次いで、図６Ｃに示すように、第２の有機層１８は、第１の有機層２２と複数の金属グリッド１４の上に形成され、第１の有機層２２と金属グリッド１４の間の隙間２８に充填される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有する任意の適切な低屈折率有機材料を含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、二酸化チタンのような無機材料を更に含むことができる。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８および第１の有機層２２の材料は、同じまたは異なってもよい。
次いで、図６Ｄに示すように、パターン化されたマスク層１９が第２の有機層１８の上に形成され、続いて形成される導波構造を定義する。
次いで、図６Ｅに示すように、第２の有機層１８が、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第１のエッチングプロセス２１によりエッチングされ、パターン化された第２の有機層１８を形成する（即ち、導波構造）。
いくつかの実施形態では、第１のエッチングプロセス２１のエッチングガスは、ＣＦ４、ＣＨＦ３またはＣＨ２Ｆ２などのハロアルキルガスであることができる。
いくつかの実施形態では、第１のエッチングプロセス２１のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、第１の有機層２２が露出されるまで、第２の有機層１８がエッチングされる。
次いで、図６Ｆに示すように、第１の有機層２２が、パターン化されたマスク層１９をマスクとして用いた第２のエッチングプロセス２３によりエッチングされ、有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０が形成される。
いくつかの実施形態では、第２のエッチングプロセス２３のエッチングガスは、酸素、二酸化炭素、または窒素であってもよい。
いくつかの実施形態では、第１の有機層２２は、第２のエッチングプロセス２３のガス種、エッチング時間、流量、およびエッチング選択性などの条件を最適に制御することによって、第２の有機層１８と酸化物層１６の間に隙間２０が形成されるまでエッチングされる。
次いで、図６Ｇに示すように、パターン化されたマスク層１９は、任意の適切な方法を用いて除去される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８の幅Ｘは、金属グリッド１４の幅Ｗより大きい。
第２の有機層１８と酸化物層１６の間に形成された隙間２０の寸法は、図１Ｂに詳細に説明される。
いくつかの実施形態では、第２の有機層１８は、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の一部を更に覆い、金属グリッド１４の側壁Ｓ１の少なくとも一部が第２の有機層１８から露出される。
次いで、赤色、緑色、または青色カラーフィルタなどのカラーフィルタ（図示せず）が、複数の金属グリッド１４の間、および複数のパターン化された第２の有機層１８の間の基板１２の上に形成される。
従って、複数の金属グリッド１４と、複数の金属グリッド１４の上に形成された複数のパターン化された第２の有機層１８を有する光学素子１０が形成される。
本発明では、マイクロレンズ（ＭＬ）構造をカラーフィルタの上に配置する必要がない。光は、金属グリッドの上に形成された導波素子を介してフォトダイオード（ＰＤ）領域に導かれる。本発明は、導波構造を製造するための二段階プロセスを提供する。まず、第１の有機層（屈折率：約１．４〜約１．５５）が金属グリッドの間に形成される。第１の有機層は、後続のエッチングプロセスのためのバッファ層として用いられる。次いで、第２の有機層（屈折率：約１．２〜約１．４５）が第１の有機層と金属グリッドの上に形成される。第２の有機層は、導波素子を形成するのに用いられる。例えばハロアルキルガスをエッチングガスとして用いた第１のエッチングプロセスが行われたとき、第２の有機層はエッチングされるが第１の有機層は残る。次いで、残りの第１の有機層は、例えば酸素（強力な横方向エッチングの能力を有する）をエッチングガスとして用いた第２のエッチングプロセスにより除去される、または残りの第１の有機層は溶剤に浸漬させて除去される。このような技術を用いることにより、エッチングプロセス中に基板の上の酸化物層への損傷を効果的に防止することができる。
また、いくつかの実施形態では、第２の有機層が形成される前、第１の有機層は、例えばリフロープロセスによりパターン化されて第１の有機層の上面を平坦化し、第１の有機層が金属グリッドの上に残るのを回避し、導波効果を向上させる。さらに、光学的性能、例えば本構造設計のＱＥプロファイル（例えば、導波要素の下に特定の寸法を有し、かつ金属グリッドの両側に位置する隙間を形成し； バッファ層をその間隙に充填する）は、ＭＬ構造のない従来の導波構造よりよい。
本発明は、例として及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
１０…光学素子
１２…基板
１４…金属グリッド
１６…酸化物層
１８…有機層
１９…マスク層
２０…隙間
２１…第１のエッチングプロセス
２２…バッファ層
２３…第２のエッチングプロセス
２８…隙間
Ｘ…有機層の幅
Ｗ…金属グリッドの幅
Ｈ…金属グリッドの高さ
Ｈ１…隙間の高さ
Ｗ１…隙間の幅
Ｓ１…金属グリッドの側壁
Ｓ２…有機層の側壁
Ｈ１’…バッファ層の高さ
Ｗ１’…バッファ層の幅
１４’…金属グリッドの上面
２２’…有機層の上面

Claims (10)

  1. 基板を提供するステップと、
    前記基板の上に側壁を有する複数の金属グリッドを形成するステップと、
    前記複数の金属グリッドの間の前記基板の上に第１の有機層を形成するステップと、
    前記第１の有機層および前記複数の金属グリッドの上に第２の有機層を形成するステップと、
    前記第２の有機層および前記第１の有機層をエッチングし、前記複数の金属グリッドおよび前記複数の金属グリッドの上の複数のパターン化された第２の有機層を残すステップを含む光学素子の製造方法。
  2. 前記第２の有機層は、ハロアルキルガスをエッチングガスとして用いた第１のエッチングプロセスによりエッチングされる請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  3. 前記第１の有機層は、酸素、二酸化炭素、または窒素をエッチングガスとして用いた第２のエッチングプロセスによりエッチングされる請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  4. 前記第２のエッチングプロセス後、前記第１の有機層の一部は、前記複数の金属グリッドの側壁に残り、溶剤に浸漬させて除去されるか、或いは酸素、二酸化炭素、または窒素をエッチングガスとして用いた第３のエッチングプロセスにより除去される請求項３に記載の光学素子の製造方法。
  5. 前記第２の有機層および前記第１の有機層は、ハロアルキルガスをエッチングガスとして用いた第４のエッチングプロセスによりエッチングされ、前記複数の金属グリッドの間に前記第１の有機層の一部を残し、かつ前記複数の金属グリッドの間の前記第１の有機層は、溶剤に浸漬させて除去される請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  6. 前記第２の有機層が形成される前に前記第１の有機層をパターン化するステップを更に含む請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  7. 前記複数の金属グリッドの間と前記複数のパターン化された第２の有機層の間の前記基板の上にカラーフィルタを形成するステップを更に含む請求項１に記載の光学素子の製造方法。
  8. 基板と、
    前記基板の上に形成された、幅、高さ、および側壁を有する複数の金属グリッドと、
    前記複数の金属グリッドの間の前記基板の上に形成された酸化物層と、
    前記複数の金属グリッドの上に形成された、幅と側壁を有する複数の有機層を含み、前記有機層の幅は、前記金属グリッドの幅より大きく、前記有機層と前記酸化物層との間には高さと幅を有する隙間が存在する光学素子。
  9. 前記有機層は、約１．２〜約１．４５の範囲の屈折率を有し、前記隙間の高さは、前記有機層と前記酸化物層との間の距離として定義され、前記隙間の高さは、ゼロより大きく、前記金属グリッドの高さ以下であり、前記隙間の幅は、前記金属グリッドの側壁と前記有機層の側壁との間の距離として定義され、前記隙間の幅は、ゼロより大きく、前記有機層の幅と前記金属グリッドの幅との間の差以下である請求項８に記載の光学素子。
  10. 前記隙間に充填されたバッファ層を更に含み、前記バッファ層は約１．４〜約１．５５の範囲の屈折率を有する請求項８に記載の光学素子。
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