JP2020531921A - 単結晶ダイヤモンド回折光学素子（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）およびその製造方法 - Google Patents
単結晶ダイヤモンド回折光学素子（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020531921A JP2020531921A JP2020512440A JP2020512440A JP2020531921A JP 2020531921 A JP2020531921 A JP 2020531921A JP 2020512440 A JP2020512440 A JP 2020512440A JP 2020512440 A JP2020512440 A JP 2020512440A JP 2020531921 A JP2020531921 A JP 2020531921A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- crystal diamond
- layer
- diamond substrate
- optical element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 216
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 212
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 203
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 96
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 130
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 59
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 18
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 17
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 5
- -1 or Si 3 N 4 Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 2
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 4
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000411998 Gliricidia Species 0.000 description 2
- 235000009664 Gliricidia sepium Nutrition 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- KFZUDNZQQCWGKF-UHFFFAOYSA-M sodium;4-methylbenzenesulfinate Chemical compound [Na+].CC1=CC=C(S([O-])=O)C=C1 KFZUDNZQQCWGKF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 3-(2-methoxyethoxy)benzohydrazide Chemical compound COCCOC1=CC=CC(C(=O)NN)=C1 GNFTZDOKVXKIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 description 1
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- YTAHJIFKAKIKAV-XNMGPUDCSA-N [(1R)-3-morpholin-4-yl-1-phenylpropyl] N-[(3S)-2-oxo-5-phenyl-1,3-dihydro-1,4-benzodiazepin-3-yl]carbamate Chemical compound O=C1[C@H](N=C(C2=C(N1)C=CC=C2)C1=CC=CC=C1)NC(O[C@H](CCN1CCOCC1)C1=CC=CC=C1)=O YTAHJIFKAKIKAV-XNMGPUDCSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000708 deep reactive-ion etching Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 1
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N hexamethyldisilazane Chemical compound C[Si](C)(C)N[Si](C)(C)C FFUAGWLWBBFQJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1847—Manufacturing methods
- G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/08—Etching
- C30B33/12—Etching in gas atmosphere or plasma
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/02—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of crystals, e.g. rock-salt, semi-conductors
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/1073—Beam splitting or combining systems characterized by manufacturing or alignment methods
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
本発明は、単結晶ダイヤモンド光学素子の生成方法に関する。この方法は：− 単結晶ダイヤモンド基板または層を設ける工程と；− 単結晶ダイヤモンド基板または層にマスク層を加える工程と；− マスク層を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層の１つまたはそれ以上の部分を露出させる工程と；− 単結晶ダイヤモンド基板または層の露出された１つまたはそれ以上の部分をエッチングする工程とを含む。
Description
関連出願の相互参照
本出願は、内容全体を参照によって本明細書に組み入れる、２０１７年８月３０日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１７／０５５２０８号の優先権を主張する。
本出願は、内容全体を参照によって本明細書に組み入れる、２０１７年８月３０日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１７／０５５２０８号の優先権を主張する。
本発明は、単結晶ダイヤモンド内に光学構成要素を製造する方法に関する。本発明は、明確な結晶面に沿って原子レベルで平滑な表面を示す光学構成要素を単結晶ダイヤモンド内に製造する方法に関する。本発明はさらに、それだけに限定されるものではないが、光学格子またはビームスプリッタを含む、単結晶ダイヤモンド部材または生成物のみからなる光学回折構成要素に関する。
産業用の高純度化学気相成長（ＣＶＤ）単結晶ダイヤモンドの近年の利用可能性に伴い、その固有の光学的および機械的特性を利用する適用分野が広く報告されている。
ナノ機械共振器、ナノワイア先端部、およびカンチレバーなどの機械的構造が実証されている。
光学分野では、マイクロレンズ、格子、およびマイクロキャビティは、単結晶ダイヤモンドが理想的な材料であるとされる適用分野である。
結晶バルク材料を微細構造化して結晶面を暴露する能力は、微細加工で知られている現象である。様々な湿式エッチング剤（ＫＯＨ、ＴＭＡＨなど）を使用し、特定の結晶面に対して選択的なエッチング剤を有する作用も活用して、三角形または矩形のプロファイルの格子構造がシリコン内に製造されている。基板がミスカットされた場合、すなわち基板表面が主結晶面に対して明確な角度ずれで意図的に位置合わせされた場合、ブレーズド（または非対称もしくはエシェレット）格子を製造することが可能である。格子はまた、浸漬素子としてプリズムと組み合わせて使用することができ、または同調性を実現するためにＭＥＭＳ構造とともに使用することができる。
異方性エッチング方法を利用して、垂直または垂直に近い側壁を有する回折格子などの光学構成要素を作成することも可能である。単結晶ダイヤモンド内のそのような格子は、これまでに実証されている。同様に、フェムト秒または他のレーザによる構築を使用して、単結晶ダイヤモンド内に垂直パターンを作成することができることも実証されている。
イオン注入を使用して単結晶ダイヤモンド内に格子パターンを作成するさらに別の製造方法も実証されている。
しかし、上述した方法によって生成される従来実証済みの素子は、表面品質および側壁または格子角度の制御に関して制限されている。
したがって、本開示の１つの態様は、上記の難題を克服する単結晶ダイヤモンド回折光学素子の製造方法を提供することである。したがって本発明は、請求項１に記載の方法に関する。
この方法は、好ましくは：
− 単結晶ダイヤモンド基板または層を設ける工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層にマスク層を加える工程と；
− マスク層を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層の１つまたはそれ以上の部分を露出させる工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層の露出された１つまたはそれ以上の部分をエッチングする工程とを含む。
− 単結晶ダイヤモンド基板または層を設ける工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層にマスク層を加える工程と；
− マスク層を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層の１つまたはそれ以上の部分を露出させる工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層の露出された１つまたはそれ以上の部分をエッチングする工程とを含む。
この方法は、有利には、結晶面によって画成された溝（たとえば、Ｖ溝または矩形溝）を有する光学回折格子などの光学構成要素を単結晶ダイヤモンド内に生成することを可能にする。この方法は、有利には、精密に画成された側壁の側壁角度および非常にまたは原子レベルで平滑な光学表面を有する光学構造を提供する。
本開示の別の態様は、この方法によって生成された単結晶またはモノ結晶のダイヤモンド回折光学構成要素または回折格子もしくは生成物を提供することである。
本開示のさらに別の態様は、単結晶ダイヤモンド光学素子を提供することであり、光学素子は、自立型の反応性イオンエッチングされた合成単結晶ダイヤモンドの光学素子である。
本発明のいくつかの好ましい実施形態を示す添付の図面を参照する以下の説明を読めば、本発明の上記その他の目的、構成、および利点、ならびにそれらを実現する方法がより明らかになり、本発明自体が最善に理解されよう。
本発明の上記の目的、構成、および他の利点は、添付の図面に関連する以下の詳細な説明から最善に理解されよう。
本明細書では、これらの図に共通する同一の要素を指すために、可能な場合、同一の参照番号を使用する。
図３は、光学素子または構成要素を生成する単結晶ダイヤモンド生成方法の例示的な実施形態を示す。図２および図８は、この方法によって生成された例示的なダイヤモンド光学構成要素、たとえばダイヤモンド格子の画像を示す。
本開示の方法は、たとえば、単結晶ダイヤモンド内に光学構成要素または素子を製作する。
このプロセスは、単結晶またはモノ結晶のダイヤモンド基板または層１を使用する。
たとえば図１Ｂに示すように、単結晶ダイヤモンド基板または層は、たとえば寸法２．６ｍｍ（長さ（ｘ方向））×２．６ｍｍ（幅（ｙ方向））×０．３ｍｍ（厚さｔ（ｚ方向））とすることができる。しかし、本開示の方法はそのような寸法に限定されるものではなく、単結晶ダイヤモンド基板または層１は、長さおよび幅がより大きくてもより短くてもよく、より大きい厚さまたはより小さい厚さを有することもできる。
たとえば、高さ１μｍ〜１０μｍの溝を備える光学ダイヤモンド構成要素を生成することができる。
単結晶ダイヤモンド基板または層１は、好ましくは、非天然または合成の単結晶ダイヤモンド、たとえば化学気相成長ＣＶＤ単結晶ダイヤモンド、またはＨＰＨＴ（高温高圧）合成による合成ダイヤモンドである。
単結晶ダイヤモンド基板または層１は、たとえば、（１００）配向（ミラー指数）の単結晶ダイヤモンド基板または層１とすることができ、その一例を図１Ｂに示す。
擬似異方性または「結晶」反応性イオンエッチングプロセスを使用して、ダイヤモンド基板または層１の結晶面を選択的にエッチングすることができる。
これらの面に対する異なるエッチング速度により、三角形の微細構造（たとえば、図２に見られる）を生成し、バルク材料の結晶面を暴露することができる。
フォトリソグラフィおよびハードマスクエッチングを使用して、格子パターンなどの光学構造を画成することができる。図１Ａは、本開示の方法によって生成される例示的な回折格子の概念図を示し、図２は、実際の製造された格子の画像を示し、差込み図内に結晶面（ミラー指数）が示されている。
この方法は、単結晶ダイヤモンド基板または層１を設けることを含む。単結晶ダイヤモンド基板または層１上にマスク層３が加えられる、または堆積される。少なくとも１つまたは複数のくぼみ、凹部、またはへこみ１５Ｂが、マスク層３を通って形成される。これにより、単結晶ダイヤモンド基板または層１の少なくとも１つの部分または複数の部分または表面１７Ｂを露出し、次いでこれらの部分または表面１７Ｂにエッチングを施し、単結晶ダイヤモンド基板または層１内に光学構造を画成することができる。
図３に示す方法の例示的な実施形態では、これらの工程をすべて実施する必要はなく、図３に示す詳細なプロセスフローに示すものとは異なる順序でこれらの工程を実施することもできる。さらに、図３に示す材料は例示的な材料に関し、この方法はこれらの材料の使用に限定されるものではない。
この例示的なプロセスでは、たとえばピラニア溶液（Ｈ２ＳＯ４（９６％）：Ｈ２Ｏ２（３０％）（３：１））などの洗浄液を使用する寸法約２．６ｍｍ×２．６ｍｍ×０．３ｍｍを有する（１００）単結晶ダイヤモンド基板１の洗浄（工程ａ）をまず実施することができる。洗浄は、別法または追加として、アセトンおよび／またはＩＰＡを使用して実施することもできる。
たとえばスパッタリングを使用して、基板１の前面ＦＳに薄い（たとえば、１００ｎｍ）ハードマスク層３（たとえば、酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素、または好ましくは酸化アルミニウム）が堆積される（工程ｂ）。酸化アルミニウムの場合、堆積条件は、たとえば７００ＷのＲＦ電力、５０ｓｃｃｍのＡｒ流である。ハードマスク層３の厚さは、へこみまたは溝５の所望の深さに依存し、所望の深さは光学素子または格子のピッチの関数である。
マスク層３は、エッチングに露出された単結晶ダイヤモンドよりゆっくりとエッチングされる材料を含み、またはそのような材料のみからなる。
上述したように、マスク層３は、酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素もしくは酸化アルミニウムを含むことができ、またはそのような材料のみからなることができる。
マスク層３は、Ａｌ、もしくはＳｉ、もしくはＡｕ、もしくはＴｉ、もしくはＳｉ３Ｎ４、もしくはＮｉ、もしくはＮｉ−Ｔｉ合金、もしくはＷ；またはＡｇ、もしくはＣｕ、もしくはＦｅ、もしくはＣｒ、もしくはＣｏ、もしくはＧａ、もしくはＧｅ、もしくはＩｎ、もしくはＭｏ、もしくはＮｉＦｅ、もしくはＮｉＣｒ、もしくはＮｂ、もしくはＰｄ、もしくはＰｔ、もしくはＳｉ、もしくはＳｎ、もしくはＴａ、もしくはＹ；またはＭｇＯ、もしくはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、もしくは酸化チタンＴｉＯ２、もしくはＴｉ２Ｏ３、もしくはＴｉ３Ｏ５、もしくはＺｒＯ２、もしくはＨｆＯ２、もしくはＬａ２Ｏ３、もしくはＹ２Ｏ３、もしくはＳｉＣ；または上記の任意の組合せを含むことができ、またはそのような材料のみからなることができる。
マスク層３は、好ましくは、１０ｎｍ〜１μｍの厚さを有する。
基板１は、たとえば接着剤またはマウンティングワックス、たとえばＱｕｉｃｋｓｔｉｃｋ１３５による接着を介して、たとえばシリコンハンドリングウェーハ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｗａｆｅｒ）などの支持部材７上に取り付けられる（工程ｃ）。これに続いて、場合により、たとえば、後に堆積させるフォトレジストの接着性を改善するために、１３０℃のヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）気相成長を行うことができる。しかし、工程ｃは、プロセスのより早いまたはより遅い段階で実施することもできることに留意されたい。単結晶ダイヤモンド基板または層１を支持体に取り付ける工程は、好ましくは、マスク層３内にくぼみ１５Ｂを形成する前および／またはフォトレジスト層９内の構造のリソグラフ画成の前に実施される。
マスク層３内に少なくとも１つのくぼみまたは複数のくぼみ１５Ｂを形成するためのプロファイル形成層（ｐｒｏｆｉｌｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｌａｙｅｒ）９をマスク層３上に設ける（工程ｄ）。
プロファイル形成層９を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部１５Ａを形成し、マスク層３の１つまたはそれ以上の部分１７Ａを露出させる（工程ｅ）。
プロファイル形成層９は、フォトレジストを含むことができ、またはフォトレジストのみからなることができる。プロファイル形成層９を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部１５Ａを形成し、マスク層３の少なくとも１つまたはそれ以上の部分１７Ａを露出させる。これは、プロファイル形成層９内の少なくとも１つまたは複数のリソグラフにより露出させたくぼみまたは凹部にフォトレジスト現像液を加えることによって行われる。
たとえば５０００ｒｐｍのたとえばスピンコーティングによって、フォトレジスト９、たとえば厚さ約０．４μｍのＡＺ ＥＣＩ３００７フォトレジストの層９を堆積させ、それに続いてたとえば１００℃でソフトベークを行う（工程ｄ）。
基板１が矩形の形状であるとき、実質的なエッジビード（図示せず）を形成することができ、ハンドリング基板７とダイヤモンド基板１の前面ＦＳと間にフォトレジストステップを形成することができる。エッジビードはまた、円形の形状などの他の形状の基板上にも形成され、より大きい基板上にも形成される。良好なリソグラフィ分解能を得る（マスクからフォトレジストまでの距離を最小にする）ために、エッジビードは除去されることが好ましい。
このエッジビードを除去するために、エッジビードの影響を受けた領域（たとえば、基板１の縁部から、基板１の中心へ縁部から所定の内側距離、たとえば基板の内側約０．３ｍｍ）上で、フォトレジスト９の（光または電子ビーム）露出（たとえば、１７０ｍＪ／ｃｍ２）を行い、それに続いてたとえば２７秒にわたってＡＺ７２６ＭＩＦ現像液における標準的な現像を行う。この除去は、光学リソグラフィにとって好ましいが必須ではない。
ダイヤモンド層または基板１内に製造予定の部材または形成予定の構造のパターンまたはそれに対応するパターン（たとえば、＜１１０＞または＜１００＞方向のパターン）によって、基板１の中心領域ＣＳ上で（光または電子ビーム）露出（たとえば、８５ｍＪ／ｃｍ２）を実行し、それに続いてたとえば２７秒にわたって現像液ＡＺ７２６ＭＩＦにおける現像を行い（工程ｅ）、構造、くぼみ、または凹部１５Ａを生成する。
エッチングが実施された後、フォトレジスト９の露出を実施して、転写されるフォトレジスト９内に所望の構造、くぼみ、もしくは凹部をリソグラフにより画成し、またはダイヤモンド層もしくは基板１内に対応する構造を生成する。
構造、たとえば溝または細長いへこみは、単結晶ダイヤモンド基板または層１の所定の方向でリソグラフにより画成および位置合わせされ、たとえば単結晶ダイヤモンド基板または層１の＜１１０＞または＜１００＞の方向で位置合わせされる。
単結晶ダイヤモンド基板または層１の＜１１０＞方向の位置合わせは、単結晶ダイヤモンド基板または層１内にＶ形トレンチまたは溝などのＶ形構造を生成することを可能にする。Ｖ形溝の形成は、（１１０）および（１００）面と比較してより遅いエッチング速度を示す（１１１）結晶面の暴露によるものである。エッチングはこれらの（１１１）面上で遅くなり、Ｖ形をもたらす。表面に対するトレンチの角度は、結晶面間の角度（５４．７°）に近似し、その厳密な値はエッチング速度の比に依存する。
単結晶ダイヤモンド基板または層１の＜１００＞方向の位置合わせは、単結晶ダイヤモンド基板または層１内にＵ形または矩形のトレンチまたは溝などの構造を生成することを可能にする。Ｕ形溝の形成は、（１１０）面と比較してより遅いエッチング速度を示す（１００）結晶面の暴露によるものであり、その結果、エッチングは（１００）面上で遅くなり、Ｕ形をもたらす。表面に対するトレンチの角度は、結晶面間の角度（９０°）に近似し、その厳密な値はエッチング速度の比に依存する。
結晶方向に対するパターンの位置合わせは、既知の結晶方向を有するダイヤモンド基板の縁部にパターンを位置合わせすることによって行われる。たとえば光学露出を実行するとき、くぼみ（たとえば、細長い長矩形から構成される）の方向が所望の結晶方向に対応するまで、マスク上のくぼみに対して基板を回転させる。所望の結晶方向は、基板縁部の既知の結晶方向から推測される。ダイヤモンド基板の結晶配向は既知である。結晶配向は、たとえば、基板準備プロセス中にＸ線回折法によって判定することができる。したがって、ダイヤモンド基板（プレート）は、プレートの縁部およびプレートの表面に対して明確な結晶配向を有する。
たとえば電子ビーム露出中、たとえばソフトウェアによって、露出されたパターンを回転させる。一例として、マスク上のくぼみが基板縁部に対して４５°の角度を形成する場合、くぼみは次に基板の＜１１０＞の結晶方向に位置合わせされるため、（１００）表面および＜１００＞縁部を有する基板がＶ溝を生成する。
マスク層３、たとえば酸化アルミニウムをエッチングする。マスク層３の露出された部分１７Ａ上でエッチングを実施し、マスク層３を通って複数のくぼみまたは凹部１５Ｂを形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層１の１つまたはそれ以上の部分１７Ｂを露出させる。
エッチングは、たとえば塩素の化学的性質を使用するディープ反応性イオンエッチャ（ｄｅｅｐ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｅｒ）（ＳＴＳ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）内で、またはたとえば３分の持続時間にわたってたとえばＣｌ２／ＢＣｌ３／Ａｒプラズマ内で実施することができる（工程ｆ）。
たとえばアセトンを使用して、フォトレジスト９を構造から剥離することができる（工程ｇ）。
単結晶ダイヤモンド基板（単結晶ダイヤモンド基板または層１の露出された１つまたはそれ以上の部分１７Ｂ）を、Ｏ２プラズマ（たとえば、２０００ＷのＩＣＰ電力、０Ｗのバイアス電力、１００ｓｃｃｍのＯ２流、１５ミリトルのチャンバ圧力で生成される）内でエッチングする。Ｏ２プラズマエッチングのみを使用して、単結晶ダイヤモンド基板または層１のエッチングを実施することができる。
化学プラズマエッチングを実施する。
高ＩＣＰ電力（たとえば、２０００ＷのＩＣＰ）を利用するがバイアス電力を利用しない、酸素プラズマを用いたディープ反応性イオンエッチング（ＳＰＴＳ ＡＰＳ）を使用して、エッチングを実施することができる。
別法として、Ｈ２、ＣＨ４、フッ素ガス（ＳＦ６、ＣｘＦｙ）、塩素ガス（ＢＣｌ３、Ｃｌ２）というガスのうちの１つを使用して生成されるプラズマ内で、化学プラズマエッチングを実施することができる。
マスク層３は、好ましくは、酸素プラズマエッチングまたは上述したガスのうちの１つを伴う化学プラズマエッチングに露出された単結晶ダイヤモンドよりゆっくりとエッチングされる材料を含み、またはそのような材料のみからなる。
別法として、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）のエッチングは、酸素を豊富に含む環境において非プラズマエッチングとして高い温度で実施することができる。たとえば、酸素周囲中で単結晶ダイヤモンド基板１を高い温度（たとえば、６００〜１２００℃）まで加熱することによって、エッチングを実施することができる（工程ｈ）。
図２および図８に示す光学構成要素のためのダイヤモンド基板または層１のエッチングに使用したＲＩＥ機械は、ＳＰＴＳ ＡＰＳ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃエッチャであった。
単結晶ダイヤモンド基板または層１のプラズマエッチングを、イオン加速なしで実施する。すなわち、プラズマエッチング（たとえば、酸素プラズマエッチング）を使用して、プラズマによって生じるイオンのゼロ加速（または低加速）を実施し、イオン衝突または衝撃に起因する露出された単結晶ダイヤモンド基板または層１の物理的エッチングを回避または最小化する。単結晶ダイヤモンド基板または層１は、主にまたは単独で化学反応によってエッチングされる。
好ましくは、イオン衝突もしくは衝撃のない物理的エッチングが実行され、またはプラズマによって生じるイオンの加速レベルは、１つもしくはそれ以上の結晶面に沿った結晶エッチングもしくは異方性エッチングが好適もしくは優勢になるようなレベルである。
エッチング時間は、たとえば、図８（ａ）に示す光学格子に対して７０分、図８（ｄ）に示す光学格子に対して３５分であった。
＜１１０＞方向にリソグラフにより画成された構造または溝の場合、最初にエッチングは主に＜１００＞方向に進行し、たとえばエッチング速度は約６ｎｍ／分である。その後、エッチング前面が＜１１１＞面に遭遇し、エッチングは減速する（工程ｉ）。結晶面に沿った結晶エッチングまたは異方性エッチングが行われる。エッチングは、各構造または溝が三角形もしくはＶ形になるまで（工程ｊ）、または所望の溝の深さに到達するまで（この場合、上部ダイヤモンド部材１９Ｂの機械的除去が必要とされない）継続される。
エッチングは、上部ダイヤモンド部材１９Ｂ（および上部ダイヤモンド部材１９Ｂに取り付けられたマスク層１９Ａ）が完全に外れるように、またはわずかな連結領域のみが残るように時間設定することができ、わずかな連結領域は、機械的に切断することができ（たとえば、接着テープ、ＰＤＭＳスタンプなどを使用することによる）、それによって上部ダイヤモンド部材を除去することができる（工程ｋ）。
残りの上部構造の除去もまた、ブラッシングまたは加圧空気（もしくは不活性ガスもしくはガスの混合物）の吹付けなどの類似の機械的手段によって実行することができる。
図８（ａ）は、Ｖ形溝を有する製造された光学格子の画像を示す。格子は、５μｍのピッチを有する。図８（ｃ）に見られる溝形エッチングの非対称性は、＜１１０＞方向に対する格子の位置ずれによるものであり、その結果、マスクのエッチング不足が生じる。測定された角度は、（約）５７°である。溝の側壁は平滑であり、５ｎｍの粗さＲａを有する（ＡＦＭを介して測定）。
＜１００＞の方向にリソグラフにより画成された構造または溝の場合、エッチングは主に＜１００＞の方向に進行し、その結果、（実質上）矩形の構造または溝が得られる（たとえば、図８（ｄ）〜図８（ｆ）に見ることができる）。エッチングは、所望のエッチング深さに到達するまで継続される。
図８（ｄ）は、矩形溝を有する製造された光学格子の画像を示す。格子は、４μｍのピッチ、１．３７μｍの深さ、および（約）８７°の角度の（実質上）垂直の側壁を有する。側壁は非常に平滑であり、５ｎｍ未満の測定粗さＲａを有する。矩形構造の床面の粗面化は、エッチングプロセス中にマスク層の不適当な過剰エッチングによりマイクロマスキングを生じたことによる。
本開示の方法は、有利には、精密に画成された側壁の側壁角度および原子レベルで平滑な光学表面または側壁を有する光学構造を提供することができる。
チップまたはその結果得られる単結晶ダイヤモンド光学構成要素または素子は、ホットプレートを加熱することによってキャリアウェーハ７から取り外すことができる（工程ｌ）。
ＱｕｉｃｋＳｔｉｃｋの残留物は、アセトンを使用して洗浄または除去することができる。
濃縮フッ化水素酸またはＨＦ（５０％）槽内で、マスク層または酸化アルミニウムを剥離することができる（工程ｍ）。
その結果得られる構造の両面をたとえば５分間にわたってＯ２プラズマで洗浄し、残りの残留物をすべて除去することができる。
＜１１０＞またはＶ形の格子は、図２で５０°≦α≦６５°または５４．７°≦α≦５７°、たとえばα＝５４．７°であり、図８（ａ）でα＝５７°の角度αを有する。＜１００＞または矩形の格子は、図８（ｄ）で８５°≦α≦９５°、たとえばα＝８７°の角度αを有する。これらの密度は、リソグラフィ分解能によってのみ制限される。より微細なピッチ格子の場合、電子ビームリソグラフィを利用することができる。
機能角度および波長で伝送されて回折される順序を示す伝送中の格子の予備的特徴付けが実施された。図４は、図２の格子による白色光源のそのスペクトル成分への分解を示す写真を示す。図５は、伝送中の製造された単結晶ダイヤモンド格子のスペクトル応答の角度の関数としての実験的測定結果を示す。
格子が反射で使用されることが意図される場合、反射を改善するために、前面ＦＳ上に反射金属層（たとえば、アルミニウム、銀、または金の金属層）を堆積させることができる。
伝送モード中の反射を低減させるために、前面ＦＳおよび後面ＢＳの両方に反射防止コーティングを加えることができる。
エッチングプロセスはまた、台形プロファイルの格子を生成する工程ｈで終了することができ、これはエッチングプロファイルによって画成される分割比を有するビームスプリッタ素子として役立つことができる。
本発明者の知る限り、単結晶ダイヤモンド内のそのような格子が報告されるのはこれが初めてである。
開示する方法には、従来の材料から製造された格子を使用した場合はこれまで利用できなかった光学構成要素の作成に潜在的な適用分野がある。
以下は、ダイヤモンドの顕著な材料特性のうちの１つを、実現された光学特性とともに活用する可能な方法である：
●高出力レーザの適用分野のための格子（高い熱伝導率）
〇レーザ窓、ビームスプリッタ、波長可変レーザ格子
●広帯域分光計格子（広帯域透過性）
●腐食性環境のための格子（化学的不活性）
●過酷な環境のための格子（機械的硬度）
●高出力レーザの適用分野のための格子（高い熱伝導率）
〇レーザ窓、ビームスプリッタ、波長可変レーザ格子
●広帯域分光計格子（広帯域透過性）
●腐食性環境のための格子（化学的不活性）
●過酷な環境のための格子（機械的硬度）
対称形光学格子の製造に加えて、開示する製造プロセスを単結晶ダイヤモンド基板１Ａに適用することによって、ブレーズド（または非対称もしくはエシェレット）格子を製造することができ、基板または層の表面は、（１００）のダイヤモンド結晶面に対して特有の明確な角度シータ（θ）で切断または位置合わせされる。
製造プロセスの簡略化した概要が図６に示されている。アルファ（α）は、非ミスカット基板内で得られる溝の角度を示すものとする。エッチング処置により擬似（１１１）面を暴露し、ミスカット基板の場合、擬似（１１１）面は基板表面に対してそれぞれ（α−θ）または（α＋θ）の角度で位置合わせされる。２つの擬似（１１１）面間のＶ溝の角度は同じままである（１８０°−２＊α）。ミスカット基板に対する角度構成が図６に示されている。
したがって、提供される単結晶ダイヤモンド基板または層１は、ミスカット単結晶ダイヤモンド基板または層１Ａであり、結晶ダイヤモンド基板または層１の結晶方向に対して、たとえば結晶ダイヤモンド基板または層１の＜１００＞方向に対して所定の角度θを画成する単結晶ダイヤモンド基板または層の表面を含み、非対称の光学構造またはブレーズド光学格子を生成する。
開示する方法によって生成される単結晶ダイヤモンド光学素子もしくは光学構造または三角形もしくは矩形の溝構造は、たとえば光学格子またはビームスプリッタ素子である。光学格子またはビームスプリッタ素子は、有利には、原子レベルで平滑な光学表面を含む。
本開示はまた、開示する方法によって生成される単結晶ダイヤモンド光学素子に関する。単結晶ダイヤモンド光学素子は、たとえば格子またはビームスプリッタ素子である。単結晶ダイヤモンド光学素子は、反射防止コーティングまたは反射コーティングを含むことができる。光学素子は、原子レベルで平滑な光学表面を含むことができる。光学素子は、単結晶ダイヤモンド基板または層の平面に対して角度αを画成するエッチングされた格子光学表面を含むことができ、ここで５０°≦α≦６５°もしくは５４．７°≦α≦５７°であり、または８５°≦α≦９５°もしくはα＝８７°である。
本開示はさらに、自立型の反応性イオンエッチングされた合成単結晶ダイヤモンド光学素子である単結晶ダイヤモンド光学素子に関する。この単結晶ダイヤモンド光学素子は、三角形または矩形の溝を画成する少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁を含むことができる。単結晶ダイヤモンド光学素子は、自立型の反応性イオンエッチングされた合成単結晶ダイヤモンド基板または層、および格子表面を画成する少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁のみからなることができ、またはこれらを備えることができる。少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、ダイヤモンド部材または生成物の外側境界を画成する少なくとも１つまたは複数の外部側壁を含むことができる。少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、酸素プラズマエッチングされた壁とすることができる。少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、酸素プラズマエッチングすることができる、または化学反応によってエッチングされた壁とすることができる。少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、原子レベルで平滑な表面を含むことができる。少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、５ｎｍもしくは５ｎｍ未満または１ｎｍもしくは１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有する。単結晶ダイヤモンド光学素子は、単結晶ダイヤモンド基板または層の平面に対して角度αを画成するエッチングされた格子光学表面を含むことができ、ここで５０°≦α≦６５°もしくは５４．７°≦α≦５７°であり；または８５°≦α≦９５°もしくはα＝８７°である。合成単結晶ダイヤモンドは、化学気相成長（ＣＶＤ）または高温高圧（ＨＰＨＴ）単結晶ダイヤモンドである。
本開示はさらに、単結晶ダイヤモンド光学素子に関し、単結晶ダイヤモンド光学素子は：
− 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）を設ける工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）にマスク層（３）を加える工程と；
− マスク層（３）を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部（１５Ｂ）を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を露出させる工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の露出された１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を反応性イオンエッチングする工程とを含むプロセスによって得られる。
− 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）を設ける工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）にマスク層（３）を加える工程と；
− マスク層（３）を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部（１５Ｂ）を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を露出させる工程と；
− 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の露出された１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を反応性イオンエッチングする工程とを含むプロセスによって得られる。
本発明について特定の好ましい実施形態を参照して開示したが、本発明の領域および範囲から逸脱することなく、記載する実施形態およびその均等物に対する多数の修正、改変、および変更が可能である。
記載する実施形態のいずれか１つの構成を、記載する実施形態のいずれかの他の実施形態にも含むことができる。
方法工程は、上記で提示した厳密な順序で実施する必要はなく、異なる順序で実施することもできる。
したがって、本発明は記載する実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の語句に応じて合理的に最も広い解釈が与えられることが意図される。
参照
- Ge J. … Bally J. Silicon immersion gratings and their spectroscopic applications (2012). Proc. SPIE 8450, Modern Technologies in Space- and Ground-based Telescopes and Instrumentation II, 84502U doi:10.1117/12.925803.
- Forsberg, P., & Karlsson, M. (2013). High aspect ratio optical gratings in diamond. Diamond and Related Materials, 34, 19-24. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2013.01.009
- Fruhauf, J. and Kronert, S., Wet etching of silicon gratings with triangular profiles, Microsystem Technologies, 2005, vol 11, no 12, pp1287-1291, https://link.springer.com/article/10.1007/s00542-005-0612-7
- Fu, J., Wang, F., Zhu, T., Wang, W., Liu, Z., Li, F., … Hou, X. (2017). Single crystal diamond cantilever for micro-electromechanical systems. Diamond and Related Materials, 73, 267-272. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2016.10.011
- Fujii Y., Aoyama K., Minowa J-I., (1980) Optical Demultiplexer Using a Silicon Echelette Grating. IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-16(2)
- Hausmann, B. J. M., Khan, M., Zhang, Y., Babinec, T. M., Martinick, K., McCutcheon, M., … Lon?ar, M. (2010). Fabrication of diamond nanowires for quantum information processing applications.
- Diamond and Related Materials, 19(5-6), 621-629. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2010.01.011 Khanaliloo, B., Mitchell, M., Hryciw, A. C., & Barclay, P. E. (2015). High- Q / V Monolithic Diamond
- Microdisks Fabricated with Quasi-isotropic Etching. Nano Letters, 15(8), 5131-5136. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b01346
- Lee, C. L., Gu, E., Dawson, M. D., Friel, I., & Scarsbrook, G. A. (2008). Etching and micro-optics fabrication in diamond using chlorine-based inductively-coupled plasma. Diamond and Related Materials, 17(7-10), 1292-1296. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.01.011
- Lee C.L., … Murphy H., Fabrication and characterization of diamond micro-optics, Diamond and Related Materials, Volume 15, Issue 4, 2006, Pages 725-728, http://dx.doi.org/10.1016/j.diamond.2005.09.033.
- Liu, H., Reilly, S., Herrnsdorf, J., Xie, E., Savitski, V. G., Kemp, A. J., … Dawson, M. D. (2016). Large radius of curvature micro-lenses on single crystal diamond for application in monolithic diamond Raman lasers. Diamond and Related Materials, 65, 37-41. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2016.01.016
- Makita M., … David C. (2017), Fabrication of diamond diffraction gratings for experiments with intense hard x-rays, Microelectronic Engineering, 176, 75-78, http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2017.02.002
- Mar D.J., Marsh P.J, Deen C. P., Ling H., Choo H., and Jaffe D.T. (2009), Micromachined silicon grisms for infrared optics, Appl. Opt. 48, 1016-1029
- Nie Q., Wen Z., Huang J. (2015) A high-performance scanning grating based on tilted (111) silicon wafer for near infrared micro spectrometer application. Microsyst Technol 21:1749-1755 https://doi.org/10.1007/s00542-014-2354-x
- Polikarpov, M., Polikarpov, V., Snigireva, I., & Snigirev, A. (2016). Diamond X-ray Refractive Lenses with High Acceptance. Physics Procedia, 84, 213-220. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.037
- Schaich T. J., .. Spaaij P. G., (2005) High NA Diamond Lenses for Near-Field Optical Storage, International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage, OSA Technical Digest Series
- Stepanov, A. L. et al., (2017) A diffraction grating created in diamond substrate by boron ion implantation, Technical Physics Letters, 43, 104-106, https://doi.org/10.1134/S1063785017010266
- Tao, Y., Boss, J. M., Moores, B. A., & Degen, C. L. (2014). Single-crystal diamond nanomechanical resonators with quality factors exceeding one million. Nature Communications, 5. https://doi.org/10.1038/ncomms4638
- Tao, Y., & Degen, C. L. (2015). Single-Crystal Diamond Nanowire Tips for Ultrasensitive Force
Microscopy. Nano Letters, 15(12), 7893-7897. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b02885
- Tsang, W-T., Wang S. (1975). Preferentially etched diffraction gratings in silicon Journal of Applied Physics 46:5, 2163-2166. http://dx.doi.org/10.1063/1.321859
- E. Woerner, C. Wild, W. Mueller-Sebert, P. Koidl, CVD-diamond optical lenses, Diamond and Related Materials, Volume 10, Issue 3, 2001, Pages 557-560, ISSN 0925-9635, http://dx.doi.org/10.1016/S0925-9635(00)00393-9.
- Zhu, T.-F., Fu, J., Wang, W., Wen, F., Zhang, J., Bu, R., … Wang, H.-X. (2017). Fabrication of diamond microlenses by chemical reflow method. Optics Express, 25(2), 1185. https://doi.org/10.1364/OE.25.001185
- Ge J. … Bally J. Silicon immersion gratings and their spectroscopic applications (2012). Proc. SPIE 8450, Modern Technologies in Space- and Ground-based Telescopes and Instrumentation II, 84502U doi:10.1117/12.925803.
- Forsberg, P., & Karlsson, M. (2013). High aspect ratio optical gratings in diamond. Diamond and Related Materials, 34, 19-24. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2013.01.009
- Fruhauf, J. and Kronert, S., Wet etching of silicon gratings with triangular profiles, Microsystem Technologies, 2005, vol 11, no 12, pp1287-1291, https://link.springer.com/article/10.1007/s00542-005-0612-7
- Fu, J., Wang, F., Zhu, T., Wang, W., Liu, Z., Li, F., … Hou, X. (2017). Single crystal diamond cantilever for micro-electromechanical systems. Diamond and Related Materials, 73, 267-272. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2016.10.011
- Fujii Y., Aoyama K., Minowa J-I., (1980) Optical Demultiplexer Using a Silicon Echelette Grating. IEEE Journal of Quantum Electronics, QE-16(2)
- Hausmann, B. J. M., Khan, M., Zhang, Y., Babinec, T. M., Martinick, K., McCutcheon, M., … Lon?ar, M. (2010). Fabrication of diamond nanowires for quantum information processing applications.
- Diamond and Related Materials, 19(5-6), 621-629. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2010.01.011 Khanaliloo, B., Mitchell, M., Hryciw, A. C., & Barclay, P. E. (2015). High- Q / V Monolithic Diamond
- Microdisks Fabricated with Quasi-isotropic Etching. Nano Letters, 15(8), 5131-5136. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b01346
- Lee, C. L., Gu, E., Dawson, M. D., Friel, I., & Scarsbrook, G. A. (2008). Etching and micro-optics fabrication in diamond using chlorine-based inductively-coupled plasma. Diamond and Related Materials, 17(7-10), 1292-1296. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.01.011
- Lee C.L., … Murphy H., Fabrication and characterization of diamond micro-optics, Diamond and Related Materials, Volume 15, Issue 4, 2006, Pages 725-728, http://dx.doi.org/10.1016/j.diamond.2005.09.033.
- Liu, H., Reilly, S., Herrnsdorf, J., Xie, E., Savitski, V. G., Kemp, A. J., … Dawson, M. D. (2016). Large radius of curvature micro-lenses on single crystal diamond for application in monolithic diamond Raman lasers. Diamond and Related Materials, 65, 37-41. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2016.01.016
- Makita M., … David C. (2017), Fabrication of diamond diffraction gratings for experiments with intense hard x-rays, Microelectronic Engineering, 176, 75-78, http://dx.doi.org/10.1016/j.mee.2017.02.002
- Mar D.J., Marsh P.J, Deen C. P., Ling H., Choo H., and Jaffe D.T. (2009), Micromachined silicon grisms for infrared optics, Appl. Opt. 48, 1016-1029
- Nie Q., Wen Z., Huang J. (2015) A high-performance scanning grating based on tilted (111) silicon wafer for near infrared micro spectrometer application. Microsyst Technol 21:1749-1755 https://doi.org/10.1007/s00542-014-2354-x
- Polikarpov, M., Polikarpov, V., Snigireva, I., & Snigirev, A. (2016). Diamond X-ray Refractive Lenses with High Acceptance. Physics Procedia, 84, 213-220. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2016.11.037
- Schaich T. J., .. Spaaij P. G., (2005) High NA Diamond Lenses for Near-Field Optical Storage, International Symposium on Optical Memory and Optical Data Storage, OSA Technical Digest Series
- Stepanov, A. L. et al., (2017) A diffraction grating created in diamond substrate by boron ion implantation, Technical Physics Letters, 43, 104-106, https://doi.org/10.1134/S1063785017010266
- Tao, Y., Boss, J. M., Moores, B. A., & Degen, C. L. (2014). Single-crystal diamond nanomechanical resonators with quality factors exceeding one million. Nature Communications, 5. https://doi.org/10.1038/ncomms4638
- Tao, Y., & Degen, C. L. (2015). Single-Crystal Diamond Nanowire Tips for Ultrasensitive Force
Microscopy. Nano Letters, 15(12), 7893-7897. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b02885
- Tsang, W-T., Wang S. (1975). Preferentially etched diffraction gratings in silicon Journal of Applied Physics 46:5, 2163-2166. http://dx.doi.org/10.1063/1.321859
- E. Woerner, C. Wild, W. Mueller-Sebert, P. Koidl, CVD-diamond optical lenses, Diamond and Related Materials, Volume 10, Issue 3, 2001, Pages 557-560, ISSN 0925-9635, http://dx.doi.org/10.1016/S0925-9635(00)00393-9.
- Zhu, T.-F., Fu, J., Wang, W., Wen, F., Zhang, J., Bu, R., … Wang, H.-X. (2017). Fabrication of diamond microlenses by chemical reflow method. Optics Express, 25(2), 1185. https://doi.org/10.1364/OE.25.001185
Claims (49)
- 単結晶ダイヤモンド光学素子の生成方法であって：
単結晶ダイヤモンド基板または層（１）を設ける工程と；
単結晶ダイヤモンド基板または層（１）にマスク層（３）を加える工程と；
マスク層（３）を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部（１５Ｂ）を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を露出させる工程と；
単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の露出された１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）をエッチングする工程とを含む前記方法。 - 単結晶ダイヤモンド基板もしくは層（１）の露出された１つもしくはそれ以上の部分（１７Ｂ）のエッチングは、酸素プラズマエッチングを使用して実施され；または単結晶ダイヤモンド基板もしくは層（１）の露出された１つもしくはそれ以上の部分（１７Ｂ）のエッチングは、酸素を豊富に含む環境において高い温度で実施され、非プラズマエッチングである、請求項１に記載の方法。
- 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の露出された１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）のエッチングは、酸素プラズマエッチングを使用して、単結晶ダイヤモンド基板もしくは層（１）の露出された１つもしくはそれ以上の部分に対する、プラズマによって生じるイオンの加速を介した物理的エッチングなしに、または１つもしくはそれ以上の結晶面に沿った結晶エッチングもしくは異方性エッチングを行うことを可能にする、プラズマによって生じるイオンの加速レベルで実施される、請求項１または２に記載の方法。
- 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の露出された１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）のエッチングは、Ｏ２プラズマエッチングのみを使用して実施される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- エッチングは、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の＜１００＞結晶方向にエッチングして、台形プロファイルの光学構造または台形プロファイルの光学格子を生成するように実施される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- エッチングは、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の＜１００＞結晶方向でエッチングして、少なくとも１つの結晶面を暴露するように実施され、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の面の少なくとも１つの暴露された結晶面または表面は、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）内に三角形の溝構造を生成するようにエッチングされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- エッチングは、エッチング前面が単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の（１１１）面に遭遇するように実施され、単結晶ダイヤモンド基板または層内に三角形の溝構造を生成するように継続される、請求項６に記載の方法。
- エッチングは、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の＜１００＞結晶方向でエッチングして、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）内に矩形の溝構造を生成するように実施される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
- エッチングは、エッチング前面が単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の（１００）面に遭遇するように実施され、単結晶ダイヤモンド基板または層内に矩形の溝構造を生成するように継続される、請求項８に記載の方法。
- 上部ダイヤモンド部材（１９Ｂ）およびマスク層材料（１９Ａ）を含む上部セクション（１９）を除去して、三角形または矩形の溝表面（２１）を露出させる工程をさらに含む、請求項５〜９のいずれか１項に記載の方法。
- 単結晶ダイヤモンド基板もしくは層（１）は、基板（７）に取り付けられ、または少なくとも１つのくぼみもしくは複数のくぼみ（１５Ｂ）を形成する前に、単結晶ダイヤモンド基板もしくは層（１）を支持体に取り付ける工程をさらに含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
- マスク層（３）は、酸素プラズマエッチングに露出された単結晶ダイヤモンドよりゆっくりとエッチングされる材料を含み、または該材料のみからなる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
- マスク層（３）は、酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素もしくは酸化アルミニウムを含み、またはそのような材料のみからなる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
- マスク層（３）は、Ａｌ、もしくはＳｉ、もしくはＡｕ、もしくはＴｉ、もしくはＳｉ３Ｎ４、もしくはＮｉ、もしくはａＮｉ−Ｔｉ合金、もしくはＷ；またはＡｇ、もしくはＣｕ、もしくはＦｅ、もしくはＣｒ、もしくはＣｏ、もしくはＧａ、もしくはＧｅ、もしくはＩｎ、もしくはＭｏ、もしくはＮｉＦｅ、もしくはＮｉＣｒ、もしくはＮｂ、もしくはＰｄ、もしくはＰｔ、もしくはＳｉ、もしくはＳｎ、もしくはＴａ、もしくはＹ；またはＭｇＯ、もしくはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、もしくは酸化チタンＴｉＯ２、もしくはＴｉ２Ｏ３、もしくはＴｉ３Ｏ５、もしくはＺｒＯ２、もしくはＨｆＯ２、もしくはＬａ２Ｏ３、もしくはＹ２Ｏ３、もしくはＳｉＣ；または上記の任意の組合せを含み、またはそのような材料のみからなる、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
- マスク層（３）は、１０ｎｍ〜１μｍの厚さを有する、請求項１４に記載の方法。
- 提供される単結晶ダイヤモンド基板または層（１）は、ミスカット単結晶ダイヤモンド基板または層（１Ａ）であり、結晶ダイヤモンド基板または層の結晶方向に対して所定の角度（θ）を画成する単結晶ダイヤモンド基板または層の表面を含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
- 提供される単結晶ダイヤモンド基板または層（１）は、ミスカット単結晶ダイヤモンド基板または層（１Ａ）であり、結晶ダイヤモンド基板または層の＜１００＞方向に対して所定の角度（θ）を画成する単結晶ダイヤモンド基板または層の表面を含み、非対称の光学構造またはブレーズド光学格子を生成する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
- マスク層（３）内に少なくとも１つのくぼみまたは複数のくぼみ（１５Ｂ）を形成するためのプロファイル形成層（９）をマスク層（３）上に設ける工程をさらに含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
- プロファイル形成層（９）を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部（１５Ａ）を形成し、マスク層（３）の１つまたはそれ以上の部分（１７Ａ）を露出させる工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
- プロファイル形成層（９）内に少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部をリソグラフにより画成する工程をさらに含む、請求項１８または１９に記載の方法。
- リソグラフにより画成された少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部は、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の所定の方向に位置合わせされる、請求項２０に記載の方法。
- リソグラフにより画成された少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部は、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の＜１００＞または＜１１０＞方向に位置合わせされる、請求項２０または２１に記載の方法。
- プロファイル形成層（９）は、フォトレジストを含み、または該フォトレジストのみからなり、プロファイル形成層（９）を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部（１５Ａ）が形成され、プロファイル形成層（９）内の少なくとも１つまたは複数のリソグラフにより露出させたくぼみまたは凹部にフォトレジスト現像液を加えることによって、マスク層（３）の少なくとも１つまたはそれ以上の部分（１７Ａ）を露出させる、請求項１８〜２２のいずれか１項に記載の方法。
- 少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部は、溝もしくは細長いへこみを含み、または該溝もしくは細長いへこみのみからなる、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の方法。
- プロファイル形成層（９）の中心セクション（ＣＳ）がマスク層（３）上に残り、マスク層（３）の内側区域内に少なくとも１つのくぼみまたは複数のくぼみ（１５）を形成するように、プロファイル形成層（９）の１つまたはそれ以上の外側セクションを除去する工程をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
- プロファイル形成層（９）は、フォトレジストを含み、または該フォトレジストのみからなる、請求項１８〜２５に記載の方法。
- 単結晶ダイヤモンド光学素子もしくは光学構造または三角形または矩形の溝構造は、光学格子またはビームスプリッタ素子である、請求項１〜２６のいずれか１項に記載の方法。
- 光学素子もしくは光学構造または三角形または矩形の溝構造は、原子レベルで平滑な光学表面を含む光学格子またはビームスプリッタ素子である、請求項２７に記載の方法。
- 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）は、合成単結晶ダイヤモンド基板もしくは層のみからなり、または該合成単結晶ダイヤモンド基板もしくは層を備える、請求項１〜２８のいずれか１項に記載の方法。
- 単結晶ダイヤモンド基板または層（１）は、化学気相成長（ＣＶＤ）単結晶ダイヤモンド基板もしくは層のみからなり、または該化学気相成長（ＣＶＤ）単結晶ダイヤモンド基板もしくは層を含む、請求項２９に記載の方法。
- 光学素子もしくは光学構造または三角形もしくは矩形の溝構造は、溝格子またはブレーズド格子または台形プロファイルの格子である、請求項１〜３０のいずれか１項に記載の方法。
- 請求項１〜３１のいずれか１項に記載の方法によって生成される単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 単結晶ダイヤモンド光学素子は、格子またはビームスプリッタ素子である、請求項３２に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 反射防止コーティングまたは反射コーティングをさらに含む、請求項３２または３３に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 光学素子は、原子レベルで平滑な光学表面を含む、請求項３２〜３４のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 光学素子は、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の平面に対して角度αを画成するエッチングされた格子光学表面を含み、ここで５０°≦α≦６５°または５４．７°≦α≦５７°である、請求項３２〜３５のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 光学素子は、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の平面に対して角度αを画成するエッチングされた格子光学表面を含み、ここで８５°≦α≦９５°またはα＝８７°である、請求項３２〜３６のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 自立型の反応性イオンエッチングされた合成単結晶ダイヤモンド光学素子である単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 三角形または矩形溝を画成する少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁を含む、請求項３８に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 自立型の反応性イオンエッチングされた合成単結晶ダイヤモンド基板または層、および
格子表面を画成する少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁
のみからなり、またはこれらを備える、請求項３８または３９に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。 - 少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、ダイヤモンド部材または生成物の外側境界を画成する少なくとも１つまたは複数の外部側壁を含む、請求項４０に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、酸素プラズマエッチングされた壁である、請求項３９〜４１のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、酸素プラズマエッチングされており、好ましくは化学反応によってエッチングされた壁である、請求項３９〜４２のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、原子レベルで平滑な表面を含む、請求項３９〜４３のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 少なくとも１つまたは複数の反応性イオンエッチングされた壁は、５ｎｍ未満、または１ｎｍもしくは１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有する、請求項３９〜４４のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 光学素子は、単結晶ダイヤモンド基板または層の平面に対して角度αを画成するエッチングされた格子光学表面を含み、ここで５０°≦α≦６５°または５４．７°≦α≦５７°である、請求項３８〜４５のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 光学素子は、単結晶ダイヤモンド基板または層の平面に対して角度αを画成するエッチングされた格子光学表面を含み、ここで８５°≦α≦９５°またはα＝８７°である、請求項３８〜４６のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 合成単結晶ダイヤモンドは、化学気相成長（ＣＶＤ）単結晶ダイヤモンドである、請求項３８〜４７のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド光学素子。
- 単結晶ダイヤモンド光学素子であって：
単結晶ダイヤモンド基板または層（１）を設ける工程と；
単結晶ダイヤモンド基板または層（１）にマスク層（３）を加える工程と；
マスク層（３）を通って少なくとも１つまたは複数のくぼみまたは凹部（１５Ｂ）を形成して、単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を露出させる工程と；
単結晶ダイヤモンド基板または層（１）の露出された１つまたはそれ以上の部分（１７Ｂ）を反応性イオンエッチングする工程とを含むプロセスによって得られる前記単結晶ダイヤモンド光学素子。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IB2017055208 | 2017-08-30 | ||
| IBPCT/IB2017/055208 | 2017-08-30 | ||
| PCT/IB2018/056547 WO2019043570A1 (en) | 2017-08-30 | 2018-08-28 | MONOCRYSTALIN DIAMOND DIFFRACTION OPTICAL ELEMENTS AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020531921A true JP2020531921A (ja) | 2020-11-05 |
Family
ID=63713927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020512440A Pending JP2020531921A (ja) | 2017-08-30 | 2018-08-28 | 単結晶ダイヤモンド回折光学素子（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）およびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200355857A1 (ja) |
| EP (1) | EP3676427A1 (ja) |
| JP (1) | JP2020531921A (ja) |
| CN (1) | CN111279023A (ja) |
| WO (1) | WO2019043570A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10893727B2 (en) * | 2018-08-27 | 2021-01-19 | Diffraction Grating Services Llc | Faceted gemstone with enhanced color dispersion and diminished haze |
| US11001535B2 (en) * | 2019-04-26 | 2021-05-11 | Applied Materials, Inc. | Transferring nanostructures from wafers to transparent substrates |
| WO2020261209A1 (en) | 2019-06-27 | 2020-12-30 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | Optical element |
| EP3795724A1 (en) * | 2019-09-20 | 2021-03-24 | Universität des Saarlandes | Micro and nano structuring of a diamond substrate |
| US11886122B2 (en) * | 2021-06-24 | 2024-01-30 | Fraunhofer Usa, Inc. | Deep etching substrates using a bi-layer etch mask |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06275575A (ja) * | 1993-03-22 | 1994-09-30 | Fuji Electric Co Ltd | ダイヤモンド薄膜のパターン形成方法 |
| JP3020155B2 (ja) * | 1998-06-12 | 2000-03-15 | 東京大学長 | 針状ダイヤモンド配列構造体の作製方法 |
| CN1075841C (zh) * | 1998-12-17 | 2001-12-05 | 中国科学院上海冶金研究所 | 反应离子束刻蚀金刚石薄膜图形工艺 |
| KR100313780B1 (ko) * | 1999-01-26 | 2001-11-26 | 송자 | 냉전자 전계방출용 다이아몬드 팁 및 그 제조방법 |
| JP2002226290A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-08-14 | Japan Fine Ceramics Center | ダイヤモンド加工体の製造方法、及び、ダイヤモンド加工体 |
| KR100490816B1 (ko) * | 2001-06-15 | 2005-05-24 | 샤프 가부시키가이샤 | 마이크로 코너 큐브 어레이, 마이크로 큐브 어레이의 제조방법 및 반사형 표시 장치 |
| EP1536043B1 (en) * | 2002-06-18 | 2011-03-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | N-type semiconductor diamond producing method and semiconductor diamond |
| JP4596451B2 (ja) * | 2004-04-19 | 2010-12-08 | 住友電気工業株式会社 | 突起構造の形成方法、突起構造、および電子放出素子 |
| FI115487B (fi) * | 2004-05-03 | 2005-05-13 | Vti Technologies Oy | Menetelmä kapasitiivisen paineanturin valmistamiseksi ja kapasitiivinen paineanturi |
| JP5034804B2 (ja) * | 2006-09-19 | 2012-09-26 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド電子源及びその製造方法 |
| WO2009073576A2 (en) * | 2007-11-30 | 2009-06-11 | California Institute Of Technology | Gemstones and methods for controlling the appearance thereof |
| CN105372726A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-02 | 中山大学 | 一种金刚石微透镜阵列及其制备方法 |
-
2018
- 2018-08-28 WO PCT/IB2018/056547 patent/WO2019043570A1/en unknown
- 2018-08-28 US US16/642,239 patent/US20200355857A1/en not_active Abandoned
- 2018-08-28 EP EP18779762.6A patent/EP3676427A1/en not_active Withdrawn
- 2018-08-28 CN CN201880065981.4A patent/CN111279023A/zh active Pending
- 2018-08-28 JP JP2020512440A patent/JP2020531921A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200355857A1 (en) | 2020-11-12 |
| EP3676427A1 (en) | 2020-07-08 |
| WO2019043570A1 (en) | 2019-03-07 |
| CN111279023A (zh) | 2020-06-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2020531921A (ja) | 単結晶ダイヤモンド回折光学素子（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）およびその製造方法 | |
| US11512409B2 (en) | Single crystalline diamond part production method for stand alone single crystalline mechanical and optical component production | |
| Bradley et al. | Fabrication of low-loss channel waveguides in Al 2 O 3 and Y 2 O 3 layers by inductively coupled plasma reactive ion etching | |
| Forsberg et al. | High aspect ratio optical gratings in diamond | |
| US10011491B2 (en) | Plasma etching of diamond surfaces | |
| US20010003035A1 (en) | Diffraction grating and fabrication technique for same | |
| US9153453B2 (en) | Technique for etching monolayer and multilayer materials | |
| WO1999038040A1 (fr) | Masque de phase destine a la fabrication d'un reseau de diffraction et procede de fabrication | |
| US9529127B2 (en) | Method for producing a refractive or diffractive optical device | |
| JP2007538275A (ja) | 高アスペクト比を有する回折格子構造の製造方法 | |
| CN110865204B (zh) | 一种基于表面等离激元的开环式面外加速度传感器及方法 | |
| Kiss et al. | High-quality single crystal diamond diffraction gratings fabricated by crystallographic etching | |
| JP5895427B2 (ja) | 低反射構造を成型するための原版の製造方法 | |
| Nie et al. | MEMS blazed gratings fabricated using anisotropic etching and oxidation sharpening | |
| US11885992B1 (en) | Nanofabricated volume gratings | |
| ITTO980747A1 (it) | Procedimento per l'incisione superficialedi vetro in silice, ad esem- pio per la realizzazione di maschere di fase. | |
| Goh et al. | Deposited poly-Si as on-demand linewidth compensator for on-chip Fabry–Perot interferometer and vertical linear variable optical filter bandpass and passband manipulation | |
| JP2007320246A (ja) | モールド及びモールドの作製方法 | |
| Yavuzcetin et al. | Photonic crystal fabrication in lithium niobate via pattern transfer through wet and dry etched chromium mask | |
| Mu | SiN Drum Resonator Fabrication and Integrated Actuation Using Substrate Capacitors | |
| US20140322918A1 (en) | Micro-posts having improved uniformity and a method of manufacture thereof | |
| JP2007316270A (ja) | 光学部品の製造方法、位相差素子および偏光子 | |
| Venkataraman et al. | Fabrication of high-fill-factor photonic crystal devices on silicon-on-insulator substrates | |
| Kiss et al. | Characterization of crystallographically etched single crystal diamond diffraction gratings | |
| NL2032428B1 (en) | Method for suspended high-stress films on integrated distributed Bragg mirrors |