JP2021527238A - シングルステップリソグラフィカラーフィルタ - Google Patents
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Abstract
Description
ドーズ量変動パラメータ
図12は、3つのMSFAプロファイル1200が露光ドーズ量の影響を示すこと、さらに現像時間(及び現像液)の正しい選択がどのようにMIMキャビティ内の残存するレジスト(絶縁体)の最終的な厚さを制御し、結果として透過スペクトルの中心位置を制御するかを示す。これを実証するために、図12aは、3つの異なる現像時間にわたって露光ドーズ量が変化する5μmピクセルのセットの透過スペクトルを示す。(a)では定量的に、(b)では視覚的に、一定のドーズ量範囲(ここでは0.1〜0.7Cm-2)の場合、ピークの位置が現像時間の増加と共に青方偏移することが観察できる。十分に架橋されていないレジストを現像液が選択的に除去するので(MaNシリーズのフォトレジストはネガティブトーンであるため)、現像時間が長くなると、除去されるレジストが多くなり、結果としてキャビティが薄くなり、波長モードが短くなる。これは、可視スペクトル全体にわたる透過波長を有する矩形アレイ及び対応するSEM顕微鏡写真を示す、図12bのプロファイル1210にさらに示されている。図のピクセルのアレイを生成するのに、増大する露光ドーズ量(左から右へ)を用いた。
EBL及びグレースケールEBLでは、近接効果と呼ばれる現象が起こることがあり、後でMSFAの製造で説明される。近接効果は、レジスト内の電子散乱事象により露光されるパターンに隣接する領域の望ましくない露光である。換言すれば、近接効果により、最終的なピクセル厚さは、隣接するピクセルからの追加の露光が原因で、より密集したピクセルパターンでより大きくなる。近接効果は、グレースケールMSFAアプローチをより大きなバッチ処理、すなわち、フォトリソグラフィに変換することで低減することができる。各フィルタピクセルは、特定の露光ドーズ量によって定義されるその中心波長を有する。近接効果の結果として、特定の領域(ピクセル)に印加される総ドーズ量は、さらに周囲のピクセルに印加されるドーズ量に左右される。したがって、ピクセルの中心波長は、ピクセルが配置される密度によっても(ドーズ量よりも少ない程度に)定められる。
MSFAを製造する方法は、熱リフローと呼ばれる技術を利用することをさらに含み得る。これは、レジストがレジスト材料のガラス転移温度とほぼ等しいか又はそれよりわずかに高い温度にされるようにフォトレジストの熱処理(現像後)を含む製造加工技術である。そうすることにより、レジストは温度及び時間に応じて完全に又は部分的に「リフロー」し、より滑らかなレジストが得られる。この技術は、例えば、階段状の3Dパターンを3Dの斜面に変えるため、又はマイクロレンズ(すなわち、滑らかな凸形)アレイを製造するために使用することができる。例えば、熱リフローを使用して、第2のミラー表面を平坦化/平滑化し、MSFAのスペクトル応答のFWHMを狭め、透過効率を高めるために、現像後の(ただし、第2のミラー層を堆積させる前の)レジスト表面を滑らかにすることができる。
1.5nmのTi接着層が熱蒸着[Edwards E306蒸発器](ベース圧力 約2×10-6mbar、0.1nm s-1で堆積)され、次に26nmのAg層(光学性能を向上させるために比較的速い堆積、0.2〜0.3nm s-1で)、次に第2の1.5nmのTi層が続く。第1のTi層はガラスとAgの間の接着を促進し、第2のTi層はレジストのスピンコーティングのためのAgの濡れ性を高め、Agの酸化を低減することにより化学的安定性を高める。Agの最適な厚さは、FWHMに対して透過率を交換するシミュレーションにより決定される。Ti層の厚さは、レジストの濡れ性が増加し、光透過率への影響を最小限に抑えて接着が促進されるようなものである。MaN−2405eBのレジストを、サンプルの上に5,200rpmで45秒間スピンコーティングし、約350nmの層を形成し、次いで90°Cで3分間ベークする。パターニングには、高電圧(80kV)、高電流(4.2nA)のEBL(Nanobeam社のnB1)を使用する。下部金属ミラー層はさらに、電子ビーム露光中の蓄積電荷を消散させるように作用する。MSFAは、(上述の)近接効果を補正し、すべてのセンサーピクセルが使用されることを確実にするために、イメージセンサーの面積(対角4.85mm)よりも約1.1倍大きい総面積寸法を有する。
SU‐82000シリーズのネガ型フォトレジスト[Microchem社]を、ウエハレベルのMSFA加工に利用する。商業的に広く使用され、高い熱安定性(ガラス転移温度>200°C)を有し、恒久的であるように設計され、通常は最終処理されたデバイスに組み込まれる。365nm(i線)露光及び5×アライメント対物レンズを有する、SUSS Microtec社のMA/BA6半自動マスクアライナーをハードコンタクトモードで動作させた。3インチ両面研磨ホウケイ酸(Borofloat 33)ガラスウエハ[Pi−kem社]、厚さ500±25μmを、アセトン及びIPAの連続超音波浴で10分間洗浄し、脱イオン(DI)水ですすぎ、UHP圧縮N2でブロー乾燥し、200°Cで10分間脱水する。
レシピ1=現像前の熱処理(90°C、60秒)+通常加工、
レシピ2=通常加工*、
レシピ3=通常加工*+現像後の熱処理(100°C、30秒)。
*前の実施例で説明した通常加工のレシピ。
図16は、いくつかの解像度を含む、様々なMIMピクセルアレイの一連のSEM顕微鏡写真を示す。アレイ1600は、ドーズ量(ひいては最終的な絶縁体の厚さ)が1Dで変化する1μmピクセルアレイを含む。この1Dのドーズ量の変化は繰り返し、挿入図によって強調表示されており、線形の漸進的なドーズ量の増加を示す。SEM顕微鏡写真の拡大倍率が、アレイ1602及び1604に示されている。下方のアレイ1606、1608は、図16の上方の3つの実施例と同様に製造されるが、500nmの寸法のピクセルアレイを有する。
原子間力顕微鏡(AFM)[Asylum Research社 MFP−3D]を主にタッピングモードで動作するAl反射コーティングされたSiプローブ[BudgetSensors、SigmaAldrich社]と共に用いて、表面形態の特性を明らかにする。走査速度、電圧設定値、駆動振幅は特徴形態に依存して変化する。AFMデータの可視化と解析にはGwyddionソフトウェアが使用されている。生の表面データは平坦化され、傷(ストローク)及びノイズが最小化され、得られたデータは3Dトポグラフィの形で提示されている。各ピクセルの平均高さ(及び標準偏差)は、内蔵の統計分析ツールボックスを用いて得ている。非垂直入射イメージング用の傾斜SEMスタブに固定されたサンプルの表面のイメージング(レンズ内動作)には、1〜5keVで作動するLEO Gemini 1530VP電界放射型走査電子顕微鏡(SEM)が使用されている。SEMを制御し、種々の倍率で画像を得るために、Carl Zeissソフトウェア [SmartSEM] が使用されている。光学的な特性評価は、300μmコアマルチモード光ファイバ[Ocean Optics社 OP400−2−SRMMF]を介してUV‐可視スペクトロメータ[Ocean Optics社 HR2000+]に取り付けられ、第2光学アームを介して表面イメージング用のデジタルカメラ[Lumenera Infinity−2 2MP CCD]に取り付けられた、改良型オリンパスBX‐51偏光光学顕微鏡(IRフィルターを外したハロゲン光源)を用いて行われている。スペクトルは、Ocean Optics社のOceanViewソフトウェアを使用して、等価厚のホウケイ酸ガラスを通る透過(明状態)及び無入力光(暗状態)に対して正規化されている。
計算を行うために有限差分時間領域(FDTD)法に基づく商用グレードのシミュレータ(Lumerical FDTD solutions)を使用した。MIMスタックは、2つの金属層(z次元)間の誘電体を使用してシミュレートされている。周期的境界条件(単位セルのx−y境界)と伝搬方向に沿った完全整合層(z境界)が使用されている。寸法が1nm以下の均一な2Dメッシュ(Yee格子)と、サンプルからかなりの距離(数ミクロン)にある広帯域パルス平面波(350から1000nm)注入源が使用されている。電場と磁場の強度プロットには、更なる細かいメッシュが含まれ、最小立方メッシュサイズは<0.01nm(z方向)である。Ag(Johnson and Christyモデル)とSiO2(材料データ)には複雑な分散材料モデルが使用され、一方、MaN‐2400シリーズフォトレジスト(Microchem:材料データシート)には1.65、透明なMgF2キャッピング/封止層には1.4の実数のみの屈折率が使用されている。透過率と反射率の値は、構造体と光源注入の範囲の上に配置された1Dパワーモニターから計算される。
Claims (33)
- 光学フィルタの製造方法であって、
基板上に第1のミラー層を堆積させることと、
前記第1のミラー層上に絶縁層を堆積させることと、
前記絶縁層の表面の複数の部分の少なくともいくつかをエネルギードーズ量に曝すことと、
前記絶縁層の複数の部分の前記少なくともいくつかから体積を除去するために前記絶縁層を現像することと、
前記絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さが光学フィルタのプロファイルを定めるように、前記絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さの上に第2のミラー層を堆積させることと
を含み、
各部分から除去される前記絶縁層の体積は各部分に曝されるエネルギードーズ量に関係し、前記絶縁層の各部分から体積を除去した後の残存する厚さは各部分に曝されるエネルギードーズ量に関係する、方法。 - 前記絶縁層の各部分から体積を除去した後の残存する厚さは、シングルステップのリソグラフィプロセスを使用して得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記絶縁層の各部分から体積を除去した後の残存する厚さは、グレースケールリソグラフィプロセスを使用することによって得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記エネルギードーズ量は、化学的に活性化させる可変のエネルギードーズ量である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記絶縁層の各部分の残存する厚さは、光波長の二次元プロファイルを画定する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記光波長の2次元プロファイルは、前記光学フィルタを透過する面内で空間的に変化するカラープロファイルである、請求項5に記載の方法。
- 前記絶縁層は、光学的に透過性であり、均一な厚さで堆積される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記絶縁層の各部分の残存する厚さは、スペクトル位置を画定し、前記絶縁層の各部分を透過する光のスペクトルは、前記スペクトル位置に対応する、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つのミラー層の厚さが、前記絶縁層の各部分を通る光の透過スペクトルの幅を画定する、請求項8に記載の方法。
- 前記第1のミラー層は、部分的に光学的に反射性であり、第1の均一な厚さを有し、前記第2のミラー層は、部分的に光学的に反射性であり、第2の均一な厚さを有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記絶縁層は、前記エネルギードーズ量に曝されると化学的に強化される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記絶縁層は、前記エネルギードーズ量に曝されると化学的に弱化される、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エネルギードーズ量は、前記絶縁層の前記複数の部分の前記少なくともいくつかに、前記複数の部分の前記少なくともいくつかに対して変化するエネルギーのビームとして曝される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記絶縁層の上にマスクを提供することと、前記マスクを化学的に活性化させる均一なエネルギードーズ量に曝すこととをさらに含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記マスクは、複数の可変的に減衰されるエネルギードーズ量が前記絶縁層に曝されるように、前記化学的に活性化させる均一なエネルギードーズ量を様々な程度に減衰させる可変の不透明度を有する複数の部分を含む、請求項14に記載の方法。
- 前記マスクの複数の部分の可変の不透明度は、前記絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さを定める、請求項15に記載の方法。
- 前記絶縁層上に減衰マスクを提供することをさらに含み、前記減衰マスクは、減衰プロファイルを定める複数の部分を含み、前記絶縁層の表面に曝すエネルギードーズ量は、前記マスクを透過し、前記減衰プロファイルに従って減衰される、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記減衰マスクの複数の部分は、少なくとも2つの異なるレベルの不透明度を有する、請求項17に記載の方法。
- 前記不透明度のレベルの1つが不透明又は実質的に不透明である、請求項17又は18に記載の方法。
- 前記絶縁層上で前記マスクを横方向に平行移動させ、前記絶縁層の表面を第2のエネルギードーズ量に曝すことをさらに含み、前記第2のエネルギードーズ量は、前記マスクを透過し、前記減衰プロファイルに従って減衰される、請求項17から19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記絶縁層を化学的に現像することをさらに含み、前記絶縁層の複数の部分の少なくともいくつかからの可変の体積が化学的に溶解され、前記絶縁層の複数の部分のそれぞれから除去される、請求項1から20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1のミラー層上に更なるタイプの絶縁層を堆積させることと、
前記更なるタイプの絶縁層上に前記絶縁層を堆積させることと、
前記絶縁層の複数の部分の前記少なくともいくつかを前記エネルギードーズ量にさらすことと、
前記絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さをエッチングすることと、
前記第2のミラー層を前記更なるタイプの絶縁層上に堆積させることと
をさらに含み、
前記残存する厚さをエッチングするステップは、前記更なるタイプの絶縁層の複数の部分の少なくともいくつかから体積を除去する、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。 - スタンピングブロックを提供することと、
前記スタンピングブロック上に更なる絶縁層を堆積させることと、
前記更なる絶縁層の表面の複数の部分の少なくともいくつかを前記エネルギードーズ量に曝すことと、
前記更なる絶縁層の複数の部分のうちの少なくともいくつかから体積を除去するために前記更なる絶縁層を現像することと、
前記更なる絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さをエッチングすることと
を含み、
各部分から除去される前記更なる絶縁層の体積は各部分に曝される前記エネルギードーズ量に関係し、前記更なる絶縁層の各部分から体積を除去した後の残存する厚さは各部分に曝されるエネルギードーズ量に関係し、
前記残存する厚さをエッチングするステップは、前記スタンピングブロックの複数の部分のうちの少なくともいくつかから体積を除去する、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。 - 前記絶縁層上に現像された前記スタンピングブロックを当てて、前記絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さをインプリントすることをさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 現像された前記スタンピングブロックは、付加的な圧力及び/又は熱を使用することによって当てられる、請求項24に記載の方法。
- 前記ミラー層は、
金属、及び/又は
誘電体材料
を含む、請求項1から25のいずれか一項に記載の方法。 - 前記第2のミラー層上にキャッピング層を堆積させることをさらに含む、請求項1から26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ミラー層の少なくとも1つをパターニングすることをさらに含み、前記パターニングは、前記絶縁層の各部分を通る光の透過スペクトルに更なる特性を与える、請求項1から27のいずれか一項に記載の方法。
- 前記基板は透明であるか又はイメージセンサーである、請求項1から28のいずれか一項に記載の方法。
- 光学フィルタの製造方法であって、
スタンピングブロックを提供することと、
前記スタンピングブロック上に第1の絶縁層を堆積させることと、
前記第1の絶縁層の表面の複数の部分の少なくともいくつかをエネルギードーズ量に曝すことと、
前記第1の絶縁層の複数の部分の少なくともいくつかから体積を除去するために前記第1の絶縁層を現像することと、
前記第1の絶縁層の複数の部分のそれぞれの残存する厚さをエッチングすることと
を含み、
各部分から除去される前記第1の絶縁層の体積は各部分に曝される前記エネルギードーズ量に関係し、前記第1の絶縁層の各部分から体積を除去した後の残存する厚さは各部分に曝される前記エネルギードーズ量に関係し、
前記残存する厚さをエッチングするステップは、前記スタンピングブロックの複数の部分の少なくともいくつかから体積を除去する、方法。 - 基板上に第1のミラー層を堆積させることと、
前記第1のミラー層上に第2の絶縁層を堆積させることと、
可変の厚さを有する部分が前記第2の絶縁層に形成されるように、前記第2の絶縁層に前記スタンピングブロックを当てて前記第2の絶縁層に前記スタンピングブロックのパターンをインプリントすることと
をさらに含む、請求項30に記載の方法。 - 前記第2の絶縁層が前記光学フィルタのプロファイルを定めるように、前記第2の絶縁層に形成された可変の厚さを有する部分のそれぞれに第2のミラー層を堆積させることをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 光学フィルタデバイスであって、
基板と、
前記基板上に配置された第1のミラー層と、
複数の部分を有する絶縁層であって、前記部分の少なくともいくつかが可変の厚さを有する絶縁層と、
前記絶縁層上に配置された第2のミラー層と
を含み、
前記絶縁層の複数の部分は請求項1から32のいずれか一項に記載の方法を用いて製造されている、光学フィルタデバイス。
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