JP2022507129A - 傾斜面レリーフ格子のエッチング深さを検出するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

光学格子要素及び形成する方法が提供される。幾つかの実施形態では、本方法は、光学格子層を提供することと、光学格子層の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角に配置された複数の傾斜トレンチを含む光学格子を光学格子層に形成することとを含む。本方法は、光源から光学格子層内に光を送達することと、光学格子層を出ていく光の非回折部分、及び光学格子層を出ていく光の回折部分のうちの少なくとも一方を測定することとを更に含み得る。【選択図】図４

Description

［０００１］本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、「傾斜面レリーフ格子のエッチング深さを検出するためのシステム及び方法」と題された２０１８年１１月１５日出願の米国仮特許出願第６２／７６７，９４４号の優先権を主張し、「傾斜面レリーフ格子のエッチング深さを検出するためのシステム及び方法」と題された２０１９年１月４日出願の米国特許出願第１６／２４０，３０１号の優先権を主張するものである。

［０００２］本開示は、光学素子に関し、より具体的には、傾斜面レリーフ格子のエッチング深さを最適に検出するためのアプローチに関する。

［０００３］光学レンズ等の光学素子は、様々な利点のために光を操作するのに長い間使用されてきた。最近では、マイクロ回折格子がホログラフィック及び拡張／仮想現実（ＡＲ及びＶＲ）デバイスに用いられている。

［０００４］ある特定のＡＲ及びＶＲデバイスは、ヘッドセット等のウェアラブルディスプレイシステムであり、人間の目から短い距離内に画像を表示するように配置されている。このようなウェアラブルヘッドセットは、ヘッドマウント型ディスプレイと呼ばれることもあり、ユーザの目から数センチ以内に画像を表示するフレームを備えている。画像は、マイクロディスプレイ等のディスプレイ上のコンピュータ生成画像であり得る。光学要素は、所望の画像の光を輸送するように配置され、そこで光がディスプレイ上でユーザの目に対して生成され、画像がユーザに見えるようになる。画像が生成されるディスプレイは、光エンジンの一部を形成することができ、これにより画像が、光学要素によって導かれるコリメートされた光線を生成して、ユーザに見える画像を提供する。

［０００５］ディスプレイから人間の目に画像を伝えるために、様々な種類の光学要素が使用されてきた。拡張現実レンズ又はコンバイナで適切に機能するように、光学格子の形状を設計して、様々な効果を実現することができる。幾つかのデバイスでは、ある領域の格子形状が他の領域の格子形状とは異なる、２つ以上の異なる領域等の複数の異なる領域がレンズの表面に形成される。

［０００６］傾斜面レリーフ光学格子は、傾斜トレンチを基板又は基板上のフィルムスタックに直接エッチングすることによって製造され得る。光学格子の効率を制御するパラメータの１つは、トレンチの深さである。ただし、エッチング速度は、例えば、エッチング源の出力の変化、エッチングされる材料の特性のロットごとの変化、エッチング機器のメンテナンスからの時間等が原因で、及びその他多くの理由で、サンプルごと、及び日々、時間とともに変化し得る。その結果、トレンチの深さが一定せず、不十分な結果につながる可能性がある。

［０００７］したがって、少なくとも上記の欠点に関して、本開示が提供される。

［０００８］光学格子要素を形成する方法は、光学格子層を提供することと、複数の傾斜トレンチを含む光学格子を光学格子層に形成することとを含み得る。本方法は、光源から光学格子層内に光を送達することと、光学格子層を出ていく光の非回折部分、及び光学格子層を出ていく光の回折部分のうちの少なくとも一方を測定することとを更に含み得る。

［０００９］光学格子要素を形成する方法は、光学格子層を提供することと、光学格子層内に光を送達することとを含み得る。本方法は、光学格子を形成するために、光が光学格子層を通過している間に光学格子層をエッチングすることを更に含み得る。光学格子は、光学格子層の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置された複数の傾斜要素を有し得る。本方法は、光学格子の形成中に、光学格子層を出ていく光の非回折部分、及び光学格子層を出ていく光の回折部分のうちの少なくとも一方を検出することを更に含み得る。

［００１０］光学格子の特性を測定するためのシステムは、光学格子層内に光を送達する光源を含み得、光の非回折部分が光学格子層に形成された光学格子を通過し続け、第１の出口点で光学格子層を出ていく。更に、光の回折部分は、光学格子で方向を変え、第２の出口点で光学格子層を出ていくことができる。本システムは、光の非回折部分及び光の回折部分を検出する少なくとも１つの検出器と、処理装置とを更に含み得る。処理装置は、決定された光の非回折部分の第１の光値と、光の回折部分の第２の光値とを受信するように動作可能であり得る。処理装置は更に、第１及び第２の光値のうちの少なくとも一方を、既知の光学格子のトレンチの深さに相関する所定の光値と比較するように動作可能であり得る。処理装置は更に、第１及び第２の光値のうちの少なくとも一方と所定の光値との比較に基づいて、光学格子の複数の傾斜トレンチの深さを決定するように動作可能であり得る。

［００１１］添付の図面は、以下のように、その原理の実際の適用を含む、本開示の例示的なアプローチを示している。

本開示の実施形態に係る光学格子要素を示す側面断面図である。 本開示の実施形態に係る図１Ａの光学格子要素を示す平面図である。 本開示の実施形態に係る、概略形式で描かれた処理装置を示す図である。 本開示の実施形態に係る、平面図での抽出プレート要素及び基板を示す図である。 本開示の実施形態に係る光学格子層に形成された傾斜構造を示す側面断面図である。 本開示の実施形態に係る光学格子の特性を測定するためのシステムを示す図である。 Ａ～Ｂは本開示の実施形態に係る処理中の光学格子層を示す図である。 Ａ～Ｂは本開示の実施形態に係る処理中の光学格子層を示す図である。 本開示の実施形態に係るプロセスフローを示す図である。

［００２１］図面は必ずしも縮尺どおりではない。図面は単なる表現であり、本開示の特定のパラメータを描写することを意図するものではない。図面は、本開示の例示的な実施形態を描写することを意図しており、したがって、範囲を限定するとは見なされない。図面では、同様の番号付けは同様の要素を表す。

［００２２］本実施形態を、幾つかの実施形態を示す添付の図面を参照しながら、以下により完全に説明する。本開示の主題は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではない。これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、当業者に主題の範囲を完全に伝えるように提供される。図面において、同様の番号は全体を通して同様の要素を指す。

［００２３］本明細書で使用する、単数形で列挙され、「ａ」又は「ａｎ」という単語に続く要素又は動作は、特に明記しない限り、複数の要素又は動作を含む可能性があると理解される。更に、本開示の「一実施形態」又は「幾つかの実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を含むと解釈され得る。

［００２４］更に、「おおよその（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ）」又は「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語は、幾つかの実施形態では交換可能に使用することができ、当業者が許容できる任意の相対的尺度を使用して説明可能である。例えば、これらの用語は、目的の機能を提供できる偏差を示すために、参照パラメータとの比較として機能し得る。限定しないが、参照パラメータからの偏差は、例えば、１％未満、３％未満、５％未満、１０％未満、１５％未満、２０％未満等であり得る。

［００２５］本明細書の実施形態は、光学要素を形成するための新規の光学要素及びシステム及び方法を提供するものである。様々な実施形態が回折光学素子に関連し、「光学格子要素」という用語は、ＡＲ＆ＶＲヘッドセット、ＡＲ＆ＶＲ用の接眼レンズ、又は眼鏡等の接眼レンズ用の光学格子を形成するためのマスタを含む、光学格子を有するデバイス又は部品を指している。

［００２６］上記のように、光学格子のエッチング速度は、エッチング源の出力の変化、エッチングされる材料の特性のロットごとの変化、エッチング機器のメンテナンスからの時間等に起因して、及びその他多くの理由で、サンプルごと、及び日々等、時間とともに変化し得る。これらの欠陥に対処するために、本明細書の実施形態は、結果のより緊密な分布を可能にするために、エッチングの進行を検出するシステム及び方法を提供する。より具体的には、本明細書の実施形態は、格子が製造されているときの格子の光学特性を頼りに、格子形成がいつ完了したかを検出する。

［００２７］幾つかの実施形態では、格子をシステムの一部としてインシトゥ使用して、格子の進化を監視し得る。光源は、基板のエッジから光子を導入し得る。光子は格子に向かって伝播し、内部反射に依存して基板に残る。格子において、格子の深さに関連して光子の一部が屈折し、残りはそのまま継続する。屈折位置と透過位置で検出された光の量の検出と比較により、時間とともに増加するトレンチの深さのメトリックを得ることができる。本明細書では、非回折光と回折光の間の相対強度の変化をメトリックとして使用して主に説明しているが、他の特性、例えば空間分布も使用可能である。幾つかの実施形態では、屈折光子の検出器は、格子の向きに応じて、プラテンの周囲に取り付けられる代わりに、プラテン内又はチャンバ内に配置され得る。

［００２８］図１Ａは、本開示の実施形態に係る光学格子要素１００を示す側面断面図である。図１Ｂは、光学格子要素１００を示す平面図である。光学格子要素１００は、本開示の様々な実施形態に従って、眼鏡に配置される、又は眼鏡に一体的に形成される光学格子として使用され得る。光学格子要素１００は、基板１０２と、基板１０２に配置された光学格子１０６とを含む。幾つかの実施形態では、基板１０２は、既知のガラス等の光学的に透明な材料である。幾つかの実施形態では、基板１０２はシリコンである。後者の場合、基板１０２はシリコンであり、別のプロセスを使用して、ガラス又は石英等の別の光学基板の表面のフィルムに格子パターンを転写する。実施形態は、この文脈に限定されない。光学格子１０６は、以下に更に説明するように、光学格子層１０７に配置され得る。図１Ａ及び図１Ｂの実施形態では、光学格子要素１００は、基板１０２と光学格子層１０７との間に配置されたエッチング停止層１０４を更に含む。本開示の幾つかの実施形態によれば、光学格子層１０７は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラス、ＴｉＯ_２、又は他の材料等の光学的に透明な材料であり得る。

［００２９］本開示の幾つかの実施形態によれば、光学格子１０６は、１００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の格子高さＨを含み得る。したがって、光学格子１０６は、ＡＲ＆ＶＲ装置の接眼レンズでの使用に適切であり得る。本明細書の実施形態は、この文脈に限定されない。幾つかの実施形態によれば、エッチング停止層１０４は、光学的に透明な材料であり得、１０ｎｍから１００ｎｍの厚さを有し得る。実施形態は、この文脈に限定されない。エッチング停止層１０４に適した材料の例には、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＴｉＮ、ＳｉＣ、及び他の材料が含まれる。光学格子１０６が眼鏡の接眼レンズに適用又は組み込まれる実施形態では、特に適切な材料は、光学的に透明な材料である。光学格子要素１００が接眼レンズ用の光学格子を製造するためのマスタを形成する実施形態では、エッチング停止層１０４は、光学的に透明である必要はない。更に、幾つかの実施形態では、エッチング停止層１０４を省略してもよい。

［００３０］図１Ａに更に示すように、光学格子１０６は、基板１０２の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置された、傾斜要素又は構造１１２として示す複数の傾斜構造を含み得る。傾斜構造１１２は、傾斜格子の１又は複数のフィールド内に含まれ得、傾斜格子は共に「マイクロレンズ」を形成する。以下により詳細に説明するように、各傾斜構造１１２の側壁１１３及び１１５は、ビーム選択性、ビーム角度広がり、ビーム角度平均等を変更することにより、（例えば、基板１０２の平面に対する垂線に対する）角度及び形状が変化し得る。以下により詳細に説明するように、各傾斜構造１１２の側壁１１３及び１１５は、傾斜構造１１２と傾斜構造１１２上に形成されたハードマスクとの間の選択性に基づいて角度が更に変化し得る。本明細書で使用する場合、選択性は、傾斜構造１１２を形成する光学格子層の材料、エッチングイオンの化学的性質、及びビーム強度、異なるガスの相対圧力、及び温度等のツールパラメータの結果であり得る。

［００３１］傾斜構造１１２の間には、複数のトレンチ１１４がある。傾斜構造１１２は、第１の方向に沿って均一又は可変の高さを画定するように配置され得る。図１Ａの例では、傾斜構造１１２は、図示したデカルト座標系のＹ軸に平行な方向に沿って均一な高さを画定し、第１の方向（Ｙ軸）は、基板１０２の平面、つまり、ＸＹ平面に平行である。他の実施形態では、傾斜構造１１２は、Ｙ軸に平行な方向に沿って可変の高さを画定し得る。複数のトレンチ１１４は、基板１０２の上面又は光学格子層１０７の上面等、平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置され得る。

［００３２］Ｙ方向に沿った光学格子１０６の幅は、数ミリメートルから数センチメートルの規模であり得るが、格子高さＨは、１マイクロメートル以下の規模であり得る。したがって、格子高さＨの変化は、数百ナノメートル以下の規模の範囲であり得る。格子高さＨ又は深さｄの滑らかな変化の例は、格子の隣接する線の間の格子高さＨ又は深さｄの変化が１０％未満、５％未満、又は１％未満である場合である。実施形態は、この文脈に限定されない。したがって、接眼レンズでは、格子高さＨは、例えば、ミリメートルからセンチメートルの距離にわたって、接眼レンズの表面に沿って所与の方向に連続的かつ非急激に変化し得る。より具体的には、格子高さＨが５ｍｍの距離にわたって５０％変化すると、１マイクロメートルのピッチを有する約５×１０^３の線にわたる連続的な格子高さＨの変化が必然的に伴い得る。この変化は、隣接する線の相対的高さの平均変化が０．５／５×１０^４又は約０．０１％であることが必然的に伴う。

［００３３］ここで、概略形態で描かれた処理装置２００を示す図２Ａを参照する。処理装置２００は、例えば、本実施形態の光学格子を生成するために、基板の一部をエッチングする、又は基板に堆積させるための処理装置を表す。処理装置２００は、当技術分野で既知の任意の便利な方法によってプラズマ２０４を生成するためのプラズマチャンバ２０２を有するプラズマベースの処理システムであり得る。図示したように、抽出開孔２０８を有する抽出プレート２０６を設けることができ、不均一なエッチング又は不均一な堆積を実施して、光学格子層１０７を反応的にエッチング又は堆積させることができる（図１Ａ～Ｂ）。例えば、前述の光学格子構造を含む基板１０２が、プロセスチャンバ２２４に配置される。基板１０２の基板平面は、図示したデカルト座標系のＸ－Ｙ平面によって表され、基板１０２の平面に対する垂線は、Ｚ軸（Ｚ方向）に沿っている。

［００３４］図２Ａに更に示すように、イオンビーム２１０は、既知のシステムのように、プラズマチャンバ２０２と基板１０２、又は基板プラテン２１４との間にバイアス電源２２０を使用して電圧差が印加されるときに抽出され得る。バイアス電源２２０は、例えば、プロセスチャンバ２２４及び基板１０２が同じ電位に保持されている場合、プロセスチャンバ２２４に結合され得る。

［００３５］様々な実施形態によれば、イオンビーム２１０は、垂線２２６に沿って抽出され得る、又は垂線２２６に対してΦとして示す非ゼロの入射角で抽出され得る。

［００３６］イオンビーム２１０内のイオンの軌道は、互いに平行であり得る、又は互いに１０度以下等の狭い角度広がり範囲内にあり得る。他の実施形態では、以下に説明するように、イオンビーム２１０内のイオンの軌道は、例えば、扇形に互いに収束し得る、又は互いから放射状に広がり得る。したがって、Φの値は入射角の平均値を表し、個々の軌道は平均値から数度まで変化し得る。様々な実施形態において、イオンビーム２１０は、既知のシステムにおけるように、連続ビーム又はパルスイオンビームとして抽出され得る。例えば、バイアス電源２２０は、プラズマチャンバ２０２とプロセスチャンバ２２４との間の電圧差をパルスＤＣ電圧として供給するように構成され得、パルス電圧の電圧、パルス周波数、及びデューティサイクルは、互いに独立して調整され得る。

［００３７］様々な実施形態では、反応性ガス等のガスが、供給源２２２によってプラズマチャンバ２０２に供給され得る。プラズマ２０４は、プラズマチャンバ２０２に提供される種の正確な組成に応じて、様々なエッチング種又は堆積種を生成し得る。

［００３８］様々な実施形態では、イオンビーム２１０は、図２Ｂに示すデカルト座標系のＸ方向に沿って延在する長軸を有するリボン反応性イオンビームとして提供され得る。抽出開孔２０８に対して、したがって走査方向２３０に沿ったイオンビーム２１０に対して、基板１０２を含む基板プラテン２１４を走査することによって、イオンビーム２１０は、基板１０２をエッチングする、又は基板１０２上に堆積させ得る。イオンビーム２１０は、不活性ガス、反応性ガスを含む任意の便利なガス混合物から構成され得、幾つかの実施形態では、他のガス種と組み合わせて提供され得る。特定の実施形態では、イオンビーム２１０及び他の反応性種は、光学格子層１０７等の層の指向性反応性イオンエッチングを実施するために、エッチングレシピとして基板１０２に提供され得る。上記エッチングレシピは、当技術分野で既知の、酸化物又は他の材料等の材料をエッチングするための既知の反応性イオンエッチング化学を使用し得る。他の実施形態では、イオンビーム２１０は不活性種から形成され得、イオンビーム２１０は、基板１０２がイオンビーム２１０に対して走査されるときに、物理的スパッタリングによって基板１０２、又はより具体的には光学格子層１０７をエッチングするために提供される。

［００３９］図２Ｂの例では、イオンビーム２１０は、Ｘ方向に沿ったビーム幅に延在するリボン反応性イオンビームとして提供され、ビーム幅は、Ｘ方向に沿った最も広い部分においても、基板１０２の全幅を露光するのに十分である。例示的なビーム幅は、１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ、又はそれ以上の範囲であり得るが、Ｙ方向に沿った例示的なビーム長は、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、又は２０ｍｍの範囲であり得る。本実施形態は、この文脈に限定されない。

［００４０］特に、走査方向２３０は、Ｙ方向に沿った２つの対向する（１８０度）方向での基板１０２の走査、又は単に左への走査又は右への走査を表し得る。図２Ｂに示すように、イオンビーム２１０の長軸は、走査方向２３０に垂直に、Ｘ方向に沿って延在する。したがって、基板１０２の走査が走査方向２３０に沿って基板１０２の左側から右側への適切な長さまで行われるとき、基板１０２の全体がイオンビーム２１０に露光され得る。

［００４１］格子の特徴は、処理レシピを使用して、イオンビーム２１０に対して基板１０２を走査することによって達成され得る。簡単に言えば、処理レシピは、一連のプロセスパラメータの少なくとも１つのプロセスパラメータを変更することを伴い得、例えば、基板１０２の走査中にイオンビーム２１０によって引き起こされるエッチング速度又は堆積速度が変化する効果を有する。上記プロセスパラメータは、基板１０２のスキャン速度、イオンビーム２１０のイオンエネルギー、パルスイオンビームとして提供される場合のイオンビーム２１０のデューティサイクル、イオンビーム２１０の広がり角、及び基板１０２の回転位置を含み得る。本明細書の少なくとも幾つかの実施形態では、処理レシピは、光学格子層１０７の材料、及びエッチングイオンの化学的性質を更に含み得る。更に他の実施形態では、処理レシピは、寸法及びアスペクト比を含む、光学格子層１０７の開始形状を含み得る。本実施形態は、この文脈に限定されない。

［００４２］ここで図３を参照し、本明細書の実施形態のエッチングプロセスによって光学格子層１０７に形成されたフィン又は傾斜構造１１２の例示的なセットをより詳細に説明する。傾斜構造１１２は、独特の位置、形状、三次元配向等を有する傾斜構造１１２を製造するために、上記のエッチングプロセスのいずれかによって形成され得る。幾つかの例では、エッチングプロセスは、以下のいずれかの傾斜構造のセット１１２の格子パラメータ：ピッチ、ハードマスク１０８の厚さ、及びフィンの高さ／トレンチの深さを制御又は変更することができる。エッチングプロセスはまた、以下の格子パラメータ：フィンの厚さ（ＣＤ）、コーナ半径β及びα、エッチング停止層１０４へのオーバーエッチング、横傾斜、第１の側壁角度ρ、第２の側壁角度θ、及びフッティングのいずれかを制御又は変更することができる。

［００４３］ここで図４を参照し、本開示の実施形態に係る光学格子層３０５の特性を測定するためのシステム３００をより詳細に説明する。光学格子層３０５は、図３に示す光学格子層１０７と同じ又は類似であり得る。非限定的ではあるが、システム３００は、光３０３を基板又は光学格子層３０５内に送達する光源３０１を含み得る。幾つかの実施形態では、光３０３は、光学格子３０７に向かって方向づけされた複数の光線及び光子であり得、光学格子３０７は、光学格子層３０５にエッチングされ得る。図示したように、光３０３の非回折部分３１１は、光学格子３０７を通過し続け、第１の出口点３１３で光学格子層３０５を出ていくことができる。光３０３の回折部分３１５は、光学格子３０７に衝突して方向を変え、第２の出口点３１７で光学格子３０７を出ていくことができる。

［００４４］システム３００は、光３０３の非回折部分３１１を受信／検出する第１の検出器３２１、及び光３０３の回折部分３１５を受信／検出する第２の検出器３２３を更に含み得る。図示したように、第１の検出器３２１は、第１の出口点３１３の近くに配置され得、第２の検出器３２３は、第２の出口点３１７の近くに配置され得る。幾つかの実施形態では、第１及び第２の検出器３２１、３２３は、それぞれ、非回折部分３１１及び回折部分３１５の強度を感知することができ得る。光３０３の非回折部分３１１及び回折部分３１５は、一定の間隔でサンプリングされ、デジタル化されて対応する光強度値（例えば、Ｗ又はＷ／ｍ^２）を生成する対応する電気信号に変換され得る。

［００４５］以下により詳細に説明するように、光強度値は、信号の解析を実施するようにプログラムされた処理装置３２５に送達され得る。様々な実施形態では、異なるクラスの光強度はまた、スペクトル差等の反射光の走査及び感知に影響を与える他のパラメータに関連付けられ得る。図示した非限定的な実施形態では、処理装置３２５は、光３０３の非回折部分３１１及び／又は回折部分３１５から決定される１又は複数の光値３２７を受信するように動作可能であり得る。幾つかの実施形態では、光値３２７は、光３０３の非回折部分３１１及び／又は回折部分３１５の光強度であり得る。あるいは、光値３２７は、ある期間にわたる、光３０３の非回折部分３１１の光強度と、光３０３の回折部分３１５の強度との間の差であり得る。他の実施形態では、光値３２７は、光３０３の非回折部分３１１及び／又は回折部分３１５の空間分布に対応し得る。

［００４６］処理装置３２５は、光３０３の非回折部分３１１及び／又は回折部分３１５の光値３２７を所定の光値３３５と比較するように更に動作可能であり得る。メモリ（図示せず）に記憶された所定の光値３３５は、トレンチの深さ／傾斜要素の高さ等の所与の光学格子特性について以前に取得又は決定された複数の既知の光強度値の一部であり得る。別の言い方をすれば、一連の既知の格子のトレンチの深さ／傾斜要素の高さ３３７のそれぞれについて、対応する光強度が提供される。様々な実施形態では、所定の光値３３５は、光３０３の非回折部分３１１及び／又は回折部分３１５の既知の強度であり得る。あるいは、所定の光値３３５は、光３０３の非回折部分３１１と回折部分３１５との間の既知の相対差であり得る。

［００４７］処理装置３２５は、決定された光値３２７と所定の光値３３５との比較に基づいて、光学格子３０７の複数の傾斜要素の深さ／高さ３４０を決定するように更に動作可能であり得る。例えば、決定された光値３２７が所定の光値３３５に等しい又はほぼ等しい場合、複数の傾斜要素の深さ／高さ３４０は、所定の光値３３５と連動する既知の格子のトレンチの深さ／傾斜要素の高さに等しくなる。処理装置３２５は、例えば、光学格子３０７がエッチングされているときに、インシトゥでトレンチの深さを決定することができ得る。決定された光値３２７と所定の光値３３５との間の一致によって決定される、光学格子３０７の複数の傾斜要素の格子のトレンチの深さ／傾斜要素の高さが、既知の格子のトレンチの深さ／傾斜要素の高さに等しくなると、光学格子３０７のエッチングが停止し得る。幾つかの実施形態では、処理装置３２５は、信号を処理装置２００（図２Ａ）に送信して、光学格子層３０５のさらなる処理を防止し得る。

［００４８］更に図示したように、光源３０１、又は追加の光源（図示せず）は、光３０３を試験光学格子３５０内に送達し得る。光３０３の非回折部分３６５は、試験光学格子３５０を通過し続け、光学格子層３０５を出ていくことができる。光３０３の回折部分３６６は、試験光学格子３５０に衝突して方向を変え、第２の出口点で光学格子３０７を出ていくことができる。

［００４９］第１の検出器３２１又は追加の検出器（図示せず）は、光３０３の非回折部分３６５を受信及び検出することができ、第２の検出器３２３又は追加の検出器（図示せず）は、試験光学格子３５０からの光３０３の回折部分３６６を受信及び検出することができる。幾つかの実施形態では、第１及び第２の検出器３２１、３２３は、試験光学格子３５０に到達した後、光３０３の非回折部分３６５及び回折部分３６６の強度を感知することができ得る。上記と同様に、光３０３の非回折部分３６５及び回折部分３６６は、一定の間隔でサンプリングされ、デジタル化されて対応する光強度値（例えば、Ｗ又はＷ／ｍ^２）を生成する対応する電気信号に変換され得る。

［００５０］以下により詳細に説明するように、試験光学格子３５０に対応する光強度値が、信号の解析を実施するようにプログラムされた処理装置３２５に送達され得る。様々な実施形態において、異なるクラスの光強度がまた、スペクトル差等の反射光の走査及び感知に影響を与える他のパラメータに関連付けられ得る。図示した非限定的な実施形態では、処理装置３２５は、試験光学格子３５０と相互作用する光３０３の非回折部分３６５及び／又は回折部分３６６から決定される１又は複数の試験光値３５２を受信するように動作可能であり得る。幾つかの実施形態では、試験光値３５２は、光３０３の非回折部分及び／又は回折部分の光強度であり得る。あるいは、試験光値３５２は、光３０３の非回折部分３６５の光強度と、光３０３の回折部分３６６の強度との間の一定期間にわたる差であり得る。他の実施形態では、試験光値３５２は、試験光学格子３５０と相互作用する光３０３の非回折部分３６５及び／又は回折部分３６６の空間分布に対応し得る。

［００５１］処理装置３２５は、光３０３の非回折部分３６５及び／又は回折部分３６６の試験光値３５２を所定の光値３３５と比較するように更に動作可能であり得る。更に、光学格子３０７に衝突する光３０３の非回折部分３１１及び／又は回折部分３１５の光値３２７もまた、試験光値３５２と比較され得る。処理装置３２５は、試験光値３５２と所定の光値３３５との比較に基づいて、試験光学格子３５０のトレンチの深さ／高さ３５４を決定するように更に動作可能であり得る。処理装置３２５は、光学格子３０７の複数の傾斜要素の深さ／高さ３４０を決定するように更に動作可能であり得る。決定は、決定された光値３２７と、所定の光値３３５、試験光値３５２、及び／又は試験光学格子３５０のトレンチの深さ／高さ３５４のうちの少なくとも１つとの比較に基づいていてよい。決定された光値３２７が所定の光値３３５又は試験光値３５２に等しい又はほぼ等しい場合、複数の傾斜要素の深さ／高さ３４０は、所定の光値３３５及び／又は試験光値３５２と連動する既知の格子のトレンチの深さ／傾斜要素の高さ３３７に等しくなる。したがって、処理装置３２５は、例えば、光学格子３０７及び／又は試験光学格子３５０がエッチングされているときに、インシトゥでトレンチの深さを決定し得る。光学格子３０７及び／又は試験光学格子３５０のトレンチの格子トレンチの深さ／傾斜要素の高さが、決定された光値３２７と、所定の光値３３５及び／又は試験光値３５２との間の一致によって決定される、既知の格子のトレンチの深さ／傾斜要素の高さに等しい場合、光学格子３０７及び／又は試験光学格子３５０のエッチングが停止され得る。幾つかの実施形態では、処理装置３２５は、信号を処理装置２００（図２Ａ）に送信して、光学格子３０７及び／又は試験光学格子３５０のさらなる処理を防止し得る。

［００５２］光学格子層３０５の第１の表面３６０（例えば、上面）に沿って図示したが、試験光学格子３５０は、光学格子層３０５の前面及び／又は裏側に沿っていてもよい。試験光学格子３５０は、デバイスレイアウトが変更されたときに容易な試験を可能にするために、光学格子層３０５上及び光学格子３０７に対する既知の位置に形成／配置され得る。

［００５３］ここで図５Ａ～図５Ｂを参照し、本開示の実施形態に係る光学格子３０７の形成中に光学格子層３０５を通る光３０３の伝播をより詳細に説明する。図示したように、光学格子層３０５は、その中に形成された光学格子３０７を備えている。光学格子３０７は、光学格子層３０５の平面３４５（例えば、上面）に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置された複数の傾斜構造３１２を含む。傾斜構造３１２は、光学格子層３０５に複数のトレンチ３１４をエッチングすることによって形成される。したがって、複数のトレンチ３１４はまた、非ゼロの傾斜角で配置され得る。非限定的な実施形態では、格子高さＨ１は、０．５マイクロメートル以下の規模であり得る。

［００５４］図示したように、光３０３は、その側面３４７を通して光学格子層３０５に導入され得る。幾つかの実施形態では、光３０３は、平面３４５にほぼ平行な平面に沿って導入される。光３０３は、光学格子層３０５を通って伝播し、上部内面３４９と下部内面３５１との間で内部反射する複数の光線及び光子を含み得る。図示したように、光３０３の非回折部分３１１は、光学格子３０７を（例えば、下に）通過し続け、第１の出口点３１３で光学格子層３０５を出ていく。非回折部分３１１は、第１の検出器３２１（図４）によって、第１の強度Ｉ１を有すると認識され得る。一方、光３０３の回折部分３１５は、光学格子３０７で方向を変え、第２の出口点で光学格子層３０５を出ていく。回折部分３１５は、第２の検出器３２３（図４）によって、第２の強度Ｉ２を有すると認識され得る。

［００５５］図５Ｂに示すように、光学格子３０７の処理が続くにつれて、複数のトレンチ３１４が深くなり、複数の傾斜構造３１２の高さＨ２が効果的に増加する。幾つかの実施形態では、格子高さＨ２は、約０．５マイクロメートルと１．０マイクロメートルの間であり得る。図示したように、光３０３の非回折部分３１１は、光学格子３０７を（例えば、下に）通過し続け、第１の出口点３１３で光学格子層３０５を出ていく。非回折部分３１１は、第１の検出器３２１（図４）によって、第３の強度Ｉ３を有すると認識され得る。一方、光３０３の回折部分３１５は、光学格子３０７で方向を変え、第２の出口点３１７で光学格子層３０５を出ていく。回折部分３１５は、第２の検出器３２３（図４）によって、第４の強度Ｉ４を有すると認識され得る。図５Ａ～図５Ｂに示す光学格子層３０５の処理を比較すると、Ｈ１＞Ｈ２であり、したがって、非回折部分３１１に対してＩ３＞Ｉ１が生じ、回折部分に対してＩ４＞Ｉ２が生じる。別の言い方をすれば、光学格子３０７のトレンチ３１４が深くなるにつれて、より多くの光３０３が光学格子３０７によって回折される。上記のように、差を取得して、光学的にトレンチの深さを正確に決定するために使用できる。

［００５６］図６Ａ～図６Ｂは、本開示の様々な実施形態による様々な光源及び検出器の配置を示す図である。図６Ａの実施形態では、自由空間からの光４０３が、光学格子層／基板４０５の光学格子４０７に注入され、１又は複数の検出器４２１が、全内部反射（ＴＩＲ）後の光伝播及び光学格子／基板４０５を通る光伝播を測定する。幾つかの非限定的な実装態様では、光４０３は、光学格子層４０５の平面（例えば、上面４１１）に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角（β）で光学格子４０７に方向づけされる。図６Ｂの実施形態では、光４０３は、光学格子／基板４０５の第１の側面／エッジ４１３を通して注入され、アウトプット光４１７は、光学格子／基板４０５の第２の側面／エッジ４１５を通して検出される。図示したように、光学格子４０７は、第１及び第２の側面４１３及び４１５を分離する。検出器４２１は、回折アウトカップリングに対して「失われた」光を測定するように構成され得る。

［００５７］例えば、他の実施形態では、測定値は、プロセスにおける他の様々な物理的位置又は点で取得することができる。第１の例では、メインフレームで測定が行われ得る。場合によっては、測定は実際のチャンバでは行われない。代わりに、測定は外部で、移送チャンバ又は別の測定チャンバのいずれかで行われる。第２の例では、測定はファクトリインターフェイス（ＦＩ）で行われ得る。測定は、ロードポート又はＦＩの側面に配置可能な光学計測ツールに類似したものであり得る。

［００５８］ここで図７を参照し、本開示の実施形態に係る方法５００をより詳細に説明する。具体的には、ブロック５０２において、光学格子層が提供される。幾つかの実施形態では、光学格子層は、基板上に形成される。幾つかの実施形態では、光学格子層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ガラス、又は他の材料を含むがこれらに限定されない、光学的に透明な材料を含み得る。幾つかの実施形態では、光学格子層は、エッチング停止層の上に形成される。エッチング停止層は、光学的に透明な材料であり得、１０ｎｍから１００ｎｍの厚さを有し得る。

［００５９］ブロック５０４において、方法５００は、光学格子層に光学格子を形成することを含み得、光学格子は、光学格子層の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置された複数の傾斜トレンチを含む。幾つかの実施形態では、複数の傾斜トレンチは、均一な深さを有する。幾つかの実施形態では、複数の傾斜トレンチは、光学格子層の反応性イオンエッチングによって形成される。幾つかの実施形態では、光学格子は、能動デバイスの一部ではない試験格子であり得る。

［００６０］ブロック５０６において、方法５００は、光源から光学格子層内に光を送達することを含み得る。幾つかの実施形態では、光は、光学格子が形成されているときに光学格子層内に送達される。

［００６１］ブロック５０８において、本方法は、光学格子層を出ていく光の非回折部分及び回折部分を測定することを更に含み得る。幾つかの実施形態では、光の非回折部分及び回折部分は、光学格子層のエッジの近くに配置された１又は複数の検出器によって測定される。幾つかの実施形態では、光の非回折部分及び回折部分は、光学格子が形成されている間、連続的又は周期的に測定される。

［００６２］ブロック５１０において、方法５００は、所定の光値を、光の非回折部分及び光の回折部分のうちの少なくとも一方の検出された光値と比較することを更に含み得、所定の光値は、既知の傾斜要素の高さに対応する。幾つかの実施形態では、検出された光値は光強度である。

［００６３］ブロック５１２において、方法５００は、検出された光値と所定の光値との比較に基づいて、複数の傾斜要素の高さを決定することを更に含み得る。

［００６４］本明細書の実施形態は、コンピュータでの実施が可能である。例えば、処理装置２００及び／又はシステム３００は、論理演算、計算タスク、制御機能等を実行するために、処理装置３２５等のコンピュータプロセッサを含み得る。幾つかの実施形態では、コンピュータプロセッサは、プロセッサのコンポーネントであり得る。コンピュータプロセッサは、１又は複数のサブシステム、コンポーネント、モジュール、及び／又は他のプロセッサを含み得、データをラッチし、論理状態を進め、計算及び論理演算を同期させ、及び／又は他のタイミング機能を提供するためにクロック信号を使用して動作可能な様々な論理コンポーネントを含み得る。動作中、コンピュータプロセッサは、ＬＡＮ及び／又はＷＡＮ（Ｔ１、Ｔ３、５６ｋｂ、Ｘ．２５等）、ブロードバンド接続（ＩＳＤＮ、フレームリレー、ＡＴＭ）、ワイヤレスリンク（８０２．１１、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）を介して送信される信号を受信し得る。幾つかの実施形態では、信号は、例えば、信頼されているキーペア暗号化を使用して暗号化され得る。異なるシステムは、イーサネット又はワイヤレスネットワーク、直接シリアル又はパラレル接続、ＵＳＢ、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はその他の独自のインターフェース等、異なる通信経路を使用して情報を送信し得る。（Ｆｉｒｅｗｉｒｅは、アップルコンピュータ社の登録商標であり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは、ブルートゥース・スペシャル・インタレスト・グループ（ＳＩＧ）の登録商標である）。

［００６５］一般に、コンピュータプロセッサは、メモリユニット及び／又はストレージシステムに記憶されたコンピュータプログラム命令又はコードを実行する。例えば、コンピュータプログラム命令を実行するとき、コンピュータプロセッサは、処理装置２００に、本明細書に記載の処理パラメータのいずれか等の入力を受信させ、コンピュータプロセッサから出力を提供させる。幾つかの実施形態では、コンピュータプロセッサは、処理レシピを実行及び実施して、光学格子要素１００及び光学格子層３０５を形成する。

［００６６］コンピュータプログラムコードを実行している間、コンピュータプロセッサは、メモリユニット及び／又はストレージシステムとの間でデータを読み書きし得る。ストレージシステムは、ＶＣＲ、ＤＶＲ、ＲＡＩＤアレイ、ＵＳＢハードドライブ、光ディスクレコーダ、フラッシュストレージデバイス、及び／又はデータを記憶及び／又は処理するための他のいずれかのデータ処理及びストレージ要素を含み得る。図示していないが、処理装置２００はまた、ユーザが処理装置２００（例えば、キーボード、ディスプレイ、カメラ等）と対話することを可能にするために、コンピュータインフラストラクチャの１又は複数のハードウェアコンポーネントと通信するＩ／Ｏインターフェースを含み得る。

［００６７］要約すれば、本明細書に記載の様々な実施形態は、光学格子要素を形成するためのアプローチを提供するものである。製造は、基板、及び／又はパターンを対象の基板に転写するために使用されるマスクに傾斜イオンを直接適用することによって達成され得る。本実施形態の第１の技術的利点は、格子の進化を監視するためのシステムの一部として格子をインシトゥ使用できるため、格子のトレンチの深さが効率的に制御されることを含む。本実施形態の第２の技術的利点は、光学的厚さ検出技術の使用である。これらの技術は、より煩わしくなく、より少ないダウンタイムをもたらすからである。

［００６８］本開示は、本明細書に記載の特定の実施形態によって範囲が限定されるべきではない。実際、本明細書に記載されたものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び修正は、前述の説明及び添付の図面から当業者には明らかであろう。したがって、そのような他の実施形態及び修正は、本開示の範囲内に入ることが意図されている。更に、本開示は、特定の目的のための特定の環境における特定の実装態様の文脈で本明細書に記載されている。当業者は、有用性がそれに限定されず、本開示は、任意の数の目的のために任意の数の環境で有益に実施され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載の本開示の全幅及び精神を考慮して解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 光学格子要素を形成する方法であって、
   光学格子層を提供することと、
   複数の傾斜トレンチを含む光学格子を前記光学格子層に形成することと、
   光源から前記光学格子層内に光を送達することと、
   前記光学格子層を出ていく前記光の非回折部分、及び前記光学格子層を出ていく前記光の回折部分のうちの少なくとも一方を測定することと
   を含む方法。
2. 既知の傾斜トレンチの深さに対応する所定の光値を、前記光の前記非回折部分及び前記光の前記回折部分のうちの少なくとも一方の検出された光値と比較することと、
   光強度である前記検出された光値と前記所定の光値との前記比較に基づいて、前記複数の傾斜トレンチの深さを決定することと
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 第２の複数の傾斜トレンチを含む試験光学格子を前記光学格子層に形成することと、
   前記試験光学格子を素通りする前記光の非回折部分、及び前記試験光学格子と交わった後に前記光学格子層を出ていく前記光の回折部分のうちの少なくとも一方を測定することと
   を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記光の前記非回折部分の光強度と前記光の前記回折部分の強度との間の一定期間にわたる差を測定することを更に含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記光学格子を形成することは、前記複数の傾斜トレンチを形成するために、前記光学格子層をエッチングすることを含み、前記エッチングは、傾斜反応性イオンエッチングを含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記複数の傾斜トレンチが、前記光学格子層の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置される、請求項１に記載の方法。
7. 前記光学格子がエッチングされている間に、前記光の前記非回折部分及び前記光の前記回折部分を測定することを更に含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記複数の傾斜トレンチが所定の深さに達したときに、前記光学格子層のエッチングを停止することを更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 光学格子要素を形成する方法であって、
   光学格子層を提供することと、
   前記光学格子層内に光を送達することと、
   前記光学格子層の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で配置された複数の傾斜要素を有する光学格子を形成するために、前記光が前記光学格子層を通過している間に前記光学格子層をエッチングすることと、
   前記光学格子の形成中に、前記光学格子層を出ていく前記光の非回折部分、及び前記光学格子層を出ていく前記光の回折部分のうちの少なくとも一方を検出することと
   を含む方法。
10. 既知の傾斜要素の高さに対応する所定の光値を、前記光の前記非回折部分及び前記光の前記回折部分のうちの少なくとも一方の検出された光値と比較することと、
    前記所定の光値と前記検出された光値との前記比較に基づいて、前記複数の傾斜要素の高さを決定することと、
    前記複数の傾斜要素の高さが前記既知の傾斜要素の高さとほぼ等しいときに、前記光学格子層のエッチングを停止することと
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記光の前記非回折部分の光強度と前記光の前記回折部分の強度との間の一定期間にわたる差を測定することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光が、前記光学格子層の平面に対する垂線に対して非ゼロの傾斜角で前記光学格子層内に直接送達される、請求項９に記載の方法。
13. 前記光学格子の結果として失われた光の量を決定するために、前記光の前記非回折部分を測定する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記光の前記非回折部分が前記光学格子を通過し続け、第１の出口点で前記光学格子層を出ていき、前記光の前記回折部分が前記光学格子で方向を変え、第２の出口点で前記光学格子層を出ていく、請求項９に記載の方法。
15. 光学格子の特性を測定するためのシステムであって、
    光学格子層内に光を送達する光源であって、前記光の非回折部分が前記光学格子層に形成された光学格子を通過し続け、第１の出口点で前記光学格子層を出ていき、前記光の回折部分が前記光学格子で方向を変え、第２の出口点で前記光学格子層を出ていく、光学格子層内に光を送達する光源と、
    前記光の前記非回折部分及び前記光の前記回折部分を検出する少なくとも１つの検出器と、
    処理装置であって、
    前記光の前記非回折部分の第１の光値と、前記光の前記回折部分の第２の光値とを受信し、
    前記第１及び第２の光値のうちの少なくとも一方を、既知の光学格子のトレンチの深さに相関する所定の光値と比較し、
    前記第１及び第２の光値のうちの少なくとも一方と前記所定の光値との前記比較に基づいて、前記光学格子の複数の傾斜トレンチの深さを決定する
    ように動作可能な処理装置と
    を備えるシステム。

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