JP7080969B2 - 光導波路素子を製造する方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月２６日に出願された米国非仮特許出願第１５／７９４，９６６号の利益を主張する。

本明細書に別段の記載がない限り、この章に記載されている資料は、本出願の特許請求の範囲の先行技術ではなく、この章に含めることにより先行技術であると認められるべきではない。

光導波路素子（ｄｅｖｉｃｅ）は、光ファイバ、導波路、および他の光学素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）（例えば、レンズ、ミラー、プリズムなど）を含むことができる。このような光導波路素子は、光を入射側劈開面から出射側劈開面に、全反射または部分内部反射により送光することができる。さらに、光導波路素子は、光スイッチ、結合器、およびスプリッタのような能動光学構成要素および受動光学構成要素を含むことができる。

光学系は、様々な目的に光導波路素子を利用することができる。例えば、光ファイバは、光信号を光源から所望の場所に送信するように実装することができる。光検出測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスの場合、複数の光源が光を放出することができ、光を光導波路素子に光結合させて所定の環境に向けることができる。環境に放出される光は、ＬＩＤＡＲデバイスの受信機により検出されて環境内のオブジェクトまでの推定距離を提供することができる。

本明細書において説明されるシステムおよび方法は、光学系の製造に適用可能である。例えば、本開示は、特定の光学素子（例えば、光導波路素子）および光導波路素子の製造方法を説明する。

第１の態様では、方法が提供される。方法は、フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることと、第１のマスクをフォトレジスト材料に重ね合わせることと、を含み、第１のマスクは第１の形状部を画成する。方法は、光源をフォトレジスト材料に第１のマスクを介して照射することをさらに含む。光源は、第１の角度で位置決めされる。第１の角度は、基板に平行な平面に対して非直角の角度を含む。方法は、フォトレジスト材料を現像して、フォトレジスト材料の長尺部分を基板の上に保持することをさらに含む。長尺部分の第１の端部は角度付けられた部分を含む。角度付けられた部分は、長尺部分の長軸線に対して所定の角度で傾斜している。方法は、第２のマスクを現像後のフォトレジスト材料に重ね合わせることをなおもさらに含む。第２のマスクは、角度付けられた部分に対応する第２の形状部を画成する。方法は、反射材料を、第２のマスクを介して角度付けられた部分に堆積させることを含む。

第２の態様では、方法が提供される。方法は、フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることと、第１のマスクをフォトレジスト材料に重ね合わせることと、を含み、第１のマスクは第１の形状部を画成する。方法はまた、第２のマスクを第１のマスクに重ね合わせることを含む。第２のマスクは第２の形状部を画成する。方法は、光源をフォトレジスト材料に第１のマスクおよび第２のマスクを介して照射することをさらに含む。光源は第１の角度で位置決めされる。第１の角度は、基板に平行な平面に対して非直角の角度を含む。方法はまた、第２のマスクを取り出すことと、第３のマスクを第１のマスクに重ね合わせることと、を含む。第３のマスクは第３の形状部を画成する。方法は、光源をフォトレジスト材料に第３のマスクおよび第１のマスクを介して照射することをなおもさらに含む。方法は、フォトレジスト材料を現像して、フォトレジスト材料の長尺部分を基板の上に保持することをさらに含む。長尺部分の第１の端部は角度付けられた部分を含む。角度付けられた部分は、長尺部分の長軸線に対して所定の角度で傾斜している。方法はまた、第４のマスクを現像後のフォトレジスト材料に重ね合わせることを含む。第４のマスクは、角度付けられた部分に対応する第４の形状部を画成する。方法は、反射材料を、第４のマスクを介して角度付けられた部分に堆積させることをなおもさらに含む。

他の態様、実施形態、および実装形態は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を適宜参照して読み取ることにより明らかになるであろう。

例示的な実施形態例による光学素子を示す。 例示的な実施形態による光学素子を示す。 例示的な実施形態による光学素子を示す。 例示的な実施形態による光学系を示す。 例示的な実施形態による光学系を示す。 例示的な実施形態による光学系を示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による製造方法のブロックを示す。 例示的な実施形態による方法を示す。 例示的な実施形態による方法を示す。

例示的な方法、デバイス、およびシステムが本明細書において説明される。「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」および「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という語は、本明細書においては、「例、事例、または例示としての役割を果たす（ｓｅｒｖｉｎｇ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｎｓｔａｎｃｅ，ｏｒ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）」ことを意味するために使用されることを理解されたい。本明細書において「例」または「例示的」であるとして説明される任意の実施形態または特徴は、他の実施形態または特徴よりも好ましい、または有利であると必ずしも解釈されるべきではない。本明細書において提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、他の変更を行うことができる。

このように、本明細書において説明される例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書において概略説明され、図に例示される本開示の態様は、多種多様な異なる構成で配置する、置き換える、組み合わせる、分離する、および設計することができ、これらの構成の全てが本明細書において想到される。

さらに、文脈が異なることを示唆していない限り、これらの図の各図に示されている特徴は、互いに組み合わせて使用することができる。このように、図は一般に、例示される全ての特徴が実施形態ごとに必要である訳ではないという理解の下に、１つ以上の概略実施形態の構成態様として考えられるべきである。

Ｉ．概要
本明細書において説明されるシステムおよび方法は、光学系の素子の製造に関する。すなわち、様々な処理技術を利用して、光学系の１つ以上の光導波路を形成することができる。光導波路は、基板の表面に沿って延びる長尺部分を含むことができる。光導波路はまた、光学的に反射性である金属でコーティングされる角度付けられた部分を含むことができる。例示的な実施形態では、光導波路は、ＳＵ－８レジストから形成することができ、赤外光を導波するように構成することができる。

本明細書において説明される１つ以上の光導波路を形成する処理技術は、フォトレジストの二重露光を行うことを含むことができる。例えば、第１の露光は、直角に近い角度で行うことができ、第２の露光は、フォトレジスト表面に対して斜角で提供することができる。二重露光は、角度付けられた露光量プロファイルに起因して、角度付けられた部分を設けるのに役立つことができる。任意選択的に、二重露光法の片方の露光または両方の露光は、液浸リソグラフィを使用して行うことができる。

本明細書において説明される別の処理技術は、「ぼかしマスク（ｂｌｕｒ ｍａｓｋ）」手法を含み、この手法は、２つのフォトマスクを基板に同時に重ね合わせる場合に利用することができる。第１の露光は、２つのフォトマスクを介して行うことができる。続いて、上側フォトマスクは、異なる開口パターンを基板上に設けるためのフォトマスクと交換することができる。このようなシナリオでは、制御可能な露光量プロファイルを提供することができる第２の露光を行うことができる。制御可能な露光量プロファイルを調整して光導波路の角度付けられた部分を形成することができる。

なおも別の処理技術では、ＵＶ光は、スリットまたは別のタイプのアパーチャを介して制御可能に「描画（ｐａｉｎｔｅｄ）」することができ、フォトレジストで覆われた基板を斜角で露光することができる。このようなシナリオでは、対応する露光量プロファイルを角度付けることができ、これは、光導波路の角度付けられた部分を設けるために利用することができる。さらなる実施形態では、光導波路を形成する製造方法は、上に説明した処理技術の様々な組み合わせを含むことができる。

ＩＩ．例示的な光学素子および光学系
図１Ａは、例示的な実施形態による光学素子１００を示している。いくつかの場合では、光学素子１００は、フォトレジストのようなポリマー材料から形成することができる。例えば、ポリマー材料は、ＳＵ－８ポリマー、Ｋｌｏｅ Ｋ－ＣＬネガフォトレジスト、Ｄｏｗ ＰＨＯＴＯＰＯＳＩＴネガフォトレジスト、またはＪＳＲネガ型ＴＨＢフォトレジストを含むことができる。光学素子１００は、他の光パターン化可能なポリマー材料から形成することができることが理解されるであろう。

いくつかの実施形態では、光学素子１００は長尺構造を含むことができる。長尺構造は、第１の光導波路部分１０２および第２の光導波路部分１０４を含むことができる。第２の光導波路部分１０４は、第１の光導波路部分１０２よりも少なくとも１つの寸法においてより幅広にすることができる。例示的な実施形態では、光学素子１００は角度付けられた部分１１０を含むことができる。光学素子１００は、第１の端部劈開面１０６および第２の端部劈開面１０８をさらに含むことができる。図１Ａは、光学素子１００を特定の形状を有するものとして示しているが、本明細書においては、他の形状も可能であり、想到される。

例示的な実施形態では、光学素子１００は、光を導波するように構成することができる。例えば、光学素子１００は、光源からの光を、第１の端部劈開面１０６を介して結合させるように構成することができる。このような光は、光学素子１００の少なくとも一部の内部を、内部全反射により導波させることができる。いくつかの実施形態では、光の少なくとも一部は、光学素子から第２の端部劈開面１０８を介して結合解除することができる。

図１Ｂは、例示的な実施形態による光学素子１００ａおよび１００ｂを示している。光学素子１００ａは、光学素子１００と同様とすることができる。例えば、光学素子１００ａは、第１の光導波路部分１０２および第２の光導波路部分１０４、ならびに角度付けられた部分１１０を含むことができる。光学素子１００ａは、第１の端部劈開面１０６および第２の端部劈開面１０８を含むこともできる。いくつかの実施形態では、第１の光導波路部分１０２の幅１１２は、第２の光導波路部分１０４の幅１１４よりも小さくすることができる。

光学素子１００ｂは、光学素子１００と同様とすることができる。例えば、光学素子１００ｂは、光導波路部分１０５、角度付けられた部分１１０、および端部劈開面１０９を含むことができる。本明細書において説明される光学系および製造方法は、光学素子１００、１００ａ、および／または１００ｂを含むことができる。

いくつかの実施形態では、光学素子１００、１００ａ、および１００ｂの角度付けられた部分１１０は、反射材料を含むことができる。例えば、角度付けられた部分１１０は、金属コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、金属コーティングは、チタン、白金、金、銀、アルミニウム、および／または別のタイプの金属のような１種類以上の金属を含むことができる。いくつかの他の実施形態では、角度付けられた部分１１０は、誘電体コーティングおよび／または誘電体積層物を含むことができる。

図１Ｃは、例示的な実施形態による光学素子１２０を示している。光学素子１２０は、図１Ａに関連して図示および説明される光学素子１００と同様または同一とすることができる。例示的な実施形態では、光源１２２は、第１の光導波路部分１０２に結合発光光１２４として結合させる（例えば、第１の端部劈開面１０６を介して）ことができる光を放出することができる。結合発光光１２４は、第２の端部劈開面１０８を介して環境と出力結合させることができる。出力結合光は、環境内のオブジェクトと相互作用することができる（例えば、反射、吸収、および／または屈折により）透過光１２６を含むことができる。透過光１２６の少なくとも一部は、反射することができるか、またはそうでなければ、透過光１２６の少なくとも一部の向きを、受光光１２８として光学素子１２０に向かって方向転換することができる。

いくつかの実施形態では、受光光１２８の少なくとも一部は、光学素子１２０に第２の端部劈開面１０８を介して結合受光光１３０として結合させることができる。結合受光光１３０は、光学素子１２０内を角度付けられた部分１１０に向かって導波させることができる。いくつかの実施形態では、角度付けられた部分１１０は、結合受光光１３０の少なくとも一部を反射光１３２として反射するように構成することができる。いくつかの実施形態では、反射光１３２は、結合発光光１２４および／または結合受光光１３０のそれぞれの光伝播方向（またはベクトル）に対して面外方向に向けることができる。

図１Ｄ～図１Ｆは、いくつかの異なる光学系１４０、１７０、および１８０を示しており、これらの光学系は、光導波路素子を組み込んだ異なるコンパクトＬＩＤＡＲシステムを表すことができる。このようなＬＩＤＡＲシステムは、所定の環境内の１つ以上のオブジェクト（例えば、場所、形状など）に関する情報（例えば、点群データ）を提供するように構成することができる。例示的な実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムは、点群情報、オブジェクト情報、マッピング情報、または他の情報を車両に提供することができる。車両は、半自動運転車両または全自動運転車両とすることができる。例えば、車両は、自動運転車、自律型無人航空機、自律走行トラック、または自律型ロボットとすることができる。他のタイプの車両およびＬＩＤＡＲシステムが本明細書において想到される。

図１Ｄは、例示的な実施形態による光学系１４０を示している。光学系１４０は、図１Ａを参照して図示および説明される光学素子１００のような光導波路を含むことができる様々な異なる光学系のうちの１つの光学系である。例示的な実施形態では、光学素子１００は、透明基板１４２に結合させることができる。光学素子１００は、さらなる透明基板１５４に光接着剤１５６を介して結合させることができる。

光学系１４０は、基板１４４と、１つ以上の長尺構造１４６と、各レーザバーがそれぞれの長尺構造に結合される１つ以上のレーザバー１４８と、を含む、レーザアセンブリを含むことができる。いくつかの実施形態では、基板１４４は、透明基板１４２にエポキシ材料１５０で結合させることができる。さらに、または代替的に、基板１４４および／または長尺構造１４６は、さらなる透明基板１５４にエポキシ材料１５２を介して結合させることができる。１つ以上のレーザバー１４８を透明基板１４２に固定する他の方法が、本明細書において可能であり、想到される。

１つ以上のレーザバー１４８は、光を円筒レンズ１５８に向かって放出するように構成することができ、円筒レンズは、放出光を集光する、放出光の焦点ぼけを生じさせる、放出光を方向付ける、および／または別様に放出光を光学素子１００に結合させるのに役立つことができる。

光学系１４０は、さらに、または代替的に、さらなる基板１６６を含むことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１６８および少なくとも１つの光検出器１６７は、さらなる基板１６６に結合させることができる。さらに、さらなる基板１６６は、透明基板１４２に１つ以上の遮光板１６４を介して結合させることができる。例示的な実施形態では、遮光板１６４は、「ハニカム（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）」タイプの光バッフルまたは別のタイプの不透明材料とすることができる。このようなシナリオでは、反射光１３２は、少なくとも１つの光検出器１６７により検出することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの光検出器１６７は、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、または直線アレイもしくは平面アレイに配置することができる別のタイプの光センサを含むことができる。

いくつかの実施形態では、光学系１４０は、透明基板１４２および／または光学素子１００に光接着剤１６２を介して結合させることができるアパーチャプレート１６０を含むことができる。いくつかの実施形態では、光接着剤１６２は、光学系１４０の光学素子１００、光接着剤１５６、および／または他の構成素子の屈折率に屈折率整合させることができる。いくつかの実施形態では、アパーチャプレート１６０は、例えば、金属プレートの開口部または孔とすることができる複数のアパーチャを含むことができる。

さらに、図１Ｄは、単一のレーザバー１４８、単一の光学素子１００、および単一の光検出器１６７を示しているが、複数のこのような構成素子が本明細書において可能であり、想到される。例えば、いくつかの実施形態は、２５６個のレーザバー、２５６個の光学素子、および対応する数の光検出器を含むことができる。

図１Ｅは、例示的な実施形態による光学系１７０を示している。光学系１７０は、図１Ｄに関連して図示および説明される光学系１４０の構成素子と同様または同一の構成素子を含むことができる。いくつかの実施形態では、光学素子１００ｂは透明基板１４２に結合させることができる。光学素子１００ｂは、光接着剤１７２および／またはさらなる透明基板１７４に封止する、または別様に結合させることができる。フィルタ１７６は、さらなる透明基板１７４に結合させることができる。フィルタ１７６は、レーザバー１４８から放出される波長とは異なる光波長をフィルタリングするように構成することができる。すなわち、例示的な実施形態では、フィルタ１７６は、レーザバー１４８からの放出光を通過させるように構成される帯域通過フィルタを含むことができる。

いくつかの実施形態では、アパーチャプレート１７８は、透明基板１４２に結合させることができる。例えば、アパーチャプレート１７８は、複数の開口部を含むことができる。

図１Ｆは、例示的な実施形態による光学系１８０を示している。光学系１８０は、図１Ｅに関連して図示および説明される光学系１７０の構成素子と同様または同一の構成素子を含むことができる。さらに、アパーチャプレート１８２は、さらなる透明基板１７４と光学素子１００との間に設けることができる。

いくつかの実施形態では、光検出器１６７は、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサを含むことができる。さらに、または代替的に、光検出器１６７は、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）、直線モードアバランシェフォトダイオード（ＬＭＡＰＤ）、ＰＩＮダイオード、ボロメータ、および／またはフォトコンダクタのうちの少なくとも１つを含むことができる。他のタイプの光検出器（および、光検出器の構成）が本明細書において可能であり、想到されることが理解されるだろう。

光学系１４０、１７０、および１８０のコントローラ１６８は、メモリおよび少なくとも１つのプロセッサを含む。少なくとも１つのプロセッサは、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むことができる。ソフトウェア命令を実行するように構成される他のタイプのプロセッサ、コンピュータ、またはデバイスが本明細書において想到される。メモリは、これらには限定されないが、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（例えば、フラッシュメモリ）、固体ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、リード／ライト（Ｒ／Ｗ）ＣＤ、Ｒ／Ｗ ＤＶＤなどのような非一時的なコンピュータ可読媒体を含むことができる。

いくつかの実施形態では、光学系１４０、１７０、および１８０は、光学系の環境内のオブジェクトを示す情報を提供するように構成されるＬＩＤＡＲシステムとすることができる。このようなことから、いくつかの場合では、光学系１４０、１７０、および／または１８０は、自動運転車、自動走行トラック、無人航空機、および／または無人船のような車両に配置することができる。他のタイプの車両が本明細書において可能であり、想到される。

ＩＩＩ．例示的な方法
図２Ａ～図２Ｋは、１つ以上の例示的な実施形態による製造方法の様々なブロックを示している。様々なブロックのうち少なくともいくつかのブロックは、本明細書において提示される順序とは異なる順序で実行することができることが理解されるであろう。さらに、ブロックは、追加する、減らす、入れ替える、および／または繰り返すことができる。図２Ａ～図２Ｋは、図３および図４のそれぞれに関連して図示および説明される方法３００および４００に関連して説明されるブロックまたはステップのうち少なくともいくつかのブロックまたはステップに関する例示として役立つことができる。さらに、図２Ａ～図２Ｋのいくつかのブロックを実行して、図１Ａ～図１Ｆを参照して図示および説明される光学素子１００、１００ａ、１００ｂ、１２０、ならびに／または光学系１４０、１７０、および１８０を提供することができる。

図２Ａは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２００を示している。ブロック２００は、光パターン化可能な材料２０４を透明基板２０２の上に調製することを含む。いくつかの実施形態では、光パターン化可能な材料２０４は、フォトレジストまたは本明細書において説明される他の任意の光パターン化可能な材料を含むことができる。このようなシナリオでは、光パターン化可能な材料２０４を調製することは、フォトレジストを透明基板２０２の上でスピン塗布することにより、フォトレジストを堆積させ、続いてフォトレジストをベークすることを含むことができる。

いくつかの実施形態では、透明基板２０２は、ガラスまたは別の透明材料を含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、透明基板２０２は、不透明材料２０５に結合させることができる。不透明材料２０５は、光吸収材料を含むことができる。

図２Ｂは、例示的な実施形態による、製造方法のブロック２１０を示している。図示のように、マスク２１２は、光パターン化可能な材料２０４に極めて接近させる、または直接接触させることができる。マスク２１２は、フォトリソグラフィマスクプレート、シャドウマスク、または別のタイプの物理リソグラフィマスクまたは仮想リソグラフィマスクを含むことができる。一例として、マスク２１２は、不透明形状部２１４および透明形状部２１６を含むことができる。不透明形状部２１４および透明形状部２１６との組み合わせは、光パターン化可能な材料２０４に転写することができる様々な形状または他の形状部を画成することができる。

図２Ｃは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２２０を示している。ブロック２２０は、光源２２１でマスク２１２および光パターン化可能な材料２０４の少なくとも一部を照射して、少なくとも第１の形状部２２６を露光することを含む。例えば、光源２２１は、マスク２１２全体にわたって、実質的に均一な照射強度で、照射光２２２を放出することができる。不透明形状部２１４および透明形状部２１６の組み合わせに基づいて、露光光２２４は、光パターン化可能な材料２０４の第１の形状部２２６と相互作用することができる。

図２Ｄは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２３０およびブロック２３５を示している。すなわち、ブロック２３０および２４０は、それぞれのタイプの光パターン化可能な材料の現像時の断面プロファイルを示すことができる。例えば、ブロック２３０が、光パターン化可能なポジ型レジストを使用する場合に行われるのに対し、ブロック２４０は、光パターン化可能なネガ型レジストを使用するシナリオにおいて行われる。

ブロック２３０を参照すると、第１の形状部２２６の露光後および光パターン化可能な材料２０４の現像後、第１の形状部２２６を除去して透明基板２０２の表面２３４を露出させることができる。さらに、レジスト形状部２３２は、レジスト現像後に残すことができる。

ブロック２４０（例えば、ネガ型レジストのシナリオ）を参照すると、残留するレジスト形状部２３６は、露光された第１の形状部２２６を含むことができる。したがって、現像後、表面２３８は、レジスト現像後に露出させることができる。

他の形状部のサイズ、形状、および凹凸が可能であることが理解されるであろう。全ての他のこのような代替物が本明細書において想到される。

図２Ｅは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２４０を示している。ブロック２４０は、光源２２１でマスク２１２および光パターン化可能な材料２０４の少なくとも一部を照射して、少なくとも第１の形状部２４６ならびに１つ以上の角度付けられた部分２４５を露光することを含む。図２Ｅに示すように、光源２２１は、透明基板２０４および／またはマスク２１２の平面に対して非直角の角度で入射する照射光２４２を提供する。いくつかの実施形態では、角度付けられた部分２４５の傾斜角度は、露光光２４４の角度に基づくことができる。例えば、例示的な実施形態では、結果として生じる構造（例えば、フォトレジスト現像後）は、３次元平行四辺形形状を含むことができる。

図２Ｅには示していないが、本明細書において説明されるリソグラフィステップまたはブロックは、液浸リソグラフィを使用して提供することができることが理解されるであろう。すなわち、マスク２１２および透明基板２０２は、空気の屈折率とは異なる屈折率を有する液体中に沈めることができる。このようなシナリオでは、照射光２４２の入射角は、角度付けられた部分２４５および露光光２４４の傾斜角度とは異ならせることができる。例えば、露光光２４４の入射角は、直角入射から１５度および４５度を含む１５～４５度の角度範囲内とすることができる。他の角度が可能であり、照射光２４２の動的に変化する入射角も同様に可能であることが理解されるであろう。

図２Ｆは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２５０を示している。ブロック２５０に示すように、光源２２１の位置および／または向き２５８は、透明基板２０２およびマスク２１２に対して（露光間および／または露光中に動的に）調整することができる。このようなシナリオでは、照射光２５２および露光光２５４のそれぞれの入射角は、光源２２１の向き２５８に基づくことができる。

さらに、または代替的に、透明基板２０２の位置および／または向き２５９は、光源２２１に対して（露光間および／または露光中に動的に）調整することができる。

図２Ｇは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２６０を示している。図示のように、ブロック２６０は、光源２２１から照射光２７０を放出させて第１のマスク２６２および第２のマスク２６８と相互作用させることを含む。すなわち、第１のマスク２６２は、第２のマスク２６８の不透明形状部２６６と比較してサイズ、形状、および／または向きが異なり得る不透明形状部２６４を含むことができる。第１のマスク２６２および第２のマスク２６８と相互作用すると、露光光２７２は、光パターン化可能な材料２０４に衝突して第１の形状部２７４を露光することができる。

いくつかの実施形態では、第１のマスク２６２、第２のマスク２６８、および露光光２７２が相互作用して、露光差を第１の形状部２７４に沿って提供することができる。すなわち、いくつかの場合では、光パターン化可能な材料２０４の第１の部分２７５は、光パターン化可能な材料２０４の第２の部分２７６よりも多量の露光光２７２で露光することができる。このようなシナリオでは、異なる露光量を利用して、第１の形状部２７４を形成することができる。例えば、アナログリソグラフィまたはグレースケールリソグラフィを適用して第１の形状部２７４を形成することができることが理解されるであろう。

図２Ｈは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２８０を示している。ブロック２８０は、光源２２１から照射光２８８を放出させることを含むことができる。照射光２８８は、第１のマスク２６２および第３のマスク２８２と相互作用することができる。第１のマスク２６２および第３のマスク２８２は、それぞれの不透明形状部２６４および２８４を含むことができる。

第１のマスク２６２および第３のマスク２８２と相互作用すると、露光光２８６は、光パターン化可能な材料２０４の少なくとも１つの構成部分２８９に衝突することができる。構成部分２８９は角度付けられた部分２８５を含むことができる。

図２Ｉは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２９０を示している。ブロック２９０は、レジストの化学現像後に残る光パターン化可能な材料の長尺部分２９２を示している。長尺部分２９２は角度付けられた部分２９３を含むことができる。ブロック２９０は、本明細書において説明される１回以上の露光後に行うことができることが理解されるであろう。すなわち、ブロック２９０は、露光光２２４、露光光２４４、露光光２５４、露光光２７２、および／または露光光２８６で露光した後に行うことができる。さらに、ブロック２９０は、現像後の光パターン化可能な材料の単一層を示しているが、長尺部分２９２は、複数の光パターン化可能な材料層および後続の露光ステップおよび現像ステップを使用して設けることができることが理解されるであろう。言い換えれば、長尺部分２９２は、複数の追加ステップを使用して設けることができ、例えば複数のレジスト層を形成し、それぞれの複数の露光ステップおよび現像ステップを行うことができる。長尺部分２９２を、半導体リソグラフィ技術を使用して形成する他の方法が、本明細書において可能であり、想到される。

図２Ｊは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２９４を示している。図２Ｊに示すように、シャドウマスク２９６は、長尺部分２９２の角度付けられた部分２９３に一致するように位置合わせすることができる。さらに、金属２９５は、シャドウマスク２９６を介して堆積させて光反射面を角度付けられた部分２９３の上に形成することができる。図２Ｊは、金属２９５が、基板２０２に対して法線に沿って、またはほぼ法線経路に沿って堆積するものとして示している。しかしながら、他の堆積方向および他の状態が可能であることが理解されるであろう。例えば、金属は、シャドウマスク２９６を介して角度付けられた部分２９３に対して法線方向の角度で堆積させることができる。他の堆積角度が可能である。

図２Ｋは、例示的な実施形態による製造方法のブロック２９８を示している。ブロック２９８は、残っている光パターン化可能な材料の長尺部分２９２を示している。長尺部分２９２は、金属２９５でコーティングされて反射面を形成する角度付けられた部分２９３を含む。すなわち、光が長尺部分２９２内で導波される場合、金属２９５を利用して光を、長尺部分２９２を含む平面から反射することができる。

図３は、例示的な実施形態による方法３００を示している。方法３００は、図２Ａ～図２Ｋを参照して図示および説明される製造ステップもしくはブロックのうちのいくつかにより、または全てにより少なくとも部分的に実行することができる。方法３００は、本明細書において明示的に開示されるステップまたはブロックよりも少ないもしくは多いステップまたはブロックを含むことができることが理解されるであろう。さらに、方法３００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で行うことができ、各ステップまたはブロックは、１回以上行うことができる。

ブロック３０２は、フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることを含む。いくつかの例示的な実施形態では、フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることは、ＳＵ－８ネガレジストを基板の上に堆積させることを含むことができる。基板は、ガラスのような透明材料とすることができる。

ブロック３０４は、第１のマスクをフォトレジスト材料に重ね合わせることを含む。いくつかの実施形態では、第１のマスクは第１の形状部を画成する。このようなシナリオでは、第１の形状部は、暗視野型または明視野型のいずれかの型として画成することができる。一例として、第１のマスクは、１つ以上の矩形開口部または不透明形状部を含むことができる。他の形状が本明細書において可能であり、想到されることが理解されるであろう。

ブロック３０６は、光源をフォトレジスト材料に、第１のマスクを介して第１の露光中に照射することを含む。このようなシナリオでは、光源は、基板に平行な平面に対して直角ではない角度を含むことができる第１の角度で位置決めされる。

例示的な実施形態では、光源は、コリメートレンズに光学的に結合させることができる。さらに、光源は、紫外線（ＵＶ）光源とすることができる。光源は、フォトリソグラフィステッパーまたはコンタクトリソグラフィシステムの一部とすることができる。他のタイプのフォトリソグラフィシステムが想到され、可能である。

いくつかの場合では、方法３００は、光源をフォトレジスト材料に、第１のマスクを介して第２の露光中に照射することをさらに含むことができる。このようなシナリオでは、第２の露光は、光源を基板に平行な平面に対して第２の角度で位置決めすることを含むことができる。

さらに、または代替的に、方法３００のいくつかの実施形態は、光源をフォトレジスト材料に、第１のマスクを介して照射しながら（例えば、第１の露光中に、または第２の露光中に）、光源に対する基板の位置を調整することを含むことができる。すなわち、フォトレジストを露光している間、方法３００は：１）光源を第１のマスクおよび基板の固定位置に対して移動させること、２）第１のマスクおよび基板を光源の固定位置に対して移動させること、または３）光源ならびに第１のマスクおよび基板を移動させること、を含むことができる。

いくつかの実施形態では、方法３００は、さらに、または代替的に、基板およびフォトレジスト材料を浴に浸漬させることを含むことができる。このような浴は、水のような液体、または別のタイプの流体を含むことができる。このようなシナリオでは、光源をフォトレジスト材料に照射することは、光源をフォトレジスト材料に、液体の少なくとも一部を介して照射することを含むことができる。様々な異なる液浸リソグラフィ技術が、本開示の状況内で可能であることが理解されるであろう。全ての他のこのような液浸リソグラフィ技術が本明細書において想到される。

本明細書における実施形態は、大面積露光によるフォトリソグラフィを参照して説明されているが、本明細書における光学素子、角度付けられた部分、および他の構造の画成は、数ある技術の中でも、レーザ直接描画リソグラフィおよび／または電子ビームリソグラフィのような直接描画リソグラフィ技術を使用して提供することができることが理解されるであろう。全てのこのような他の技術が、本明細書において可能であり、想到される。

ブロック３０８は、フォトレジスト材料を現像してフォトレジスト材料の長尺部分を基板の上に保持することを含む。例えば、長尺部分の第１の端部は角度付けられた部分を含むことができる。角度付けられた部分は、長尺部分の長軸線に対して所定の角度で傾斜させることができる。

いくつかの実施形態では、長尺部分は、光導波路管として利用することができる。このようなシナリオでは、方法３００は、任意選択的に、アパーチャプレートを光導波路管に結合させることを含むことができる。例えば、アパーチャプレートは、少なくとも１つのアパーチャを含むことができる。少なくとも１つのアパーチャは、光導波路管に光結合させることができる。いくつかのシナリオでは、アパーチャプレートは、光導波路管の遠位端に結合させることができる。このようなことから、方法３００は、発光素子を光導波路管の近位端に結合させることをさらに含むことができる。

ブロック３１０は、第２のマスクを現像後のフォトレジスト材料に重ね合わせることを含む。このようなシナリオでは、第２のマスクは、角度付けられた部分に対応する第２の形状部を画成する。第２のマスクは、例えば角度付けられた部分に対応する方形領域または矩形領域を画成する１つ以上の開口部を有するシャドウマスクを含むことができる。例示的な実施形態では、シャドウマスクは、１つの開口部を基板の上のフォトレジスト材料の長尺部分ごとに含むことができる。このようなシナリオでは、金属堆積前に、シャドウマスクを位置合わせし、次に基板に固定することができる。

ブロック３１２は、反射材料を、第２のマスクを介して角度付けられた部分に堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、反射材料は、近赤外波長範囲で光反射性である金属を含むことができる。例えば、金属は、個別に、または組み合わせて適用されるチタン、白金、金、銀、アルミニウム、タングステン、または別のタイプの金属を含むことができる。

他の実施形態では、第２のマスクを重ね合わせることは、フォトリソグラフィマスクプレートを第２のリソグラフィステップの一部として使用して１つ以上の開口部をさらなるフォトレジスト層に形成することを含むことができる。ブロック３１２によれば、反射材料を、第２のマスクを介して堆積させることができ、続いてさらなるフォトレジスト層を金属リフトオフ法で除去することができる。シャドウマスクまたはフォトリソグラフィマスクを使用して反射材料を、角度付けられた部分に沿って堆積させるか、または別様に形成する他の方法が本明細書において可能であり、想到される。

図４は、例示的な実施形態による方法４００を示している。方法４００は、図２Ａ～図２Ｋを参照して図示および説明される製造ステップもしくはブロックのうちのいくつかにより、または全てにより少なくとも部分的に実行することができる。方法４００は、本明細書において明示的に開示されるステップまたはブロックよりも少ないもしくは多いステップまたはブロックを含むことができることが理解されるであろう。さらに、方法４００のそれぞれのステップまたはブロックは、任意の順序で行うことができ、各ステップまたはブロックは、１回以上行うことができる。

ブロック４０２は、フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることは、ＳＵ－８ネガレジストを基板の上に堆積させることを含むことができる。

ブロック４０４は、第１のマスクをフォトレジスト材料に重ね合わせることを含む。このようなシナリオでは、第１のマスクは第１の形状部を画成する。本明細書の他の箇所で説明されるように、第１のマスクは、フォトマスク、マスクプレート、シャドウマスク、または別のタイプの物理リソグラフィックマスクもしくは仮想リソグラフィックマスクを含むことができる。

ブロック４０６は、第２のマスクを第２のマスクに重ね合わせることを含む。このような場合では、第２のマスクは、第２の形状部を画成する。言い換えれば、第２のマスクは、第１のマスクの形状部とは異なる少なくとも１つの形状部を画成するフォトマスクとすることができる。

ブロック４０８は、光源をフォトレジスト材料に第１のマスクおよび第２のマスクを介して照射することを含む。光源は、第１の角度で位置決めされる。第１の角度は、基板に平行な平面に対して非直角の角度をなす。

いくつかの実施形態では、光源をフォトレジスト材料に第１のマスクおよび第２のマスクを介して照射しながら、方法４００は、光源に対する基板の位置を調整することを含むことができる。さらに、または代替的に、光源をフォトレジスト材料に第１のマスクおよび第２のマスクを介して照射しながら、方法４００は、基板に対する光源の位置を調整することを含むことができる。

ブロック４１０は、第２のマスクを取り出すことを含む。第２のマスクは、第２のマスクを第１のマスクおよび基板から離反して物理的に移動させることにより取り出すことができる。

ブロック４１２は、第３のマスクを第１のマスクに重ね合わせることを含む。第３のマスクは、第３の形状部を画成する。言い換えれば、第３のマスクは、第１の形状部および／または第２の形状部とは少なくとも部分的に異なる形状部を画成することができる。

ブロック４１４は、光源をフォトレジスト材料に第３のマスクおよび第１のマスクを介して照射することを含む。いくつかの実施形態では、光源をフォトレジスト材料に第３のマスクおよび第１のマスクを介して照射することは、後続の露光を含むことができる。後続の露光中、光源は、基板に平行な平面に対して第２の角度で位置決めすることができる。

いくつかの場合では、光源をフォトレジスト材料に第３のマスクおよび第１のマスクを介して照射しながら、方法４００は、光源に対する基板の位置を調整することを含むことができる。さらに、または代替的に、光源をフォトレジスト材料に第３のマスクおよび第１のマスクを介して照射しながら、方法４００は、基板に対する光源の位置を調整することを含むことができる。

ブロック４１６は、フォトレジスト材料を現像してフォトレジスト材料の長尺部分を基板の上に保持することを含む。長尺部分の第１の端部は、長尺部分の長軸線に対して所定の角度で傾斜している角度付けられた部分を含む。

いくつかの実施形態では、長尺部分は光導波路管を含むことができる。このような場合、方法４００は、アパーチャプレートを光導波路管に結合させることを含むことができる。アパーチャプレートは、複数のアパーチャを含むことができる。複数のアパーチャのうちの少なくとも１つのアパーチャは、光導波路管に光結合させることができる。例えば、基板が複数の光導波路管を含む場合、各アパーチャ開口は、所定の光導波路管のそれぞれの出射側劈開面に対応することができる。アパーチャプレートは、金属または別の不透光性材料により形成することができる。

いくつかの実施形態では、アパーチャプレートは、光導波路管の遠位端に結合させることができる。このようなシナリオでは、方法４００は、さらに、または代替的に、発光素子を光導波路管の近位端に結合させることを含むことができる。

ブロック４１８は、第４のマスクを現像後のフォトレジスト材料に重ね合わせることを含む。このようなシナリオでは、第４のマスクは、角度付けられた部分に対応する第４の形状部を画成する。

ブロック４２０は、反射材料を、第４のマスクを介して角度付けられた部分に堆積させることを含む。このようなシナリオでは、反射材料は、近赤外波長範囲で光反射性である金属を含むことができる。

図に示されている特定の構成は、限定であるとみなされるべきではない。他の実施形態は、所定の図に示される各構成要素をより多く、またはより少なく含むことができることを理解されたい。さらに、図示の構成要素のうちのいくつかの構成要素は、組み合わせることができる、または省略することができる。なおもさらには、例示的な実施形態は、図に示されていない構成要素を含むことができる。

情報の処理を表すステップまたはブロックは、本明細書において説明される方法または技術の特定の論理機能を実行するように構成することができる回路に対応することができる。代替的に、またはさらに、情報の処理を表すステップまたはブロックは、モジュール、セグメント、物理コンピュータ（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）もしくは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））、またはプログラムコードの一部（関連データを含む）に対応することができる。プログラムコードは、特定の論理機能または処理を方法または技術において実行するプロセッサにより実行可能な１つ以上の命令を含むことができる。プログラムコードおよび／または関連データは、ディスク、ハードドライブ、または他の記憶媒体を含む、ストレージデバイスのような任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納することができる。

コンピュータ可読媒体は、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような、データを短期間にわたって格納するコンピュータ可読媒体のような非一時的なコンピュータ可読媒体を含むこともできる。コンピュータ可読媒体は、プログラムコードおよび／またはデータを長期間にわたって格納する非一時的なコンピュータ可読媒体も含むこともできる。このように、コンピュータ可読媒体は、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、光ディスクまたは磁気ディスク、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）のような補助ストレージまたは長期永続的ストレージを含むことができる。コンピュータ可読媒体は、任意の他の揮発性または不揮発性ストレージシステムとすることもできる。コンピュータ可読媒体は、例えばコンピュータ可読記憶媒体、または有形のストレージデバイスであると考えることができる。

様々な例および実施形態が開示されてきたが、他の例および実施形態が当業者には明らかであろう。開示される様々な例および実施形態は、例示目的であり、限定することを意図するものではなく、真の範囲は、以下の特許請求の範囲により示される。

Claims (18)

1. 方法であって、
   フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることと、
   第１のマスクを前記フォトレジスト材料に重ね合わせることであって、前記第１のマスクが、矩形の第１の形状部を画成することと、
   光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクを介して第１の露光中に照射することであって、前記光源を第１の角度で位置決めし、前記第１の角度は、前記光源から照射された光が前記基板に平行な平面に対して非直角に入射するときの角度であることと、
   前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクを介して前記第１の露光より後の第２の露光中に照射することであって、前記光源を第２の角度で位置決めし、前記第２の角度は、前記光源から照射された光が前記基板に平行な前記平面に対して直角に入射するときの角度であることと、
   前記フォトレジスト材料を現像して、前記フォトレジスト材料の長尺部分を前記基板の上に保持することであって、前記長尺部分は、光導波路管を含み、前記長尺部分の第１の端部が角度付けられた部分を含み、前記角度付けられた部分が、前記長尺部分の長軸線に対して所定の角度で傾斜しており、前記第１の端部とは反対側の前記長尺部分の第２の端部が、前記長尺部分の前記長軸線に対して直角の平端面を含むことと、
   第２のマスクを前記現像後のフォトレジスト材料に重ね合わせることであって、前記第２のマスクが、前記角度付けられた部分に対応する第２の形状部を画成することと、
   反射材料を、前記第２のマスクを介して前記角度付けられた部分に堆積させることと、を含む、方法。
2. 前記光源は、コリメートレンズに光結合される、請求項１に記載の方法。
3. 前記基板および前記フォトレジスト材料を浴に浸漬することをさらに含み、前記浴は、液体を含み、前記光源を前記フォトレジスト材料に照射することは、前記光源を前記フォトレジスト材料に前記液体の少なくとも一部を介して照射することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクを介して照射しながら、前記光源に対する前記基板の位置を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクを介して照射しながら、前記基板に対する前記光源の位置を調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記フォトレジスト材料を前記基板の上に堆積させることは、ネガフォトレジストを前記基板の上に堆積させることを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記反射材料は、近赤外波長範囲で光反射性である金属を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記方法は、
   アパーチャプレートを前記光導波路管に結合することをさらに含み、前記アパーチャプレートは、少なくとも１つのアパーチャを含み、前記少なくとも１つのアパーチャは、前記光導波路管に光結合される、請求項１に記載の方法。
9. 前記アパーチャプレートは、前記光導波路管の遠位端に結合され、前記方法は、
   発光素子を前記光導波路管の近位端に結合することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 方法であって、
    フォトレジスト材料を基板の上に堆積させることと、
    第１のマスクを前記フォトレジスト材料に重ね合わせることであって、前記第１のマスクが第１の形状部を画成することと、
    光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクを介して第１の露光中に照射することであって、前記光源を第１の角度で位置決めし、前記第１の角度は、前記光源から照射された光が前記基板に平行な平面に対して非直角に入射するときの角度であることと、
    第２のマスクを前記第１のマスクに重ね合わせることであって前記第２のマスクが、矩形の第２の形状部を画成することと、
    前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクおよび前記第２のマスクを介して照射することであって、前記光源が、第２の角度で位置決めされ、前記第２の角度は、前記光源から照射された光が前記基板に平行な前記平面に対して直角に入射するときの角度であることと、
    前記第２のマスクを取り出すことと、
    第３のマスクを前記第１のマスクに重ね合わせることであって、前記第３のマスクが第３の形状部を画成することと、
    前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第３のマスクおよび前記第１のマスクを介して照射することであって、前記光源が、第３の角度で位置決めされ、前記第３の角度は、前記光源から照射された光が前記基板に平行な前記平面に対して直角に入射するときの角度であることと、
    前記フォトレジスト材料を現像して、前記フォトレジスト材料の長尺部分を前記基板の上に保持することであって、前記長尺部分は、光導波路管を含み、前記長尺部分の第１の端部が、角度付けられた部分を含み、前記角度付けられた部分が、前記長尺部分の長軸線に対して所定の角度で傾斜しており、前記第１の端部とは反対側の前記長尺部分の第２の端部が、前記長尺部分の前記長軸線に対して直角の平端面を含むことと、
    第４のマスクを前記現像後のフォトレジスト材料に重ね合わせることであって、前記第４のマスクが、前記角度付けられた部分に対応する第４の形状部を画成することと、
    反射材料を、前記第４のマスクを介して前記角度付けられた部分に堆積させることと、を含む、方法。
11. 前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクおよび前記第２のマスクを介して照射しながら、前記光源に対する前記基板の位置を調整することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第３のマスクおよび前記第１のマスクを介して照射しながら、前記光源に対する前記基板の位置を調整することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第１のマスクおよび前記第２のマスクを介して照射しながら、前記基板に対する前記光源の位置を調整することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
14. 前記光源を前記フォトレジスト材料に前記第３のマスクおよび前記第１のマスクを介して照射しながら、前記基板に対する前記光源の位置を調整することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
15. 前記フォトレジスト材料を前記基板の上に堆積させることは、ネガフォトレジストを前記基板の上に堆積させることを含む、請求項１０に記載の方法。
16. 前記反射材料は、近赤外波長範囲で光反射性である金属を含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記方法は、
    アパーチャプレートを前記光導波路管に結合することをさらに含み、前記アパーチャプレートは、少なくとも１つのアパーチャを含み、前記少なくとも１つのアパーチャは、前記光導波路管に光結合される、請求項１０に記載の方法。
18. 前記アパーチャプレートは、前記光導波路管の遠位端に結合され、前記方法は、
    発光素子を前記光導波路管の近位端に結合することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。

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