JP7483711B2

JP7483711B2 - 格子を形成する方法

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Publication number: JP7483711B2
Application number: JP2021533795A
Authority: JP
Inventors: ジョセフシー．オルソン，; ルドヴィークゴデット，; ティマーマンタイセン，ラトガーマイヤー; モーガンエヴァンズ，; ジンシンフー，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2024-05-15
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: CN113168020A; KR20210094120A; US20200192010A1; EP3899645A4; CN113168020B; EP3899645A1; TW202037933A; US11512385B2; JP2022513850A; WO2020131733A1

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、方法に関し、より具体的には、格子を形成する方法に関する。

［０００２］仮想現実は、概して、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータが生成した模擬環境であると考えられている。仮想現実体験は、３Ｄで生成され、ヘッドマウントディスプレイ（ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄｄｉｓｐｌａｙ：ＨＭＤ）（例えば、実際の環境に取って代わる仮想現実環境を表示するためのレンズとしてのニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイデバイス）で見ることができる。

［０００３］しかしながら、拡張現実は、ユーザが眼鏡又は他のＨＭＤ装置のディスプレイレンズを通して周囲環境を見ることができるが、表示のために生成され、環境の一部として現れる仮想物体の画像も見ることができる体験を可能にする。拡張現実には、任意の種類の入力（例えば、音声入力及びハプティック入力）や、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス、及びビデオが含まれる場合がある。

［０００４］仮想画像は、周囲環境に重ね合わされ、ユーザに拡張現実体験を提供する。導波路は、画像の重ね合わせを補助するために使用される。生成された光は、その光が導波路から出て周囲環境に重ね合わされるまで、導波路を通して伝搬される。光学デバイスは、概して、種々の波長の光を導くために、同一の基板上に物理的性質の異なる複数の導波路を必要とする。

［０００５］当該技術分野における１つの欠点は、同一の基板上に導波路を製造することが、時間のかかるプロセスであることである。種々の材料特性を有する導波路を製造するためには、フォトリソグラフィにおいて種々のマスキング工程及び方法が必要とされる。さらに、一部のフォトリソグラフィ方法は、種々の導波路において格子の様々な間隔及びプロファイルを形成する能力を有していない。

［０００６］したがって、種々の格子プロファイルを有する格子領域の形成を可能にする製造プロセスが必要とされている。

本開示の実施形態は、概して、格子を形成する方法に関する。レジスト層が格子材料の上に配置されてパターニングされ、所望の格子プロファイルを有する格子をより精密に形成することが可能になる。

［０００７］一実施形態では、格子を形成する方法が提供される。この方法は、基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることと、レジスト材料をレジスト層へとパターニングすることと、第１の期間にわたって第１のイオンビームを第１のデバイス領域へと投射して、格子材料内に第１の複数の格子を形成することと、第２の期間にわたって第２のイオンビームを第２のデバイス領域へと投射して、格子材料内に第２の複数の格子を形成することを含む。レジスト材料は、第１のデバイス領域及び第２のデバイス領域を有する。第１のイオンビームは、基板の表面に対する第１の角度、及び第１のイオンビームプロファイルを有する。第２のイオンビームは、基板の表面に対する第２の角度、及び第２のイオンビームプロファイルを有する。第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルの少なくとも１つが、均一ではない。

［０００８］別の実施形態では、格子を形成する方法が提供される。この方法は、基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることと、レジスト材料をレジスト層へとパターニングすることと、第１の期間にわたって第１のイオンビームを第１のデバイス領域へと投射して、格子材料内に第１の複数の格子を形成することと、第２の期間にわたって第２のイオンビームを第２のデバイス領域へと投射して、格子材料内に第２の複数の格子を形成することを含む。レジスト材料は、第１のデバイス領域及び第２のデバイス領域を有する。第１のイオンビームは、基板の表面に対する第１の角度、及び第１のイオンビームプロファイルを有する。第２のイオンビームは、基板の表面に対する第２の角度、及び第２のイオンビームプロファイルを有する。パターニングは、レジスト材料に対してマスクを押圧することを含む。第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルの少なくとも１つが、均一ではない。

［０００９］さらに別の実施形態では、格子を形成する方法が提供される。この方法は、基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることと、レジスト材料をレジスト層へとパターニングすることと、第１の期間にわたって第１のイオンビームを第１のデバイス領域へと投射して、格子材料内に第１の複数の格子を形成することと、第２の期間にわたって第２のイオンビームを第２のデバイス領域へと投射して、格子材料内に第２の複数の格子を形成することを含む。レジスト材料は、第１のデバイス領域及び第２のデバイス領域を有する。第１のイオンビームは、基板の表面に対する第１の角度、及び第１のイオンビームプロファイルを有する。第２のイオンビームは、基板の表面に対する第２の角度、及び第２のイオンビームプロファイルを有する。レジスト層は、第１のパターン及び第２のパターンを有する。第１のパターンは、第１のパターンの表面に対して第１の角度を有する第１の複数のパターン特徴を含む。第２のパターンは、第１のパターンの表面に対して第２の角度を有する第２の複数のパターン特徴を含む。第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルの少なくとも１つが、均一ではない。

［００１０］本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。

一実施形態に係る、格子を形成するための方法工程のフロー図である。一実施形態に係る、基板に入射するイオンビームを示す。一実施形態に係る、イオンビームのイオンビームプロファイルを示す。一実施形態に係る、複数のフィルタを有するプレートを示す。一実施形態に係る、格子を形成するための方法工程のフロー図である。一実施形態に係る、基板の第１の領域に入射するイオンビームを示す。一実施形態に係る、基板の第２の領域に入射するイオンビームを示す。一実施形態に係る、傾斜プロファイルを有する複数の格子を示す。一実施形態に係る、段差プロファイルを有する複数の格子を示す。一実施形態に係る、格子を形成するための方法工程のフロー図である。一実施形態に係る、角度付けられたエッチングシステムを示す。一実施形態に係る、角度付けられたエッチングシステムを示す。一実施形態に係る、格子を形成するための方法工程のフロー図である。一実施形態に係る、格子材料上に配置されたレジスト材料を有する基板を示す。一実施形態に係る、格子材料の上に配置されたレジスト層を有する基板を示す。一実施形態に係る、イオンビームに曝露された基板を示す。一実施形態に係る、イオンビームに曝露された基板を示す。一実施形態に係る、イオンビームに曝露された基板を示す。

［００２６］理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。さらなる記載がなくても、ある実施形態の要素及び特徴を他の実施形態に有益に組み込むことができることが想定されている。

［００２７］本開示の実施形態は、概して、格子を形成する方法に関する。この方法は、基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることと、レジスト材料をレジスト層へとパターニングすることと、第１のイオンビームを第１のデバイス領域へと投射して、第１の複数の格子を形成することと、第２のイオンビームを第２のデバイス領域へと投射して、第２の複数の格子を形成することを含む。パターニングされたレジスト層を使用することにより、イオンビームを大きな領域にわたって投射することが可能になり、これは、特定の領域内にイオンビームを集光させることよりも容易であることが多い。パターニングされたレジストの素子の角度が、パターニングされたレジスト層の素子の角度に類似したイオンビームの角度に対するイオンエッチングを容易にする。イオンビームの角度とパターニングされたレジスト層の素子の角度とが一致しないため、他の領域のパターニングが少なくなる。本開示の素子は、基板の特定の部分において所望のプロファイルを有する格子を形成するのに有用であり得るが、これに限定されない。

［００２８］本明細書で使用される「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、公称値から＋／－１０％の変動のことを指す。本明細書で提供される任意の値にこのような変動が含まれ得ることを理解されたい。

［００２９］図１Ａは、一実施形態に係る、格子（すなわち、フィン）を形成するための方法１００工程のフロー図である。方法１００工程は、図１Ａから１Ｄに関連して説明されているが、当業者は、任意の順序で方法工程を実行するように構成された任意のシステムが、本明細書に記載された実施形態の範囲内に入ることを理解するであろう。

［００３０］方法１００は、工程１９０で開始する。工程１９０では、第１のイオンビームが基板の第１の部分に投射される。第１のイオンビームは、イオン源によって生成される。基板は、光学デバイスにおいて使用されるように構成されている。基板は、ガラス、プラスチック、ポリカーボネート材料、又は当技術分野で使用される任意の基板であり得る。例えば、基板は、半導体材料（例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、及び／又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）のようなＩＩＩ－Ｖ族半導体）を含む。別の実施例では、基板１０１は、透明材料（例えば、ガラス、プラスチック、及び／又はポリカーボネート）を含む。基板は、その上に任意の数の絶縁層、半導体層、又は金属層を有してもよい。

［００３１］図１Ｂは、一実施形態に係る、基板１０１に入射するイオンビーム１１６を示す。イオンビームは、基板１０１の上に配置された第１のデバイス領域１０２に対応する第１のビーム領域を有する。第１のデバイス領域１０２は、基板１０１上に配置された格子材料１０３内に形成される複数の第１のデバイス１０４のそれぞれの第１のデバイスに対応する。第１のイオンビームは、イオンビームプロファイルを有する第１のデバイス領域１０２に投射される。

［００３２］イオンビームプロファイルは、パターンの異なる部分において異なるイオンビーム強度及び／又はイオンビーム濃度を有する断面パターンを有し得る。特定のパターンを有するイオンビームが材料（例えば、格子材料１０３）に投射された場合、材料の部分に投射されるイオンビーム断面パターンの強度に応じて、材料の様々な部分が様々な深さでエッチングされる。例えば、材料の第１の部分に投射される、イオンビーム強度が高いパターンの第１の部分により、第１の部分のエッチングが深くなる。材料の第２の部分に投射される、イオンビーム強度がより低いパターンの第２の部分により、第２の部分のエッチングがより浅くなる。したがって、対応するイオンビームプロファイルによって、材料に所望のエッチングプロファイルを形成することができる。

［００３３］格子材料１０３は、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）、ＴｉＯ_ｘナノ物質、酸化ニオブ（ＮｂＯ_ｘ）、ニオブ－ゲルマニウム（Ｎｂ_３Ｇｅ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸炭窒化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）、バナジウム（ＩＶ）酸化物（ＶＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、インジウムスズ酸化物［ＩｎＴｉＯ］（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、シリコンリッチＳｉ_ｘＮ_ｙ、水素ドープＳｉ_３Ｎ_４、ボロンドープＳｉ_３Ｎ_４、シリコンカーボンナイトレート（ｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｏｎｎｉｔｒａｔｅ）（ＳｉＣＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、多結晶（ＰＣＤ）、ナノ結晶ダイヤモンド（ＮＣＤ）、ドープダイヤモンド含有物質、又は上記の任意の組合せを含み得る。

［００３４］図１Ｃは、一実施形態に係る、イオンビーム１１６のイオンビームプロファイル１０６を示す。図示されるように、イオンビームプロファイル１０６の強度は、イオンビーム１１６の断面内の位置によって変動する。したがって、イオンビームによって生成される格子の深さは可変である。図１Ｃに示されるイオンビームプロファイルは線形であるが、イオンビームプロファイルの他の変形例も意図されている。幾つかの実施形態では、イオンビームプロファイル１０６は均一であり、すなわち、強度は、イオンビームプロファイル１０６全体にわたって均一である。幾つかの実施形態では、イオンビームプロファイル１０６は、均一ではなく、すなわち、強度は、イオンビームプロファイル１０６全体にわたって均一ではない。イオンビームプロファイルは、二次元（２Ｄ）パターンであってもよい。

［００３５］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、第１のイオンビームのイオンビームプロファイル１０６は、複数のフィルタを有するプレートを用いて第１のイオンビームのイオンをフィルタリングすることによってもたらされる。図１Ｄは、一実施形態に係る、複数のフィルタ１１０を有するプレート１０８を示す。プレート１０８は、イオン源とインターフェース接続して連結し、プレート１０８を通過するイオンビームの強度又は分布を調節するように構成されている。複数のフィルタ１１０は、同じ又は異なる直径１１４を有する部分１１２を含む。複数のフィルタ１１０は、所望の強度及び／又は密度のイオンの通過を可能にする孔又は開口を含み得る。プレート１０８は、イオンビーム衝撃に対して耐性があるか又は不活性であり、イオンの通過を防止するのに十分な厚さの材料から作製される。複数のフィルタ１１０が、プレート１０８を通って延在し、イオンビームが通過する開口を形成する。複数のフィルタ１１０は、実質的に円形状であるように示されており、第１の複数のフィルタの互いに隣接するフィルタ間の分布がほぼ均等である。しかしながら、複数のフィルタ１１０の任意の数、形状、向き、間隔、又は配置を利用して、通過するイオンビームの強度又は分布を調節し、所望のイオンビームプロファイルを生成することができる。

［００３６］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、イオンビームプロファイル１０６は、第１のイオンビームのプラズマプロファイルへと変更することによってもたらされる。第１のデバイス領域１０２は、第１の期間にわたって第１のイオンビームに曝露され、第１のデバイス１０４の第１の複数の格子が形成される。基板１０１は、繰り返し移動（すなわち、階段状に移動）し、第１のデバイス領域１０２が、それぞれ、イオンビームプロファイル１０６を有する第１のイオンビーム１１６に曝露される。

［００３７］工程１９２では、第２のイオンビームが基板の第２の部分に投射される。図１Ｂを参照すると、一実施形態によれば、第２の部分は、基板１０１の第２のデバイス領域１２０を含む。第２のイオンビームは、第２のデバイス領域１２０に対応する第２のビーム領域を有する。第２のデバイス領域１２０は、格子材料１０３内に形成される複数の第２のデバイス１２２のそれぞれの第２のデバイスに対応する。第２のイオンビームは、本明細書に記載されたイオンビームプロファイル１０６で第２のデバイス領域１２０に投射される。第２のイオンビームのイオンビームプロファイルは、第１のイオンビームのイオンビームプロファイルと異なっていてもよいし、又は同じであってもよい。第２のデバイス領域１２０は、第２の期間にわたって第２のイオンビームに曝露されて、第２のデバイス１２２の第２の複数の格子が形成される。一実施形態によれば、第１の期間は、第２の期間と部分的に重なり合うことがあり、したがって、工程１９０の一部は、工程１９２と重なり得る。基板１０１は、繰り返し移動（すなわち、階段状に移動）し、第２のデバイス領域１２０が、それぞれ、イオンビームプロファイルを有する第２のイオンビームに曝露される。

［００３８］工程１９４では、第３のイオンビームが、基板の第３の部分に投射される。第３の部分は、一実施形態によれば、基板１０１の第３のデバイス領域１２４を含む。第３のイオンビームは、第３のデバイス領域１２４に対応する第３のビーム領域を有する。第３のデバイス領域１２４は、格子材料１０３内に形成される複数の第３のデバイス１２６のそれぞれの第３のデバイスに対応する。第３のイオンビームは、本明細書に記載されるように、イオンビームプロファイル１０６で第３のデバイス領域１２４に投射される。第３のイオンビームのイオンビームプロファイルは、第１の及び／又は第２のイオンビームのイオンビームプロファイルと異なっていてもよいし、又は同じであってもよい。第３のデバイス領域１２４は、第３の期間にわたって第３のイオンビームに曝露されて、第２のデバイス１２２の第３の複数の格子が形成される。基板１０１は、繰り返し移動（すなわち、階段状に移動）し、第３のデバイス領域１２４が、それぞれ、イオンビームプロファイルを有する第３のイオンビームに曝露される。幾つかの実施形態では、第１のイオンビームプロファイル、第２のイオンビームプロファイル、及び第３のイオンビームプロファイルのうちの少なくとも１つが、均一ではない。

［００３９］一実施形態によれば、第１の期間は、第３の期間と部分的に重なり合うことがあり、したがって、工程１９０の少なくとも一部は、工程１９４と重なり得る。一実施形態によれば、第２の期間は、第３の期間と部分的に重なり合うことがあり、したがって、工程１９２の一部は、工程１９４と重なり得る。一実施形態によれば、第１の期間は、第２の期間及び第３の期間と部分的に重なり合うことがあり、したがって、工程１９０の一部は、工程１９２、１９４と重なり得る。

［００４０］図２Ａは、一実施形態に係る、格子を形成するための方法２００工程のフロー図である。方法２００工程は、図２Ａから２Ｆに関連して説明されているが、当業者は、任意の順序で方法工程を実行するように構成された任意のシステムが、本明細書に記載された実施形態の範囲内に入ることを理解するであろう。

［００４１］方法２００は、工程２９０で開始する。工程２９０では、基板の第１の部分が、イオン源からのイオンビームに曝露される。図２Ｂは、一実施形態に係る、基板１０１の第１の領域ａ_１に入射するイオンビーム２０６を示す。イオン源２０２は、イオンビーム２０６を第１の領域ａ_１に投射する。イオン源２０２は、イオン源によって生成されたイオンビーム２０６を基板１０１へと投射するように構成された複数の角度付けられたセグメント２０４を有する。すなわち、イオン源２０２は、セグメント化されたイオン源である。基板１０１に投射されたイオンビーム２０６は、基板１０１の表面１０５に対して少なくとも１つのビーム角α_１を有する。角度付けられたセグメント２０４は、方法１００によって作成された導波結合器の領域、例えば、第１のデバイス領域１０２、第２のデバイス領域１２０、及び第３のデバイス領域１２４に局在化され得る。基板１０１は、第１の位置Ｇ１に配置される。第１の複数の格子２１２は、格子材料１０３から形成され、又は格子材料１０３内に形成される。第１の複数の格子２１２は、表面１０５に対して平行な第１の方向と、表面に対して垂直な第２の方向との間に画定される傾斜角θ_１を有する。傾斜角θ_１は、ビーム角α_１にほぼ等しい。傾斜角θ_１及び／又はビーム角α_１は、約５°から約１７５°まで変動し得る。

［００４２］複数の格子を形成するために、パターニングされたハードマスク２１３が格子材料１０３の上に配置される。イオンビーム２０６は、格子材料の露出部分に接触し、格子材料１０３における格子をエッチングする。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、基板１０１に投射されるイオンビーム２０６は、ローリングｋベクトル２１０に対応する複数の種々のビーム角αを有しており、これにより、複数の格子の部分が、面法線１０５に対して種々の傾斜角θを有する。

［００４３］工程２９２では、基板の第２の部分は、イオン源からのイオンビームに曝露される。図２Ｃは、一実施形態に係る、基板１０１の第２の部分ａ_２に入射するイオンビーム２０６を示す。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、セグメント化されたイオン源２０２から基板１０１への垂直距離２０８が変動する。例えば、基板１０１の下方に配置されたペデスタル（図示せず）によって基板１０１を移動させることができる。別の例では、イオン源２０２は、垂直方向（例えば、基板１０１の表面に対して垂直な方向）、及び／又は水平方向（例えば、基板１０１の表面に対して平行な方向）に移動する。イオン源２０２は、格子材料１０３の第１の部分ａ１が露出する第１の位置Ｇ１から、格子材料の第２の部分ａ２が露出する第２の位置まで移動させられる。

［００４４］第２の複数の格子２１８は、格子材料１０３から形成され、又は格子材料１０３内に形成される。第２の複数の格子２１８は、表面１０５に対して平行な第１の方向と、表面に対して垂直な第２の方向との間に画定される傾斜角θ_２を有する。傾斜角θ_２は、ビーム角α_２にほぼ等しい。傾斜角θ_２及び／又はビーム角α_１は、約５°から約１７５°まで変化することができる。一実施形態によれば、第１の傾斜角θ１は、約５°から約８５°であり、第２の傾斜角θ２は、約９５°から約１７５°である。

［００４５］複数の格子のプロファイルには、個々の格子要素間での深さの変動、個々の格子要素間での角度の変動、及び個々の格子要素間での角度及び／又は深さの変化率が含まれる。図２Ｄは、一実施形態に係る、傾斜したプロファイル２１６を有する複数の格子２８０を示す。基板１０１を第１の位置Ｇ１から第２の位置Ｇ２まで滑らかに走査することによって、傾斜したプロファイル２１６を有する複数の深さ２１４で複数の格子２８０を形成することができる。さらに、イオンビーム２０６のイオンビームプロファイル１０６が、複数の格子においてプロファイルを生成することができる。第１の複数の格子２１２又は第２の複数の格子２１８のいずれか又は両方が、傾斜したプロファイル２１６を有し得る。

［００４６］図２Ｅは、一実施形態に係る、段差プロファイル２２２を有する複数の格子２８０を示す。基板１０１を第１の位置Ｇ１から第２の位置Ｇ２へと段差状に進めることにより、段差プロファイル２２２を有する複数の深さ２１４で複数の格子２８０が形成を形成する。さらに、イオンビーム２０６のイオンビームプロファイル１０６が、複数の格子においてプロファイルを生成することができる。第１の複数の格子２１２又は第２の複数の格子２１８のいずれか又は両方が、段差プロファイル２２２を有し得る。

［００４７］一実施形態では、第１の複数の格子２１２が傾斜プロファイル２１６を有する。一実施形態では、第１の複数の格子２１２が段差プロファイル２２２を有する。一実施形態では、第１の複数の格子２１２が第１のプロファイルを有し、第２の複数の格子２１８が異なるプロファイルを有する。

［００４８］図２Ｂを参照すると、一実施形態では、パターニングされたハードマスク２１３は、複数の格子２１２、２１８がそれぞれ同じ傾斜角θ１、θ２を有するように、複数の異なるビーム角αを有するイオンビーム２０６をフィルタリングする厚さを有している。
別の実施形態では、複数の格子２１２、２１８のうちの一組以上における格子のうちの少なくとも１つが、同じ複数の格子における他の格子のうちの１つとは異なる傾斜角θ_１、θ_２を有する。幾つかの実施形態では、第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルのうちの少なくとも１つは均一ではない。

［００４９］図３Ａは、一実施形態に係る、格子を形成するための方法３００工程のフロー図である。方法３００工程は、図３Ａから３Ｃに関連して説明されるが、当業者は、任意の順序で方法工程を実行するように構成された任意のシステムが、本明細書に記載された実施形態の範囲内に入ることを理解するであろう。

［００５０］方法３００は、工程３９０で開始する。工程３９０では、フレキシブル基板の第１の部分が、第１のイオンビームプロファイルを有するイオンビームに曝露される。図３Ｂは、一実施形態に係る、角度付けられたエッチングシステム３０２を示す。角度付けられたエッチングシステム３０２は、種々の角度でイオンビーム２０６を基板１０１に露光するように構成されている。図示のように、角度付けられたエッチングシステム３０２は、ペデスタル３０４、複数のイオンビームチャンバ３０６、スキャナ３１２、及びローリングシステム３２２を含む。

［００５１］基板１０１の第１の表面１０７に向けて配向された１つ又は複数のイオンビームチャンバ３０６によって生成されたイオンビーム２０６に第１の表面１０７が曝露されるように、ペデスタル３０４が基板１０１を保持する。ペデスタル３０４は、１つ以上の孔３０７を有しており、それにより、１つ以上のイオンビーム２０６が１つ以上の孔３０７を通過して、第１の表面１０７に１つ以上のデバイス３１０を形成することが可能になる。さらに、基板１０１の第２の表面１０９は、第２の表面１０９に向けられた１つ以上のイオンビームチャンバ３０６によって生成された１つ以上のイオンビーム２０６に曝露される。第１の表面１０７及び第２の表面１０９がイオンビーム２０６に曝露されて、第１の表面１０７及び第２の表面１０９にデバイス３１０が形成される。したがって、角度付けられたエッチングシステム３０２は、基板１０１の両表面１０７、１０９に１つ以上のデバイス３１０を生成するように構成されている。

［００５２］各々のデバイス３１０は、傾斜角を有する複数の格子（例えば、複数の格子２１２、２１８）を有する。角度付けられたエッチングシステム３０２は、ｙ方向及びｘ方向の少なくとも１つに沿ってペデスタル３０４を移動させるように操作可能なスキャナ３１２を含み得る。

［００５３］基板１０１は、巻回可能な且つフレキシブルな特性を有しており、ローリングシステム３２２は、基板１０１の第１のセグメント３１６をイオンビーム２０６の経路内に位置付けして、デバイス３１０を形成するように構成されている。図示のように、ローリングシステム３２２は、複数のローラ３１４及び複数のローラアクチュエータ３１５を含む。ローラ３１４がフレキシブル基板１０１のロールされた部分３１８を回転させることにより、基板の追加部分３３２を複数イオンビームチャンバに露出させることができる。各々のローラアクチュエータ３１５は、複数のローラ３１４のうちの１つを回転させて、基板１０１の種々の部分をイオンビームチャンバ３０６に露出させるように構成されている。

［００５４］図３Ｃは、一実施形態に係る、角度付けられたエッチングシステム３０２’を示す。図示のように、角度付けられたエッチングシステム３０２’は、ローリングシステム３２２’、及び１つ以上のイオンビームチャンバ３０６を含む。この実施形態では、イオンビームチャンバ３０６は、基板１０１と同じ側１０７に配置される。図示のように、角度付けられたエッチングシステム３２２’は、安定化部材３３０、複数のローラ３１４、及び複数のローラアクチュエータ３１５を含む。ローラ３１４がフレキシブル基板１０１のロールされた部分３１８を回転させることにより、基板の追加部分３３２を複数イオンビームチャンバに露出させることができる。基板１０１は、支持部材３３０に沿ってローリングされる。各々のローラアクチュエータ３１５は、複数のローラ３１４のうちの１つを回転させて、基板１０１の種々の部分をイオンビームチャンバ３０６に露出させるように構成されている。

［００５５］工程３９２では、フレキシブル基板の第２の部分が、第２のイオンビームプロファイルを有するイオンビームに曝露される。第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルは、同一であってもよく、又は異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルのうちの少なくとも１つは均一ではない。デバイス３１０が第１のセグメント３１６上に形成された後、基板１０１の追加の部分３３２が、複数のイオンビームチャンバに露出される。例えば、ローリングシステム３２２、３２２’は、複数のイオンビームチャンバ３０６に露出される基板１０１の追加部分３３２を前進させる。

［００５６］さらに、角度付けられたエッチングシステム３０２、３０２’は、本明細書に開示される方法１００、２００、３００、４００のいずれにおいても使用可能である。

［００５７］図４Ａは、一実施形態に係る、格子を形成するための方法４００工程のフロー図である。方法４００工程は、図４Ａから４Ｃに関連して説明されるが、当業者は、任意の順序で方法工程を実行するように構成された任意のシステムが、本明細書に記載された実施形態の範囲内に入ることを理解するであろう。

［００５８］方法４００は、工程４９０で開始する。工程４９０では、レジスト材料が格子材料上に堆積される。図４Ｂは、一実施形態に係る、格子材料１０３の上に配置されたレジスト材料４０４を有する基板１０１を示す。幾つかの実施形態では、図４Ｂから図４Ｅに示される材料の部分は、上述の第１のデバイス領域１０２、第２のデバイス領域１２０、又は第３のデバイス領域１２４である。レジスト材料４０４は、フォトレジストや液体レジストなどの、当技術分野で使用される任意のレジスト材料であってもよいが、これらに限定されない。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、パターニングされたハードマスク２１３が、格子材料１０３の上に、且つレジスト材料４０４の下方に配置される。

［００５９］工程４９２では、レジスト材料がパターニングされて、レジスト層が形成される。図４Ｃは、一実施形態に係る、格子材料１０３の上に配置されたレジスト層４０２を有する基板１０１を示す。工程４９２は、レジスト材料４０４を、第１の傾斜角θ_１を有するパターン特徴部の第１の部分４０６と、第２の傾斜角θ_２を有するパターン特徴部の第２の部分４０８とを有するレジスト層４０２へと形成することを含む。幾つかの実施形態によれば、パターン特徴部の第１の部分４０６が第１の領域ａ_１の上に形成され、パターン特徴部の第２の部分４０８が第２の領域ａ_２の上に形成される。

［００６０］本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、レジスト層４０２は、レジスト材料４０４に対して型を押圧することによって、ナノインプリントリソグラフィプロセスで形成される。一実施形態によれば、工程４９２中、熱がレジスト材料４０４に加えられる。一実施形態によれば、工程４９２中、紫外線（ＵＶ）がレジスト材料４０４に照射される。幾つかの実施形態では、レジスト材料４０４はフォトレジストを含み、レジスト層４０２がフォトリソグラフィプロセスによって形成される。

［００６１］工程４９０では、基板の第１の領域が、第１のイオンビームプロファイルを有するイオンビームに曝露される。図４Ｄは、一実施形態に係る、イオンビーム２０６に曝露された基板１０１を示す。レジスト層４０２のパターン特徴部の第１の部分４０６は、基板１０１の表面４０５に対して平行な第１の方向と、表面４０５に対して垂直な第２の方向との間に画定される傾斜角θ_１を有する。傾斜角θ_１は、イオンビームが、基板１０１の第１の領域ａ_１上の格子材料１０３内に傾斜角θ_１を有する第１の複数の格子２１２をエッチングするように、イオンビームの第１のビーム角α_１とほぼ等しい。しかしながら、第１のビーム角α_１を有するイオンビーム２０６が、基板１０１の第２の領域ａ_２上の格子材料１０３をエッチングしないように、レジスト層４０２のパターン特徴部の第２の部分４０８は第２の傾斜角θ_２を有する。したがって、格子材料１０３の第１の領域ａ_１のみが除去され、第１の複数の格子２１２のみが形成される。傾斜角θ_１は、約５°から約１７５°まで変動し得る。

［００６２］工程４９２では、基板の第２の領域が、第２のイオンビームプロファイルを有するイオンビームに曝露される。第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルは、同一であってもよく、又は異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、第１のイオンビームプロファイル及び第２のイオンビームプロファイルのうちの少なくとも１つは均一ではない。図４Ｅは、一実施形態に係る、イオンビーム２０６に曝露された基板１０１を示す。レジスト層４０２のパターン特徴部の第２の部分４０８は、基板１０１の表面４０５に対して平行な第１の方向と、表面４０５に対して垂直な第２の方向との間に画定される傾斜角θ_２を有する。レジスト層４０２のパターン特徴部の第１の部分４０６は、第２のビーム角α_２を有するイオンビーム２０６が、基板１０１の第１の領域ａ_１上の格子材料１０３をエッチングしないように、第１の斜角θ_１を有する。しかしながら、レジスト層４０２のパターン特徴部の第２の部分４０８は、第２のビーム角α_２を有するイオンビーム２０６が、基板１０１の第２の領域ａ_２上の格子材料１０３をエッチングするように、第２の斜角θ_２を有する。したがって、格子材料１０３の第１の領域ａ_２のみが除去され、第２の複数の格子２１８のみが形成される。傾斜角θ_１は、約５°から約１７５°まで変動し得る。一実施形態によれば、第１の傾斜角θ_１は、約５°から約８５°であり、第２の傾斜角θ_２は、約９５°から約１７５°である。

［００６３］１つ以上の導波結合器１２８（図１Ｂ）は、方法１００、２００、３００、４００から形成され得る。導波結合器１２８は、一実施形態によると、第１の複数の格子を有する第１のデバイス１０４、複数の格子を有する第２のデバイス１２２のうちの１つ、及び第３の複数の格子を有する第３のデバイス１２６のうちの１つを含む。

［００６４］上述のように、パターンを形成する方法が提供される。この方法は、基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることと、レジスト材料をレジスト層へとパターニングすることと、第１のイオンビームを第１のデバイス領域へと投射して、第１の複数の格子を形成することと、第２のイオンビームを第２のデバイス領域へと投射して、第２の複数の格子を形成することを含む。

［００６５］パターニングされたレジスト層を使用することにより、イオンビームを大きな領域にわたって投射することが可能になり、これは、特定の領域内にイオンビームを集光させることよりも容易であることが多い。パターニングされたレジストの素子の角度が、パターニングされたレジスト層の素子の角度に類似したイオンビームの角度に対するイオンエッチングを容易にする。イオンビームの角度とパターニングされたレジスト層の素子の角度とが一致しないため、他の領域のパターニングが少なくなる。

［００６６］以上の記述は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施例及びさらなる実施例を考案してもよい。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

Claims

格子を形成する方法であって、
基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることであって、当該レジスト材料が、第１のデバイス領域及び第２のデバイス領域を有する、レジスト材料を堆積させることと、
前記レジスト材料を、第１のパターン及び第２のパターンを有するレジスト層へとパターニングすることと、
第１の期間にわたって第１のイオンビームを前記第１のデバイス領域へと投射して、前記格子材料内に第１の複数の格子を形成することであって、前記第１のイオンビームが、前記基板の表面に対して第１のビーム角を有し、前記第１のイオンビームが、第１のイオンビームプロファイルを有する、第１の複数の格子を形成することと、
第２の期間にわたって第２のイオンビームを前記第２のデバイス領域へと投射して、前記格子材料内に第２の複数の格子を形成することであって、前記第２のイオンビームが、前記基板の前記表面に対して第２のビーム角を有し、前記第２のイオンビームが、第２のイオンビームプロファイルを有する、第２の複数の格子を形成することと、
を含み、
前記第１のパターンが、前記格子材料の表面に対して第１の傾斜角を有する第１の複数のパターン特徴部を含み、
前記第２のパターンが、前記格子材料の前記表面に対して、前記第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角を有する第２の複数のパターン特徴部を含む、方法。
前記第１の複数の格子が、第１のプロファイルを有し、
前記第２の複数の格子が、第２のプロファイルを有し、且つ
前記第１のプロファイルが、前記第２のプロファイルと異なる、請求項１に記載の方法。
前記第１のプロファイルが、段差プロファイルである、請求項２に記載の方法。
前記第１のプロファイルが、傾斜プロファイルである、請求項２に記載の方法。
前記第１の傾斜角が、５°から８５°であり、
前記第２の傾斜角が、９５°から１７５°である、請求項１に記載の方法。
一組以上の複数の格子を形成する方法であって、
基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることであって、当該レジスト材料が、第１のデバイス領域及び第２のデバイス領域を有する、レジスト材料を堆積させることと、
前記レジスト材料を、パターンを有するレジスト層へとパターニングすることであって、
前記第１のデバイス領域上に配置された複数の第１のパターン特徴部を形成することであって、前記複数の第１のパターン特徴部は、前記第１のデバイス領域の前記格子材料の第１の部分を露出させるものであり、前記第１のパターン特徴部は第１の傾斜角を有し、前記第１の傾斜角は、前記第１のパターン特徴部同士の間における第１のビーム角のビームが、前記第１のデバイス領域の前記格子材料に当たることを可能とするように構成されている、複数の第１のパターン特徴部を形成すること、および
前記第２のデバイス領域上に配置された複数の第２のパターン特徴部を形成することであって、前記複数の第２のパターン特徴部は、前記第２のデバイス領域の前記格子材料の第２の部分を露出させるものであり、前記第２のパターン特徴部は第２の傾斜角を有し、前記第２の傾斜角は、前記第２のパターン特徴部同士の間における第２のビーム角のビームが、前記第２のデバイス領域の前記格子材料に当たることを可能とするように構成されており、前記第２のパターン特徴部の各々の前記第２の傾斜角は、前記第１のパターン特徴部の各々の前記第１の傾斜角とは異なる、複数の第２のパターン特徴部を形成すること
を含む、パターニングすることと、
第１の期間にわたって第１のイオンビームを前記第１のデバイス領域へと投射して、前記格子材料内に第１の複数の格子を形成することであって、前記第１のイオンビームが、前記基板の表面に対して前記第１のビーム角を有し、前記第１のイオンビームが、第１のイオンビームプロファイルを有する、第１の複数の格子を形成することと、
第２の期間にわたって第２のイオンビームを前記第２のデバイス領域へと投射して、前記格子材料内に第２の複数の格子を形成することであって、前記第２のイオンビームが、前記基板の前記表面に対して前記第２のビーム角を有し、前記第２のイオンビームが、第２のイオンビームプロファイルを有する、第２の複数の格子を形成することと、
を含み、
前記第１のイオンビームプロファイル及び前記第２のイオンビームプロファイルのうちの少なくとも１つが均一ではない、方法。
前記第１の複数の格子が、第１のプロファイルを有し、
前記第２の複数の格子が、第２のプロファイルを有し、且つ
前記第１のプロファイルが、前記第２のプロファイルと異なる、請求項６に記載の方法。
前記レジスト材料をパターニングすることが、前記レジスト材料を紫外（ＵＶ）光に曝露することを含む、請求項６に記載の方法。
前記レジスト材料をパターニングすることが、前記レジスト材料を加熱することを含む、請求項６に記載の方法。
一組以上の複数の格子を形成する方法であって、
基板の上に配置された格子材料上にレジスト材料を堆積させることであって、当該レジスト材料が、第１のデバイス領域及び第２のデバイス領域を有する、レジスト材料を堆積させることと、
前記レジスト材料を、パターンを有するレジスト層へとパターニングすることであって、前記パターンを有するレジスト層は、
前記第１のデバイス領域上に配置された複数のパターン特徴部の第１の部分であって、第１の傾斜角を有する第１の部分、および
前記第２のデバイス領域上に配置された複数のパターン特徴部の第２の部分であって、前記第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角を有する第２の部分
を有する、パターニングすることと、
第１の期間にわたって第１のイオンビームを前記第１のデバイス領域へと投射して、前記格子材料内に第１の複数の格子を形成することであって、前記第１のイオンビームが、前記基板の表面に対して第１のビーム角を有し、前記第１のイオンビームが、第１のイオンビームプロファイルを有し、前記第１のビーム角を有する前記第１のイオンビームが前記基板の前記第１のデバイス領域上のみに格子を形成するように、前記第１の傾斜角が前記第１のビーム角に等しい一方、前記複数のパターン特徴部の前記第２の部分は前記第２の傾斜角を有する、第１の複数の格子を形成することと、
第２の期間にわたって第２のイオンビームを前記第２のデバイス領域へと投射して、前記格子材料内に第２の複数の格子を形成することであって、前記第２のイオンビームが、前記基板の前記表面に対して第２のビーム角を有し、前記第２のイオンビームが、第２のイオンビームプロファイルを有し、前記第２のビーム角を有する前記第２のイオンビームが前記基板の前記第２のデバイス領域上のみに格子を形成するように、前記第２の傾斜角が前記第２のビーム角に等しい一方、前記複数のパターン特徴部の前記第１の部分は前記第１の傾斜角を有する、第２の複数の格子を形成することと、
を含み、
前記第１のイオンビームプロファイル及び前記第２のイオンビームプロファイルのうちの少なくとも１つが均一ではない、方法。
前記第１の複数の格子が、第１のプロファイルを有し、
前記第２の複数の格子が、第２のプロファイルを有し、且つ
前記第１のプロファイルが、前記第２のプロファイルと異なる、請求項１０に記載の方法。
前記第１のプロファイルが、段差プロファイルである、請求項１１に記載の方法。
前記第１のプロファイルが、傾斜プロファイルである、請求項１１に記載の方法。
前記第１の傾斜角が、５°から８５°であり、
前記第２の傾斜角が、９５°から１７５°である、請求項１０に記載の方法。
前記第１のイオンビームを投射することが、複数のフィルタを有するプレートを用いて前記第１のイオンビームのイオンをフィルタリングすることを含む、請求項１０に記載の方法。