KR101057414B1

KR101057414B1 - 광학 소자 및 광학 소자의 제조방법

Info

Publication number: KR101057414B1
Application number: KR1020070018873A
Authority: KR
Inventors: 준이치 사카모토; 준지 테라다; 노리유키 나카이; 카즈히로 아라이
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2011-08-17
Also published as: US20110114598A1; KR20070089606A; JP2007264604A; KR100968160B1; US7929209B2; US8715516B2; US20070201135A1; EP1826596A1; KR20090085552A; JP5100146B2

Abstract

본 발명은, 가시 범위에서 기능을 할 수가 있고, 소자의 구조 계면에서의 밀착력을 향상시키는 것이 가능한 3차원 구조를 갖는 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법을 제공한다. 기판과, 상기 기판상의 적어도 제1 층 및 제2 층을 갖는 광학 소자는, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 각각이, 가시광의 파장 이하의 피치의 공간과 구조체의 반복 구조를 갖도록 제조되고, 상기 제1 층과 상기 제2 층의 계면에서, 상기 제1 층의 반복 구조와 상기 제2 층의 반복 구조가, 이들 층의 적층 방향으로 오버랩한 오버랩 구조가 제공된다.

광학 소자, 가시광, 위상판, 빔 스플리터

Description

광학 소자 및 광학 소자의 제조방법{OPTICAL ELEMENT AND METHOD OF MANUFACTURING OPTICAL ELEMENT}

도 1a, 1b, 및 1c는 본 발명의 실시 예에 따른 3차원 구조를 갖는 광학 소자의 구성을 설명하는 모식도다.

도 2는 본 발명의 실시 예 1에 따른 기판과 패턴 배치를 설명하는 도면이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예 1에 따른 광학 소자의 3차원 구조의 제1 층과 제2 층의 패턴 형상을 나타내는 도면이다.

도 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, 4g, 4h, 및 4i는 본 발명의 실시 예 1에 따른 3차원 구조를 갖는 광학 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면 모식도다.

도 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, 5h, 및 5i는 본 발명의 실시 예 3에 따른 3차원 구조를 갖는 광학 소자의 제조 프로세스를 설명하기 위한 단면 모식도다.

도 6은 본 발명의 실시 예 3에 따른 위상판의 위상차 특성과 수정으로 이루어진 위상판의 위상차 특성을 비교하는 그래프다.

도 7은 본 발명의 실시 예 3에 따른 위상판 및 비교 실시 예 2에 따른 위상판의 평균 투과율을 나타내는 그래프이다.

도 8a, 8b, 8c, 및 8d는 본 발명의 실시 예 4에 따른 프리즘에 기판을 접착 시키기 위한 프로세스를 나타내는 모식도다.

도 9는 본 발명의 실시 예 4에 따른 편광 빔 스플리터의 S편광 및 P편광의 분광 투과율을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시 예 4에 따른 광학 소자의 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.

도 11은 라인 앤드 스페이스 구조의 패턴의 일례를 나타내는 도면이다.

본 발명은, 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 표면에 가시광의 파장보다 면내 주기가 짧은 구조를 갖는 편광 빔 스플리터, 위상판, 혹은 밴드 패스 필터 등의 3차원의 중공 구조를 갖는 광학 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

근년, 3차원 중공 구조를 갖는 광학 부품이 활발히 제안되고 있다. 이러한 3차원 중공 구조를 얻기 위해서는, 향후, 광학 부품의 기능 향상에 있어서 불가결한 것이다. 그러나, 상기 광학 부품은, 나노미터의 정도(order of nanometers)의 구조이며, 그 제작방법이 확립되어 있지 않고, 소자의 강도 등에 관해서도 실용상 많은 문제가 있다. 3차원 중공 구조를 얻기 위해서는, 마이크로미터 정도의 중공 구조, 이른바 MEMS(Micro Electro Mechanical System)를 제조하는 방법으로서 희생층을 이용하는 방법이 있다(미국 특허 제4,662,746호 참조).

이러한 MEMS 구조는, 디지털 미러 디바이스를 제공한다. 이 디지털 미러 디바이스는, 가동 미러를 수용하기 위한 힌지, 이 힌지 위에 형성된 외력을 받는 요크, 및 이 요크 위에 형성된 외광을 편향시키는 미러를 갖는다. 이러한 구조는, 수 마이크론에서 수백 마이크론의 사이즈를 가지며, 상층과 하층 간의 밀착력은 충분하고, 실용상 문제는 발생하지 않는다.

또, 일본국 공개특허공보 특개 2001-074955호에는, 포토닉 결정 도파로의 구조 및 제조 방법이 개시되어 있다. 포토닉 결정 도파로는, 라인 앤드 스페이스(line-and-space) 구조를 갖는 층에 구조적 결함을 형성하고, 이들을 서로 직각인 방향으로 적층함으로써, 3차원 도파로를 얻도록 한 것이다. 여기에 개시되어 있는 제조방법에 의하면, 반도체 재료를 이용해, 고온에서 반도체 원소를 매스 트랜스포트(mass transport)시켜, 접합을 형성한다. 이러한 재료 접합에서는, 금속 결합이나, 공유 결합이 가능해, 강하게 상층과 하층을 밀착시키는 것이 가능하다.

반도체 재료는, 적외 영역에서는 투명하지만, 가시 범위에서는 불투명하기 때문에, 가시 범위에서 기능을 하는 광학 소자에는, 이러한 반도체 재료를 이용하는 것이 불가능하다. 그 때문에, 유전체 재료를 이용하는 것이 필요하다. 그러나, 유전체 재료가 고온으로 가열될 때는, 유전체 재료들 사이의 원소를 매스 트랜스포트시켜, 접합을 형성하는 것이 어려운 경우도 있다. 이와 같이, 재료에 의존해서, 열에 의한 접합을 형성하는 것이 어려운 경우도 있다. 또, 희생층 프로세스를 이용해 바텀 업(bottom-up) 적층 구조를 얻는 것을 시도했을 때에는, 가시광의 파장 이하의 파장을 갖는 나노미터 구조의 경우, 상층과 하층 간의 접촉 면적이 극단적으 로 작아진다. 그 때문에, 층들 간의 계면에서의 밀착력이 극단적으로 작아, 소자가 매우 취약하게 된다고 하는 문제가 생긴다.

본 발명은 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명은, 가시 범위에서 기능을 할 수 있고, 소자의 구조 계면에서의 밀착력을 향상시킬 수 있는 3차원 구조를 갖는 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 달성하기 위해서, 이하와 같이 구성한 3차원 구조를 갖는 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 국면에 의하면, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 제1 층 및 이 제1 층 위에 형성된 제2 층을 구비하고, 상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각은, 이들 층의 적층 방향과 수직인 방향으로 가시광의 파장 이하인 10nm이상 200nm이하의 피치의 공간 및 구조체의 반복 구조를 갖고, 상기 제1 층의 반복 구조 및 상기 제2 층의 반복 구조는, 이들 층의 적층 방향으로, 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이의 계면에서 서로 맞물려 오버랩하며 적층된다.

본 발명의 제1 국면에 따른 광학 소자는, 상기 기판과 상기 제1 층 사이에 복수의 층을 더 포함할 수 있고, 상기 광학 소자에서, 상기 제1 층은 상기 기판으로부터 카운트해 i번째 층으로 구성될 수 있으며, 상기 제2 층은 (i+1)번째 층으로 구성될 수 있다.

또, 본 발명의 제1 국면에 따른 광학 소자에 있어서, 상기 오버랩한 구조에 서는, 3nm이상 20nm이하의 범위에서, 상기 제1 층의 반복 구조와 상기 제2 층의 반복 구조가 오버랩할 수 있다.

본 발명의 제1 국면에 따른 광학 소자에 있어서, 상기 제1 층 및 제2 층의 각 반복 구조가, 라인 앤드 스페이스 구조, 홀에 의한 구조, 도트(dot)에 의한 구조 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

발명의 제1 국면에 따른 광학 소자에 있어서, 상기 제1 층 및 제2 층에 있어서의 가시광의 파장 이하의 피치가, 10nm이상 200nm이하일 수 있다.

본 발명의 제1 국면에 따른 광학 소자는, 상기 제1 층의 반복 구조와 상기 제2 층의 반복 구조가 동일 재료로 구성될 수 있다.

본 발명의 제1 국면에 따른 광학 소자는, 상기 제1 층의 반복 구조와 상기 제2 층의 반복 구조가 유전체 재료로 구성될 수 있다.

또, 본 발명의 제2 국면에 의하면, 기판과, 상기 기판 위에 형성된 제1 층 및 제2 층을 포함한 광학 소자의 제조 방법은, 제1 층을 상기 기판 위에 형성하는 공정과, 상기 제1 층에서, 가시광의 파장 이하의 피치를 갖는, 공간 및 구조체로 구성된 반복 구조를 프로세스하는 공정과, 상기 반복 구조의 공간을, 희생층의 재료로 매립하는 공정과, 상기 희생층을 에칭해, 상기 반복 구조의 상부를, 상기 희생층으로부터 노출시키는 공정과, 상기 반복 구조 및 상기 희생층 위에, 제2 층을 형성하는 공정과, 상기 제2 층에서, 가시광의 파장 이하의 피치를 갖는 공간 및 구조체의 반복 구조를 프로세스하는 공정과, 상기 희생층을 제거하는 공정을 포함한다.

본 발명의 제2 국면에 따른 광학 소자의 제조방법에 있어서, 상기 반복 구조의 상부를 상기 희생층으로부터 노출시키는 공정에서는, 상기 반복 구조의 측면을, 상기 반복 구조의 상면으로부터 3nm이상 20nm이하의 범위에서 노출시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판상에 있어서의 상층과 하층 간의 밀착력을 향상시킬 수가 있어, 밀착 불량을 방지할 수 있다. 또, 제조 프로세스 등에서, 예를 들면 외력이 작용하는 경우에는, 패턴 붕괴 등의 미세구조 특유의 문제를 방지할 수가 있다.

본 발명의 그 외의 특징 및 이점들은 첨부도면을 참조하면서 이하 설명한 내용으로부터 분명해질 것이다.

다음에, 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 도 1a 내지 1c는, 본 실시 예에 따른 3차원 구조를 갖는 광학 소자의 구성을 설명하는 모식도이다. 도 1a는 사시도, 도 1b는 화살표 i로 표시된 방향에서 본 단면도, 도 1c는 화살표 ii로 표시된 방향에서 본 단면도이다. 본 실시 예에 있어서, 도 1a 내지 1c에 나타낸 바와 같이, 광학 소자는, 기판(1) 위에 제1 층(제1 구조; 2)의 공간(에어 갭) 201과 구조체 202의 반복 구조와, 공간(에어 갭) 301과 구조체 303의 제2 층(제2 구조; 3)의 반복 구조가 적층된 적층 구조를 포함한다. 이 경우, 기판(1)과 제1 구조(2) 사이에는, 복수의 층을 설치하고, 이 구조(2)를 기판으로부터 카운트해 i번째 층으로서 설치해도 괜찮다. 또, 제2 구조(3) 위에 상층으로서 복수의 층을 설치해도 괜찮다.

여기서, 구조(2)를 기판으로부터 카운트해 i번째 층으로 구성했을 경우, i번 째 층과 (i+1)번째 층의 각각을, 이들 층의 적층 방향과 수직인 방향으로 가시광의 파장 이하의 피치의 공간과 구조체의 반복 구조로 프로세스한다. 이들 각 층 간의 계면에서, 이러한 패턴 구조가 그 적층 방향으로 오버랩한다. 특히, i번째 층(제1 구조 2)과 (i+1)번째 층(제2 구조 3)과의 계면에서, i번째 층의 가시광의 파장 이하의 피치를 갖는 반복 구조와 (i+1)번째 층의 가시광의 파장 이하의 피치를 갖는 반복 구조가, 그것의 적층 방향으로 오버랩한다. 즉, 반복 구조가 서로 맞물려 있다. 이하, 이러한 반복 구조가 서로 맞물려 있는 상태를 "오버랩 상태"라고 칭하고, 서로 맞물려 있는 구조를, 이하 "오버랩 구조"라고 칭한다. 또, 이러한 구조들이 서로 맞물려 있는 부분(4)을 이하 "오버랩부"라고 칭한다.

본 실시 예에 의하면, 이러한 오버랩 구조는 i번째 층과 (i+1)번째 층 간의 접촉 면적을 크게 할 수가 있어, 이들 층 간의 밀착력을 향상시키는 것을 가능하게 한다. 또, 이러한 오버랩부의 존재에 의해, 패턴 붕괴 등의 미세한 구조 결함을 방지하는 것이 가능하다. 여기서, 상술한 i번째 층(제1 구조 2)과 (i+1)번째 층(제2 구조 3) 간의 계면에서, 오버랩 상태가 가장 큰 오버랩부(4)는 3nm이상 20nm이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 가장 큰 오버랩부가, 3nm이하인 경우에, 제조상 면내 분포가 균일하지 않을 때는, 부분적으로 밀착 불량이 발생할 가능성이 있다. 또, 가장 큰 오버랩부가 3nm이하인 경우에는, 상하층 간의 접촉 면적이 작고, 충분한 밀착 강도를 얻을 수 없다. 다른 한편, 가장 큰 오버랩부가, 20nm이상인 경우에는, (i+1)번째 층의 평탄성이 나빠져, 광산란 등, 광학적으로 역효과가 발생한다. 또, 오버랩부의 굴절률은, i번째 층의 값과 (i+1)번째 층의 값 사이에 있는 값이기 때문에, 광학적으로 두꺼운 오버랩부는 소망하는 특성을 취득할 수 없다.

또, 본 실시 예에 있어서, 상술한 i번째 층과 (i+1)번째 층의 가시광의 파장 이하의 피치를 갖는 반복 구조는, 라인 앤드 스페이스 구조, 홀에 의한 구조, 도트에 의한 구조 중 어느 하나로서 구성될 수가 있다. 라인 앤드 스페이스 구조의 경우에, 패턴은, 빛의 편광 성분에 대해서, 이방성이 되어, 편광 빔 스플리터나 로패스 필터 등의 구성을 얻는데 있어서 유효한 구조이다. 게다가, 라인 앤드 스페이스 구조의 라인을 가시광의 파장 이하의 피치로 분할해도 괜찮다(도 11 참조). 이러한 분할에 의해, 층 응력에 의한 패턴의 박리를 방지할 수가 있다. 또, 패턴이 기둥 모양인 도트에 의한 구조나, 패턴이 구멍 모양인 홀에 의한 구조의 경우에는, 패턴이 빛의 편광 성분에 대해서 등방성이 되어, 다층 간섭막의 반사 방지막이나, 밴드 패스 필터의 구성요소로서 유효하다.

여기서, 반복 구조의 피치를 가시광의 파장 이하로 함으로써, 광학 소자에 대하여 사용된 파장에서 회절 현상을 방지할 수 있어, 광학적으로 안정한 특성을 얻는 것이 가능하다. 여기서, 이 반복 구조의 피치를 10nm이상 200nm이하로 하는 것이 바람직하다. 특히, 피치가 150nm이하인 경우에는, 파장이 400nm이상인 가시광 영역에서 기능을 하는 45°의 입사각을 이용하는 광학 소자에서, 회절광이 발생하지 않기 때문에, 이 광학 소자는 유효하게 기능을 한다. 피치가 10nm미만이면, 구조체로서 유지하는 것이 어렵다. 또, 공간(이하, "에어 갭"이라고 칭하기로 한다.)과 구조체로 구성되는 층의 유효성은, 특히 소망한 굴절률을 얻을 수 있는 것에 있다. 일반적으로, 각 재료는 그 자신의 굴절률을 가지고 있어, 임의의 굴절률을 얻는 것은 어렵다. 그러나, 에어 갭과 구조체로 층을 구성하면, 에어 갭과 구조체의 비율을 제어함으로써, 임의의 굴절률을 획득할 수 있다.

구체적으로는, 구조체의 물질의 굴절률로부터, 공기의 굴절률보다 큰, 즉 1보다 큰 값까지, 이론적으로는 굴절률을 제어할 수 있다. 특히, 낮은 굴절률을 갖는 층으로서 안정적으로 이용할 수가 있는 불화 마그네슘의 굴절률은 1.38이다. 그러나, 구조체로서 산화 규소(굴절률: 1.46)를 이용하고, 에어 갭의 비율을 90퍼센트로 한 경우, 그리고 홀에 의한 구조체를 형성했을 때는, 굴절률은 1.146이 되어, 유전체로 실현될 수 없는, 매우 낮은 굴절률을 갖는 층을 얻을 수 있다. 또, 라인 앤드 스페이스 구조가 90퍼센트의 에러 갭의 비율로 형성된 경우에는, 굴절률이 한층 더 낮아지고, 굴절률의 이방성이 출현한다. 전계(라인 방향과 평행한 빛의 진동 성분)에 대한 굴절률은 1.055, 자계(라인 방향과 수직인 빛의 진동 성분)에 대한 굴절률은 1.028이다.

또, 본 실시 예에 있어서는, i번째 층 및 (i+1)번째 층의 구조 재료는 동일할 수가 있다. 이와 같이, i번째 층 및 (i+1)번째 층의 구조 재료가 동일한 경우, 상술한 층들의 중간 굴절률의 영향을 무시할 수 있기 때문에, 소망한 특성을 얻는 것이 더 쉽다. 또, 본 실시 예에 있어서는, 구조 재료에 유전체를 이용할 수가 있다. 가시 범위에서 기능을 하는 광학 소자의 재료는, 가시 범위에서 광을 흡수하지 않는 것이 바람직하다. 많은 유전체는, 가시 범위에서 투명하고, 본 발명에 따른 광학 소자의 구조 재료로서 유효하다. 특히, 산화 규소, 산화 티탄, 5산화 탄탈, 산화 지르코늄 등은, 에칭 프로세스에서 용이하게 에칭되기 때문에 유효한 재료이 다.

다음에, 본 실시 예에 따른 3차원 구조를 갖는 광학 소자의 제조 방법을 설명한다. 우선, 가시광의 파장 이하의 피치를 갖는 i번째 층의 반복 구조를 형성하는 프로세스에서, 포토리소그래피를 이용해 패터닝을 행한 후, 에칭을 수행한다. 이 포토리소그래피에서, 노광은, 예를 들면, 스텝퍼(stepper), 전자 빔(Electron Beam) 묘화 장치, X선 노광 장치, 또는 간섭 노광 장치 등, 특히 한정되지 않고, 소망의 피치를 획득할 수 있으면 어떤 방법에 의해서든 수행될 수 있다. 또, 에칭된 구조체는 미세하기 때문에, 드라이 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 드라이 에칭은, 특히 한정되지 않고, 소망의 피치를 획득할 수 있으면 어떤 방법에 의해서도 수행될 수 있고, 또 드라이 에칭은, 예를 들면 RIE(Reactive Ion Etching), ICP(Inductively Coupled Plasma), 혹은 NLD(Neutral Loop Discharge)여도 된다. 또, 소망의 피치를 획득할 수 있으면, 웨트(Wet) 에칭을 수행해도 된다. 레지스터를 마스크로서 사용해, 유전체를 에칭했을 경우, 선택비가 문제가 되는 경우가 있다. 이 경우, 구조체를 에칭하기 위한 마스크를, 다층 마스크로 해, 선택비를 얻을 수 있는 것이 바람직하다.

다음에, 공간을 희생층의 재료로 매립하는 프로세스는, 일반적으로 사용되는 코팅 기술을 적용함으로써 수행될 수 있다. 예를 들면, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 혹은 슬릿 코팅을 이용하면 된다. 또, 희생층의 재료는, 포토레지스트 재료, BARC(Bottom Anti-Reflection Coating) 재료, 아크릴 수지, 또는 폴리스티렌 수지 등, 산소로 애싱(ashing) 가능한 재료이면 된다. 또, 희생층의 표면의 평탄성을 향 상시키기 위해서는, 구조체의 상면으로부터의 두께를, 두껍게 하는 것이 바람직하다. 다른 한편, 평탄화 프로세스에 필요한 시간을 짧게 하기 위해서는, 두께가 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 구조체의 상면으로부터의 희생층의 두께는, 50nm이상, 200nm이하가 바람직하다. 희생층의 평탄성을 향상시키기 위해서는, 여러 번 희생층을 도포하는 것이 유효하다.

다음에, 희생층 전면을 에칭(에칭 백)해, i번째의 반복 구조의 상부를, 상기 희생층으로부터 노출시키는 프로세서에서는, 일반적으로 사용되는 드라이 에칭을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 평행한 평판형 RIE 장치를 이용할 수가 있다. 반복 구조의 측면을, 반복 구조의 상면으로부터 3nm이상 20nm이하의 범위에서 상기 희생층으로부터 노출시킨다. 에칭량은, 에칭 시간에 의해 제어될 수 있다. 여기서, 에칭 가스로서 산소를 이용한다. 산소가 순수한 산소인 경우, 에칭 레이트가 높기 때문에, 에칭량의 제어성이 나빠질 수도 있다. CF₄나 CHF₃Cl 가스를 산소와 혼합함으로써, 에칭 레이트를 낮게 해서 에칭량의 제어성을 향상시킬 수 있다.

다음에, i번째 층 위에 (i+1)번째 층을 형성하는 프로세스는, 일반적으로 사용되는 성막 기술을 이용함으로써 수행될 수 있다. 예를 들면, 증기 증착, 스퍼터링, CVD 등을 이용해도 된다. 단, 희생층이 변형 혹은 변질되지 않게, 프로세스 온도를 관리해야 한다는 점에 유념한다. 다음에, 가시광의 파장 이하 피치를 갖는 (i+1)번째 층의 반복 구조를 형성하는 프로세스는, i번째 층의 경우와 같이 수행된다. 희생층이 노출될 때까지 에칭을 수행하기 때문에, i번째 층의 패턴의 상부를 오버랩부의 높이의 범위와 같은 깊이로 에칭한다(도 1c의 참조번호 4 참조). 혹은, i번째 층의 패턴의 상부를 광학 특성이 허락하는 범위에서 오버랩부의 높이 범위 이상 에칭해도 된다. 이와 같이 하면, i번째 패턴과 (i+1)번째 패턴 사이에 단차가 생기므로, 희생층을 제거하는 것이 쉬워진다. 마지막으로, i번째 층의 공간을 매립하는 희생층을 제거하는 프로세스는, 드라이 에칭에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 순수한 산소를 이용한 RIE 장치에 의한 일반적으로 사용되는 에칭을 이용해도 된다. 혹은, 레지스터 전용의 애싱 장치를 이용하는 것도 가능하다. 이 프로세스는 시간에 의해 제어될 수도 있다. 상술한 방법으로, 3차원 구조를 갖는 광학 소자를 얻는 것이 가능해진다.

상술한 바와 같이, 본 실시 예에 의하면, 기판상에 있어서의 상층과 하층 간의 밀착력을 향상시킬 수가 있어, 밀착 불량을 방지할 수 있다. 또, 제조 프로세스 등에서, 예를 들면, 외력이 작용하는 경우, 패턴 붕괴 등, 미세구조 특유의 문제를 방지할 수 있다. 또, 6인치나 8인치 등의 직경을 가진 대면적을 동시에 가공하는 경우, 전면을 유효하게 사용할 수 있기 때문에, 이 면적으로부터 취득할 수 있는 소자의 개수가 많아져, 효율적인 생산이 가능해진다. 또, 두꺼운 오버랩부는 광학 특성에 영향을 미치지만, 20nm 이하의 범위의 오버랩부를 만들면, 소망한 광학 특성을 용이하게 얻는 것이 가능해진다.

이하에, 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.

(실시 예 1)

우선, 도 2와 도 3a 및 도 3b을 참조해, 본 실시 예의 광학 소자의 3차원 구 조의 기판 및 패턴 배치에 대해 설명한다. 6인치 석영 웨이퍼인 기판(5) 상에, 25mm×25mm의 사이즈를 각각 갖는 패턴(6)을, 9개 패터닝했다. 여기서, 제1 층의 패턴은, 도 3a에 나타낸 것과 같이, 0.26㎛의 피치, 홀 패턴(7)의 직경은 0.13㎛이고, 홀 패턴(7)은 정삼각형의 정점에 배열되어 있다. 제2 층의 패턴은, 도 3b에 나타낸 것과 같이, 0.26㎛ 피치, 홀 패턴(8)의 직경은 0.2㎛이며, 홀 패턴(8)은 정삼각형의 정점에 배열되어 있다. 본 실시 예에서는, 홀은 동일한 마스크를 이용해 형성되었고, 홀 직경은, 노광량에 의해 제어되었지만, 마스크는 교환해도 된다.

다음에, 3차원 구조를 갖는 광학 소자의 제조 프로세스에 대해 설명한다. 도 4a 내지 4i는, 본 실시 예에 따른 상기 광학 소자의 제조 프로세스를 나타낸다. 우선, 제1 층의 패터닝에 대해 설명한다. 6인치 석영 웨이퍼 기판(9)을 세정 건조한 후, 100nm의 두께로 산화 규소막을, 스퍼터링법에 의해 형성해, 산화 규소층(10)을 형성한다. 그 결과, 제1 층의 구조를 형성하는 층을 얻었다(도 4a). 다음에, 산화 규소층(10)을 패터닝하기 위한 포토리소그래피 공정을 수행했다. 여기서, 패터닝을 위한 포토레지스트로서, Clariant AX6850P를 이용했다. 스핀 코팅을 이용해 레지스트를 도포했고, 막 두께가 300nm가 되도록 코팅을 했다. 코팅 후, 110℃에서 2분간 프리베이킹(prebaking)을 수행했다. 다음에, Canon Inc.에 의해 제조된 스텝퍼 FPA-5000-ES4b로 노광을 수행했다. 노광 패턴으로서는, 25nm×25mm 에어리어에 0.26㎛의 피치의 홀 패턴을 이용했다. 홀의 직경은 0.13㎛였고, 정삼각형의 정점에 이 홀 패턴을 배열했다. 이때의 노광량은, 32mJ/cm²였다. 또, 6인치 기판 내에 9점 에서 노광을 수행했다. 노광 후, 120℃에서 2분간　PEB(post-exposure baking)를 수행했다.

다음에, TMAH(tetramethyl ammonium hydroxide)의 2.38%를 함유하는 현상액에 1분간 제1 층의 구조를 갖는 기판을 담그고, 순수한 물 샤워로 현상액을 린스(rinse)해 레지스터의 홀 패턴(11)을 얻었다(도 4b). 다음에, 산화 규소층을 에칭했다. 평행 평판형 RIE 장치로, CHF₃를 에칭 가스로서 사용해 압력 2.7Pa 하에서 100W(0.3W/cm²)의 RF 파워로 4.3분간 에칭을 했다. 게다가, 잔여 레지스터를 제거하기 위해, 산소 가스를 에칭 가스로서 사용해 압력 2.7Pa 하에서, 100W의 RF 파워로 1분간 애싱을 수행했다. 이렇게 함으로써, 100nm의 홀 깊이로 산화 규소 홀 패턴(12)을 얻었다(도 4c).

다음에, 매립 및 평탄화 공정에 대해 설명한다. 매입 재료로서는, Clariant Company에 의해 제조된 AZ　Exp. KrF-17C8를 이용했다. 매립은, 스핀 코팅을 이용해 수행되었다. 2500rpm에서 30초간 스핀 코팅한 후, 180℃에서 1분간 프리베이킹을 수행했다. 이것을 2회 반복해, 매립을 완료했다(도 4d). 그 결과, 산화 규소 홀 패턴의 상면(14)보다 50nm 위쪽의 위치에서, 매립된 층의 평탄화된 계면(13)을 얻었다. 평탄화는, 에칭에 사용된 것과 비슷한 장치로 수행되었다. 산소 가스(17 vol%)와 CHF₃(83 vol%)의 혼합 가스를 에칭 가스로서 사용해 압력 3Pa 하에서, 20W(0.06W/cm²)의 RF 파워로 5.5분간 애싱을 수행했다. AFM로 측정한 결과, 산화 규소의 구조체의 노출량(산화 규소 패턴의 측면(141)이 패턴의 상면(14)까지 희생층의 상면으로부터 노출된 높이로서, 도 4e의 참조부호 A로 표시된 부분)이 3nm인 평탄화된 기판(도 4e)을 얻었다.

다음에, 제2 층의 패터닝에 대해 설명한다. 제2 층의 패터닝에 있어서, 기판에 대한 제2 층으로서 스퍼터링법에 의해, 10nm의 두께로 산화 규소막을 형성했다. 그 결과, 표면의 평탄성이 좋고, 연속으로 균일한 산화 규소층(15)을 얻을 수가 있었다(도 4f). 다음에, 제2 산화 규소층을 패터닝하기 위한 포토리소그래피 공정을 수행했다. 이것은 제1 산화 규소층의 경우와 같이 수행되었지만, 노광량만은, 50 mJ/cm²로 했다. 현상 후의 패턴은 0.26㎛의 피치로, 홀의 직경은 0.2㎛로 했다. 다음에, 제2 산화 규소층을 제1 산화 규소층의 경우와 같이 에칭했지만, 에칭 시간만은 0.5분으로 했다. 게다가, 잔여 레지스터를 제거하기 위해서, 산소 가스를 에칭 가스로서 사용해 압력 2.7Pa 하에서, 100W의 RF 파워로 1분간 애싱을 실시했다. 이와 같이 함으로써, 홀 깊이 10nm의 산화 규소 홀 패턴(16)을 얻었다(도 4g). 도 4g는 도 4i의 a-a'선을 따라 얻는 모식 단면도다.

다음에, 희생층의 애싱에 대해 설명한다. 희생층의 애싱은, RIE 장치를 이용해, 산소 가스에 의해 압력 3Pa 하에서 파워 100W로, 3분간 수행되었다. 제1 층의 홀을 매립하는 희생층을 제거해, 중공 구조(17)를 얻었다(도 4h). 이 희생층은, 매우 미세한 간극(18)으로부터 플라스마에 의해 기화되어, 제거되었다(도 4i). 희생층의 재료는, 이하의 재료 특성을 가져야 한다. 즉, 이 재료는, 상온에서 고체로 있어야 하고, 유기용제에 용해했을 때, 이 재료는, 스핀 코팅이나 스프레이 코팅에서, 박막화 가능한 재료여야 한다. 또, 산소 플라스마를 이용해 증기압이 높은 기체로 분해 가능한 재료이면, 기본적으로는 어떠한 것이든 사용 가능하다. 이상과 같이 함으로써, 2층으로 된 산화 규소의 3차원 구조를 얻었다. 6인치 면 내의 9패턴 모두에 대해서는, 외관상, 패턴을 형성한 25mm×25mm 에어리어는 균일하고, 0.5 MPa의 질소 블로우(blow)를 실시해도, 외관에 변화가 없고, 양호한 구조였다. 또, 패턴의 중앙을 따라 취한 단면을 FE-SEM로 관찰한 결과, 제1 층과 제2 층 사이의 계면에서, 이들 2개의 층은, 서로 강고하게 밀착되어 있다는 것이 확인되었다.

(실시 예 2)

실시 예 2에 있어서는, 평탄화 공정을 6분간 수행했다. 평탄화 후에, 산화 규소 구조의 상부가 20nm 노출되었다. 제2 산화 규소층은 70nm의 두께를 갖고, 제2 산화 규소층은 3.5분간 에칭되었다. 상기 이외는 실시 예 1과 같은 조건에서, 2층으로 이루어진 산화 규소의 3차원 구조를 얻었다. 제2 산화 규소층을 형성하는 프로세스 후에, 단면을 관찰했다. 그 결과, 표면은 약 5nm의 요철이 있지만, 연속막이 형성되어 있어 후속 프로세스도 이와 같이 실시할 수가 있었다. 6인치 면내의 9패턴 모두에 대해서는, 외관상, 패턴을 형성한 25mm×25mm 에어리어는 균일하고, 0.5MPa의 질소 블로우를 실시해도, 외관에 변화가 없고, 양호한 구조였다. 또, 패턴의 중앙을 따라 취한 단면을 FE-SEM로 관찰한 결과, 제1 층과 제2 층 사이의 계면에서, 이들 2개의 층이 강고하게 밀착되어 있는 것이 확인되었다.

(실시 예 3)

실시 예 3에 있어서는, 실시 예 1의 경우와 같이, 6인치 웨이퍼인 광학 유리 기판을 이용해 9점에서 노광을 수행했다. 도 5a 내지 5i는, 본 실시 예에 따른 광학 소자의 3차원 구조의 제조 프로세스를 설명하는 도면이다. 우선, Ohara Inc.에 의해 제조된 S-TIH53 광학 유리 기판(19)을 세정 후, 막 두께가 960nm가 되도록 5산화 탄탈층(20)의 증기 증착을 수행했다(도 5a). 다음에, 5산화 탄탈을 에칭하기 위한 마스크 재료로서, WSi층(21)을 스퍼터링에 의해 형성했다. 다음에, WSi층(21)을 에칭하기 위한 마스크 재료로서, 산화 규소층(22)을 형성했다. 이러한 다층 마스크층은, 후술의 에칭 공정에서, 포토레지스트와 에칭되는 층 사이에서 적절한 선택비가 확보되지 않은 경우에, 유효하다. WSi층의 두께 및 산화 규소층의 두께는 각각 200nm 및 120nm로 했다.

다음에, 산화 규소층을 에칭하기 위한 마스크로서, 포토레지스트 패턴을 형성했다. 포토레지스트 패턴의 노광 공정은, 간섭 노광법을 이용해 수행되었다. 여기서, 다층 마스크에 WSi를 이용하고 있기 때문에, 노광시의 이면 귀환 광이 강해진다. 그 때문에, 귀환광과 입사광은 서로 간섭해서, 노광 및 현상 후의 포토레지스트의 단면 형상이, 구형이 되지 않는 문제가 생긴다. 그 때문에, BARC층(23)을 설치해 이면에 의해 귀환광을 흡수시킴으로써, 노광 및 현상 후의 포토레지스트의 단면 형상은 구형이 된다. 여기서 사용된 포토레지스트는, Shipley Company에 의해 제조된 UV-170였다. 또, 여기서 사용된 BARC는, Clariant Company에 의해 제조된 AZ　Exp. KrF-17C8였다. 각각의 재료를, 다층 마스크 재료를 그 위에 형성한 기판에 스핀 코팅했다. BARC는, 180℃에서 1분간 프리베이킹되었고, 여기서 막 두께는 115nm였다. 포토레지스트는, 100℃에서 2분간 프리베이킹되었고, 여기서 막 두께는 140nm였다.

다음에, 이 기판을 2빔 간섭 노광법을 이용해 노광했다. 광원은, Nd-YAG(Nedymium:yttrium-aluminum-garnet)의 4배파(倍波)인 266nm의 파장을 사용했다. 기판에의 입사각도는 56°으로 했다. 레이저 빔은, 빔 엑스팬더(expander)를 이용해, 100배 확대되었다. 노광량은, 30mJ/cm²로 했다. 3빔 간섭 노광의 경우에는, 실시 예 1의 홀 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 노광 후, 120℃에서 1.5분간 PEB(Post Exposure Bake)를 실시했다. 그러면, TMAH(Tetra Methyl Ammonium hydroxide)의 2.38%을 함유한 액 중에 30초간 기판을 담근 후, 순수한 물 샤워로 이 액을 린스해, 포토레지스트 패턴(24)을 얻었다(도 5b). 여기서, 35mm×35mm의 패턴 유효 에어리어를 확보할 수가 있었다.

다음에, BARC, 산화 규소, WSi, 5산화 탄탈층을 에칭했다. 이 에칭은, ICP 장치를 이용해 수행되었다. BARC 및 산화 규소층은 실시 예 1과 같은 에칭 가스를 이용해 같은 에칭 조건 하에서 에칭되었다. WSi층은, SF₆와 염소를 1：2의 비로 혼합한 가스로 압력 2.7Pa 하에서 1.5W/cm²의 RF 파워로, 40초간 에칭되었다. 그 후, SF₆를 에칭 가스로서 사용하고, 압력 6Pa 하에서, 파워 1.2W/cm²로 기판측에 바이어스 20W를 걸어 50분간 5산화 탄탈층을 에칭해, 5산화 탄탈의 라인 앤드 스페이스 구조(25)를 얻었다(도 5c). 여기서, 라인 앤드 스페이스 구조의 라인은 130nm, 스페이스는 30nm, 피치는 160nm였다. 다음에, 매립 및 평탄화 공정을 실시했다. 매립 공정은, 실시 예 1의 경우와 같이 수행되었다. 그 결과, 5산화 탄탈 패턴의 상면보다 50nm 위쪽의 위치에서, 매립층의 평탄화된 계면(26)이 취득된 매립 기판을 얻었다(도 5d). 다음에, 실시 예 1과 같은 방법으로 5.6분간 평탄화 공정을 실시했다. 그 결과, 5산화 탄탈 구조의 측면(271)이 희생층의 상면으로부터 5산화 탄탈 구조의 상면(27)까지 5nm의 높이로 노출된 평탄화 기판을 얻었다. 다음에, 제2 층 및 제3 층을 형성했다(도 5e). 진공 증기 증착을 수행해, 5산화 탄탈층(28)을 24nm의 두께로 증착한 후, 산화 규소층(29)을 10nm의 두께로 증착했다(도 5f).

이 후, 다층 마스크를 형성해, 간섭 노광법으로 제1 층의 경우와 같은 방식으로 포토레지스트 패턴을 형성했다. 여기서의 노광량은, 25mJ/cm²로 했다. 그 후, 제1 층의 경우와 같은 방식으로, 다층 마스크, 산화 규소층, 및 5산화 탄탈층을 에칭했다. 산화 규소층과 5산화 탄탈층의 에칭은, 제1 층의 5산화 탄탈의 에칭과 같은 조건 하에서 동시에 수행되었다. 에칭 시간은 1.5분으로 했다. 도 5g는 이때의 단면 모식도를 나타낸다. 이 단면 모식도는, 도 5f의 화살표 i로 표시된 방향에서 본 단면도이다. 이것은, 제1 층의 패턴과 제2 층의 패턴이 서로 직교하는 것을 나타낸다. 여기서, 라인 앤드 스페이스 구조(30)의 라인은 96nm, 스페이스는 64nm, 피치는 160nm였다.

다음에, 실시 예 1의 경우와 같이, 희생층을 애싱해, 중공 구조(31)를 갖는 3차원 광학 소자를 얻었다(도 5h). 도 5h의 단면 모식도는, 도 5g의 화살표 ii로 표시된 방향에서 본 도면이다. 6인치 면내의 9패턴 모두에 대해서는, 외관상, 패턴을 형성한 35mm×35 mm 에어리어는 균일하고, 0.5 MPa의 질소 블로우를 실시해도, 외관에 변화가 없고, 양호한 구조였다. 또, 패턴 중앙을 따라 취한 단면을 FE-SEM(Field Emission-Scanning Electron Microscope)로 관찰한 결과, 제1 층과 제2 층 간의 계면에서, 2개의 층들이 강고하게 서로 밀착되어 있다는 것이 확인되었다.

본 실시 예의 광학 소자는, 위상판으로서 기능을 한다. 도 6은 본 실시 예에 따른 위상판의 위상차 특성과 일반적으로 이용되는 수정으로 이루어진 위상판의 위상차 특성을 비교하기 위한 그래프이다. 도 6의 고체의 흑색 사각형은, 종래의 수정 위상판의 위상차 특성을 나타내고, 고체의 흑색 원은, 도 5i에 나타낸 구조를 갖는 위상판의 위상차 특성을 나타낸다. 이 결과는, 가시 범위에 있어서의 본 실시 예에 따른 위상판의 위상차의 변화가 수정으로 이루어진 위상판보다 작고, 본 실시 예에 따른 위상판이 광학적 특성이 뛰어난 것이라는 것을 나타낸다. 도 7은, 가시 범위에 있어서의 평균 투과율을 측정한 결과를 나타낸다. 도 7은, 가시 범위에 있어서의 평균 투과율이 100% 근처여서, 반사 방지 효과도 동시에 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 이 반사 방지 효과는, 최종층에 설치된 산화 규소의 구조가, 낮은 굴절률을 갖는 층으로서 기능을 할 때 효율적으로 나타난다고 생각된다.

(실시 예 4)

실시 예 4에서는, 상술한 실시 예 3과 같은 광학 유리 기판을 이용해 산화 티탄층을 360nm의 두께로 스퍼터링을 이용해서 형성했다. 다음에, 실시 예 3의 경우와 같이, 다층 마스크를 스퍼터링을 이용해서 형성했다. 다층 마스크는, 50nm 두께의 크롬 및 80nm 두께의 산화 규소로 구성되어 있다. 다음에, 실시 예 3의 경우와 같이, BARC 및 포토레지스트를 도포한 후, 패터닝 및 에칭을 행하여, 제1 층의 구조를 얻었는데, 다만, 간섭 노광의 기판에의 입사각도를 72°로 했고, 노광량을 35mJ/cm²로 했으며, 에칭 가스로서 염소와 산소의 1：3 비의 혼합 가스를 이용해 6Pa의 압력 하에서 50W의 RF 파워로 기판에 120W의 바이어스를 걸어 1분 40초간 크롬을 에칭했다. 산화 티탄층은 25분간 에칭되었다. 이와 같이 해서, 제1 층의 구조를 얻었다. 여기서, 제1 층의 라인 앤드 스페이스 구조의 라인은 30nm, 스페이스는 110nm, 피치는 140nm였다.

다음에, 실시 예 3의 경우와 같이 매립 및 평탄화 공정을 실시했다. 매립 공정에서는, 같은 재료를 이용했고, 1000rpm에서 30초간 스핀 코팅을 수행한 후, 180℃에서 1분간 프리베이킹을 행했다. 이것을 2회 반복해, 매립을 완료했다. 그 결과, 산화 티탄 패턴의 상면보다 200nm의 위쪽의 위치에서, 매립층의 평탄화된 계면을 얻었다. 평탄화는, 실시 예 3의 경우와 같이 수행되었고, 애싱은 22분간 수행되었다. 도 2에 나타낸, 6인치 광학 유리 기판상의 9패턴의 각 중심에 있는 산화 티탄의 노출량을 AFM로 측정한 결과, 패턴 6-1, 6-3, 6-7, 및 6-9에 대해서는 20nm였고, 패턴 6-2, 6-4, 6-6, 및 6-8에 대해서는 15nm였으며, 6-5에 대해서는 10nm였다.

다음에, 제2 층을 형성했다. 제1 층의 경우와 같이, 제2 층도 산화 티탄막을 70nm의 두께로 형성하고, 크롬층으로 이루어진 다층 마스크를 50nm의 두께로 형성 하며, 산화 규소층을 80nm의 두께로 형성함으로써 스퍼터링법에 의해 형성되었다. 그 후, 레지스터 패턴을 형성했다. 노광량은 18mJ/cm²로 했다. 산화 티탄의 에칭 시간을 5분으로 한 것 외에는, 제2 층의 구조는 제1층의 구조와 같은 조건 하에서 형성되었다. 제2 층의 라인 앤드 스페이스 구조의 라인은 120nm, 스페이스는 20nm, 피치는 140nm였다.

다음에, 실시 예 3의 경우와 같이, 희생층을 애싱해, 제1 층의 중공 구조를 형성했다. 게다가, 제1 층의 경우와 같이 매립 및 평탄화 프로세스를 행했다. 이 기판 위에 360nm의 두께를 갖는 산화 티탄층을 스퍼터링으로 형성했다. 제1 층의 경우와 같이 제3 산화 티탄층을 패터닝했다. 제1 층의 경우와 같이, 라인 앤드 스페이스 구조의 라인은 30nm, 스페이스는 110nm, 피치는 140nm였다. 최종적으로, 제1 층의 경우와 같이, 희생층을 애싱해 제2 층의 중공 구조를 형성했다. 제2 층의 스페이스는 작기 때문에, 희생층을 형성하는 프로세스를 이용하는 일없이 제3 막을 직접 형성한 경우에도, 제3 층을 형성하는 프로세스를 수행해 그 위에 연속막을 형성할 수 있다.

6인치 면내의 9패턴 모두에 대해서는, 외관상, 패턴을 형성한 35mm×35mm 에어리어는 균일하고, 0.5MPa의 질소 블로우를 실시해도, 외관에 변화가 없고, 양호한 구조였다. 또, 패턴 중앙을 따라 취한 단면을 FE-SEM로 관찰한 결과, 제1 층과 제2 층 간의 계면에서, 이들 2개의 층이 강고하게 서로 밀착되어 있고, 제2 층과 제3 층 간의 계면에서, 이들 2개의 층이 서로 강고하게 밀착되어 있다는 것이 확인되었다. 다음에, 취득한 3층 구조의 기판을 스크라이브(scribe)해, 28.3×20mm의 직사각형으로 잘라, 9개의 3차원 구조의 기판을 형성했다. 9매의 기판의 각각은 S-TIH53 기판에 부착되었다.

도 8a 내지 8d는, 그 기판을 접착시기 위한 프로세스를 설명하는 모식도이다. 우선, S-TIH53 기판(32)을 세정했다(도 8a). 다음에, 접착제층을 스핀 코팅하였고, 임시 경화를 실시했다. 접착제로서, 티탄 커플링제이며, Ajinomoto-Fine-Techno Co.에 의해 제조되고, 이소프로필기 알코올로 60배 희석한 PLENACT KR-55를 이용했다. 스핀 코팅을 5000rpm에서 30초간 수행했고, 임시 경화를 180℃에서 2분간 행해, 접착층(33)을 가진 기판을 얻었다(도 8b). 다음에, 상술한 스크라이브된 3차원 구조를 갖는 기판(34)을, 구조체부를 가진 부분과 접착층이 접촉하도록 접착층 위에 오버레이(overlay)했다. 다음에, 이 오버레이된 기판을, 2kg의 하중 하에 5분간 200℃에서 핫 플레이트 상에 방치했다(도 8c). 기판을 냉각한 후, S-TIH53으로 이루어진 45°프리즘(35) 사이에 있도록 기판을 이 프리즘(35)에 부착해, 프리즘을 얻었다(도 8d).

본 실시 예에 따른 광학 소자는, 편광 빔 스플리터로서 기능을 한다. 도 9는 본 실시 예에 따른 프리즘의 45°± 10°의 입사각에 대해서 S편광 및 P편광의 분광 투과율을 나타낸다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 입사각이 35°일 때, S편광의 투과율이 상승하고, 입사각이 55°일 때 P편광의 투과율이 저하하는 것 이외, 문제가 없다. 특히, 입사각이 45°± 5°일 때, 특성의 변화가 거의 없고, 본 실시 예에 따른 광학 소자는 광학 특성이 뛰어나다는 것을 알 수 있다(40°및 50°의 입사각 에서의 특성은, 45°의 입사각에서의 특성과 같기 때문에, 40°및 50°의 입사각에서의 특성은 도 9에서 생략한다). 도 8에서는, 3차원 구조가 기판의 단부에 형성되어 있지만, 도 10에 나타낸 바와 같이, 기판의 단부와 구조 사이에 공간이 있어도 된다. 이러한 구성은, 소자 개구부에 공간을 확보할 수가 있기 때문에, 급격한 온도 변화에 의한 열적 손상을 완화시켜, 접합부로부터의 가스 방출을 억제할 수가 있다. 이것에 의해 한층 더 환경적으로 안정된 투영 상을 얻는 것이 가능해진다.

(비교 예 1)

비교 예 1에 있어서는, 제1 층의 매립층을 평탄화하는 프로세스에서, 20분간 애싱을 실시했다. 여기서, 도 2에 나타낸, 6인치 광학 유리 기판상의 9패턴의 각 중심에 있는 산화 티탄의 노출량을 AFM로 측정한 결과, 패턴 6-1, 6-3, 6-7, 및 6-9에 대해서는 1nm, 패턴 6-2, 6-4, 6-6, 및 6-8에 대해서는 -4nm, 패턴 6-5에 대해서는 -9nm였다. 여기서, 마이너스 값은, 산화 티탄이 노출되지 않고, 그 표면에 희생층이 남은 상태를 나타낸다. 이 후, 실시 예 4와 같은 프로세스를 실시했다. 패턴 6-2, 6-4, 6-6, 6-8, 및 6-5에서, 희생층을 애싱 후에, 광 산란을 일으켰다. 결함부의 단면을 FE-SEM로 측정의 결과, 제2 층의 산화 티탄층은 미소한 에어리어에서 전면에 결함이 있었다. 또, 패턴 6-1, 6-3, 6-7, 및 6-9는, 외관상 부자유가 없기 때문에, 프리즘 사이에 삽입되었다. 접착제를 포스트베이킹하는 공정에 있어서 200℃에서 방치하는 중에, 계면으로부터 박리하는 것이 확인되었다.

(비교 예 2)

비교 예 2에 있어서는, 6.1분간 평탄화를 실시했다. 이 경우, 5산화 탄탈의 노출량은 25nm였다. 상기 이외, 실시 예 3과 같은 조건 하에서, 위상판을 얻었다. 그 결과, 위상판은 외관상 흐릿한 상태가 되었다. 또, 분광 투과율을 측정한 결과, 도 7의 고체의 흑색 삼각형으로 표시된 바와 같이, 투과율이 저하되었다는 것이 확인되었다.

본 발명은, 예시한 실시 예를 참조해서 설명되었지만, 본 발명의 이 예시한 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 청구항들의 범위는 그러한 모든 변형과 균등 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석될 것이다.

본 발명에 의하면, 가시 범위에서 기능을 할 수 있고, 소자의 구조 계면에서의 밀착력을 향상시킬 수 있는 3차원 구조를 갖는 광학 소자 및 광학 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

기판과,

상기 기판 위에 형성된 제1 층 및 이 제1 층 위에 적층된 제2 층을 구비하고,

상기 제1 층 및 상기 제2 층의 각각은, 이들 층의 적층 방향과 수직인 방향으로 가시광의 파장 이하인 10nm이상 200nm이하의 피치의 공간 및 구조체의 반복으로 이루어지는 반복 구조를 갖고,

상기 제2 층의 구조체는, 상기 제1 층의 공간 및 구조체의 위에 상기 공간을 벌려서 형성되고, 상기 제1 층의 구조체의 상부가, 상기 제2 층의 구조체의 하부에 맞물리는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 기판과 상기 제1 층 사이에 복수의 층을 더 구비하고, 상기 제1 층이 상기 기판으로부터 카운트해 i번째 층으로 구성되고, 상기 제2 층이 (i+1)번째 층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서,

3nm이상 20nm이하의 범위에서 상기 제1 층의 구조체의 상부가, 상기 제2 층의 구조체의 하부에 맞물리는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 층 및 제2 층의 각 반복 구조가, 라인 앤드 스페이스 구조, 홀에 의한 구조, 및 도트에 의한 구조 중 어느 하나를 구비한 것을 특징으로 하는 광학 소자.
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제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 층의 구조체가, 동일 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 상기 제2 층의 구조체가, 유전체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
기판 위에 적어도 제1 층 및 제2 층을 갖는 광학 소자의 제조 방법으로서,

제1 층을 형성하는 공정과,

상기 제1 층에, 가시광의 파장 이하인 10nm이상 200nm이하의 피치의 공간 및 구조체의 반복으로 이루어지는 반복 구조를 형성하는 공정과,

상기 공간을 희생층으로 매립하는 공정과,

상기 희생층을 에칭해서, 상기 구조체의 상부의 측면을, 상기 구조체의 상면으로부터 3nm이상 20nm이하의 범위에서 노출시키는 공정과,

상기 반복 구조 및 상기 희생층 위에, 상기 제2 층을 형성하는 공정과,

상기 제2 층에, 상기 제1 층의 라인 앤드 스페이스의 반복 구조와 직교하는 방향으로, 가시광의 파장 이하인 10nm이상 200nm이하의 피치의 공간 및 구조체의 반복으로 이루어지는 반복 구조를 형성하는 공정과,

상기 희생층을 제거하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 광학 소자의 제조 방법.
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