KR102648780B1 - 경사진 식각 툴들에서 기판 회전에 의한 식각 각도들의 제어 - Google Patents

경사진 식각 툴들에서 기판 회전에 의한 식각 각도들의 제어 Download PDF

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Abstract

본원에 설명된 실시예들은, 경사진 식각 시스템들을 사용하여, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 기판 상에 형성하고 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 연속적인 기판들 상에 형성하는 방법들에 관한 것이다. 방법들은 플래튼 상에 유지되는 기판들의 부분들을 이온 빔의 경로에 위치시키는 단계를 포함한다. 기판들은 기판 상에 배치된 격자 물질을 갖는다. 이온 빔은 기판들의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질과 접촉하고 격자 물질에 격자들을 형성하도록 구성된다. 기판들은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 격자들의 표면 법선 사이의 회전 각도들(φ)을 초래한다. 격자들은 기판들의 표면 법선에 대해 경사각들(θ')을 갖는다. 회전 각도들(φ)은 식 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))에 의해 선택된다.

Description

경사진 식각 툴들에서 기판 회전에 의한 식각 각도들의 제어{CONTROLLING ETCH ANGLES BY SUBSTRATE ROTATION IN ANGLED ETCH TOOLS}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 경사진 식각 툴들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 실시예들은, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 형성하기 위해, 경사진 식각 툴들을 활용하는 것을 제공한다.
경사진 식각 시스템들은 기판 상에 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 형성하는 데에 사용된다. 경사진 식각 시스템들은 이온 빔 공급원을 수용하는 이온 빔 챔버를 포함한다. 이온 빔 공급원은 이온 빔, 예컨대, 리본 빔, 스폿 빔, 또는 전체 기판 크기 빔을 생성하도록 구성된다. 이온 빔 챔버는 기판의 표면 법선에 대해 최적화된 각도로 이온 빔을 지향시키도록 구성된다. 최적화된 각도를 변화시키는 것은 이온 빔 챔버의 하드웨어 구성의 재구성을 필요로 한다. 기판은 액추에이터에 결합된 플래튼 상에 유지된다. 액추에이터는 플래튼을 기울이도록 구성되며, 이로써 기판은 이온 빔 챔버의 축에 대해 기울기로 위치된다. 최적화된 각도 및 기울기는 표면 법선에 대해 이온 빔 각도를 초래한다.
상이한 경사각들을 갖는 격자들을 활용하는 디바이스의 일 예는 명시야 디스플레이이다. 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 활용하는 디바이스의 다른 예는 도파관 결합기이다. 도파관 결합기는 증강 현실 디바이스의 요구되는 속성들에 따라 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 필요로 할 수 있다. 추가적으로, 도파관 결합기는, 광의 인-커플링 및 아웃-커플링을 적절하게 제어하기 위해, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 필요로 할 수 있다. 후속하는 도파관 결합기가 이전의 도파관 결합기와는 상이한 경사각을 갖는 격자들을 가질 수 있는 도파관 결합기들을 연속적으로 제조하는 것, 및 도파관 결합기를, 경사진 식각 시스템들을 사용하여 도파관 결합기의 표면에 대해 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 갖도록 제조하는 것은 난제일 수 있다.
통상적으로, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 기판 상에 형성하거나, 상이한 경사각들을 갖는 격자들로 다수의 기판들 상에 격자들을 형성하기 위해, 최적화된 각도가 변화되고, 기울기가 변화되고/거나 다수의 경사진 식각 시스템들이 사용된다. 최적화된 각도를 변화시키기 위해 이온 빔 챔버의 하드웨어 구성을 재구성하는 것은 복잡하며 재구성 시간을 필요로 한다. 이온 빔 각도를 수정하기 위해 기울기를 조정하는 것은 격자들의 불균일한 깊이들을 초래하며, 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하는 것은 제조 시간을 증가시키고 다수의 챔버들의 필요성으로 인해 비용들을 증가시킨다.
따라서, 관련 기술분야에서 필요한 것은 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 기판 상에 형성하고 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 연속적인 기판들 상에 형성하는 방법들이다.
일 실시예에서, 격자 형성 방법이 제공된다. 방법은, 플래튼 상에 유지되는 제1 기판의 제1 부분을 이온 빔의 경로에 위치시키는 단계를 포함한다. 제1 기판은 기판 상에 배치된 격자 물질을 갖는다. 이온 빔은 제1 기판의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질과 접촉하고 격자 물질에 하나 이상의 제1 격자를 형성하도록 구성된다. 플래튼 상에 유지되는 제1 기판은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 하나 이상의 제1 격자의 격자 벡터 사이의 제1 회전 각도(φ)를 초래한다. 하나 이상의 제1 격자는 제1 기판의 표면 법선에 대해 제1 경사각(θ')을 갖는다. 제1 회전 각도(φ)는 식 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))에 의해 선택된다.
다른 실시예에서, 격자 형성 방법이 제공되고, 결합기 제조 방법이 제공된다. 방법은, 플래튼 상에 유지되는 제1 기판의 제1 부분을 이온 빔의 경로에 위치시키는 단계를 포함한다. 제1 기판은 기판 상에 배치된 격자 물질을 갖는다. 이온 빔은 제1 기판의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질과 접촉하고 격자 물질에 하나 이상의 제1 격자를 형성하도록 구성된다. 플래튼 상에 유지되는 제1 기판은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 하나 이상의 제1 격자의 표면 법선 사이의 제1 회전 각도(φ)를 초래한다. 하나 이상의 제1 격자는 제1 기판의 표면 법선에 대해 제1 경사각(θ')을 갖는다. 제1 회전 각도(φ)는 식 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))에 의해 선택된다. 제1 기판의 제2 부분은, 격자 물질에 하나 이상의 제2 격자를 형성하도록 구성된 이온 빔의 경로에 위치된다. 제1 기판은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 하나 이상의 제2 격자의 표면 법선 사이의 제2 회전 각도(φ)를 초래한다. 하나 이상의 제2 격자는 제1 기판의 표면 법선에 대해 제2 경사각(θ')을 갖는다. 제2 회전 각도(φ)는 식 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))에 의해 선택된다. 제1 기판의 제3 부분은, 격자 물질에 하나 이상의 제3 격자를 형성하도록 구성된 이온 빔의 경로에 위치된다. 제1 기판은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 하나 이상의 제3 격자의 표면 법선 사이의 제3 회전 각도(φ)를 초래한다. 하나 이상의 제3 격자는 제1 기판의 표면 법선에 대해 제3 경사각(θ')을 갖는다. 제3 회전 각도(φ)는 식 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))에 의해 선택된다;
또 다른 실시예에서, 격자 형성 방법이 제공된다. 방법은, 플래튼 상에 유지되는 기판의 제1 부분 및 제2 부분을 이온 빔의 경로에 위치시키는 단계를 포함한다. 기판은 기판 상에 배치된 격자 물질을 갖고, 이온 빔은 기판의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질과 접촉하고 격자 물질에 하나 이상의 제1 격자 및 하나 이상의 제2 격자를 형성하도록 구성된다. 플래튼 상에 유지되는 기판은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 하나 이상의 제1 격자의 격자 벡터 사이의 제1 회전 각도(φ1) 및 이온 빔과 하나 이상의 제2 격자의 격자 벡터 사이의 제2 회전 각도(φ2)를 초래한다. 기판의 표면 법선에 대해, 하나 이상의 제1 격자는 제1 경사각(θ'1)을 갖고 하나 이상의 제2 격자는 제2 경사각(θ'2)을 갖는다. 제1 회전 각도(φ1) 및 제2 회전 각도(φ2)는 연립방정식 θ = arctan(tan(θ'1)/cos(φ1)), θ = arctan(tan(θ'2)/cos(φ2)), 및 Δφ = φ2-φ1에 의해 선택된다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부 도면들은 단지 예시적인 실시예들만을 예시하고 그러므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 다른 동등하게 효과적인 실시예들을 허용할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 실시예에 따른 도파관 결합기의 사시 정면도이다.
도 2a는 실시예에 따른 경사진 식각 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 2b는 실시예에 따른 경사진 식각 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 3은 실시예에 따른, 기판의 부분의 개략적인 사시도이다.
도 4는 실시예에 따른, 등가 경사각(θ') 식들의 결과들의 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른, 격자들의 제1 부분 및 격자들의 제2 부분을 갖는 기판의 개략적인 평면도이다.
도 6은 실시예에 따른, 회전에 대한 연립방정식의 결과들의 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 형성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 8은 실시예에 따른, 단일 패스로, 상이한 경사각들을 갖는 격자들의 부분들을 형성하는 방법의 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들이, 추가적인 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
본원에 설명된 실시예들은, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 기판 상에 형성하고 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 연속적인 기판들 상에 형성하는 방법들에 관한 것이다. 방법들은 플래튼 상에 유지되는 기판들의 부분들을 이온 빔의 경로에 위치시키는 단계를 포함한다. 기판들은 기판 상에 배치된 하드마스크를 갖는다. 이온 빔은 기판들의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)로 하드마스크와 접촉하고 하드마스크에 격자들을 형성하도록 구성된다. 기판들은 플래튼의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔과 격자들의 표면 법선 사이의 회전 각도들(φ)을 초래한다. 격자들은 기판들의 표면 법선에 대해 경사각들(θ')을 갖는다. 회전 각도들(φ)은 식 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))에 의해 선택된다. 일 실시예에서, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 기판 상에 형성하는 단계는 나노임프린트 리소그래피 처리를 위해 도파관 결합기 또는 도파관 결합기의 마스터를 형성한다.
도 1은 도파관 결합기(100)의 사시 정면도이다. 아래에서 설명되는 도파관 결합기(100)는 예시적인 도파관 결합기라는 것을 이해해야 한다. 도파관 결합기(100)는 복수의 격자들(108)에 의해 한정된 입력 결합 영역(102), 복수의 격자들(110)에 의해 한정된 중간 영역(104), 및 복수의 격자들(112)에 의해 한정된 출력 결합 영역(106)을 포함한다. 입력 결합 영역(102)은 마이크로디스플레이로부터 강도를 갖는 광의 입사 빔들(가상 이미지)을 수신한다. 복수의 격자들(108)의 각각의 격자는 입사 빔들을 복수의 모드들로 분할하고, 각각의 빔은 모드를 갖는다. 0차 모드(T0) 빔들은 도파관 결합기(100)에서 손실되거나 다시 굴절되고, 양의 1차 모드(T1) 빔들은 도파관 결합기(100)를 통해 중간 영역(104)에 결합되고, 음의 1차 모드(T-1) 빔들은 도파관 결합기(100)에서 T1 빔들과 반대 방향으로 전파된다. 이상적으로, 입사 빔들은, 가상 이미지를 중간 영역(104)으로 지향시키기 위해 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할된다. 입사 빔을, 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할하기 위한 하나의 접근법은, T-1 빔들 및 T0 빔들을 억제하기 위해 복수의 격자들(108)의 각각의 격자의 경사각을 최적화하는 것이다. T1 빔들은, T1 빔들이 중간 영역(104)의 복수의 격자들(110)과 접촉할 때까지, 도파관 결합기(100)를 통해 내부 전반사(TIR)를 겪는다. 입력 결합 영역(102)의 부분은, 입력 결합 영역(102)의 인접 부분으로부터 격자들(108)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(108)을 가질 수 있다.
T1 빔들은 복수의 격자들(110)의 격자와 접촉한다. T1 빔들은, 도파관 결합기(100)에서 손실되거나 다시 굴절되는 T0 빔들, T1 빔들이 복수의 격자들(110)의 다른 격자와 접촉할 때까지, 중간 영역(104)에서 TIR을 겪는 T1 빔들, 및 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들로 분할된다. 중간 영역(104)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은, 도파관 결합기(100)를 통해 중간 영역(104)에 결합되는 T1 빔들의 강도가 격감되거나, 중간 영역(104)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 중간 영역(104)의 단부에 도달할 때까지, 복수의 격자들(110)의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(110)은, 사용자의 관점으로부터 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 관측시야를 조정하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 증가시키기 위해, 출력 결합 영역(106)에 결합된 T-1 빔들의 강도를 제어하기 위해서, 도파관 결합기(100)를 통해 중간 영역(104)에 결합된 T1 빔들을 제어하도록 조정되어야 한다. 도파관 결합기(100)를 통해 중간 영역(104)에 결합된 T1 빔들을 제어하기 위한 하나의 접근법은, 출력 결합 영역(106)에 결합된 T-1 빔들의 강도를 제어하기 위해 복수의 격자들(110)의 각각의 격자의 경사각을 최적화하는 것이다. 중간 영역(104)의 부분은 중간 영역(104)의 인접 부분으로부터 격자들(110)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다. 게다가, 격자들(110)은 격자들(108)의 경사각들과 상이한 경사각들을 가질 수 있다.
도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 영역(106)에 결합된 T-1 빔들은, T-1 빔들이 복수의 격자들(112)의 격자와 접촉할 때까지 도파관 결합기(100)에서 TIR을 겪고, 여기서 T-1 빔들은 도파관 결합기(100)에서 손실되거나 다시 굴절되는 T0 빔들, T1 빔들이 복수의 격자들(112)의 다른 격자와 접촉할 때까지, 출력 결합 영역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들, 및 도파관 결합기(100)로부터 결합되는 T-1 빔들로 분할된다. 출력 결합 영역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은, 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도가 격감되거나, 출력 결합 영역(106)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 출력 결합 영역(106)의 단부에 도달할 때까지, 복수의 격자들(112)의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(112)은, 사용자의 관점으로부터 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 관측시야를 더 조정하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 더 증가시키기 위해, 도파관 결합기(100)로부터 결합된 T-1 빔들의 강도를 제어하기 위해서, 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 영역(106)에 결합된 T-1 빔들을 제어하도록 조정되어야 한다. 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들을 제어하기 위한 하나의 접근법은, 추가로 관측시야를 조정하고 시야각을 증가시키기 위해 복수의 격자들(112)의 각각의 격자의 경사각을 최적화하는 것이다. 중간 영역(104)의 부분은 중간 영역(104)의 인접 부분으로부터 격자들(110)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다. 게다가, 격자들(112)은 격자들(108) 및 격자들(110)의 경사각들과 상이한 경사각들을 가질 수 있다.
도 2a는 경사진 식각 시스템(200), 예컨대, 캘리포니아주 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)로부터 입수가능한 베리안 비스타®(Varian VIISta®) 시스템의 개략적인 측단면도이고, 도 2b는 그러한 시스템의 개략적인 측단면도이다. 아래에 설명되는 경사진 식각 시스템은 예시적인 경사진 식각 시스템이고, 다른 제조업자들로부터의 경사진 식각 시스템을 포함하는 다른 경사진 식각 시스템이, 격자들을 기판 상에 형성하기 위해 조정되거나 함께 사용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
경사각들을 갖는 격자들을 형성하기 위해, 기판(210) 상에 배치된 격자 물질(212)은 경사진 식각 시스템(200)에 의해 식각된다. 일 실시예에서, 격자 물질(212)은 기판(210) 상에 배치된 식각 정지 층(211) 상에 배치되고, 패터닝된 하드마스크(213)는 격자 물질(212) 위에 배치된다. 일 실시예에서, 격자 물질(212)의 물질들은, 광의 인-커플링 및 아웃-커플링을 제어하고 도파관 결합기를 통한 광 전파를 용이하게 하기 위해, 기판(210)의 굴절률 및 각각의 격자의 경사각(θ')에 기초하여 선택된다. 다른 실시예에서, 격자 물질(212)은 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN) 및/또는 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들을 포함한다. 격자 물질(212)은 약 1.5 내지 약 2.65의 굴절률을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 패터닝된 하드마스크(213)는 도파관 결합기가 형성된 후에 제거되는 불투명 하드마스크이다. 예를 들어, 불투명 하드마스크는 반사성 물질들, 예컨대, 크로뮴(Cr) 또는 은(Ag)을 포함한다. 다른 실시예에서, 패터닝된 하드마스크(213)는 투명 하드마스크이다. 일 실시예에서, 식각 정지 층(211)은 도파관 결합기가 형성된 후에 제거되는 불투명 식각 정지 층이다. 다른 실시예에서, 식각 정지 층(211)은 투명 식각 정지 층이다.
경사진 식각 시스템(200)은, 이온 빔 공급원(204)을 수용하는 이온 빔 챔버(202)를 포함한다. 이온 빔 공급원은 이온 빔(216), 예컨대, 리본 빔, 스폿 빔, 또는 전체 기판 크기 빔을 생성하도록 구성된다. 이온 빔 챔버(202)는 기판(210)의 표면 법선(218)에 대해 최적화된 각도(α)로 이온 빔(216)을 지향시키도록 구성된다. 최적화된 각도(α)를 변화시키는 것은 이온 빔 챔버(202)의 하드웨어 구성의 재구성을 필요로 한다. 기판(210)은 제1 액추에이터(208)에 결합된 플래튼(206) 상에 유지된다. 제1 액추에이터(208)는 플래튼(206)을 y 방향 및/또는 z 방향을 따라 주사 운동으로 이동시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 액추에이터는 플래튼(206)을 기울이도록 더 구성되며, 이로써 기판(210)은 이온 빔 챔버(202)의 x 축에 대해 기울기(β)로 위치된다. 최적화된 각도(α) 및 기울기(β)는 표면 법선(218)에 대해 이온 빔 각도(θ)를 초래한다. 표면 법선(218)에 대해 경사각(θ')을 갖는 격자들을 형성하기 위해, 이온 빔 공급원(204)은 이온 빔(216)을 생성하고 이온 빔 챔버(202)는 이온 빔(216)을 최적화된 각도(α)로 기판(210) 쪽으로 지향시킨다. 제1 액추에이터(208)는, 이온 빔(216)이 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질(212)과 접촉하고 경사각(θ')을 갖는 격자들을 격자 물질(212)의 원하는 부분들 상에 식각하도록 플래튼(206)을 위치시킨다.
통상적으로, 격자들의 인접 부분의 경사각(θ')과 상이한 경사각(θ')을 갖는 격자들의 부분을 형성하거나, 상이한 경사각(θ')을 갖는 격자들을 다수의 기판들 상에 형성하기 위해, 최적화된 각도(α)가 변화되고, 기울기(β)가 변화되고/거나 다수의 경사진 식각 시스템들이 사용된다. 최적화된 각도(α)를 변화시키기 위해 이온 빔 챔버(202)의 하드웨어 구성을 재구성하는 것은 복잡하며 재구성 시간을 필요로 한다. 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하는 것은, 이온 빔(216)이, 상이한 에너지 수준들로 격자 물질(212)과 접촉하기 때문에, 기판(210)의 부분들에서 격자들의 불균일한 깊이들을 초래한다. 예를 들어, 이온 빔 챔버(202)에 더 가까이 위치된 부분은 이온 빔 챔버(202)로부터 더 멀리 위치된 인접 부분의 격자들보다 더 큰 깊이를 갖는 격자들을 가질 것이다. 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하는 것은 제조 시간을 증가시키고 다수의 챔버들의 필요성으로 인해 비용들을 증가시킨다. 이온 빔 챔버(202)를 재구성하는 것, 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하는 것, 및 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하는 것을 피하기 위해, 경사진 식각 시스템(200)은, 격자들의 경사각(θ')을 제어하기 위해서 플래튼(206)의 x 축을 중심으로 기판(210)을 회전시키도록 플래튼(206)에 결합된 제2 액추에이터(220)를 포함한다.
도 3은 기판(302)의 부분(300)의 개략적인 사시도이다. 이온 빔(216)의 기울기(β) 및 최적화된 각도(α)는, 기판(302)의 표면 법선(306)에 대해 이온 빔 각도(θ)가 일정하도록 고정된다. 최적화된 각도(α)는 약 0 ° 내지 약 90 °이고 기울기(β)는 약 0 ° 내지 약 30 °이다. 결과적인 이온 빔 각도(θ)는 약 0 ° 내지 약 90 °이다. 이온 빔 각도(θ)는 바람직하게 약 25 ° 내지 약 75 °인데, 이는 약 0 ° 또는 약 90 °에 가까운 이온 빔 각도(θ)는 격자들(304)이 경사지지 않도록 약 0 ° 또는 약 90 °의 경사각(θ')을 갖는 격자들(304)을 초래할 것이기 때문이다. 기판(302)은 플래튼(206)의 x 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔(216)과 격자들(304)의 격자 벡터(308) 사이의 회전 각도(φ)를 초래한다. 회전 각도(φ)는, 이온 빔 챔버(202)를 재구성하지 않고, 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하지 않고, 그리고 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하지 않고 경사각(θ')을 제어하도록 선택된다. 고정된 이온 빔 각도(θ)를 갖는 결과적인 경사각(θ')을 결정하기 위해, 다음의 등가 경사각(θ') 식들 중 하나가 구현된다: sin(θ') = sin(θ)/sqrt(1+tan2(φ)*cos2(θ)) 및 tan(θ') = tan(θ)*cos(φ). φ에 대해 풀면, 회전 각도(φ)는 cos-1(tan(θ')/tan(θ)이다. 예를 들어, 이온 빔 각도(θ)가 45 °이고 원하는 경사각(θ')이 22.5 °인 경우, cos-1(tan(22.5)/tan(45) = 65.53이기 때문에 회전 각도(φ)는 약 65.53 °이다. 도 4는 회전 각도(φ)의 함수로서 5 °, 22.5 °, 45 °, 67.5 °, 및 85 °의 이온 빔 각도들(θ)에 대한 등가 경사각(θ') 식들의 결과들의 그래프이다. 에러
일 실시예에서, 경사각(θ')을 갖는 격자들(304)이, 경사진 식각 시스템(200)에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 경사각(θ')을 갖는 격자들(304)은, 약 0 °의 최적화된 각도(α)의, 기판(302)의 표면의 기하형상에 대응하는 기하형상을 갖는 이온 빔(216)을 생성하는, 이온 빔 챔버(202)에 수용된 이온 빔 공급원(204)을 갖는 (또한, 전체 웨이퍼 침지형 또는 그리드형 식각 시스템으로도 알려진) 이온 빔 식각 시스템에 의해 형성될 수 있다. 이온 빔 식각 시스템의 플래튼(206)은, 이온 빔(216)이 약 25 ° 내지 약 75 °의 이온 빔 각도(θ)로 기판(302)과 접촉하도록, 기판(210)을 기울기(β)로 위치시키도록 구성된다. 회전 각도(φ)는 본원에 설명된 바와 같이 경사각(θ')을 제어하도록 선택된다.
도 5는 격자들(506)의 제1 부분(502) 및 격자들(508)의 제2 부분(504)을 갖는 기판(500)의 개략적인 평면도이다. 이온 빔(216)의 기울기(β) 및 최적화된 각도(α)는, 기판(500)의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)가 일정하도록 고정된다. 최적화된 각도(α)는 약 0 ° 내지 약 90 °이고 기울기(β)는 약 0 ° 내지 약 30 °이다. 결과적인 이온 빔 각도(θ)는 약 0 ° 내지 약 90 °이다. 이온 빔 각도(θ)는 바람직하게 약 25 ° 내지 약 75 °인데, 이는, 약 0 ° 또는 약 90 °에 가까운 이온 빔 각도(θ)는, 격자들(506) 및 격자들(508)이 경사지지 않도록 약 0 ° 또는 약 90 °의 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506) 및 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)을 초래할 것이기 때문이다. 기판(500)은 플래튼(206)의 x 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔(216)과 격자들(506)의 격자 벡터(510) 사이의 회전 각도(φ1) 및 이온 빔(216)과 격자들(508)의 격자 벡터(512) 사이의 회전 각도(φ2)를 초래한다. 제1 부분(502) 및 제2 부분(504)이 이온 빔(216)의 경로에 위치되도록, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는 단일 패스로 주사 운동으로 플래튼(206)을 이동시키는 것에 의해, 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506)을 형성하도록 회전 각도(φ1)가 선택되고 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)을 형성하도록 회전 각도(φ2)가 선택된다. 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스로 격자들의 2개 이상의 부분들을 형성하기 위해 다음의 연립방정식이 구현된다:
θ = arctan(tan(θ'1)/cos(φ1))
θ = arctan(tan(θ'2)/cos(φ2))
Δφ = φ2-φ1
일 실시예에서, 경사각(θ'1), 경사각(θ'2), 및 Δφ는 알려져 있다. 회전 각도(φ1), 회전 각도(φ2) 및 이온 빔 각도(θ)에 대한 연립방정식을 푸는 것은, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스에 의한, 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506) 및 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)의 형성을 허용할 것이다. 도 6은 회전 각도(φ1), 회전 각도(φ2) 및 이온 빔 각도(θ)에 대한 연립방정식의 결과들의 그래프이다. 21.1 °의 회전 각도(φ1) 및 61.1 °의 회전 각도(φ2)의 45 °의 Δφ에 의해, 40 °의 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506) 및 20 °의 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)을 형성하는 것은, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스로 제1 부분(502) 및 제2 부분(504)을 형성할 것이다. 다른 실시예에서, 이온 빔 각도(θ), 경사각(θ'1), 경사각(θ'2), 및 Δφ는 알려져 있고, 연립방정식이 회전 각도(φ1) 및 회전 각도(φ2)에 대해 풀린다. 따라서, 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506) 및 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)은, 이온 빔 챔버(202)를 재구성하지 않고, 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하지 않고, 그리고 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하지 않고, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스로 형성된다. 추가적으로, 연립방정식은 격자들의 3개 이상의 부분들을 형성하도록 확장될 수 있다.
도 7은 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 형성하기 위한 방법(700)의 흐름도이다. 일 실시예에서, 방법(700)은 경사진 식각 시스템(200)에 의해 수행된다. 다른 실시예에서, 방법(700)은 이온 빔 식각 시스템에 의해 수행된다. 경사진 식각 시스템(200)은, 이온 빔 챔버(202)에 수용된, 리본 빔 또는 스폿 빔과 같은 이온 빔(216)을 생성하는 이온 빔 공급원(204)을 포함한다. 이온 빔 챔버(202)는 기판(210)의 표면 법선(218)에 대해 최적화된 각도(α)로 이온 빔(216)을 지향시키도록 구성된다. 플래튼(206)에 결합된 제1 액추에이터(208)는 기판(210)을 주사 운동으로 이동시키고 플래튼(206)을 기울이도록 구성되며, 이로써 기판(210)은 이온 빔 챔버(202)의 축에 대해 기울기(β)로 위치된다. 제1 액추에이터(208)는 플래튼(206)을 y 방향 및/또는 z 방향을 따라 주사 운동으로 이동시키도록 구성된다. 최적화된 각도(α) 및 기울기(β)는 표면 법선(218)에 대해 이온 빔 각도(θ)를 초래한다.
작동(701)에서, 제1 기판의 제1 부분(그 위에 배치된 격자 물질(212)을 가짐)이 이온 빔(216)의 경로에 위치된다. 이온 빔(216)은 제1 기판의 표면 법선(218)에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질(212)과 접촉하고 격자 물질(212)에 하나 이상의 제1 격자를 형성한다. 제1 기판은, 제1 부분을 이온 빔(216)의 경로에 위치시키도록, 그리고 제1 기판을 플래튼(206)의 축을 중심으로 회전시켜, 이온 빔(216)과 하나 이상의 제1 격자의 격자 벡터(308) 사이의 제1 회전 각도(φ)를 초래하도록 구성된 플래튼(206) 상에 유지된다. 제1 회전 각도(φ)는, 기판의 표면 법선(218)에 대해 제1 경사각(θ')을 갖는 하나 이상의 제1 격자를 초래하도록 선택된다. 제1 회전 각도(φ)는 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))의 회전 각도(φ) 식에 의해 선택된다. 일 실시예에서, 제1 부분은 도파관 결합기(100)의 입력 결합 영역(102)에 대응한다.
최적화된 각도(α)를 변화시키기 위해 이온 빔 챔버(202)를 재구성하는 것, 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하는 것, 및 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하는 것 없이, 제1 경사각(θ')과 상이한 제2 경사각(θ')으로 하나 이상의 제2 격자를 제1 기판의 제2 부분 또는 제2 기판의 부분 상에 형성하기 위해서, 최적화된 각도(α) 및 기울기(β)는, 플래튼(206)의 축을 중심으로 기판을 회전시키도록 구성된 플래튼(206)에 결합된 제2 액추에이터(220)에 의해 제1 기판 또는 제2 기판이 회전되는 동안, 일정하게 유지된다.
작동(702)에서, 제1 기판의 제2 부분(그 위에 배치된 격자 물질(212)을 가짐)이 이온 빔(216)의 경로에 위치된다. 이온 빔(216)은 제1 기판의 표면 법선(218)에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질(212)과 접촉하고 격자 물질(212)에 하나 이상의 제2 격자를 형성한다. 제2 부분은 이온 빔(216)의 경로에 위치되고, 제1 기판은 플래튼(206)의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔(216)과 하나 이상의 제2 격자의 격자 벡터(308) 사이의 제2 회전 각도(φ)를 초래한다. 제2 회전 각도(φ)는, 기판의 표면 법선(218)에 대해 제2 경사각(θ')을 갖는 하나 이상의 제2 격자를 초래하도록 선택된다. 제2 회전 각도(φ)는 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))의 회전 각도(φ) 식에 의해 선택된다. 일 실시예에서, 제2 부분은 도파관 결합기(100)의 중간 영역(104)에 대응한다.
작동(703)에서, 제1 기판의 제3 부분(그 위에 배치된 격자 물질(212)을 가짐)이 이온 빔(216)의 경로에 위치되고, 이온 빔(216)은 제1 기판의 표면 법선(218)에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질(212)과 접촉하고 격자 물질(212)에 하나 이상의 제3 격자를 형성한다. 제3 부분은 이온 빔(216)의 경로에 위치되고, 제1 기판은 플래튼(206)의 축을 중심으로 회전되어, 이온 빔(216)과 하나 이상의 제3 격자의 격자 벡터(308) 사이의 제3 회전 각도(φ)를 초래한다. 제3 회전 각도(φ)는, 기판의 표면 법선(218)에 대해 제3 경사각(θ')을 갖는 하나 이상의 제3 격자를 초래하도록 선택된다. 제3 회전 각도(φ)는 φ = cos-1(tan(θ')/tan(θ))의 회전 각도(φ) 식에 의해 선택된다. 일 실시예에서, 제3 부분은 도파관 결합기(100)의 출력 결합 영역(106)에 대응한다.
작동(704)에서, 제1 기판이 제거되고, 제2 기판이 플래튼 상에 유지된다. 작동(705)에서, 제1 경사각(θ')을 갖는 하나 이상의 제1 격자, 제1 경사각(θ')과 상이한 제2 경사각(θ')을 갖는 하나 이상의 제2 격자, 및 제1 경사각(θ') 및 제2 경사각(θ')과 상이한 제3 경사각(θ')을 갖는 하나 이상의 제3 격자를 제2 기판 상에 형성하기 위해, 작동들(701-703)이 반복된다.
도 8은, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스로, 상이한 경사각들을 갖는 격자들의 부분들을 형성하는 방법(800)의 흐름도이다. 작동(801)에서, 기판(500)의 제1 부분(502) 및 제2 부분(504)(그 위에 배치된 격자 물질(212)을 가짐)이, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스로, 이온 빔(216)의 경로에 위치된다. 이온 빔(216)은 기판(500)의 표면 법선(218)에 대해 이온 빔 각도(θ)로 격자 물질과 접촉하고 격자 물질에 하나 이상의 격자(506) 및 하나 이상의 격자(508)를 형성한다. 기판(500)은, 제1 부분(502) 및 제2 부분(504)을 이온 빔(216)의 경로에 위치시키도록, 그리고 기판(500)을 플래튼(206)의 축을 중심으로 회전시켜, 이온 빔(216)과 하나 이상의 격자(506)의 격자 벡터(510) 사이의 회전 각도(φ1) 및 이온 빔(216)과 하나 이상의 격자(508)의 격자 벡터(512) 사이의 회전 각도(φ2)를 초래하도록 구성된 플래튼(206) 상에 유지된다. 회전 각도(φ1)는, 기판의 표면 법선(218)에 대해 경사각(θ'1)을 갖는 하나 이상의 격자(506)를 초래하도록 선택된다. 회전 각도(φ2)는, 기판의 표면 법선(218)에 대해 경사각(θ'2)을 갖는 하나 이상의 격자(508)를 초래하도록 선택된다. 회전 각도(φ1) 및 회전 각도(φ2)는 연립방정식을 푸는 것에 의해 선택된다:
θ = arctan(tan(θ'1)/cos(φ1))
θ = arctan(tan(θ'2)/cos(φ2))
Δφ = φ2-φ1
일 실시예에서, 경사각(θ'1), 경사각(θ'2), 및 Δφ는 알려져 있다. 회전 각도(φ1), 회전 각도(φ2) 및 이온 빔 각도(θ)에 대한 연립방정식을 푸는 것은, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스에 의한, 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506) 및 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)의 형성을 허용할 것이다. 다른 실시예에서, 이온 빔 각도(θ), 경사각(θ'1), 경사각(θ'2), 및 Δφ는 알려져 있고, 연립방정식이 회전 각도(φ1) 및 회전 각도(φ2)에 대해 풀린다. 따라서, 경사각(θ'1)을 갖는 격자들(506) 및 경사각(θ'2)을 갖는 격자들(508)은, 이온 빔 챔버(202)를 재구성하지 않고, 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하지 않고, 그리고 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하지 않고, 이온 빔 챔버(202)를 횡단하는, 플래튼(206)의 단일 패스로 형성된다. 추가적으로, 연립방정식은 격자들의 3개 이상의 부분들을 형성하도록 확장될 수 있다. 방법(800)은 후속 기판들에 대해 반복될 수 있다.
요약하면, 경사진 식각 시스템들을 사용하여, 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 기판 상에 연속적으로 형성하고 상이한 경사각들을 갖는 격자들을 연속적인 기판들 상에 형성하는 방법들이 본원에 설명된다. 이온 빔 챔버를 재구성하는 것, 이온 빔 각도(θ)를 수정하기 위해 기울기(β)를 조정하는 것, 및 다수의 경사진 식각 시스템들을 사용하는 것 없이 경사각(θ')을 제어하기 위해 회전 각도(φ)를 선택하는 것의 활용은, 단일 경사진 식각 시스템이 도파관 결합기들을 제조하고 상이한 경사각들(θ')을 갖는 격자들을 갖는 도파관을 제조하는 것을 허용한다.
전술한 내용은 본 개시내용의 예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 예들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (19)

  1. 광학 디바이스로서,
    기판 상에 배치된 하나 이상의 제1 격자의 제1 부분; 및
    상기 기판 상에 배치된 하나 이상의 제2 격자의 제2 부분
    을 포함하고,
    상기 제1 부분의 각각의 제1 격자는:
    제1 격자 벡터; 및
    제1 경사각
    을 포함하고,
    상기 제2 부분의 각각의 제2 격자는:
    제2 격자 벡터 - 상기 제2 격자 벡터는 상기 제1 격자 벡터와 상이함 -; 및
    제2 경사각 - 상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각과 상이함 -
    을 포함하고,
    각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자의 격자 물질은 1.5 내지 2.65의 굴절률을 갖는, 광학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 경사각 및 제2 경사각은 25 ° 내지 75 °인, 광학 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자는 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 또는 이산화지르코늄(ZrO2) 중 하나 이상의 격자 물질로 구성되는, 광학 디바이스.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자 위에 불투명 하드마스크가 배치되는, 광학 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판과, 각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자 사이에 투명한 식각 정지 층이 배치되는, 광학 디바이스.
  7. 광학 디바이스로서,
    기판 상에 배치된 하나 이상의 제1 격자의 제1 부분; 및
    상기 기판 상에 배치된 하나 이상의 제2 격자의 제2 부분
    을 포함하고,
    상기 제1 부분의 각각의 제1 격자는:
    제1 경사각; 및
    제1 격자 벡터 - 상기 제1 격자 벡터는 상기 제1 경사각에 의해 정의되는 상기 기판의 기원에 대한 각각의 제1 격자의 제1 배향임 -
    를 포함하고,
    상기 제2 부분의 각각의 제2 격자는:
    제2 경사각 - 상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각과 상이함 -; 및
    제2 격자 벡터 - 상기 제2 격자 벡터는 상기 제1 격자 벡터와 상이하고, 상기 제2 격자 벡터는 상기 제2 경사각에 의해 정의되는 상기 기판의 상기 기원에 대한 상기 제2 격자의 제2 배향임 -
    를 포함하고,
    각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자의 격자 물질은 1.5 내지 2.65의 굴절률을 갖는, 광학 디바이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 경사각 및 제2 경사각은 25 ° 내지 75 °인, 광학 디바이스.
  9. 제7항에 있어서,
    각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자는 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 또는 이산화지르코늄(ZrO2) 중 하나 이상의 격자 물질로 구성되는, 광학 디바이스.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자 위에 불투명 하드마스크가 배치되는, 광학 디바이스.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기판과, 각각의 제1 격자 및 각각의 제2 격자 사이에 투명한 식각 정지 층이 배치되는, 광학 디바이스.
  13. 광학 디바이스로서,
    기판 상에 배치된 하나 이상의 제1 격자의 제1 부분; 및
    상기 기판 상에 배치된 하나 이상의 제2 격자의 제2 부분
    을 포함하고,
    상기 제1 부분의 각각의 제1 격자는:
    제1 격자 벡터; 및
    제1 경사각(θ'1)
    을 포함하고,
    상기 제2 부분의 각각의 제2 격자는:
    제2 격자 벡터 - 상기 제2 격자 벡터는 상기 제1 격자 벡터와 상이함 -; 및
    제2 경사각(θ'2) - 상기 제2 경사각(θ'2)은 상기 제1 경사각(θ'1)과 상이함 -
    을 포함하며,
    상기 광학 디바이스는,
    상기 기판 상에 배치된 격자 물질을 갖는 상기 기판에 이온 빔을 투사하는 단계 - 상기 이온 빔은 상기 기판의 표면 법선에 대해 이온 빔 각도(θ)로 상기 격자 물질과 접촉하도록 구성됨 - 를 포함하는 프로세스에 의해 형성되고,
    상기 기판의 상기 제1 부분은, 상기 제1 부분의 상기 격자 물질과 접촉하는 상기 이온 빔에 의해 형성될 하나 이상의 제1 격자의 상기 제1 격자 벡터와 상기 이온 빔 사이의 제1 회전 각도(φ1)에 위치되고;
    상기 제1 회전 각도(φ1)는, 상기 기판의 상기 표면 법선에 대해 상기 제1 경사각(θ'1)을 갖는 상기 하나 이상의 제1 격자를 형성하도록 선택되고;
    상기 기판의 상기 제2 부분은, 상기 격자 물질과 접촉하는 상기 이온 빔에 의해 형성될 하나 이상의 제2 격자의 상기 제2 격자 벡터와 상기 이온 빔 사이의 제2 회전 각도(φ2)에 위치되고;
    상기 제2 회전 각도(φ2)는, 상기 기판의 상기 표면 법선에 대해 상기 제2 경사각(θ'2)을 갖는 상기 하나 이상의 제2 격자를 형성하도록 선택되고, 상기 제1 경사각(θ'1) 및 상기 제2 경사각(θ'2) 중 적어도 하나는 상기 이온 빔 각도(θ)와 상이한,
    광학 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 이온 빔 각도(θ)는 25 ° 내지 75 °인, 광학 디바이스.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 격자 물질은 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 또는 이산화지르코늄(ZrO2) 중 하나 이상으로 구성되는, 광학 디바이스.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 회전 각도(φ1) 및 상기 제2 회전 각도(φ2)는 연립방정식 θ = arctan(tan(θ'1)/cos(φ1)), θ = arctan(tan(θ'2)/cos(φ2)), 및 Δφ = φ2-φ1에 의해 선택되는, 광학 디바이스.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 이온 빔은 리본 빔, 스폿 빔, 또는 전체 기판 크기 빔인, 광학 디바이스.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제2 회전 각도(φ2)는 상기 제1 회전 각도(φ1)와 상이한, 광학 디바이스.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 기판은 상기 이온 빔을 단일 패스로 횡단하는, 광학 디바이스.
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