KR20230048410A - 광학 디바이스 구조물들을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

광학 디바이스 구조물들을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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루도빅 고뎃
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본원에서 설명되는 실시예들은 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 방법들을 제공한다. 방법들은 기판의 회전을 활용하여, 기판 상에 광학 디바이스 구조물들이 형성되게 하고, 기판 위에 배치되는 패턴화된 레지스트 및 디바이스 층 또는 기판 중 하나의 에칭 레이트들의 튜닝 가능성을 활용하여, 다수의 리소그래피 패턴화 단계들 및 앵글드 에칭 단계들 없이 광학 디바이스 구조물들을 형성한다.

Description

광학 디바이스 구조물들을 제조하기 위한 방법
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로 증강, 가상 및 혼합 현실을 위한 광학 디바이스들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 블레이즈드(blazed) 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 것을 제공한다.
[0002] 가상 현실은 컴퓨터 생성 시뮬레이팅 환경인 것으로 일반적으로 간주되는데, 여기서 사용자는 겉보기(apparent) 물리적 존재를 갖는다. 가상 현실 경험은 3D에서 생성될 수 있고 헤드 마운트형 디스플레이(head-mounted display; HMD), 예컨대 실제 환경을 대체하는 가상 현실 환경을 디스플레이하기 위한 렌즈들로서 근안 디스플레이 패널들을 갖는 안경 또는 다른 웨어러블 디스플레이 디바이스들을 사용하여 보일 수 있다.
[0003] 그러나, 증강 현실은, 사용자가 주변 환경을 보기 위한 안경 또는 다른 HMD 디바이스의 디스플레이 렌즈들을 통해 여전히 볼 수 있고, 게다가, 디스플레이를 위해 생성되며 환경의 일부로서 보이는 가상 오브젝트들의 이미지들을 또한 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. 증강 현실은 임의의 타입의 입력, 예컨대 오디오 및 햅틱 입력들뿐만 아니라, 사용자가 경험하는 환경을 향상 또는 증강시키는 가상 이미지들, 그래픽들, 및 비디오를 포함할 수 있다. 신흥의 기술로서, 증강 현실에는 많은 난제들 및 설계 제약들이 있다.
[0004] 하나의 그러한 난제는 주변 환경에 오버레이되는 가상 이미지를 디스플레이하는 것이다. 도파관 결합기들, 예컨대 증강 현실 도파관 결합기들, 및 편평한 광학 디바이스들, 예컨대 메타표면(metasurface)들을 포함하는 광학 디바이스들은 이미지들을 오버레이하는 데 지원하기 위해 사용된다. 생성된 광은, 광이 광학 디바이스를 빠져나와 주변 환경에 오버레이될 때까지, 광학 디바이스를 통해 전파된다. 광학 디바이스들은 광학 디바이스 기판의 표면에 대해 블레이즈드(blazed) 각도들을 갖는 구조물들을 필요로 할 수 있다. 종래에, 하나 이상의 앵글드(angled) 에칭 도구들을 사용하여 블레이즈드 광학 디바이스 구조물들을 제조하는 것은 다수의 리소그래피 패턴화 단계들 및 앵글드 에칭 단계들을 필요로 한다. 다수의 리소그래피 패턴화 단계들 및 앵글드 에칭 단계들은 제조 시간을 증가시키고 비용을 증가시킨다.
[0005] 따라서, 기술 분야에서 필요로 되는 것은 앵글드 에칭 도구들을 사용하여 블레이즈드 광학 디바이스 구조물들을 포함하는 광학 디바이스들을 형성하는 개선된 방법들이다.
[0006] 하나의 실시예에서, 방법이 제공된다. 방법은 빔의 경로에서 기판을 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝시키는 단계를 포함한다. 빔은 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
Figure pct00001
)로 기판의 표면에 투사되도록 구성된다. 패턴화된 레지스트가 기판 위에 형성되는데, 여기서 패턴화된 레지스트는 두 개 이상의 레지스트 구조물들 및 하나 이상의 갭들을 포함한다. 레지스트 구조물들 각각은 폭을 가지며, 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 갖는다. 방법은 빔을 사용하여, 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 기판을 에칭하는 단계 및 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 레지스트 구조물들의 폭이 감소되고 갭들의 라인폭이 증가되도록, 빔을 향해 배향되는 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 단계를 포함한다. 방법은 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 제1 회전 각도(φ1)에 있는 기판을 에칭하는 단계 및 기판에 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계는, 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 갭들의 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것 및 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 기판을 에칭하는 것을 반복하는 단계를 포함한다.
[0007] 다른 실시예에서, 방법이 제공된다. 방법은 빔의 경로에서 기판을 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝시키는 단계를 포함한다. 빔은 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
Figure pct00002
)로 기판의 표면에 투사되도록 구성된다. 디바이스 층이 기판 위에 형성되고 패턴화된 레지스트가 디바이스 층 상에서 형성된다. 패턴화된 레지스트는 두 개 이상의 레지스트 구조물들 및 하나 이상의 갭들을 포함한다. 레지스트 구조물들 각각은 폭을 가지며, 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 갖는다. 방법은 빔을 사용하여, 기판이 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 상태에서 디바이스 층을 에칭하는 단계 및 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 레지스트 구조물들의 폭이 감소되고 갭들의 라인폭이 증가되도록, 빔을 향해 배향되는 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 단계를 포함한다. 방법은 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 제1 회전 각도(φ1)에 있는 디바이스 층을 에칭하는 단계 및 디바이스 층에서 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계는, 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 갭들의 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것 및 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 디바이스 층을 에칭하는 것을 반복하는 단계를 포함한다.
[0008] 또 다른 실시예에서, 방법이 제공된다. 방법은 빔의 경로에서 기판을 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝시키는 단계를 포함한다. 빔은 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
Figure pct00003
)로 기판의 표면에 투사되도록 구성된다. 패턴화된 레지스트가 기판 위에 형성되는데, 여기서 패턴화된 레지스트는 두 개 이상의 레지스트 구조물들 및 하나 이상의 갭들을 포함한다. 레지스트 구조물들 각각은 폭을 가지며, 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 갖는다. 기판은 기판 에칭 화학 물질(chemistry)에 의해 생성되는 빔에 의해 에칭되고 레지스트 구조물들은 기판 에칭 화학 물질과는 상이한 레지스트 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 빔에 의해 에칭된다. 방법은 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 빔을 사용하여, 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 기판을 에칭하고 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키는 단계 및 빔 각도(
Figure pct00004
)로 빔을 사용하여 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 단계를 더 포함한다. 레지스트 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 빔은, 레지스트 구조물들의 폭이 감소되고 갭들의 라인폭이 증가되도록, 빔을 향해 배향되는 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭한다. 방법은 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 빔을 사용하여 제1 회전 각도(φ1)에 있는 기판을 에칭하는 단계 및 기판에 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계는, 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 갭들의 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 레지스트 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 빔을 사용하여 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것 및 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 빔을 사용하여 기판을 에칭하는 것을 반복하는 단계를 포함한다.
[0009] 본 개시내용의 상기 기재된 피처들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 상기에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 더욱 특정한 설명이 실시예들에 대한 참조에 의해 이루어질 수 있는데, 그들 중 일부는 첨부된 도면들에서 예시된다. 그러나, 첨부의 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하고 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 다른 동등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것을 유의해야 한다.
[0010] 도 1a는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 광학 디바이스의 사시 정면도이다.
[0011] 도 1b 및 도 1c는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 디바이스 구조물들의 개략적인 단면도들이다.
[0012] 도 2는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 앵글드 에칭 시스템의 개략적인 측면도이다.
[0013] 도 3은 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 앵글드 에칭 시스템의 개략적인 단면도이다.
[0014] 도 4는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 광학 디바이스 구조물의 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들을 형성하기 위한 방법의 흐름도이다.
[0015] 도 5a 내지 도 5e는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들을 형성하기 위한 방법 동안 기판의 일부의 개략적인 단면도들이다.
[0016] 도 5f 내지 도 5j는 본원에서 설명되는 실시예들에 따른 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들을 형성하기 위한 방법 동안 기판의 일부의 개략적인 상면도들이다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해, 가능한 경우, 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 하나의 실시예의 엘리먼트들 및 피처들은 추가적인 기재없이 다른 실시예들에서 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0018] 본 발명의 실시예들은 일반적으로 증강, 가상 및 혼합 현실을 위한 광학 디바이스들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에서 설명되는 실시예들은 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 방법들을 제공한다. 방법들은 기판의 회전을 활용하여, 기판 상에 광학 디바이스 구조물들이 형성되게 하고, 기판 위에 배치되는 패턴화된 레지스트 및 디바이스 층 또는 기판 중 하나의 에칭 레이트들의 튜닝 가능성(tunability)을 활용하여, 다수의 리소그래피 패턴화 단계들 및 앵글드 에칭 단계들 없이 광학 디바이스 구조물들을 형성한다.
[0019] 하나의 실시예에서, 방법은 빔의 경로에서 제1 회전 각도(φ1)로 기판을 포지셔닝시키는 단계를 포함하는데, 빔은 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
Figure pct00005
)로 기판의 표면에 투사되도록 구성된다. 기판은 그 위에 형성되는 패턴화된 레지스트를 갖는다. 패턴화된 레지스트는 두 개 이상의 레지스트 구조물들을 포함한다. 레지스트 구조물들 각각은 폭 및 하나 이상의 갭들을 갖는다. 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 갖는다. 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 기판은 빔을 사용하여 에칭된다. 기판은 제2 회전 각도(φ2)까지 회전되고, 레지스트 구조물들의 측벽들은 레지스트 구조물들의 폭이 감소되고 갭들의 라인폭이 증가되도록, 빔 각도(
Figure pct00006
)로 빔을 사용하여 에칭된다. 기판은 제1 회전 각도(φ1)까지 회전되고 기판은 빔을 사용하여 제1 회전 각도(φ1)로 에칭된다. 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들이 기판에서 형성된다. 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 것은, 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 갭들의 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것 및 기판을 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 빔을 사용하여 기판을 에칭하는 것을 반복하는 것을 포함한다.
[0020] 도 1a는 광학 디바이스(100)의 사시 정면도를 예시한다. 하기에서 설명되는 광학 디바이스(100)는 예시적인 광학 디바이스라는 것이 이해되어야 한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광학 디바이스(100)는 도파관 결합기, 예컨대 증강 현실 도파관 결합기이다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 광학 디바이스(100)는 편평한 광학 디바이스, 예컨대 메타표면이다. 광학 디바이스(100)는 (도 1b에서 도시되는 바와 같이) 기판(101)에 또는 (도 1c에서 도시되는 바와 같이) 기판(101) 상에 배치되는 복수의 디바이스 구조물들(102)을 포함한다. 도 1c에서 도시되는 바와 같이, 디바이스 구조물들(102)은 기판(101) 상에서 형성되는 디바이스 층(114)에서 형성된다. 디바이스 구조물들(102)은 마이크로미터 미만의(sub-micron) 치수들, 예를 들면, 1 ㎛ 미만의 임계 치수들과 같은 나노 사이즈의 치수들을 갖는 나노구조물들일 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 디바이스 구조물들(102)의 영역들은 하나 이상의 격자들(104), 예컨대 제1 격자(104a), 제2 격자(104b), 및 제3 격자(104c)에 대응한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 광학 디바이스(100)는, 적어도, 입력 커플링 격자에 대응하는 제1 격자(104a) 및 출력 커플링 격자에 대응하는 제3 격자(104c)를 포함하는 도파관 결합기이다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는, 실시예에 따른 도파관 결합기는 중간 격자에 대응하는 제2 격자(104b)를 포함할 수 있다.
[0021] 도 1b 및 도 1c는 복수의 디바이스 구조물들(102)의 개략적인 단면도들이다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 디바이스 구조물들(102)은 메타표면과 같은 편평한 광학 디바이스의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이다. 본원에서 설명되는 방법(400)은 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 형성한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 디바이스 구조물들(102)은 도파관 결합기, 예컨대 증강 현실 도파관 결합기의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 실시예에 따른 도파관 결합기는 격자들(104) 중 적어도 하나에서 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 포함할 수 있다. 블레이즈드 디바이스 구조물들(106) 각각은 블레이즈드 표면(108), 측벽(112), 깊이(h), 및 라인폭(d)을 포함한다. 블레이즈드 표면(108)은 복수의 단차(step)들(110)을 갖는다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 블레이즈드 표면(108)은 적어도 16 개의 단차들(110), 예컨대 32 개보다 더 많은 단차들(110), 예를 들면, 64 개의 단차들(110)을 포함한다. 블레이즈드 표면(108)은 블레이즈 각도(blaze angle; γ)를 갖는다. 블레이즈 각도(γ)는 블레이즈드 표면(108)과 기판(101)의 표면 평행선(p) 사이의 각도 및 기판(101)의 표면 법선과 블레이즈드 표면(108)의 패싯 법선(facet normal; f) 사이의 각도이다. 깊이(h)는 측벽(112)의 높이에 대응하고 라인폭(d)은 인접한 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 측벽들(112) 사이의 거리들에 대응한다.
[0022] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 두 개 이상의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 블레이즈 각도(γ)는 상이하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 두 개 이상의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 블레이즈 각도(γ)는 동일하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 두 개 이상의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 깊이(h)는 상이하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 두 개 이상의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 깊이(h)는 동일하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 두 개 이상의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 라인폭(d)은 상이하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 하나 이상의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 라인폭들(d)은 동일하다.
[0023] 기판(101)은 또한 약 100에서부터 약 3000 나노미터까지의 하나 이상의 파장들과 같은, 소망되는 파장 또는 파장 범위의 적절한 양의 광을 투과시키도록 선택될 수 있다. 제한 없이, 일부 실시예들에서, 기판(101)은 기판(101)이 광 스펙트럼의 IR 내지 UV 영역의 약 50 % 이상 내지 약 100 %를 투과시키도록 구성된다. 기판(101)이 소망되는 파장 또는 파장 범위의 광을 적절하게 투과시킬 수 있고 본원에서 설명되는 (블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이 디바이스 층(114)에서 형성될 때) 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)에 대한 적절한 지지체로서 기능할 수 있다면, 기판(101)은 임의의 적절한 재료로부터 형성될 수 있다. 기판 선택은, 비정질(amorphous) 유전체들, 넌-비정질(non-amorphous) 유전체들, 결정질(crystalline) 유전체, 실리콘 산화물, 폴리머들, 및 이들의 조합들을 포함하는, 그러나 이들로 제한되지는 않는 임의의 적절한 재료의 기판들을 포함할 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 기판(101)은 투명 재료를 포함한다. 적절한 예들은 산화물, 황화물, 인화물, 텔루르화물(telluride) 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 기판(101)은 실리콘(Si), 실리콘 이산화물(SiO2), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 사파이어 및 고굴절률 유리와 같은 고굴절률 투명 재료들을 포함한다.
[0024] 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 디바이스 층(114)은, 실리콘 산탄화물(SiOC), 티타늄 이산화물(TiO2), 실리콘 이산화물(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 인듐 주석 산화물(ITO), 주석 이산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 오산화물(Ta2O5), 실리콘 질화물(Si3N4), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 니오븀 산화물(Nb2O5), 카드뮴 주석산염(cadmium stannate)(Cd2SnO4) 또는 실리콘 탄소-질화물(SiCN) 함유 재료들 중 하나 이상을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 디바이스 층(114)의 재료는 약 1.5와 약 2.65 사이의 굴절률을 가질 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예들에서, 디바이스 층(114)의 재료는 약 3.5와 약 4.0 사이의 굴절률을 가질 수 있다.
[0025] 도 2는 앵글드 에칭 시스템(200)의 개략적인 측면도이다. 하기에서 설명되는 앵글드 에칭 시스템(200)은 예시적인 앵글드 에칭 시스템이며, 다른 앵글드 에칭 시스템들이 본 개시내용의 실시예들에 따른 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 갖는 광학 디바이스들(100)과 함께 사용될 수 있거나 또는 광학 디바이스들(100)을 제조하도록 수정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0026] 앵글드 에칭 시스템(200)은 이온 빔 챔버(202)를 포함한다. 전력 소스(204), 제1 가스 소스(206), 및 제2 가스 소스가 이온 빔 챔버(202)에 커플링된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 전력 소스(204)는 라디오 주파수(RF) 전력 소스이다. 제1 가스 소스(206)는 이온 빔 챔버(202)의 내부 볼륨(205)과 유체 연통한다. 제1 가스 소스(206)는 불활성 가스, 예컨대 아르곤, 수소 또는 헬륨을 이온 빔 챔버(202)에 공급하는 불활성 가스 소스이다. 제2 가스 소스(208)는 이온 빔 챔버(202)의 내부 볼륨(205)과 유체 연통한다. 제2 가스 소스(208)는 이온 빔 챔버(202)에 프로세스 가스를 공급하는 프로세스 가스 소스이다. 프로세스 가스는, 염소 함유 가스, 불소 함유 가스, 브롬 함유 가스, 산소 함유 가스, 실리콘 함유 가스, 질소 함유 가스, 수소 함유 가스, 등 중 하나 이상을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는, 본원에서 설명되는 방법(400)의 실시예들에서, 두 개 이상의 프로세스 가스들이 활용될 수 있다.
[0027] 제1 프로세스 가스는 레지스트 재료에 대해 선택적인 기판 에칭 화학 물질을 가질 수 있다. 기판 에칭 화학 물질을 갖는 제1 프로세스 가스의 에칭 선택도는 약 5:1 이상의 기판 재료 대 레지스트 재료의 선택도(하기에서 설명됨)를 제공한다. 디바이스 재료 에칭 화학 물질을 갖는 제1 프로세스 가스의 에칭 선택도는 약 5:1 이상의 디바이스 재료 대 레지스트 재료의 선택도를 제공한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 기판 에칭 화학 물질은 염소 함유 가스, 불소 함유 가스, 또는 이들의 조합을 포함한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 디바이스 재료 에칭 화학 물질은 염소 함유 가스, 불소 함유 가스, 또는 이들의 조합을 포함한다.
[0028] 제2 프로세스 가스는 기판 재료 또는 디바이스 재료에 대해 선택적인 레지스트 에칭 화학 물질을 가질 수 있다. 레지스트 에칭 화학 물질을 갖는 제2 프로세스 가스의 에칭 선택도는 약 10:1 이상의 레지스트 재료 대 기판 재료의 선택도 또는 약 10:1 이상의 레지스트 재료 대 디바이스 재료의 선택도를 제공한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 레지스트 에칭 화학 물질은 산소 가스(O2) 및 탄소 4불화물(carbon tetrafluoride; CF4)을 포함한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 레지스트 에칭 화학 물질은 아르곤 가스(Ar), 질소 가스(N2), 및 수소 가스(H2)를 포함한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예에서, 레지스트 에칭 화학 물질은 질소 가스(N2) 및 수소 가스(H2)를 포함한다.
[0029] 동작에서, 플라즈마를 생성하기 위해 이온 빔 챔버(202)의 내부 볼륨(205)에 제공되는 프로세스 가스 및 불활성 가스에 전력 소스(204)를 통해 RF 전력을 인가하는 것에 의해 플라즈마가 이온 빔 챔버(202)에서 생성된다. 불활성 가스 및 프로세스 가스의 플라즈마의 이온들은 추출 플레이트(212)의 어퍼쳐(210)를 통해 추출되어 이온 빔(216)을 생성한다. 이온 빔 챔버(202)의 어퍼쳐(210)는 기판(101)에 대해 수직으로 배향되는 기준 평면(datum plane; 218)(즉, 표면 법선(s))에 대해 각도(α)로 이온 빔(216)을 지향시키도록 동작 가능하다. 이온 빔(216)은 스팟 빔, 리본 빔, 또는 전체 기판 사이즈 빔을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 생성되는 이온 빔(216)은 활용되는 프로세스 가스에 따라 기판 에칭 화학 물질, 디바이스 재료 에칭 화학 물질, 또는 레지스트 에칭 화학 물질 중 하나를 포함한다.
[0030] 기판(101)은 제1 액추에이터(219)에 커플링되는 플래튼(214) 상에서 유지된다. 선형 액추에이터, 회전식 액추에이터, 스테퍼 모터, 등일 수 있는 제1 액추에이터(219)는 스캐닝 모션에서 플래튼(214)을 y 방향 및/또는 z 방향을 따라 이동시키도록 구성된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 제1 액추에이터(219)는 기판(101)이 이온 빔 챔버(202)의 x 축에 대해 틸트 각도(β)로 포지셔닝되도록 플래튼(214)을 기울이도록 추가로 구성된다. 각도(α) 및 틸트 각도(β)는 기판(101)에 수직인 기준 평면(218)에 대해 빔 각도(
Figure pct00007
)를 초래한다. 제2 액추에이터(220)는 플래튼(214)의 x 축을 중심으로 기판(101)을 회전시키기 위해 플래튼(214)에 또한 커플링될 수 있다.
[0031] 도 3은 앵글드 에칭 시스템(300)의 개략적인 단면도이다. 하기에서 설명되는 앵글드 에칭 시스템(300)은 예시적인 앵글드 에칭 시스템이며, 다른 앵글드 에칭 시스템들이 본 개시내용의 실시예들에 따른 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 갖는 광학 디바이스들(100)과 함께 사용될 수 있거나 또는 광학 디바이스들(100)을 제조하도록 수정될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0032] 앵글드 에칭 시스템(300)은 전자 빔 챔버(302)를 포함한다. 전력 소스(304), 제1 가스 소스(306), 및 제2 가스 소스(308)가 전자 빔 챔버(302)에 커플링된다. 제1 가스 소스(306) 및 제2 가스 소스(308)는 전자 빔 챔버(302)의 내부 볼륨(305)과 유체 연통한다. 예를 들면, 제1 가스 소스(306) 및 제2 가스 소스(308)는 전극(322)을 통해 연장될 수 있거나 또는 전극(322)은 가스 전달 샤워헤드로서 기능하는 복수의 어퍼쳐들을 포함할 수 있다. 제1 가스 소스(306)는 (상기에서 설명되는 바와 같은) 불활성 가스를 전자 빔 챔버(302)에 공급하는 불활성 가스 소스이다. 제2 가스 소스(308)는 프로세스 가스를 전자 빔 챔버(302)에 공급하는 (상기에서 설명되는 바와 같은) 프로세스 가스 소스이다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는, 본원에서 설명되는 방법(400)의 실시예들에서, 두 개 이상의 프로세스 가스들이 활용될 수 있다. 두 개 이상의 프로세스 가스들은 본원에서 설명되는 기판 에칭 화학 물질, 디바이스 재료 에칭 화학 물질, 및 레지스트 에칭 화학 물질을 포함한다.
[0033] 기판(101)은 제1 액추에이터(321)에 커플링되는 플래튼(314) 상에서 유지된다. 선형 액추에이터, 회전식 액추에이터, 스테퍼 모터, 등일 수 있는 제1 액추에이터(321)는 전자 빔 챔버(302) 내에서 플래튼(314)을 상승 및 하강시키도록 구성된다. 제2 액추에이터(320)는 플래튼(314)의 수직 축을 중심으로 기판(101)을 회전시키기 위해 플래튼(314)에 또한 커플링될 수 있다. 플래튼(314)은 내부에 배치되는 전극(324)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전극(324)은 기판(101)의 프로세싱 동안 기판(101)을 그에 고정하기 위한 척킹 장치, 예컨대 정전 척이다. 전력 소스(304)로부터의 전력은 전극(324)을 바이어싱하여 기판(101)을 전극(324)에 척킹하거나 또는 기판(101) 상의 전자들의 충격에 영향을 끼치도록 활용될 수 있다.
[0034] 동작에서, 예를 들면, 유도 커플링에 의해, 다양한 벌크 및 표면 프로세스들에 의해 전자 빔 챔버(302)에서 플라즈마가 생성된다. 유도 커플링 플라즈마에 의해 생성되는 이온들은 불활성 가스 및 프로세스 가스의 플라즈마로부터 생성되는 이온들에 의한 전극(322)의 충격을 촉진하는 전기장에 의해 영향을 받는 것으로 여겨진다. 용량적 커플링 배열, 할로우 캐소드 배열(hollow cathode arrangement), 직류 전극 바이어싱, 또는 전자 빔 플라즈마 생성 프로세스들과 같은 다른 플라즈마 생성 프로세스들이 본원에서 설명되는 실시예들에 따라 활용될 수 있다.
[0035] 전극(322)의 이온 충격은 전극(322)으로 하여금 2차 전자들을 방출하게 하는 것으로 여겨진다. 음의 전하를 갖는 에너제틱한(energetic) 2차 전자들이 전극(322)으로부터 방출된다. 그러므로, 전자 빔(316)은 기판(101)에 대해 법선으로 배향되는 기준 평면(318)(즉, 표면 법선(s))에 대해 빔 각도(
Figure pct00008
)로 전극(322)으로부터 가속된다. 전자 빔(316)은 스팟 빔, 리본 빔, 또는 전체 기판 사이즈 빔을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 생성되는 전자 빔(316)은 활용되는 프로세스 가스에 따라 기판 에칭 화학 물질, 디바이스 재료 에칭 화학 물질, 또는 레지스트 에칭 화학 물질 중 하나를 포함한다.
[0036] 본원에서 설명되는 바와 같이, 앵글드 에칭 시스템(200)(예를 들면, 이온 빔 에칭 시스템)으로부터 생성되는 이온 빔(216) 및 앵글드 에칭 시스템(300)(예를 들면, 전자 빔 에칭 시스템)으로부터 생성되는 전자 빔(316)은 (도 5a 내지 도 5j에서 도시되는 바와 같이) 일괄적으로 빔(516)으로서 설명되는데, 여기서 빔(516)은 이온 빔 또는 전자 빔 중 하나이다. 설명되는 다른 실시예들과 결합될 수 있는 방법(400)의 실시예들에서, 빔(516)은 본원에서 설명되는 방법(400)의 동작들에서 기판 에칭 화학 물질, 디바이스 재료 에칭 화학 물질, 또는 레지스트 에칭 화학 물질 중 하나를 갖는다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 적어도 기판 에칭 화학 물질 및 레지스트 에칭 화학 물질은 상이하다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예들에서, 적어도 디바이스 재료 에칭 화학 물질 및 레지스트 에칭 화학 물질은 상이하다. 본원에서 설명되는 바와 같이, 디바이스 층(114) 또는 기판(101) 중 하나 및 레지스트 재료(506)의 에칭 레이트들의 튜닝 가능성 및 기판(101)의 회전은 다수의 리소그래피 패턴화 단계들 및 앵글드 에칭 단계들 없이 블레이즈드 광학 디바이스 구조물들을 형성한다.
[0037] 도 4는 도 5a 내지 도 5e 및 도 5f 내지 도 5j에서 도시되는 바와 같은 광학 디바이스 구조물(100)의 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 형성하기 위한 방법(400)의 흐름도이다. 도 5a 내지 도 5e는 방법(400) 동안 기판(101)의 부분(501)의 개략적인 단면도들이다. 도 5f 내지 도 5j는 방법(400) 동안 기판(101)의 부분(501)의 개략적인 상면도들이다.
[0038] 설명을 용이하게 하기 위해, 방법(400)은 도 2의 앵글드 에칭 시스템(200) 및 도 3의 앵글드 에칭 시스템(300)을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 앵글드 에칭 시스템들(200, 300) 이외의 앵글드 에칭 시스템들이 방법(400)과 연계하여 활용될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 부분(501)은, 상부에 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이 형성되어 있는, 편평한 광학 디바이스의 기판(101)의 일부 또는 전체 표면에 대응할 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 부분(501)은, 상부에 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이 형성되어 있는, 도파관 결합기의 기판(101)의 일부 또는 전체 표면에 대응할 수 있다. 부분(501)은 하나 이상의 격자들(104)에 대응할 수 있다. 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이 기판에 배치되도록 기판(101)을 에칭하는 것을 도 5a 내지 도 5e 및 도 5f 내지 도 5j가 묘사하고 있지만, 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이 디바이스 층(114)에서 배치되도록 (상기에서 설명되는 바와 같은) 디바이스 층(114)이 표면(103) 상에 배치될 수 있다.
[0039] 동작(401)에서, 도 5a 및 도 5f에서 도시되는 바와 같이, 기판(101)은, 도 5f에서 도시되는 바와 같이, 기준 라인(502)에 의해 정의되는 바와 같은 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 제1 회전 각도(φ1)는 기준 라인(502)에 의해 정의되는 0°이다. 기판(101) 또는 디바이스 층(114)(도시되지 않음)은 그 상에 배치되는 패턴화된 레지스트(504)를 포함한다. 패턴 레지스트(504)는 기판(101)의 표면(103) 위에 배치되는 복수의 레지스트 구조물들(508)로 패턴화되는 레지스트 재료(506)를 포함한다. 패턴화된 레지스트(504)의 레지스트 재료(506)는 (기판(101)이 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 형성하기 위해 에칭되는 실시예들에서) 기판 에칭 화학 물질에 기초하여 또는 (블레이즈드 디바이스 구조물들(106)을 형성하기 위해 디바이스 층(114)이 에칭되는 실시예들에서) 디바이스 재료 에칭 화학 물질에 기초하여 선택된다. 하나의 실시예에서, 레지스트 재료(506)는, 패턴화된 레지스트(504)가 리소그래피 프로세스, 예컨대 포토리소그래피 또는 디지털 리소그래피에 의해, 또는 레이저 애블레이션 프로세스에 의해 패턴화되어 복수의 레지스트 구조물들(508)을 형성할 수 있도록 감광성 재료이다. 하나의 실시예에서, 레지스트 재료(506)는 패턴화된 레지스트(504)가 나노임프린트 프로세스에 의해 패턴화되어 복수의 레지스트 구조물들(508)을 형성할 수 있는 임프린트 가능한(imprintable) 재료이다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 레지스트 재료(506)는 하드마스크 재료이고 패턴화된 레지스트(504)는 하나 이상의 에칭 프로세스들을 통해 패턴화되어 복수의 레지스트 구조물들(508)을 형성한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 또 다른 실시예에서, 패턴화된 레지스트(504)는 광학 평탄화 층이다.
[0040] 각각의 레지스트 구조물(508)은 저부 표면(509), 제1 측벽(510), 제2 측벽(512), 및 최상부 표면(514)을 포함한다. 각각의 레지스트 구조물(508)은 저부 표면(509)으로부터 최상부 표면(514)까지의 높이(515)를 갖는다. 각각의 레지스트 구조물(508)은 레지스트 구조물(508)의 제1 측벽(510)으로부터 제2 측벽(512)까지의 폭(522)을 갖는다. 복수의 갭들(518)이 인접한 레지스트 구조물들(508)에 의해 정의된다. 갭들(518) 각각은 인접한 레지스트 구조물들(508)의 제1 측벽(510)과 제2 측벽(512) 사이에 라인폭(520)을 갖는다. 높이(515), 라인폭(520), 및 폭(522)은, 블레이즈드 표면(108)의 단차들(110)의 수 및 복수의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)의 라인폭(d)을 튜닝하도록 선택된다. 예를 들면, 높이(515)를 증가시키는 것은, 단차들(110)의 수가 증가되도록, 기판(101)(또는 디바이스 층(114)) 및 레지스트 구조물(508)을 에칭하는 반복된 간격들의 횟수를 증가시킨다.
[0041] 동작(402)에서, 기판(101)은 기판(101)의 표면 법선에 대해 빔 각도(
Figure pct00009
)로 빔(516)에 노출된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 빔 각도(
Figure pct00010
)는 기판(101)의 표면 법선에 대해 약 10 도 내지 약 80도이다. 빔(516)은 레지스트 재료(506)에 대해 선택적인 기판 에칭 화학 물질 또는 디바이스 에칭 화학 물질을 갖는데, 즉, 기판(101)의 노출된 부분들(517) 또는 디바이스 층(114)(도시되지 않음)의 노출된 부분들이 레지스트 재료(506)보다 높은 레이트로 제거된다. 빔(516)이 기판(101)의 노출된 부분들을 에칭한 이후, (도 5b에서 도시되는 바와 같이) 동작(402)에서 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)에 대응하는 노출된 부분들(517)의 깊이(h)가 형성된다.
[0042] 동작(403)에서, 기판(101)은, 도 5h에서 도시되는 바와 같이, 기준 라인(502)에 의해 정의되는 제2 회전 각도(φ2)까지 회전된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 기판(101)을 유지하는 플래튼(214, 314)은 제2 회전 각도(φ2)까지 회전된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 다른 실시예에서, 제2 회전 각도(φ2)는 기준 라인(502)에 대해 90°에 대응한다. 기판(101)의 회전은 90°에 대응하는 회전 각도(φ)로 제한되는 것이 아니라, 임의의 사전 결정된 각도(φ)에 대응할 수 있다. 회전은 빔(516)이 섀도우 효과(shadowing effect)에 기인하여 레지스트 구조물들(508)에 접촉하는 것을 가능하게 할 수 있다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 빔(516)은 방법(400) 전체에 걸쳐 기판(101)에 대해 수직으로 배향되는 기준 평면(218, 318)(즉, 표면 법선(s))에 대해 빔 각도(
Figure pct00011
)로 유지될 것이다. 일정한 빔 각도는 빔 각도(
Figure pct00012
)를 재구성할 필요가 없을 것이기 때문에 스루풋이 증가되는 것을 허용한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 본원에서 설명되는 방법(400)은 단지 하나의 앵글드 에칭 시스템(200, 300)만을 사용하고, 대량 생산 성능을 제공하기 위해 레지스트 재료(506)가 단지 한 번만 패턴화되는 것을 요구한다.
[0043] 동작(404)에서, 레지스트 구조물들은 빔 각도(
Figure pct00013
)로 빔(516)에 노출된다. 빔(516)은, 어떤 측벽(510, 512)이 빔(516)에 노출되는지에 대응하여, 제1 측벽(510) 또는 제2 측벽(512) 중 어느 하나를 에칭한다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 실시예들에서, 제1 측벽(510)은 빔(516)에 노출된다. 빔(516)은 레지스트 에칭 화학 물질에 대응하는 화학적 성질을 가지며, 그 결과, 이온들 또는 전자들은 레지스트 에칭 프로세스 동안 레지스트 구조물들(508)만을 실질적으로 에칭할 것이다. 레지스트 에칭 화학 물질은 기판(101) 또는 디바이스 층(114)에 대해 선택적인데, 즉, 레지스트 구조물들(508)은 디바이스 층(114) 또는 기판(101)보다 높은 레이트로 제거된다. 빔(516)이 레지스트 구조물들(508)을 에칭한 이후, 레지스트 구조물(508)의 폭(522)은 도 5a 및 도 5b에서 도시되는 폭에 비해 감소된다. 제1 측벽과 제2 측벽 사이의 라인폭(520)은 도 5a 및 도 5b에서 도시되는 라인폭에 비해 증가된다.
[0044] 도 5c에서 도시되는 바와 같이, 복수의 단차들(110) 중 제1 단차가 형성된다. 복수의 단차들(110)은 도 1b 및 도 1c에서 도시되는 블레이즈드 표면(108)을 형성한다. 블레이즈 각도(γ)는 블레이즈드 표면(108)과 기판(101)의 표면 평행선(p) 사이의 각도이다. 블레이즈 각도(γ)는 빔(516)의 에칭 레이트를 증가시키는 것 또는 감소시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 블레이즈 각도(γ)의 조정들은, 깊이(h), 라인폭(520) 및 폭(522)이 블레이즈드 표면(108) 상에 형성되는 상이한 수의 단차들(110)에 대응하는 사전 결정된 값들에 있도록 상이한 레이트들에서 에칭하는 것에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 블레이즈 각도(γ)가 조정될 수 있고, 블레이즈드 디바이스 구조물들(106), 예컨대 격자(104)의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)은 광학 디바이스(100)를 통해 전파되는 광을 소망되는 대로 변조할 수 있다.
[0045] 동작(405)에서, 동작들(401 내지 404)은 (도 1b 및 도 1c에서 도시되는 바와 같은) 사전 결정된 수의 단차들(110)이 광학 디바이스(100) 상에서 형성될 때까지 반복된다. 본원에서 설명되는 다른 실시예들과 조합될 수 있는 하나의 실시예에서, 기판(101)은 제1 회전 각도(φ1)까지 회전되고 기판(101) 또는 디바이스 층(114)은, 레지스트 구조물들(508)이 제거되거나 또는 갭들(518)의 라인폭(520)이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 빔(516)을 사용하여 에칭된다. 도 5i에서 도시되는 바와 같이, 상부에 기판(101)이 포지셔닝된 플래튼(214, 314)은 제1 회전 각도(φ1)까지 회전된다. 도 5d에서 도시되는 바와 같이, 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)에 대응하는 노출된 부분들(517)의 깊이(h)는 도 5a 내지 도 5c에서 도시되는 깊이(h)에 비해 증가된다. 도 5j에서 도시되는 바와 같이, 상부에 기판(101)이 포지셔닝된 플래튼(214, 314)은 기준 라인(502)에 의해 정의되는 제2 회전 각도(φ2)까지 회전된다. 빔(516)이 레지스트 구조물들(508)을 에칭한 이후, 레지스트 구조물(508)의 폭(522)은 도 5a 내지 도 5d에서 도시되는 폭에 비해 감소된다. 제1 측벽(510)과 제2 측벽(512) 사이의 라인폭(520)은 도 5a 내지 도 5d에서 도시되는 라인폭(520)에 비해 증가된다. 선택적 동작(406)에서, 디바이스 층(114) 또는 기판(101) 상에 배치되는 잔류 레지스트 재료(506)가 제거된다. 단지 네 개의 레지스트 구조물들(508) 및 세 개의 갭들(518)이 예시되어 있지만, 광학 디바이스(100)에 대한 사전 결정된 설계에 따라 소망되는 수의 블레이즈드 디바이스 구조물들(106)이 형성되도록 전체 패턴화된 레지스트(504)가 에칭될 수 있다.
[0046] 요약하면, 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 방법들이 본원에서 설명된다. 방법들은 기판의 회전을 활용하여, 기판 상에 블레이즈드 광학 디바이스 구조물들이 형성되게 하고, 기판 위에 배치되는 패턴화된 레지스트 및 디바이스 층 또는 기판 중 하나의 에칭 레이트들의 튜닝 가능성을 활용하여, 다수의 리소그래피 패턴화 단계들 및 앵글드 에칭 단계들 없이 블레이즈드 광학 디바이스 구조물들을 형성한다. 일정한 빔 각도는 빔 각도(
Figure pct00014
)를 재구성할 필요가 없을 것이기 때문에 스루풋이 증가되는 것을 허용한다. 단지 하나의 앵글드 에칭 시스템만이 사용될 수 있고 레지스트 재료는 대량 생산 성능을 제공하기 위해 단지 한 번만 패턴화될 필요가 있을 것이다.
[0047] 전술한 내용이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들은 본 개시내용의 기본 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 그 범위는 후속하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 방법으로서,
    빔의 경로에서 제1 회전 각도(φ1)로 기판을 포지셔닝시키는 단계 ― 상기 빔은 상기 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
    Figure pct00015
    )로 상기 기판의 표면에 투사되도록 구성되고, 상기 기판은 상기 기판 위에 형성되는 패턴화된 레지스트를 가지며, 상기 패턴화된 레지스트는,
    두 개 이상의 레지스트 구조물들 ― 상기 레지스트 구조물들 각각은 폭을 가짐 ―; 및
    하나 이상의 갭들 ― 상기 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 상기 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 가짐 ― 을 포함함 ―;
    상기 빔을 사용하여, 상기 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 상기 기판을 에칭하는 단계;
    상기 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 상기 레지스트 구조물들의 상기 폭이 감소되고 상기 갭들의 상기 라인폭이 증가되도록, 상기 빔을 향해 배향되는 상기 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 단계;
    상기 기판을 상기 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 상기 빔을 사용하여 상기 제1 회전 각도(φ1)에 있는 상기 기판을 에칭하는 단계; 및
    상기 기판에 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계는, 상기 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 상기 갭들의 상기 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 상기 기판을 상기 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 상기 빔을 사용하여 상기 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것, 및 상기 기판을 상기 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 상기 빔을 사용하여 상기 기판을 에칭하는 것을 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전 각도(φ1)에 있는 상기 기판을 에칭하는 단계는 상기 패턴화된 레지스트보다 큰 레이트로 상기 기판을 에칭하는 기판 에칭 화학 물질(chemistry)을 사용하여 상기 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트 구조물들의 상기 측벽들을 에칭하는 단계는 상기 기판보다 큰 레이트로 상기 패턴화된 레지스트를 에칭하는 레지스트 에칭 화학 물질을 사용하여 상기 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전 각도(φ1)는 0°인, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회전 각도(φ2)는 90°인, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 각도(
    Figure pct00016
    )는 약 10°내지 약 80°인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 레지스트 구조물들은 감광성의, 임프린트 가능한(imprintable), 광학 평탄화, 또는 하드마스크 재료들을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광학 디바이스 구조물들은 적어도 32 개의 단차(step)들을 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 리본 빔, 스팟 빔, 또는 전체 기판 사이즈 빔인, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 빔은 이온 빔 또는 전자 빔인, 방법.
  11. 방법으로서,
    빔의 경로에서 제1 회전 각도(φ1)로 기판을 포지셔닝시키는 단계 ― 상기 빔은 상기 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
    Figure pct00017
    )로 상기 기판의 표면에 투사되도록 구성되고, 상기 기판은 상기 기판 상에 배치되는 디바이스 층 및 상기 디바이스 층 상에 형성되는 패턴화된 레지스트를 갖고, 상기 패턴화된 레지스트는,
    두 개 이상의 레지스트 구조물들 ― 상기 레지스트 구조물들 각각은 폭을 가짐 ―; 및
    하나 이상의 갭들 ― 상기 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 상기 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 가짐 ― 을 포함함 ―;
    상기 빔을 사용하여, 상기 기판이 상기 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 상태에서 상기 디바이스 층을 에칭하는 단계;
    상기 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 상기 레지스트 구조물들의 상기 폭이 감소되고 상기 갭들의 상기 라인폭이 증가되도록, 상기 빔을 향해 배향되는 상기 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 단계;
    상기 기판을 상기 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 상기 빔을 사용하여 상기 제1 회전 각도(φ1)에 있는 상기 디바이스 층을 에칭하는 단계; 및
    상기 디바이스 층에서 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계는, 상기 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 상기 갭들의 상기 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 상기 기판을 상기 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 상기 빔을 사용하여 상기 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것, 및 상기 기판을 상기 제1 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 상기 빔을 사용하여 상기 디바이스 층을 에칭하는 것을 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디바이스 층을 에칭하는 단계는 상기 패턴화된 레지스트보다 큰 레이트로 상기 디바이스 층을 에칭하는 디바이스 재료 에칭 화학 물질을 사용하여 상기 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 디바이스 재료 대 상기 패턴화된 레지스트의 에칭 선택도는 약 5:1 이상인, 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 레지스트 구조물들의 상기 측벽들을 에칭하는 단계는 상기 디바이스 층보다 큰 레이트로 상기 패턴화된 레지스트를 에칭하는 레지스트 에칭 화학 물질을 사용하여 상기 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 패턴화된 레지스트 대 상기 디바이스 층의 에칭 선택도는 약 10:1 이상인, 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 회전 각도(φ1)는 0°이고, 상기 제2 회전 각도(φ2)는 90°인, 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 빔은 리본 빔, 스팟 빔, 또는 전체 기판 사이즈 빔인, 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 광학 디바이스 구조물들은 적어도 32 개의 단차들을 포함하는, 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 디바이스 층은, 실리콘 산탄화물(SiOC), 티타늄 이산화물(TiO2), 실리콘 이산화물(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 알루미늄 산화물(Al2O3), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 인듐 주석 산화물(ITO), 주석 이산화물(SnO2), 아연 산화물(ZnO), 탄탈룸 오산화물(Ta2O5), 실리콘 질화물(Si3N4), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 니오븀 산화물(Nb2O5), 카드뮴 주석산염(cadmium stannate)(Cd2SnO4) 또는 실리콘 탄소-질화물(SiCN) 함유 재료들 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  20. 방법으로서,
    빔의 경로에서 제1 회전 각도(φ1)로 기판을 포지셔닝시키는 단계 ― 상기 빔은 상기 기판의 표면 법선에 대해 빔 각도(
    Figure pct00018
    )로 상기 기판의 표면에 투사되도록 구성되고, 상기 기판은 상기 기판 위에 형성되는 패턴화된 레지스트를 가지며, 상기 패턴화된 레지스트는,
    두 개 이상의 레지스트 구조물들 ― 상기 레지스트 구조물들 각각은 폭을 가짐 ―; 및
    하나 이상의 갭들 ― 상기 갭들 각각은 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되고, 상기 인접한 레지스트 구조물들에 의해 정의되는 라인폭을 가짐 ― 을 포함하고,
    상기 기판은 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔에 의해 에칭되고; 그리고
    상기 레지스트 구조물들은 상기 기판 에칭 화학 물질과는 상이한 레지스트 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔에 의해 에칭됨 ―;
    상기 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔을 사용하여, 상기 제1 회전 각도(φ1)로 포지셔닝된 상기 기판을 에칭하는 단계;
    상기 기판을 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고 상기 빔 각도(
    Figure pct00019
    )로 상기 빔을 사용하여 상기 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 단계 ― 상기 레지스트 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔은, 상기 레지스트 구조물들의 상기 폭이 감소되고 상기 갭들의 상기 라인폭이 증가되도록, 상기 빔을 향해 배향되는 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭함 ―;
    상기 기판을 상기 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 상기 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔을 사용하여 상기 제1 회전 각도(φ1)에 있는 상기 기판을 에칭하는 단계; 및
    상기 기판에 두 개 이상의 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 광학 디바이스 구조물들을 형성하는 단계는, 상기 레지스트 구조물들이 제거되거나 또는 상기 갭들의 상기 라인폭이 사전 결정된 라인폭을 가질 때까지, 상기 기판을 상기 제2 회전 각도(φ2)까지 회전시키고, 상기 레지스트 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔을 사용하여 상기 레지스트 구조물들의 측벽들을 에칭하는 것, 및 상기 기판을 상기 제1 회전 각도(φ1)까지 회전시키고, 상기 기판 에칭 화학 물질에 의해 생성되는 상기 빔을 사용하여 상기 기판을 에칭하는 것을 반복하는 단계를 포함하는, 방법.
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