JP7348991B2 - 多レベル回折光学素子の薄膜コーティング - Google Patents

多レベル回折光学素子の薄膜コーティング Download PDF

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Description

本発明は薄膜構造に関する。より詳しくは、本発明のいくつかの態様は、多層薄膜構造
のエッチングされた領域とエッチングされてない領域との間で特定の位相遅れを与え、特
定の波長域に対して反射防止を提供する回折光学素子(DOE)用の多層薄膜構造に関す
る。
回折光学素子(DOE)はビームを方向づけるために使用することができる。例えば、
回折レンズ、スポットアレイ照明器、スポットアレイ発生器、フーリエアレイ発生器等の
DOEは、ビームの分割、ビームの成形、ビームの集束などに使用することができる。D
OEはマルチキャストスイッチ、波長選択スイッチ、ジェスチャ認識システム、モーショ
ンセンサシステム、深さ検出システム、等に組み込むことができる。
2レベルの表面凹凸プロフィール(「バイナリ表面凹凸プロフィール」と称されること
もある)が表面凹凸DOEのために選択され得る。例えば、2レベルの表面凹凸プロフィ
ールは、連続表面凹凸プロフィールに近似し、DOEの製造にフォトリソグラフィ処理及
び/又はエッチング処理を使用可能にするために選択され得る。2レベルの薄膜スタック
は回折レンズ等の単一次数のバイナリODEを生成するために使用され、単一次数のバイ
ナリDOEの約40%の回折効率と関連づけられ得る。2レベルの薄膜スタックはスポッ
トアレイ発生器に使用され、対称のスポットアレイを提供することができる。例えば、2
レベルの薄膜スタックの使用はスポットの強度が180度の対称軸と関連するような対称
軸を提供し得る。
いくつかの可能な実施形態によれば、透過光学素子は基板を含むことができる。本透過
光学素子は、基板の上に形成された特定の波長域の第1の反射防止構造を含むことができ
る。本透過光学素子は、第1の反射防止構造の上に形成された特定の波長域の第2の反射
防止構造を含み得る。本透過光学素子は、第2の反射防止構造の上に形成された特定の波
長域の第3の反射防止構造を含み得る。本透過光学素子は、第1の反射防止構造と第2の
反射防止構造との間又は第2の反射防止構造と第3の反射防止構造との間に配置された少
なくとも1つの層を含み得る。第1の反射防止構造の第1の表面と第2の反射防止構造の
第2の表面との間の第1の凹凸深さ及び前記第1の表面と第3の反射防止構造の第3の表
面との間の第2の凹凸深さは、特定の波長域に対してそれぞれ第1の位相遅れ及び第2の
位相遅れと関連する回折光学素子を形成するように設定し得る。
いくつかの可能な実施形態によれば、透過光学素子は基板を含むことができる。本光学
素子は、基板の上に形成された特定の波長域の第1の反射防止構造を含み得る。本光学素
子は、第1の反射防止構造の上に形成された特定の波長域の第2の反射防止構造を含み得
る。本光学素子は第2の反射防止構造の上に形成された特定の波長域の少なくとも1つの
他の反射防止構造を含み得る。第1の反射防止構造の第1の表面と少なくとも1つの他の
反射防止構造の第2の表面との間の凹凸深さは、特定の波長域に対して特定の位相遅れと
関連する回折光学素子を形成するように設定し得る。
いくつかの可能な実施形態によれば、方法はウェハの上に複数の層を堆積し、特定の波
長域に関する3つ以上の反射防止構造を形成するステップを含み、3つ以上の反射防止構
造のうちの第1の反射防止構造は前記ウェハの上であって3つ以上の反射防止構造のうち
の第2の反射防止構造の下に形成され、第2の反射防止構造は前記3つ以上の反射防止構
造のうちの第3の反射防止構造の下に形成される。前記方法は、前記複数の層の一部の層
をエッチングして3レベル以上の凹凸プロフィールを形成するステップを含み、該エッチ
ングによって前記第1の反射構造と前記3つ以上の反射防止構造の別の反射構造との間に
特定の波長域で特定の位相遅れと関連する回折光学素子を形成する。
本明細書に記載の例示的な実施形態の概略図である。 図2A及び図2Bは本明細書に記載の例示的な実施形態を示す図である。 図3A及び図3Bは本明細書に記載の例示的な実施形態を示す図である。 本明細書に記載の例示的な実施形態を製造する例示的なプロセスのフローチャートである。 図5A-図5Eは図4に示す例示的なプロセスに関する例示的な実施形態を示す図である。 図6A-6Gは図4に示す例示的なプロセスに関する例示的な実施形態を示す図である。
以下の例示的な実施形態の詳細な説明は図面を参照している。異なる図中の同じ参照番
号は同一もしくは類似の要素を示す。
回折光学素子(DOE)はフォトリソグラフィ処理及び/又はエッチング処理を用いて
製造することができる。例えば、2レベルの表面凹凸プロフィールは連続表面凹凸プロフ
ィールに近似し、DOEのために選択することができ、DOEの表面をエッチング又はパ
ターン化して2レベルの表面凹凸プロフィールを形成することができる。2レベルの表面
凹凸プロフィールはDOEを通過するビームに位相遅れを生じさせるために使用すること
ができる。回折レンズなどの単一次数のバイナリDOEに関しては、2レベルの表面凹凸
プロフィールを用いて約40%の回折効率を達成することができる。しかしながら、この
回折効率は光通信システム、ジェスチャ認識システム、モーション検出システム、深さ検
出システム、等の光学系でDOEを利用するための限界値より低い。更に、DOEにより
生成されるスポットアレイパターン又は回折パターンは対称であり得るが、特定の光学系
には非対称の回折パターンが要求され得る。
本明細書に記載のいくつかの実施形態は、限界回折効率を有する多層DOEを提供する
ことができる。例えば、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、多レベル(例えば、2
レベルより多い)DOEであって、DOEの領域間で入射光の特定の波長で特定の位相遅
れ及び入射光の特定の波長で反射防止を提供する多層DOEを提供することができる。更
に、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、非対称スポットアレイパターンまたは回折
パターンと関連するDOEを提供することができる。
本明細書に記載のいくつかの実施形態では、DOEは凹凸深さと関連して限界より低い
選択した表面凹凸プロフィールを製造することができ、それによって(DOEを製造する
他の技術と比較して)アスペクト比の低減、エッチング時間の低減、及び/又は製造コス
トの低減をもたらすことができる。更に、DOEの層はDOEに対する統合されたエッチ
ストップを提供することができる。本明細書に記載のいくつかの実施形態は、DOEを製
造する方法を提供することができる。例えば、DOEは薄膜堆積処理、エッチング処理等
を用いて製造することができ、DOEの他の製造方法と比較して改善された層厚制度及び
改善された製造可能性をもたらすことができる。
図1は本明細書に記載の例示的な実施形態100の概略図である。図1は、スポットア
レイ照明器(スポットアレイ発生器又はドットアレイ発生器と呼ばれることもある)とし
て表面凹凸DOE格子及び収束レンズを用いて発生されるスポットアレイの一例を示す。
図1に示すように、λの波長を有する入射平面波110は表面凹凸DOE格子120
に向けられる。いくつかの実施形態では、表面凹凸DOE格子120は多レベル表面凹凸
プロフィールを有するDOE、例えば4レベルDOE、8レベルDOE、2レベルDO
E(ここでn>1)、kレベルDOE(例えば、ここでk>2)等、としてよい。いくつ
かの実施形態では、表面凹凸DOE格子120はシリコン(Si)と二酸化シリコン(S
iO)の交互層、水素化シリコン(Si:H)と二酸化シリコンの交互層、等を含んで
よい。
いくつかの実施形態では、表面凹凸DOE格子120の層は入射光の特定の波長で反射
防止機能を提供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、表面凹凸D
OE格子120の層(例えば二酸化シリコン層)は表面凹凸DOE格子120の製造中に
エッチストップ機能を提供し得る。いくつかの実施形態では、入射平面波110は、約8
00ナノメートル(nm)から約1100nmまで、約800nmから約1000nmま
で、約830nmから約1000nmまで、約850nmから約1000nmまで、約9
15nmから約1000nmまで、約940nmから約1000nmまで、約930nm
から約950nmまで、等の範囲内の波長を有してよい。いくつかの実施形態では、入射
平面波110は、約1100ナノメートル(nm)から約2000nmまで、約1400
nmから約1700nmまで、約1520nmから約1630nmまで、約1540nm
から約1560nmまで、等の範囲内の波長を有してもよい。
更に図1に示すように、表面凹凸DOE格子120は入射平面波110を回折し、波面
130(例えば、入射平面波110の回折次数)を収束レンズ140に向ける。収束レン
ズ140は焦点面160から焦点距離150だけ離れている。いくつかの実施形態では、
例示的な実施形態100はジェスチャ認識システムに使用され、焦点面160はジェスチ
ャ認識のターゲットとしてよい。加えて又は代わりに、焦点面160は物体(例えば、物
体感知システムの場合)、通信ターゲット(例えば、光通信システムの場合)、等として
もよい。
更に図1に示すように、収束レンズ140が波面130の方向を変化させて波面170
を形成するのに基づいて、波面170は焦点面160に向けられ、焦点面160にマルチ
スポットアレイパターンを形成する。いくつかの実施形態では、マルチスポットアレイパ
ターンは非対称であり得る。いくつかの実施形態では、2次元スポットアレイを生成する
ために表面凹凸DOE格子120を用いることができる。このように、表面凹凸DOE格
子120をスポットアレイ照明器として用いて入射平面波110から焦点面160にスポ
ットアレイを生成することができ、よってジェスチャ認識システム、モーション検出シス
テム、光通信システム、等を有効にすることができる。
上述したように、図1は一例として示されているにすぎない。他の例も可能であり、図
1に関して記載した例と異なってよい。
図2A及び図2Bは本明細書に記載の例示的な実施形態に関する線図である。図2Aに
線図200で示すように、連続凹凸プロフィールは、DOEの製造にフォトリソグラフィ
及び/又はエッチング処理の使用を可能にするために一組の離散レベルに量子化すること
ができる。
更に図2Aに参照番号202で示すように、連続凹凸プロフィールは約100%の回折
効率(単一次数構成の場合)と関連し、第1のピッチ位置0に対して第2のピッチ位置d
xで2πの連続的に増加する位相遅れをもたらすことができる。参照番号204で示すよ
うに、連続凹凸プロフィールは2レベルの凹凸プロフィール(バイナリ凹凸プロフィール
とも称される)で近似することができる。2レベルの凹凸プロフィールは約45%の回折
効率(単一次数構成の場合)と関連し、ピッチ位置0からピッチ位置0.5dxまでのD
OEの第1領域に対して、ピッチ位置0.5dxからピッチ位置dxまでのDOEの第2
領域でπの位相遅れをもたらすことができる。
図2Aに参照番号206で示すように、連続凹凸プロフィールは4レベルの凹凸プロフ
ィールで近似することができる。4レベルの凹凸プロフィールは約81%の回折効率(単
一次数構成の場合)と関連し、ピッチ位置0からピッチ位置0.5dxまでのDOEの第
1領域に対して、0.25dxから0.5dxまでのDOEの第2の領域でπ/2の位相
遅れを、DOEの第1領域に対して、0,5dxから0.75dxまでのDOEの第2領
域でπの位相遅れを、及びDOEの第1領域に対して、0,75dxからdxまでのDO
Eの第3領域で3π/2の位相遅れをもたらすことができる。
図2Aに参照番号208で示すように、連続凹凸プロフィールは8レベルの凹凸プロフ
ィールで近似することができる。8レベルの凹凸プロフィールは約95%の回折効率(単
一次数構成の場合)と関連し、DOEの各領域でπ/4づつ増加する位相遅れをもたらす
ことができる(例えば0から0.125dxのDOEの第1領域に対して、0.125d
xから0.25dxの第2領域でπ/4、0.25dxから0.375dxの第3領域で
π/2、0.375dxから0.0.5dxの第4領域で3π/4、等)。いくつかの実施
形態では、別の回折効率を有する別の構成を使用することができる。例えば、2つの次数
、4つの次数、10の次数、100の次数、等を使用することで、回折効率を単一次数構
成に比較して増加させることができる。この場合、例えば+/-100の次の場合には、
約75%-80%の回折効率を2レベル凹凸プロフィールに対して達成することができる
。2レベルより多い多レベルDOEの使用に基づけば、回折効率を限界値(単一次数及び
/又は同様の場合)より大きく改善することができ、例えば41%より大、50%より大
、75%より大、80%より大、85%より大、90%より大、95%より大、99%よ
り大、等とし得る。
本発明に記載のいくつかの実施形態は2レベルのDOE(この場合n>1で、例えば
4レベルのDOE、8レベルのDOE等)に関して記載するが、他のタイプのkレベルの
DOE(この場合k>2で、例えば3レベルのDOE、5レベルのDOE、6レベルのD
OE等)も可能である。加えて又は代わりに、本明細書に記載のいくつかの実施形態は規
則的分布のレベル(例えば、4レベルのDOEの場合、k=[0,3]に対してkπ/2
の位相遅れ)に関して記載するが、他の不規則分布のレベル(例えば、4レベルのDOE
の場合、0、π/5、π/3、3π/4、及び7π/8の位相遅れ)も可能である。加え
て又は代わりに、本明細書に記載のいくつかの実施形態は規則的分布のピッチを有する領
域を有するDOE(例えば、4レベルのDOEの場合、ピッチ(1dx)は0.25dx
のスパンで各領域に等分される)に関して記載するが、他の不規則分布のピッチも可能で
ある(例えば、4レベルのDOEの場合、第1の位相遅れ領域は0.1dxのスパンであ
るが、第2、第3、及び第4の位相遅れ領域は0.2dx、0.4dx及び0.3dxの
スパンとし得る)。
図2Bに示すように、DOE210は基板215を含み得る。いくつかの実施形態では
、基板215はガラス基板、溶融石英基板、等とし得る。例えば、基板215は、約20
0マイクロメートルの厚さを有し、1.45の屈折率nsubを有する溶融石英ガラス基板
とし得る。例えば、図2Bに示すように、一組の交互のシリコン及び二酸化シリコン層を
基板215の上面に堆積し、本明細書に記載するように、パターン化して凹凸プロフィー
ルを形成することができ、且つ基板215の底面を反射防止膜220で覆うことができる
。いくつかの実施形態では、反射防止膜220は無くてもよく、また上面に形成される反
射防止構造のような別の反射防止構造と置き換えてもよい。いくつかの実施形態において
、反射防止構造は、薄膜、薄膜構造、反射防止膜、堆積薄層、堆積薄膜層、等を含み得る
更に図2Bに示すように、一組の交互のシリコン及び二酸化シリコン層は一組のシリコ
ン層225と一組の二酸化シリコン層230を含み得る。例えば、シリコン層225-1
が基板215の上に配置され、二酸化シリコン層230-1がシリコン層225-1の上
に配置され得る。シリコン層225-1と二酸化シリコン層230-1は整合層の対23
5-1を形成し、第1の反射防止構造を提供し得る。同様に、二酸化シリコン230-2
がシリコン層225-2の上に配置され、整合層の対235-2を形成し、第2の反射防
止構造を提供することができ、二酸化シリコン230-3がシリコン層225-3の上に
配置され、整合層の対235-3を形成し、第3の反射防止構造を提供することができ、
二酸化シリコン230-4がシリコン層225-4の上に配置され、整合層の対235-
4を形成し、第4の反射防止構造を提供することができる。図に示すように、整合層23
5-3と整合層235-4との間にシリコン層225-5を配置することができる。シリ
コン層225-5はDOE210に特定の機能を提供するように構成することができ且つ
反射防止構造と独立に構成することができ、よってDOE設計の柔軟性が向上する。
いくつかの実施形態では、DOE210は空気又は気体界面にさらされ得る。例えば、
DOE210の第1の表面(例えば、整合層235の表面)及びDOE210の第2の表
面(例えば、反射防止膜220の表面)は1.0の屈折率nairを有する空気界面にさら
され得る。凹凸深さhは次式:
h=(K-1)λ0/K(ntf-nair
に基づいて計算することができ、ここで、λ0はDOE、例えばDOE210、の公称照
明波長であり、Kはレベルの数量を表す。凹凸深さを低減するには、比較的高い屈折率を
有する材料、例えば二酸化シリコン等、を選択することができ、いくつかの実施形態では
、約0.75マイクロメートル(μm)の凹凸深さh(エッチ240の深さ)をもたらす
ことができる。いくつかの実施形態では、凹凸深さは0.4μm~3.0μm、0.5μ
m~2.5μm、1.0μm~2.0μm、等の凹凸深さとし得る。いくつかの実施形態
では、それらの層はDOE210の透過率を増加するように整合した屈折率とし得る。例
えば、シリコン層225及び二酸化シリコン層230はそれぞれの屈折率3.5及び1.
45に基づいて1.49~3.9の限界値内に選択することができる。
いくつかの実施形態では、薄膜コーティング材料として他の材料、例えば約2.0の屈
折率を有し得る五酸化タンタル(Ta)及び窒化シリコン(Ti)、を選択
することができる。DOE210の層にシリコン薄膜を使用すると、他の材料を使用する
場合と比較して、4レベル凹凸プロフィールの凹凸深さを減少させることができる。例え
ば、4レベル凹凸プロフィールにおける1550nmの公称照明波長での3π/2の位相
遅れに対して、五酸化タンタル及び二酸化シリコンは約1.16μmの凹凸深さと関連し
、シリコンは0.47μmの凹凸深さと関連し得る。1.5~3.5の屈折率範囲のよう
な同様の屈折率、例えば2.0、等の屈折率を有する他の材料を使用することもできる。
同様に、8レベル凹凸プロフィールに対して、二酸化シリコンは約2.71μmの凹凸深
さと関連し、五酸化タンタル及び窒化シリコンは約1.36μmの凹凸深さと関連し、シ
リコンは約0.54μmの凹凸深さと関連し得る。いくつかの実施形態では、コーティン
グ材料の光学的性能を向上させるために水素化を使用することができる。例えば、水素化
シリコンをシリコン層225に使用することができる。このように、水素化はシリコンの
吸収限界を低減し、800nm~1000nmの波長を使用可能にし、DOEの所望の凹
凸深さを低減して製造を向上させる(品質及び/又は歩留まりを高める)ために使用する
ことができる。いくつかの実施形態では、アルゴンを堆積チャンバ内で使用して低吸収膜
(例えば、吸収限界値より低い)を形成することができる。いくつかの実施形態では、約
2.7の屈折率を有する炭化シリコンを可視光波長等とともに、例えばカメラ用のDOE
レンズに使用することができる。
上述したように、図2A及び図2Bは一例として示されているにすぎない。他の例も可
能であり、図2A及び図2Bに関して記載した例と異なってよい。
図3A及び図3BはDOE300及び300’の例示的な実施形態の線図である。図3
Aに示すように、DOE300は基板305、反射防止膜310、一組のシリコン層31
5-1~315-4及び一組の二酸化シリコン層320-1~320-3を含む。
更に図3Aに参照番号325で示すように、二酸化シリコン層320-1及び320-
2は、レベルKの値に対して2π(K-1)/Kの位相遅れをより正確に生成するようにエ
ッチングすることを可能にするためにエッチストップ層とすることができる。例えば、エ
ッチング処理は、非エッチスタック330はエッチングされないまま残し、エッチスタッ
ク335-1及び335-2はそれぞれ凹凸深さ340-1及び340-2までエッチン
グされるように実行することができる。凹凸深さ340-1はエッチスタック335-1
と非エッチスタック330との間で2π(K-1)/Kの位相遅れを提供し得る。凹凸深さ
340-2はエッチスタック335-2と非エッチスタック330との間で0~2π/K
の位相遅れを提供し得る。いくつかの実施形態では、DOEをエッチングするために複数
のツールを用いて複数のエッチング処理を実行してよい。例えば、DOE300は、複数
の二酸化シリコンエッチングツール、複数のシリコンエッチングツール、複数のエッチン
グ技術(例えば、深堀反応性イオンエッチング(DRIE)技術、反応性イオンエッチン
グ(RIE)ツール技術、スパッタエッチングツール技術等)、等を用いて製造すること
ができる。
いくつかの実施形態では、DOE300の層は一組の反射防止構造を形成し得る。例え
ば、層320-1及び315-1は特定の波長域(例えば入射光の波長)に対して第1の
反射防止構造を形成し、層315-2及び320-2は特定の波長域に対して第2の反射
防止構造を形成し、層315-3及び320-3は特定の波長域に対して第3の反射防止
構造を形成することができ、よってDOE300の各エッチスタックに組み込まれた反射
防止構造を有する3レベルの凹凸プロフィールを形成することができる。従って、DOE
300は上面に追加の反射防止膜又は構造を必要としないものとし得る。
本明細書に記載のいくつかの実施形態では、第2の反射防止構造は第1の反射防止構造
の上に形成することができ、第1の反射防止構造の隣接表面(例えば層320-1の上面
)はエッチスタック335-1を形成するエッチングに対してエッチストップとし得る。
同様に、第3の反射防止構造は第2の反射防止構造の上に形成することができ、第2の反
射防止構造の隣接表面(例えば層320-2の上面)はエッチスタック335-2を形成
する際にエッチストップとすることができる。
いくつかの実施形態では、一組の反射防止構造の間(例えば第1の反射防止構造と第2
の反射防止構造との間、第2の反射防止構造と第3の反射防止構造との間等)に少なくと
も1つの層、例えば層315-4等を含み得る。このようにすると、DOE300の特性
を変更するための凹凸深さ340-1及び/又は340-2の変更をDOE300の透過
特性を変更することなく実行することができる。いくつかの実施形態では、第1の反射防
止構造、第2の反射防止構造及び/又は第3の反射防止構造を層で分離しなくてもよい。
いくつかの実施形態では、各層は特定の厚さと関連させることができる。例えば、その
特定の厚さは、特定の位相遅れが生ぜしめられ且つDOE300が(例えば、99%より
大きい、97%より大きい、95%より大きい、90%より大きい、等の限閾透過率より
大きい)透過性を示す光の波長に対応させることができる。いくつかの実施形態では、D
OE300は特定のピッチ345(周期とも称される)dxと関連させることができ、そ
の特定のピッチは特定の位相遅れが生ぜしめられ且つDEO300を透過する光の波長に
対応させることができる。いくつかの実施形態では、7つの層の上にキャップ層(例えば
、別の二酸化シリコン層)を設けることもでき、これによりDOE300を含むウェハの
ダイスカット時にロバスト性を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、DOE300の層の厚さ、ピッチ345の寸法、反射防止構
造及び/又はその層の屈折率等を、反射防止構造が反射防止機能をもたらす特定の波長で
特定の位相遅れ(例えば、2π(K-1)/K)を生じるように選択することができる。例
えば、940nmの3レベル薄膜DOEに対して、第1の反射防止構造は特定の値の第1
の屈折率と関連させ、第2の反射防止構造は3.4の第2の屈折率と関連させ、第3の反
射防止構造は2.81の第3の屈折率と関連させることができる。いくつかの実施形態で
は、特定の波長は、約1530nm~1570nm、930nm~950nm、等の波長
域を含み得る。参照番号350で示すように、基板305の第1面に向けられた入射光に
基づいて、一組の強度次数(例えば、強度次数-2,-1,0,1,2,等)がDEO3
00により提供される。いくつかの実施形態では、DOE300は、50以上の強度次数
、100以上の強度次数、200以上の強度次数、300以上の強度次数、350以上の
強度次数、500以上の強度次数等を提供し得る。
図3Bに示すように、DOE300’は、基板305の第1の面上に形成された第1の
回折(透過型)光学素子と、基板305の第2の面上に形成された第2の回折(透過型)
光学素子とを含む。各回折光学素子は、一組のシリコン層315-1~315-4及び一
組の二酸化シリコン層3210-2~320-3を含む。参照番号355-1及び355
-2で示すように、DOE300’に向けられた入射光に基づいて、第2の回折光学素子
は第一組の強度次数を基板305を通して第1の回折光学素子に向けて供給し、DOE3
00’から第2組の強度次数を生ぜしめる。このように、基板305が第1の回折光学素
子と第2の回折光学素子のアライメントを維持するので、フリースペースオプティクスの
ような又はピックアンドプレースマシンを用いて2つの別個のDOEを独立に位置合わせ
するような他の技術と比較して、アライメント維持が容易になる。更に、基板の両面にD
OEを配置することに基づいて、機械的応力量をDOEに対してバランスさせることがで
き、それによって動作温度範囲に亘り耐久性が向上し、DOEの平坦性が向上し、DOE
の変形又は湾曲が低減し得る。
本明細書に記載のいくつかの実施形態は、7層のような特定の層の数量に関して記載す
るが、他の数量の層、例えば8層(例えば、8層の交互シリコン/二酸化シリコン層)、
9層、10層、20層等としてもよい。
上述したように、図3A及び図3Bは一例として示されているにすぎない。他の例も可
能であり、図3A及び図3Bに関して記載した例と異なってよい。
図4はDOEを製造する例示的なプロセス400のフローチャートである。プロセス4
00のいくつかの製造ステップの例は図5A-5E及び図6A-6Gに関してより詳細に
示されている。
図4に示すように、プロセス400は基板上に一組の層を堆積するステップを含むこと
ができる(ブロック410)。例えば、製造中、堆積処理を用いて一組の層を基板上に堆
積することができる。いくつかの実施形態では、一組の層の1以上の層は、薄膜体積処理
、例えばパルスマグネトロンスパッタリングシステムを用いるスパッタ堆積処理及び/又
は同種のものを用いて堆積された薄膜であってよい。いくつかの実施形態では、一組の層
は、一組のシリコン層、一組の二酸化シリコン層、及び/又は同種のものであってよい。
いくつかの実施形態では、一組の層は基板上に限界公差で堆積し得る。例えば、一組の層
は、規定の厚さの2%以内、既定の厚さの1%以内、既定の厚さの0.5%以内、既定の
厚さの0.25%以内、既定の厚さの0.1%以内、既定の厚さの0.01%以内、等の
厚さに堆積することができる。このように、特定の波長用の第1の反射防止構造、特定の
波長用の第1の反射防止構造、...及び特定の波長用の第nの反射防止構造を形成する
層を堆積することができる。いくつかの実施形態では、薄膜体積時の高い厚さ精度によっ
てDOEの凹凸深さの精度を向上させることができる。
いくつかの実施形態では、基板はガラス基板、溶融石英基板、入射光の特定の波長に対
して透明である基板、等とし得る。いくつかの実施形態では、一組の層は、複数組のシリ
コン及び二酸化シリコン層を含んでよい。例えば、4レベルのDOEに対して、第1組の
シリコン及び二酸化シリコン層は基板上に堆積し、第2組のシリコン及び二酸化シリコン
層は第1組のシリコン及び二酸化シリコン層に堆積し、第3組のシリコン及び二酸化シリ
コン層は第2組のシリコン及び二酸化シリコン層に堆積し、第4組のシリコン及び二酸化
シリコン層は第3組のシリコン及び二酸化シリコン層に堆積することができる。この場合
には、4レベルのDOEを形成するためのエッチング及びマスク除去を可能にするために
、本明細書により詳しく説明するように、他のシリコン層を第4組の上に堆積し、該他の
シリコン層上に3つのマスク層の組を堆積することができる。いくつかの実施形態では、
DOEレベルの他の数量、例えば2レベルのDOE、3レベルのDOE、5レベルのDO
E、6レベルのDOE等、も可能である。
いくつかの実施形態では、反射防止膜は一組の層を用いて形成し得る。例えば、反射防
止膜は基板とDOEの応力をバランスさせるDOE反射防止膜とすることができ、よって
動作温度範囲に亘り基板の変形を低減することができる。加えて又は代わりに、反射防止
層を基板の背面に堆積ことができる(且つDOEを形成する層を基板の前面に堆積するこ
とができる)。いくつかの実施形態では、一組の層を基板の複数の面の上に堆積すること
もできる。例えば、基板の第1の面及び基板の第2の面に反射防止構造を形成するために
一組の層を堆積することができ、複数のDOEを支持する基板をもたらすこともできる。
いくつかの実施形態では、一組の層の1つの層に対して別の組の材料、例えば水素化シリ
コンベース材料、五酸化タンタルベース材料、窒化シリコンベース材料、等を使用するこ
ともできる。
図4に更に示すように、プロセス400は一組の層の表面上に一組のマスクを堆積する
ステップを含むことができる(ブロック420)。例えば、製造中、堆積処理を用いて一
組のマスクを一組の層の表面上に堆積することができる。いくつかの実施形態では、複数
のマスクを堆積することができる。例えば、4レベルのDOEを形成するには、第1のマ
スクを一組の層の上面の一部分の上に堆積し、第2のマスクを前記上面の一部分の上及び
第1のマスクの上に堆積し、第3のマスクを前記上面の一部分の上及び第2のマスクの上
に堆積することができる。この場合には、マスク(例えばマスクの各々で覆われる上層の
一部分)のパターニングをエッチング及びマスク除去中に4レベルDOEの形成が可能に
なるように選択することができる。
いくつかの実施形態では、マスクの材料は、マスクがシリコンエッチング及び/又は二
酸化シリコンエッチングに対する限界感度又は限界抵抗率と関連するように選択すること
ができる。いくつかの実施形態では、マスクは複数の材料を用いて形成することができる
。例えば、第1のマスクはアルミニウムマスクとし、第2のマスクはフォトレジストマス
クとしてよい。このようにすると、これらのマスクは、第1のマスクの除去が第2のマス
クの除去をもたらさないように構成でき、よってDOEの形成を可能にする。このように
、エッチング前に複数のマスクを堆積する技術に基づくと、例えば1以上のエッチングス
テップ後にDOEのエッチングされた層上にマスク層を堆積する等の他の技術と比較して
、製造精度、製造可能性、及びアライメント精度が改善される。
図4に更に示すように、プロセス400は一組の層をエッチングするステップ(ブロッ
ク430)、及び一組のマスクのマスクを除去するステップ(ブロック440)を含み得
る。例えば、製造中、DOEを形成するためにエッチング処理及びマスク除去処理を実行
し得る。この場合には、エッチング処理は複数のエッチングステップを含み、マスク除去
処理は複数のマスク除去ステップを含み得る。例えば、4レベルDOEに対しては、本明
細書に詳しく説明されるように、第1のエッチングステップを実行し、第1のマスク除去
ステップを実行し、第2のエッチングステップを実行し、第2のマスク除去ステップを実
行し、第3のエッチングステップを実行し、第3のマスク除去ステップを実行することが
できる。いくつかの実施形態では、複数の異なるタイプのマスク除去ステップを複数の異
なる材料のマスクに対して実行することができる。例えば、アルミニウムマスク除去ステ
ップを第1のアルミニウムマスクを除去するために実行し、フォトレジストマスク除去ス
テップを第2のフォトレジストマスクを除去するために実行することができる。いくつか
の実施形態では、エッチステップは一組の層の一部の層を除去するために実行することが
できる。例えば、エッチストップとして構成されている二酸化シリコン層に基づいて、単
一エッチステップは、第1の二酸化シリコン層を除去する二酸化シリコンエッチ後に第1
のシリコン層を除去するシリコンエッチが続くため、第1のシリコン層の下に配置された
第2の二酸化シリコン層がシリコンエッチをストップし、第2の二酸化シリコン層及び/
又は第2のシリコン層を維持することができる。こうして、一組の反射防止構造をDOE
のために形成することができる。
図4に更に示すように、プロセス400はウェハ仕上げ処理を実行するステップを含む
(ブロック450)。例えば、DOEを試験し、複数の個別のDOEにダイスカットし(
例えば、複数のDOEがパターン化されているウェハを複数の個別のDOEにダイスカッ
トし)、DOEを光デバイス内に封入するためにパッケージ化することができる。いくつ
かの実施形態では、多数の200ミリメートル(mm)×0.725mmのダイを形成す
るためにウェハをダイスカットすることができる。
図4はプロセス400の例示的なブロックを示すが、いくつかの実施形態では、プロセ
ス400は追加のブロック、もっと少ないブロック、異なるブロック、又は図4に示すブ
ロックと異なる配列のブロックを含んでよい。加えて又は代わりに、プロセス400の2
以上のブロックを並列に実行してもよい。
図5A-5Eは図4に示す例示的なプロセス400に関連する例示的な実施形態500
を示す図である。図に示すように、図5A-5Eはブロック430及び440に関して上
述した一組の層のエッチングステップ及び一組の層からの一組のマスクの除去ステップを
例示する。
図5Aにおいて基準線502から基準線508の間に示すように、例示的な実施形態5
00は一組の層512~528を含み得る。一組の層512~528はエッチングされて
ないプレーナ層とし得る。例えば、例示的な実施形態500は基板層514を含み得る。
一組の交互のシリコン層516,520,524及び528及び二酸化シリコン層518
,522及び526が基板層514の1つの面上に堆積される。光反射防止膜又は構造5
12が基板層514の反対面上に設けられる。
更に図5Aに関して示すように、マスク層536及び538はシリコン層528上に、
マスク層536及び538がシリコン層528の一部分を覆うように堆積しパターン化す
ることができる。各マスクに使用する材料は、マスク538の除去がマスク536のパタ
ーンに影響を与えないように相違させることができる。マスク層536は基準線506と
508の間のシリコン層528を覆うように堆積し、一組の層512-528をエッチン
グ中保護して、基準線506と508の間に第3の反射防止構造を形成するエッチングを
可能にすることができる。マスク層538は基準線504と506の間のシリコン層52
8を覆うように堆積し、一組の層512-528をエッチング中保護して、基準線504
と506の間に第2の反射防止構造を形成するエッチングを可能にすることができる。マ
スク層536及び538は基準線502と504の間のシリコン層528を覆わないで、
一組の層512-528をエッチング中保護しないため、本明細書により詳しく説明され
るように、基準線502と504の間に第1の反射防止構造を形成するエッチングを可能
にすることができる。
図5Bに示すように、マスク538で覆われていないシリコン層528、二酸化シリコ
ン層526及びシリコン層524の部分(例えば基準線502と504の間)を除去する
ために、エッチング処理の第1のエッチングステップを実行することができる。この場合
には、二酸化シリコン層522は第1のエッチングステップに対してエッチストップとし
て機能し得る。
図5Cに示すように、マスク層538を除去するためにマスク除去処理の第1のマスク
除去ステップを実行することができ、それによってシリコン層528の一部分(例えば、
基準線504と506の間)及びマスク層536の一部分(例えば、基準線506と50
8の間)を露出させることができる。
図5Dに示すように、基準線502と504の間の二酸化シリコン層522及びシリコ
ン層520を除去するため及び基準線504と506の間のシリコン層528、二酸化シ
リコン層526及びシリコン層524を除去するために、エッチング処理の第2のエッチ
ングステップを実行することができる。この場合には、二酸化シリコン518が基準線5
02と504の間で第2のエッチングステップに対してエッチストップとして機能するこ
とができ、且つ二酸化シリコン層522が基準線504と506の間で第2のエッチング
ステップに対してエッチストップとして機能することができる。
図5Eに示すように、マスク層536を除去するためにマスク除去処理の第2のマスク
除去ステップを実行することができ、それによって基準線506と508の間のシリコン
層528を露出させることができる。このようにして、基準線502と504の間に特定
波長の第1の反射防止構造、基準線504と506の間に特定波長の第2の反射防止構造
及び基準線506と508の間に特定波長の第3の反射防止構造を有する3レベルの凹凸
プロフィールを形成することができる。この場合には、基準線502と504の間の第1
の反射防止構造と基準線506と508の間の第3の反射防止構造との間の位相遅れはπ
の位相遅れとすることができる。
上述したように、図5A-5Eは一例として示しされているにすぎない。他の例も可能
であり、図5A-5Eに関して記載した例と異なってもよい。
図6A-6Gは図4に示す例示的なプロセス400に関連する例示的な実施形態600
を示す図である。図に示すように、図6A-6Eはブロック430及び440に関して上
述した一組の層のエッチングステップ及び一組の層からの一組のマスクの除去ステップを
例示する。
図6Aにおいて基準線602から基準線608までの間に示すように、例示的な実施形
態600は、一組の層612~632を含み得る。一組の層612~632はエッチング
されてないプレーナ層とし得る。例えば、例示的な実施形態600は基板層614を含み
得る。反射防止層612が基板層614の第1の面上に堆積され、一組の交互のシリコン
層616,620,624、628及び632と二酸化シリコン層618,622、62
6及び630が基板層614の第2の面上に堆積され得る。
更に図6Aに示すように、基準線602と610の間に4つの反射防止構造の組を形成
するために、マスク層634,636及び638がシリコン層632の所定部分を覆うよ
うに堆積されパターン化され、エッチング処理及びマスク除去処理を実行可能にする。各
マスク634,636,638に使用する材料は、1つのマスクの除去が残りのマスクの
パターンに影響を与えないように異ならせることができる。
図6Bに示すように、マスク638で覆われていないシリコン層632、二酸化シリコ
ン層630及びシリコン層628の部分(例えば基準線602と604の間)を除去する
ために、エッチング処理の第1のエッチングステップを実行することができる。この場合
には、二酸化シリコン層626が第1のエッチングステップに対してエッチストップとし
て機能し得る。
図6Cに示すように、マスク層638を除去するためにマスク除去処理の第1のマスク
除去ステップを実行することができ、それによって基準線604と606の間のシリコン
層632の部分及び基準線606と610の間のマスク層636の部分を露出させること
ができる。
図6Dに示すように、基準線602と604の間の二酸化シリコン層626及びシリコ
ン層624を除去するため及び基準線604と606の間のシリコン層632、二酸化シ
リコン層630及びシリコン層628を除去するために、エッチング処理の第2のエッチ
ングステップを実行することができる。この場合には、二酸化シリコン622が基準線6
02と604の間で第2のエッチングステップに対してエッチストップとして機能するこ
とができ、且つ二酸化シリコン層626が基準線604と606の間で第2のエッチング
ステップに対してエッチストップとして機能し得る。
図6Eに示すように、マスク層636を除去するためにマスク除去処理の第2のマスク
除去ステップを実行することができ、それによって基準線606と608の間のシリコン
層632を露出させることができる。
図6Fに示すように、基準線602と604の間の二酸化シリコン層622及びシリコ
ン層620、基準線604と606の間の二酸化シリコン層626及びシリコン層624
、及び基準線606と608の間のシリコン層632、二酸化シリコン層630及びシリ
コン層628を除去するために、エッチング処理の第3のエッチングステップを実行する
ことができる。この場合には、二酸化シリコン層618が基準線602と604の間で第
3のエッチングステップに対してエッチステップとして機能し、二酸化シリコン層622
が基準線604と606の間で第3のエッチングステップに対してエッチステップとして
機能し、且つ二酸化シリコン層626が基準線606と608の間で第3のエッチングス
テップに対してエッチステップとして機能し得る。
図6Gに示すように、マスク層634を除去するためにマスク除去処理の第3のマスク
除去ステップを実行することができ、それによって基準線608と610の間のシリコン
層632を露出させることができる。
このようにして、基準線602と604の間に特定波長の第1の反射防止構造、基準線6
04と606の間に特定波長の第2の反射防止構造、基準線606と608の間に特定波
長の第3の反射防止構造、及び基準線608と610の間に特定波長の第4の反射防止構
造及び別のシリコン層(例えば、シリコン層628)を有する4レベルの凹凸深プロフィ
ールを形成することができる。この場合には、基準線602と604の間の第1の反射防
止構造と基準線608と610の間の第4の反射防止構造との間の位相遅れはπの位相遅
れとすることができる。
上述したように、図6A-6Gは一例として示しされているにすぎない。他の例も可能
であり、図6A-6Gに関して記載した例と異なってもよい。
このように、多レベル(例えば3以上のレベル)凹凸プロフィールにエッチングされた
交互のシリコン層(例えば、水素化シリコン層)及び二酸化シリコンを含む薄膜スタック
を有するDOEを構成し、製造することができる。更に、DOEの層は、反射防止特性、
統合エッチストップ特性、等を提供するように設計することができる。更に、設計は薄膜
堆積プロセスを用いて行うことができ、0次パワーを制御することができる。更に、薄膜
の堆積及びエッチングの使用に基づいて、DOEを製造する製造ステップの数量を低減す
ることができ、それによってDOEを製造する他の技術と比較して時間及びコストを低減
することができる。
図5A-5E、図6A-6G等に示す例示的な実施形態では、凹凸深さ及び反射防止構
造は、回折格子に見られるように、周期的又は繰り返しパターン及び一定の断面を有する
ものとして示されている。不規則又は可変の断面を有する他の非周期的凹凸深さ及び反射
防止構造も、以下のものに限定されないが、例えばパターン発生用、デプスマッピングド
ットプロジェクション用及び構造光用のDOEに等しく意図される。
以上の開示は例証及び説明のために提示されているが、網羅的な説明を意図するものでも
、実施形態を開示の正確な形態に限定することを意図するものでもない。様々な変更や変
形が以上の開示に照らして可能であり、また実施形態の実施から得ることができる
いくつかの実施形態は本明細書中に閾値と関連して記載されている。本明細書において
、閾値を満たすとは、値が閾値より大きい、閾値を超える、閾値より高い、閾値に等しい
かそれより大きい、閾値未満、閾値より少ない、閾値より低い、閾値に等しいかそれより
少ない、閾値に等しい、等を意味し得る。
特定の特徴の組み合わせが請求の範囲に列挙され及び/又は明細書に開示されているが、
これらの組み合わせは可能な実施形態の開示を限定するものではない。実際には、これら
の特徴の多くは請求の範囲に明確に列挙されていない及び/又は明細書に開示されていな
い方法で組み合わせてもよい。以下に列挙される各従属請求項は一つの請求項にのみ直接
従属してよいが、可能な実施形態の開示は各従属請求項と請求の範囲内のすべての他の請
求項との組み合わせも含むものである。
本明細書で使用する要素、操作又は指示は、特に明記されない限り、決定的又は本質的
と解釈されるべきである。また、冠詞"a"及び"an"は一以上の要素を含むことが意図され
、「一以上」と互換的に使用され得る。更に、本明細書で使用される「組」は一以上の要
素(例えば、関連要素、非関連要素、関連要素及び関連要素の組み合わせ等)を含むこと
が意図され、「一以上」と互換的に使用され得る。唯一の要素が意図される場合には、「
一つ」又は類似の語が使用される。また、本明細書で使用する語「有する」、「有してい
る」等はオープンエンデッドタームであることが意図されている。更に、語句「基づく」
は特に明記されない限り「少なくとも部分的に基づく」を意味することが意図されている

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板の上に形成された特定の波長域に対する第1の反射防止構造であって、第1の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層を含み、前記第1の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層は第1の表面と第1の底面と第1の長さとを有し、前記第1の表面は前記第1の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層の前記低屈折率層の表面である、第1の反射防止構造と、
    前記第1の表面の上に前記第1の表面と接して形成された前記特定の波長域に対する第2の反射防止構造であって、第2の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層を含み、前記第2の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層は第2の表面と第2の底面と前記第1の長さより短い第2の長さとを有し、前記第2の表面は前記第2の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層の前記低屈折率層の表面である、第2の反射防止構造と、
    前記第2の反射防止構造の上に形成された前記特定の波長域に対する第3の反射防止構造であって、第3の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層を含み、前記第3の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層は第3の表面と第3の底面と前記第2の長さより短い第3の長さとを有し、前記第3の底面は前記第3の一組の交互の高屈折率層及び低屈折率層の前記低屈折率層の底面である、第3の反射防止構造と、
    前記第2の表面の上に前記第2の表面と接して配置され、前記第3の底面の下に前記第3の底面と接して配置され前記第3の長さと等しい長さを有し、且つ、高屈折率層を含む、少なくとも1つの層と、を備え、
    前記第1の表面と前記第2の表面との間の第1の凹凸深さ及び前記第1の表面と前記第3の表面との間の第2の凹凸深さは、前記特定の波長域に対してそれぞれ第1の位相遅れ及び第2の位相遅れを有する回折光学素子を形成するように構成されており、
    前記第3の反射防止構造の前記高屈折率層及び前記低屈折率層の堆積の順番は、前記第1の反射防止構造及び前記第2の反射防止構造の前記高屈折率層及び前記低屈折率層の堆積の順番と異なる、
    透過光学素子。
  2. 前記第1の位相遅れはπ/2の位相遅れであり、且つ前記第2の位相遅れはπの位相遅
    れである、請求項1に記載の透過光学素子。
  3. 前記第1の反射防止構造、前記第2の反射防止構造、及び前記第3の反射防止構造はシリコンと二酸化シリコンの交互層から形成されている、請求項1に記載の透過光学素子。
  4. 前記第1の反射防止構造及び前記第2の反射防止構造は水素化シリコンと二酸化シリコンの交互層から形成されている、請求項1に記載の透過光学素子。
  5. 前記基板は、表面と底面とを有し、
    前記第1の反射防止構造は前記表面上に形成され、
    前記透過光学素子は更に、前記底面上に形成された前記特定の波長域に対する複数の他の反射防止構造を備える、
    請求項1に記載の透過光学素子。
  6. 前記第1の反射防止構造、前記第2の反射防止構造、及び前記第3の反射防止構造は3レベルの凹凸プロフィールを形成する、請求項1に記載の透過光学素子。
  7. 前記特定の波長域は930ナノメートルから950ナノメートルの間である、請求項1に記載の透過光学素子。
  8. 前記特定の波長域は1540ナノメートルから1560ナノメートルの間である、請求項1に記載の透過光学素子。
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