(57)【要約】本発明は、所望される幾何学形状を有するマイクロ構造およびナノ構造、およびそのような構造を加工するマイクロリソグラフィ方法に関する。基板上に形成される非対称構造およびそのような構造を形成するためのマイクロリソグラフィ方法。本構造はそれぞれ、第１の側面と、第１の側面の反対側にある第２の側面とを有する。第１の側面の外形は、第２の側面の外形に対して非対称である。基板上の構造は、光学デバイスのための回折パターンとして有用である。
2019535133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非対称構造を形成するマイクロリソグラフィ方法であって、前記方法は、
基板上の共通表面から延在する複数の離散構造を形成することと、
各構造の片側の少なくとも一部が、マスキング材料を含まないように、前記マスキング材料に前記構造を非対称に被覆させる条件下で、前記構造にわたって前記マスキング材料を適用することと、
前記マスキング材料によって被覆されていない前記構造の面積をエッチングすることと、
前記構造から前記マスキング材料を剥離することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記マスキング材料に前記構造を非対称に被覆させる前記条件は、前記マスキング材料が堆積システムによって適用される堆積方向に対して非法線角度で前記基板を傾斜させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の構造は、構造の第１の領域と、構造の第２の領域とを含み、
前記マスキング材料を前記構造に非対称に適用することは、前記マスキング材料を前記構造の第１の領域に適用しながら、前記構造の第２の領域をマスキングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記マスキング材料を前記構造に非対称に適用することは、前記マスキング材料を前記構造の第２の領域に適用しながら、前記構造の第１の領域をマスキングすることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記構造の面積をエッチングすることは、湿式エッチングプロセス、乾式エッチングプロセス、またはイオンビームエッチングプロセスのうちの１つを実施することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記マスキング材料を含まない各構造の片側の前記一部は、第１の部分であり、
前記方法はさらに、各構造の片側の少なくとも第２の部分が、金属触媒層を含まないように、前記金属触媒層に前記構造を非対称に被覆させる第２の条件下で、前記構造にわたって金属補助化学エッチング（ＭＡＣＥ）のための前記金属触媒層を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の部分は、前記第１の部分と異なる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記マスキング材料に前記構造を非対称に被覆させる前記条件は、前記マスキング材料が堆積システムによって適用される方向に対して第１の非法線角度で前記基板を傾斜させることを含み、
前記金属触媒層に前記構造を非対称に被覆させる前記第２の条件は、前記金属触媒層が前記堆積システムによって適用される方向に対して第２の非法線角度で前記基板を傾斜させることを含み、
前記第２の非法線角度は、前記第１の非法線角度と異なる、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記基板から前記マスキング材料を剥離した後、前記構造をエッチングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記構造の面積をエッチングする前の前記構造は、正方形の外形、長方形の外形、台形の外形、または三角形の外形を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記マスキング材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、およびＡｕのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記構造は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ポリマー材料、または有機・無機ハイブリッド材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記構造は、ナノ構造である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記構造は、マイクロ構造である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
光学デバイスであって、
基板であって、前記基板は、前記基板上に複数の構造を備える回折パターンを含み、前記構造のそれぞれは、第１の側面と、前記第１の側面の反対側にある第２の側面とを有する、基板
を備え、
前記第１の側面の外形は、前記第２の側面の外形に対して非対称である、デバイス。
【請求項１６】
前記構造は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ポリマー材料、または有機・無機ハイブリッド材料を含む、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記構造は、ナノ構造である、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記構造は、マイクロ構造である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記複数の構造は、第１の非対称外形を有する複数の第１の構造と、前記第１の非対称外形と異なる第２の非対称外形を有する複数の第２の構造とを含む、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記システムは、仮想現実システムまたは拡張現実システムである、請求項１５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１６年９月２１日に出願された米国仮出願第６２／３９７，６０４号の出願日の利益を主張するものである。米国出願第６２／３９７，６０４号の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本発明は、所望される幾何学形状を有するマイクロ構造およびナノ構造、およびそのような構造を加工するマイクロリソグラフィ方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノ加工は、１００ナノメートルのオーダーまたはより小さい特徴を有する、非常に小さい構造の加工を含む。ナノ加工が非常に大きい影響を及ぼしている１つの用途は、集積回路の処理におけるものである。半導体処理産業は、基板上に形成される単位面積あたりの回路を増加させながら、より大きい生産収率を求めて努力し続けており、したがって、ナノ加工は、ますます重要になる。ナノ加工は、形成される構造の最小特徴寸法の継続的縮小を可能にしながら、より優れたプロセス制御を提供する。ナノ加工が採用されている他の開発分野は、バイオテクノロジー、光学技術、機械システム、および同等物を含む。
【０００４】
ナノ加工は、基板上または基板内に種々の形状のマイクロ構造およびナノ構造を形成するための基板の処理を含み得る。そのような構造を形成するための１つの例示的プロセスは、インプリントリソグラフィである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書は、非対称外形を有するマイクロ構造およびナノ構造の形成に関する。非対称構造は、例えば、光導波管のためのより効率的な回折パターンの加工において有用であり得る。本開示の実装は、マスキング材料を基板に選択的に適用し、マスキング材料によって被覆されていない基板の部分をエッチングすることによって、非対称構造を加工するための方法を含む。例えば、マスキング材料は、後続のエッチングが構造を非対称形状に彫刻するような様式で、規則的に成形された離散構造に適用されることができる。
【０００６】
一般に、本明細書に説明される主題の革新的な側面は、基板上の共通表面から延在する複数の離散構造を形成する作用と、各構造の片側の少なくとも一部が、マスキング材料を含まないように、マスキング材料に構造を非対称に被覆させる条件下で、構造にわたってマスキング材料を適用する作用と、マスキング材料によって被覆されていない、構造の面積をエッチングする作用と、構造からマスキング材料を剥離する作用とを含む、方法において具現化されることができる。本実装および他の実装はそれぞれ、随意に、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【０００７】
いくつかの実装では、マスキング材料に構造を非対称に被覆させる条件は、マスキング材料が堆積システムによって適用される堆積方向に対して非法線角度で基板を傾斜させるステップを含む。
【０００８】
いくつかの実装では、複数の構造は、構造の第１の領域と、構造の第２の領域とを含む。マスキング材料を構造に非対称に適用するステップは、マスキング材料を構造の第１の領域に適用しながら、構造の第２の領域をマスキングするステップを含み得る。いくつかの実装では、マスキング材料を構造に非対称に適用するステップは、マスキング材料を構造の第２の領域に適用しながら、構造の第１の領域をマスキングするステップを含み得る。
【０００９】
いくつかの実装では、構造の面積をエッチングするステップは、湿式エッチングプロセス、乾式エッチングプロセス、またはイオンビームエッチングプロセスのうちの１つを実施するステップを含む。
【００１０】
いくつかの実装では、マスキング材料を含まない各構造の片側の一部は、第１の部分であり、本方法は、各構造の片側の少なくとも第２の部分が、金属触媒層を含まないように、金属触媒層に構造を非対称に被覆させる第２の条件下で、構造にわたって金属補助化学エッチング（ＭＡＣＥ）のための金属触媒層を適用するステップを含む。いくつかの実装では、第２の部分は、第１の部分と異なる。いくつかの実装では、マスキング材料に構造を非対称に被覆させる条件は、マスキング材料が堆積システムによって適用される方向に対して第１の非法線角度で基板を傾斜させるステップを含み、金属触媒層に構造を非対称に被覆させる第２の条件は、金属触媒層が堆積システムによって適用される方向に対して第２の非法線角度で基板を傾斜させるステップを含む。第２の非法線角度は、第１の非法線角度と異なり得る。
【００１１】
いくつかの実装では、構造は、基板からマスキング材料を剥離した後、エッチングされる。
【００１２】
いくつかの実装では、構造は、構造の面積をエッチングするステップの前に、正方形の外形、長方形の外形、台形の外形、または三角形の外形を有する。
【００１３】
いくつかの実装では、マスキング材料は、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、またはＡｕのうちの１つを含む。いくつかの実装では、構造は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ポリマー材料、または有機・無機ハイブリッド材料のうちの１つを含む。いくつかの実装では、構造は、ナノ構造である。いくつかの実装では、構造は、マイクロ構造である。
【００１４】
別の一般的な側面は、基板上に複数の構造を含む、基板であって、構造はそれぞれ、第１の側面と、第１の側面の反対側にある第２の側面とを有し、第１の側面の外形は、第２の側面の外形に対して非対称である、基板において具現化され得る。本実装および他の実装はそれぞれ、随意に、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。
【００１５】
いくつかの実装では、構造は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ポリマー材料、または有機・無機ハイブリッド材料のうちの１つを含む。いくつかの実装では、構造は、ナノ構造である。いくつかの実装では、構造は、マイクロ構造である。
【００１６】
いくつかの実装では、複数の構造は、第１の非対称外形を有する複数の第１の構造と、第１の非対称外形と異なる、第２の非対称外形を有する複数の第２の構造とを含む。
【００１７】
いくつかの実装では、基板は、光学デバイス内に含まれる。いくつかの実装では、光学デバイスは、光導波管である。いくつかの実装では、光学デバイスは、一対の拡張現実グラスである。いくつかの実装では、複数の構造は、回折パターンを形成する。
本明細書に説明される主題の特定の実装は、以下の利点うちの１つ以上のものを実現するように実装されることができる。本開示の実装は、構造の大きいパターンのための種々の外形構造のマイクロパターンおよびナノパターンの加工を改良し得る。実装は、基板（例えば、Ｓｉウエハ）の異なる領域にわたって種々の外形を有する構造の加工を可能にし得る。実装は、より効率的な波（例えば、光学的）回折パターンの加工を可能にし得る。実装は、高アスペクト比を伴う機械的に安定したマイクロ／ナノ構造の製造を可能にし得る。
【００１８】
本明細書で使用されるように、用語「マイクロ」、「マイクロ構造」、および「マイクロ特徴」は、５０マイクロメートル以下の少なくとも１つの寸法を有する、構造または構造の特徴を表す。
【００１９】
本明細書で使用されるように、用語「ナノ」、「ナノ構造」、および「ナノ特徴」は、５００ナノメートル以下の少なくとも１つの寸法を有する、構造または構造の特徴を表す。
【００２０】
本明細書に説明される主題の１つ以上の実施形態の詳細が、付随する図面および下記の説明に記載される。本主題の他の潜在的な特徴、側面、および利点が、説明、図面、および請求項から明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、リソグラフィシステムの簡略側面図を図示する。
【図２】図２は、その上に位置付けられたパターン化された層を有する、基板の簡略側面図を図示する。
【図３】図３Ａ−３Ｃは、その上にパターン化された例示的非対称構造を有する、基板の簡略側面図を図示する。
【図４】図４は、本開示の実装による、非対称構造を加工するための例示的プロセスを図示する。
【図５】図５は、本開示の実装による、非対称構造を加工するための第２の例示的プロセスを図示する。
【図６】図６は、本開示の実装による、非対称構造を加工するための第３の例示的プロセスを図示する。
【図７Ａ】図７Ａ−７Ｃは、本開示の実装による、基板上の構造にマスキング材料を非対称に適用するための例示的プロセスを図示する。
【図７Ｂ】図７Ａ−７Ｃは、本開示の実装による、基板上の構造にマスキング材料を非対称に適用するための例示的プロセスを図示する。
【図７Ｃ】図７Ａ−７Ｃは、本開示の実装による、基板上の構造にマスキング材料を非対称に適用するための例示的プロセスを図示する。
【図８】図８は、本開示の実装による、非対称構造を加工するための例示的方法のフローチャートを示す。
【図９】図９Ａ−９Ｂは、非対称構造が使用され得る例示的デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
非対称外形を有するマイクロ構造およびナノ構造の加工の種々の実施例が、下記に説明される。非対称構造は、例えば、光導波管のためのより効率的な回折格子の加工において有用であり得る。概して、これらの実施例は、マスキング材料を基板に選択的に適用するステップと、マスキング材料によって被覆されていない基板の部分をエッチングするステップとを含む。例えば、マスキング材料は、後続のエッチングが構造を非対称形状に彫刻するような様式で、規則的に成形された離散構造に適用されることができる。
【００２３】
図１は、基板１０２上にレリーフパターンを形成するインプリントリソグラフィシステム１００を図示する。基板１０２は、基板チャック１０４に結合されてもよい。いくつかの実施例では、基板チャック１０４は、真空チャック、ピンタイプチャック、溝タイプチャック、電磁チャック、および／または同等物を含み得る。いくつかの実施例では、基板１０２および基板チャック１０４はさらに、空気ベアリング１０６上に位置付けられてもよい。空気ベアリング１０６は、ｘ軸、ｙ軸、および／またはｚ軸を中心とした運動を提供する。いくつかの実施例では、基板１０２および基板チャック１０４は、段上に位置付けられる。空気ベアリング１０６、基板１０２、および基板チャック１０４はまた、基部１０８上に位置付けられてもよい。いくつかの実施例では、ロボットシステム１１０が、基板１０２を基板チャック１０４上に位置付ける。
【００２４】
基板１０２は、基板チャック１０４の反対側に位置付けられる、平面１１１を含むことができる。いくつかの実施例では、基板１０２は、基板１０２を横断して実質的に均一な（一定の）厚さと関連付けられることができる。
【００２５】
インプリントリソグラフィシステム１００はさらに、設計考慮事項に応じて、１つ以上のローラ１１４に結合される、インプリントリソグラフィ可撓性テンプレート１１２を含む。ローラ１１４は、可撓性テンプレート１１２の少なくとも一部の移動を提供する。そのような移動は、基板１０２と重なる可撓性テンプレート１１２の異なる部分を選択的に提供し得る。いくつかの実施例では、可撓性テンプレート１１２は、複数の構造、例えば、離間される陥凹部および突出部を含む、パターン化表面を含む。しかしながら、いくつかの実施例では、構造の他の構成も可能である。パターン化表面は、基板１０２上に形成されるべきパターンの基礎を形成する、任意の原パターンを画定してもよい。いくつかの実施例では、可撓性テンプレート１１２は、テンプレートチャック、例えば、真空チャック、ピンタイプチャック、溝タイプチャック、電磁チャック、および／または同等物に結合されてもよい。
【００２６】
インプリントリソグラフィシステム１００はさらに、流体分注システム１２０を備えてもよい。流体分注システム１２０は、基板１０２上に重合性材料を堆積させるために使用されてもよい。重合性材料は、液滴分注、スピンコーティング、浸漬コーティング、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、薄膜蒸着、厚膜蒸着、および／または同等物等の技法を使用して基板１０２上に位置付けられてもよい。いくつかの実施例では、重合性材料は、複数の液滴として基板１０２上に位置付けられる。
【００２７】
図１および２を参照すると、インプリントリソグラフィシステム１００はさらに、基板１０２に向かってエネルギーを指向するように結合される、エネルギー源１２２を備えてもよい。いくつかの実施例では、ローラ１１４および空気ベアリング１０６は、可撓性テンプレート１１２および基板１０２の所望される部分を所望される位置に位置付けるように構成される。インプリントリソグラフィシステム１００は、空気ベアリング１０６、ローラ１１４、流体分注システム１２０、および／またはエネルギー源１２２と通信するプロセッサによって調整されてもよく、メモリ内に記憶されるコンピュータ可読プログラム上で動作してもよい。
【００２８】
いくつかの実施例では、ローラ１１４、空気ベアリング１０６、または両方は、可撓性テンプレート１１２と基板１０２との間の距離を変動させ、その間に、重合性材料によって充填される、所望される容積を画定する。例えば、可撓性テンプレート１１２は、重合性材料に接触する。所望される容積が重合性材料によって充填された後、エネルギー源１２２が、エネルギー、例えば、広帯域紫外線放射を生成し、重合性材料を凝固および／または架橋結合させて、基板１０２の表面および可撓性テンプレート１１２のパターン化表面の一部の形状に共形化させ、基板１０２上にパターン化された層１５０を画定する。いくつかの実施例では、パターン化された層１５０は、残留層１５２と、突出部１５４および陥凹部１５６として示される複数の構造とを備えてもよい。
【００２９】
図３Ａ−３Ｃは、その上にパターン化された例示的非対称構造３００、３２０、３４０を伴うパターン化された層１５０を有する、基板１０２の簡略側面図を図示する。より具体的には、図３Ａおよび３Ｂは、「椅子様」の非対称外形を有する例示的構造３００、３２０を図示し、図３Ｃは、非対称三角形の外形を有する例示的構造３４０を図示する。構造３００、３２０、３４０はそれぞれ、第１の側面３０２と、第２の側面３０４とを含む。示されるように、各構造３００、３２０、３４０の第２の側面３０４は、個別の第１の側面３０２に対して非対称であるように加工される。
【００３０】
パターン化された層１５０および構造３００、３２０、３４０は、限定ではないが、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ポリマー材料、または有機・無機ハイブリッド材料を含む、材料を使用して加工されることができる。例示的有機・無機ハイブリッド材料は、メチル基および酸化ケイ素とともに炭素ポリマー層を形成する、大気圧または低圧力条件下でＡｒおよび酸素ベースのプラズマに暴露される、２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサンから成る、膜またはパターン化された層である。別の例示的有機・無機ハイブリッド材料は、基板上に窒化ケイ素を堆積させるために使用されることができる、ヘキサクロロジシランである。別の実施例では、ヘキサクロロジシランは、シリコン酸窒化物を堆積させ、高屈折率（ｎ＜１．７）の透明膜を形成するためにＡｒ／Ｏ２プラズマと併用されることができる。これらの層は、レリーフ構造にわたって堆積およびエッチングまたは直接堆積されることができる。加えて、構造３００、３２０、３４０は、例えば、マイクロ構造またはナノ構造であり得る。
【００３１】
いくつかの実装では、複数の異なるタイプの非対称構造３００、３２０、３４０が、単一の基板上に含まれる。例えば、基板１０２は、第１の領域内に構造３００と、第２の領域内に構造３２０と、第３の領域内に構造３４０とを含むように加工される、パターン化された層１５０を含むことができる。
【００３２】
いくつかの実装では、構造３００、３２０、３４０等の非対称の輪郭にされた構造は、依然として、高アスペクト比の幾何学形状を提供するが、高くかつ狭小な長方形構造等のいくつかの対称構造より機械的に安定性である。例えば、高アスペクト比の外形は、剛性または塑性基板にわたってワイヤグリッド偏光子のための斜め蒸着（ＧＬＡＤ）ベースのインプリントを加工するために望ましい。しかしながら、（例えば、図２に示されるような）高アスペクト比を有する対称構造が、あまり機械的に安定性ではない場合がある一方で、機械的安定性は、非対称外形を使用する構造において改良されることができる。さらに、より大きい体積の金属３１０（例えば、Ａｌ）は、あまり安定していない対称構造上よりも、（例えば、図３Ａに示されるような）安定した非対称外形上に非対称に堆積されることができる。いくつかの実施例では、金属３１０はまた、対称構造上よりも非対称構造上に堆積されたときに高く垂直に充塞されることができる。
【００３３】
図４は、本開示の実装による、非対称構造を加工するための例示的プロセス４００を図示する。ステップ（４０２）において、複数の離散構造４２０が、基板１０２上に形成される。構造４２０は、例えば、インプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ、およびエッチング、または他の適切な加工技法によって形成されることができる。例えば、構造４２０は、上記に説明されるように、インプリントリソグラフィシステム１００を使用して形成されることができる。構造４２０は、略対称外形を有する。言い換えると、各構造４２０の片側４２２ａの形状は、左右対称を形成する、各構造４２０の反対側４２２ｂの形状と実質的に同一である。構造４２０の開始外形は、限定ではないが、正方形の外形、長方形の外形、台形の外形、または三角形の外形を含む、任意の略対称形状を含むことができる。加えて、構造４２０は、マイクロ構造またはナノ構造であり得る。
【００３４】
ステップ（４０４）において、マスキング材料４２４が、構造４２０に適用される。マスキング材料４２４は、マスキング材料に構造４２０を非対称に被覆させる条件下で適用される。例えば、示されるように、マスキング材料４２４は、構造４２０の側面４２２ｂを完全に被覆するが、構造４２０の側面４２２ａを被覆しない。しかしながら、マスキング材料４２４は、厳密に図４に示されるように適用される必要はない。マスキング材料４２４は、任意の所望される非対称パターンで構造４２０を被覆するように適用されることができる。例えば、側面４２２ｂは、マスキング材料４２４によって部分的にのみ被覆されるが、完全に被覆されなくてもよい。側面４２２ａは、マスキング材料４２４によって部分的に被覆されてもよい。例えば、両方の側面４２２ａおよび４２２ｂの一部は、マスキング材料４２４によって被覆されてもよい。しかしながら、構造４２０へのマスキング材料４２４の非対称適用を維持するために、マスキング材料４２４によって被覆される側面４２２ａの一部は、マスキング材料４２４によって被覆される側面４２２ｂの一部より小さくあり得る。
【００３５】
マスキング材料４２４は、限定ではないが、化学蒸着（ＣＶＤ）および物理蒸着（ＰＶＤ）を含む、堆積プロセスを使用して適用されることができる。マスキング材料４２４を非対称に適用するための例示的条件が、図７Ａ−７Ｃを参照して下記により詳細に説明される。さらに、マスキング材料４２４は、１つの材料またはＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、またはＡｕのうちの材料を含み得る。
【００３６】
ステップ（４０６）において、構造４２０が、エッチングされる。具体的には、示される実施例において、パターン化された層１５０が、エッチングされ、構造４２０の全体的形状を修正し、それによって、構造４２０内に非対称外形を生成する。例えば、マスキング材料４２４によって被覆されていない構造４２０（およびパターン化された層１５０）の部分が、エッチングされ、陥凹部４２６を形成する。構造４２０は、限定ではないが、湿式エッチングプロセス、プラズマエッチングプロセス、乾式エッチングプロセス、またはイオンビームエッチング／ミリングプロセスを含む、エッチングプロセスを使用して、エッチングされることができる。
【００３７】
ステップ（４０８）において、マスキング材料４２４が、除去される。例えば、マスキング材料４２４は、プラズマまたは化学剥離プロセスを使用して、構造４２０およびパターン化された層１５０から剥離されることができる。示されるように、マスキング材料を除去するステップは、マスキング材料４２４の非対称適用および後続のエッチングによって生成される、構造４２０ａの非対称外形を露見させる。
【００３８】
いくつかの実装では、随意のステップ（４１０）において、非対称構造４２０ａが、二度目にエッチングされ、それらの形状をさらに改変する。例えば、構造に適用されるマスキング材料を伴わない第２のエッチングが、非対称構造４２０ａの縁を丸くする、または平滑化するために使用されることができる。第２のエッチングを実施するために使用されるタイミングおよび技法は、改変され、非対称構造４３０を生成する外形４２８または非対称構造４３４を生成する外形４３２等の異なる外形を生成することができる。例えば、外形４２８（非対称構造４３０）は、ＣＨＦ３、ＣＦ４、およびＡｒを用いた、比較的により低いイオンエネルギーエッチング製法（例えば、より高い圧力、より低い電力）を使用することによって、非対称構造４２０ａから生成されることができる。よりテーパ状の外形４３２（非対称構造４３４）は、ＣＦ４およびＡｒを用いた、比較的により高いイオンエネルギーエッチング製法（例えば、より低い圧力、より高い電力）を使用することによって、非対称構造４２０ａから生成されることができる。
【００３９】
図７Ａ−７Ｃは、本開示の実装による、基板上の構造にマスキング材料を非対称に適用するための例示的プロセスを図示する。図７Ａは、堆積システム７０２の簡略ブロック図を示す。例えば、堆積システム７０２は、ＣＶＤシステムまたはＰＶＤシステムであり得る。堆積システム７０２は、基板１０２上に堆積材料７０４（例えば、マスキング材料）を堆積させる。堆積材料７０４は、概して、基板１０２に転写される際、気相の状態である。例えば、ＣＶＤシステムでは、堆積材料７０４は、原料ガスであり得る一方で、ＰＶＤシステムでは、堆積材料７０４は、基板１０２の上に蒸着またはスパッタリングされる原材料であり得る。
【００４０】
堆積システム７０２は、一般的な堆積方向７０６に沿って（例えば、示されるようなｙ軸に沿って）堆積材料７０４を基板の上に指向する。当業者は、堆積材料７０４が、ガス分子の無作為運動に起因して単一の直線経路に沿って忠実に進行しないが、一般的な堆積方向が、決定され得ることを理解するであろう。すなわち、堆積材料７０４は、概して、全方向ではなく、狭い範囲の方向から基板に向かって指向される。しかしながら、単純化のために、堆積方向７０６は、直線経路と称されるであろう。
【００４１】
基板１０２は、堆積方向７０６に対して傾斜される。より具体的には、基板１０２は、基板１０２が堆積システムの堆積方向７０６に対して非法線角度を形成するように傾斜される。基板１０２をそのような角度に傾斜させるステップは、堆積材料７０４を基板１０２から外向きに延在する任意の構造（例えば、図４の構造４２０）に非対称に適用させる。例えば、基板の拡大された領域「Ａ」に示されるように、傾斜されると、構造７０８の片側が、構造７０８の反対側を堆積材料７０４の経路から遮断または遮蔽する。堆積材料は、したがって、構造７０８の遮断されていない側面上に優先的に堆積される。
【００４２】
いくつかの実装では、基板１０２は、基板１０２が堆積方向７０６に対して種々の角度に傾斜されることを可能にする、操作可能なプラットフーム上に搭載されることができる。（図５に関して下記に説明されるような）多段階加工プロセスでは、これは、第１の傾斜角での第１のマスキング材料および異なる傾斜角での後続のマスキング材料の適用を可能にし得る。さらに、基板１０２は、複数の軸を中心として枢動され、構造７０８の異なる側面を非対称にマスキングすることによって、異なる構造幾何学形状を生成してもよい。例えば、図７Ａに示される基板１０２は、ページから外に延在するＸ軸を中心として傾斜されて図示されているが、マスキング材料の後続の適用に関して、基板１０２は、ｚ軸を中心として枢動されてもよい。
【００４３】
図７Ｂおよび７Ｃを参照すると、いくつかの実装では、堆積基板は、構造の複数の異なる領域７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃを含み得る。そのような実装に関して、堆積システム７０２は、堆積材料７０４が他の領域（例えば、領域７３０ｂ、７３０ｃ）に接触することを防止しながら、マスキング材料を１つ以上の特定の領域（例えば、領域７３０ａ）に優先的に適用するためのマスクまたはシャッタ７３２を含むことができる。基板１０２またはマスキング／シャッタ７３２のいずれかは、遠隔で回転され、堆積システム７０２の圧力または温度条件を破る必要なく、または基板１０２の傾斜角を改変する必要なく、堆積材料７０４に暴露される領域７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃの間を行き来することができる。例えば、基板１０２は、遠隔で回転され、構造の各領域７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃをマスキング／シャッタ７３０内の窓７３４と交互に整合させることができる。いくつかの実装では、マスキング／シャッタ７３２は、堆積システム７０２の圧力または温度条件を破る必要なく、基板１０２に関して異なる傾斜角を使用して、構造の各領域７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃへの堆積材料７０４の適用を可能にし得る。
【００４４】
いくつかの実装では、プロセス４００は、図５に示され、下記に議論されるように繰り返されることができる。図５は、非対称構造を加工するための第２の例示的プロセス５００を図示する。プロセス５００は、プロセス４００に類似するが、しかしながら、プロセス５００は、プロセス４００のステップのうちのいくつかの複数の反復を含む。
【００４５】
ステップ（５０２）において、複数の離散構造５２０が、基板１０２上に形成される。構造５２０は、例えば、インプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ、およびエッチング、または他の適切な加工技法によって形成されることができる。例えば、構造５２０は、上記に説明されるように、インプリントリソグラフィシステム１００を使用して形成されることができる。上記に議論される構造４２０と同様に、構造５２０は、略対称外形を有する。加えて、構造５２０は、マイクロ構造またはナノ構造であり得る。
【００４６】
ステップ（５０４）において、マスキング材料５２２が、構造５２０に適用される。マスキング材料５２２は、マスキング材料に構造５２０を非対称に被覆させる条件下で適用される。例えば、マスキング材料４２４に関して上記に議論されるように、マスキング材料５２２は、厳密に図５に示されるように適用される必要はない。マスキング材料５２２は、任意の所望される非対称パターンで構造５２０を被覆するように適用されることができる。マスキング材料５２２は、限定ではないが、化学蒸着（ＣＶＤ）および物理蒸着（ＰＶＤ）を含む、堆積プロセスを使用して適用されることができる。例えば、図７Ａ−７Ｃに関して上記に議論されるように、マスキング材料５２２は、マスキング材料が堆積されている方向に対して非法線傾斜角度に基板１０２を傾斜させることによって、構造５２０に適用されることができる。さらに、マスキング材料５２２は、１つの材料またはＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、またはＡｕのうちの材料を含み得る。
【００４７】
ステップ（５０６）において、構造５２０が、エッチングされる。具体的には、示される実施例において、パターン化された層１５０が、エッチングされ、構造５２０の全体的形状を修正し、それによって、構造５２０内に非対称外形を生成する。例えば、マスキング材料５２２によって被覆されていない構造５２０（およびパターン化された層１５０）の部分が、エッチングされ、陥凹部５２４を形成する。構造５２０は、限定ではないが、湿式エッチングプロセス、プラズマエッチングプロセス、乾式エッチングプロセス、またはイオンビームエッチング／ミリングプロセスを含む、エッチングプロセスを使用して、エッチングされることができる。
【００４８】
ステップ（５０８）において、マスキング材料５２２が、除去され、第２のマスキング材料５２６が、ここでは修正された構造５２０ａに適用される。上記のように、マスキング材料５２２は、プラズマまたは化学剥離プロセスを使用して、構造５２０およびパターン化された層１５０から剥離されることができる。示されるように、修正された構造５２０ａは、マスキング材料５２２の非対称適用および後続のエッチングによって生成される、非対称外形を有する。修正された構造５２０ａの形状は、第２のマスキング材料５２６を修正された構造５２０ａに適用することによってさらに改変されることができる。第２のマスキング材料５２６は、第１のマスキング材料５２２のものと同一の材料またはそれと異なる材料であり得る。
【００４９】
第２のマスキング材料５２６は、第１のマスキング材料と同様に（例えば、示されるように）適用されることができる。言い換えると、第２のマスキング材料は、第１のマスキング材料が構造５２０に適用されたものと同一の構造５２０ａの側面に非対称に適用されることができる。いくつかの実装では、第２のマスキング材料は、構造５２０ａの異なる側面に、または第１のマスキング材料５２２が構造５２０に適用された方法と異なる割合で構造５２０ａの種々の側面に、非対称に適応されることができる。例えば、上記に議論されるように、第１のマスキング材料５２２は、マスキング材料が堆積されている方向に対して非法線傾斜角度に基板１０２を傾斜させることによって、構造５２０に適用されることができる。故に、第２のマスキング材料５２６は、第１のマスキング材料５２２を適用するために使用されるものとは異なる角度に基板１０２を傾斜させることによって適用されることができる。基板１０２は、第２のマスキング材料５２６が、第１のマスキング材料５２２が構造５２０に適用されたものとは異なる構造５２０ａの側面に適用されるように、異なる軸を中心として回転または傾斜されることができる。
【００５０】
ステップ（５１０）において、構造５２０ａが、エッチングされる。具体的には、示される実施例において、パターン化された層１５０が、エッチングされ、構造５２０ａの全体的形状を修正し、それによって、構造５２０ａの非対称外形をさらに修正する。例えば、マスキング材料５２６によって被覆されていない構造５２０ａ（およびパターン化された層１５０）の部分が、エッチングされ、陥凹部５２８を形成する。構造５２０ａは、限定ではないが、湿式エッチングプロセス、プラズマエッチングプロセス、乾式エッチングプロセス、またはイオンビームエッチング／ミリングプロセスを含む、エッチングプロセスを使用して、エッチングされることができる。
【００５１】
ステップ（５１２）において、マスキング材料５２６が、除去される。例えば、マスキング材料５２６は、プラズマまたは化学剥離プロセスを使用して、構造５２０およびパターン化された層１５０から剥離されることができる。示されるように、マスキング材料を除去するステップは、マスキング材料５２６の非対称適用および後続のエッチングによって生成される、構造５２０ｂの非対称外形を露見させる。
【００５２】
プロセス４００の随意のステップ（４０８）は、ステップ（５１２）の後、ステップ（５０６）において第１のマスキング材料５２２が除去された後、または両方のいずれかで、実施されることができる。より具体的には、非対称構造５２０ａ、５２０ｂ、または両方のいずれかは、それらの形状をさらに改変させるために適用されるマスキング材料を用いることなくエッチングされることができる。
【００５３】
図６は、非対称構造を加工するための第３の例示的プロセス６００を図示する。プロセス６００は、非対称構造の加工のための非対称に適用された金属補助化学エッチング（ＭＡＣＥ）材料の使用を含む。プロセス４００および５００におけるように、複数の離散構造６２０が、基板１０２上に形成される。構造６２０は、例えば、インプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ、およびエッチング、または他の適切な加工技法によって形成されることができる。上記に議論される構造４２０および５２０と同様に、構造６２０は、略対称外形を有する。加えて、構造６２０は、マイクロ構造またはナノ構造であり得る。
【００５４】
ステップ（６０２）において、マスキング材料６２２およびＭＡＣＥ触媒材料６２４が、構造６２０に適用される。マスキング材料６２２および触媒材料６２４は、マスキング材料６２２および触媒材料６２４に構造６２０を非対称に被覆させる条件下で適用される。例えば、マスキング材料６２２および触媒材料６２４は、限定ではないが、ＣＶＤおよびＰＶＤプロセスを含む、堆積プロセスを使用して適用されることができる。マスキング材料６２２および触媒材料６２４ａを非対称に適用するための例示的条件が、図７Ａ−７Ｃを参照して下記により詳細に説明される。さらに、マスキング材料６２２は、１つの材料またはＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、またはＡｕのうちの材料を含み得る。触媒材料６２４は、１つの材料またはＡｕ、Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ合金のうちの材料を含み得る。
【００５５】
いくつかの実装では、マスキング材料６２２および触媒材料６２４は、図６に示されるように、異なる非対称パターンを生成するように、異なる条件下で適用されることができる。例えば、マスキング材料６２２は、堆積システムの堆積方向に対して第１の角度に基板１０２を傾斜させることによって適用されることができ、触媒材料６２４は、第１の角度と異なる第２の角度に基板１０２を傾斜させることによって適用されることができる。
【００５６】
いくつかの実装では、触媒材料６２４は、マスキング材料６２２を用いることなく、単独で構造に適用されてもよい。さらに、マスキング材料は、触媒材料６２４の前に構造に適用されるものとして説明され、示されるが、いくつかの実装では、触媒材料６２４が、マスキング材料６２２の前に適用されてもよい。
【００５７】
ステップ（６０４）において、構造６２０が、エッチングされる。具体的には、示される実施例において、パターン化された層１５０が、エッチングされ、構造６２０の全体的形状を修正し、それによって、構造６２０内に非対称外形を生成する。例えば、マスキング材料６２２によって被覆されていないが、触媒材料６２４によって被覆される構造６２０（およびパターン化された層１５０）の部分が、エッチングされ、陥凹部６２６を形成する。触媒材料６２４は、触媒と接触している構造６２０およびパターン化された層１５０のそれらの部分を、構造６２０およびパターン化された層１５０単独よりも高速でエッチングさせる。
【００５８】
ステップ（６０６）において、マスキング材料６２２およびいかなる残りの触媒材料６２４も、除去される。例えば、マスキング材料６２２および残りの触媒材料６２４は、プラズマまたは化学剥離プロセスを使用して、構造６２０およびパターン化された層１５０から剥離されることができる。示されるように、マスキング材料６２２および残りの触媒材料６２４を除去するステップは、プロセス６００によって生成される、構造６２０ａの非対称外形を露見させる。
【００５９】
図８は、本開示の実装による、非対称構造を加工するための例示的方法８００のフローチャートを示す。プロセス８００は、論理フロー図に配列される、参照された行為の集合として図示される。行為が説明される順序は、限定として解釈されることを意図せず、任意の数の説明される行為が、プロセスを実装するように、他の順序で、および／または並行して組み合わせられ得る。
【００６０】
複数の離散構造が、基板上に形成される（８０２）。構造は、例えば、インプリントリソグラフィ、フォトリソグラフィ、およびエッチング、または他の適切な加工技法によって形成されることができる。例えば、構造は、上記に説明されるように、インプリントリソグラフィシステム１００を使用して形成されることができる。いくつかの実施例では、構造は、略対称外形を有する。言い換えると、各構造の片側の形状は、各構造の反対側の形状と実質的に同一であり、それによって、左右対称を形成する。構造の開始外形は、限定ではないが、正方形の外形、長方形の外形、台形の外形、または三角形の外形を含む、任意の略対称形状を含むことができる。加えて、構造は、マイクロ構造またはナノ構造であり得る。
【００６１】
いくつかの実装では、構造は、複数の別個の領域内に形成される。例えば、構造の複数の区域が、単一の基板上に形成されることができる。ある場合には、構造の各領域が、同様に処理され、同様に成形された非対称構造を形成する。他の場合では、構造の各領域が、異なるように処理され、同一の基板上に異なるように成形された非対称構造を形成する。
【００６２】
マスキング材料が、構造に非対称に適用される（８０４）。マスキング材料は、マスキング材料に構造を非対称に被覆する非対称マスキングパターンを形成させる条件下で、適用される。例えば、構造のそれぞれまたはいくつかに関して、マスキング材料は、構造の第１の側面を完全に被覆してもよいが、構造の第２の反対側を被覆しなくてもよい。マスキング材料は、任意の所望される非対称パターンで構造を被覆するように適用されることができる。例えば、構造の第１の側面は、マスキング材料によって部分的にのみ被覆されるが、完全に被覆されなくてもよい。第２の反対側はまた、マスキング材料によって部分的に被覆されてもよい。しかしながら、構造へのマスキング材料の非対称適用を維持するために、マスキング材料によって被覆される第１の側面の一部は、マスキング材料によって被覆される第２の側面の一部より小さくあり得る。
【００６３】
マスキング材料は、限定ではないが、ＣＶＤおよびＰＶＤプロセスを含む、堆積プロセスを使用して適用されることができる。マスキング材料を非対称に適用するための条件は、（例えば、図７Ａ−７Ｃを参照して上記に説明されるように）堆積材料が堆積システム内の基板に転写される方向に対して非法線角度に基板を傾斜するステップを含むことができる。さらに、マスキング材料は、１つの材料またはＣｒ、Ｔｉ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、またはＡｕのうちの材料を含み得る。いくつかの実装では、ＭＡＣＥ触媒材料が、（例えば、上記のプロセス６００を参照して説明されるように）マスキング材料に加え、またはそれの代わりに、構造に非対称に適用されることができる。
【００６４】
構造のマーキングされていない部分が、エッチングされる（８０６）。構造および／または構造の下方の層が、エッチングされ、構造の全体的形状を修正し、それによって、構造内に非対称外形を生成する。例えば、マスキング材料によって被覆されていない構造の部分が、エッチングされ、構造および／または構造の下方の材料の残存層内に陥凹部を形成する。構造は、限定ではないが、湿式エッチングプロセス、プラズマエッチングプロセス、乾式エッチングプロセス、またはイオンビームエッチング／ミリングプロセスを含む、エッチングプロセスを使用してエッチングされることができる。
【００６５】
マスキング材料が、構造から除去される（８０８）。例えば、マスキング材料は、プラズマまたは化学剥離プロセスを使用して、構造および下位層から剥離されることができる。マスキング材料を除去するステップは、マスキング材料の非対称適用および後続のエッチングによって生成される、構造の非対称外形を露見させる。
【００６６】
いくつかの実装では、破線８０９によって示されるように、プロセスは、ステップ（８０４）に戻り、ステップ（８０４）−（８０８）は、繰り返される。例えば、プロセス５００に関して上記に議論されるように、ステップ（８０４）−（８０８）は、繰り返され、構造の非対称形状をさらに改変することができる。例えば、別のマスキング材料が、異なる条件下で適用され、異なる非対称マスキングパターンを生成することができる。
【００６７】
構造が、随意に、適用されるマスキング材料を用いることなくエッチングされる（８１０）。例えば、構造に適用されるマスキング材料を伴わない第２のエッチングが、非対称構造の縁を丸くする、または平滑化するために使用されることができる。第２のエッチングを実施するために使用されるタイミングおよび技法が、改変され、異なる外形を生成することができる。
【００６８】
非対称マイクロ構造およびナノ構造は、光学デバイスにおける使用のための回折パターンを作成するために使用されることができる。例えば、非対称構造を含む回折パターンは、光導波管において使用される回折レンズまたは光結合器等のデバイスのためのより効率的な光学回折パターンを提供し得る。
【００６９】
図９Ａ−９Ｂは、非対称構造が使用される例示的デバイスを示す。図９Ａは、例示的光学システム９００の斜視図を示す。光学システム９００は、例えば、一対の仮想現実または拡張現実グラスとして図示される、光学投影システムである。例示的光学システムは、システム９００のレンズ９０４上に画像を投影するための回折レンズおよび結合器を含み得る。システム９００は、（例えば、プロセッサから）画像を表すデータを受信し、画像をシステム９００のレンズ９０４上の領域９０２の上に投影することができる。故に、ユーザは、レンズ９０４を通して可視である場面上にオーバレイされたものとして、領域９０２内に投影された画像を両方とも視認することができる。他の例示的投影システムは、限定ではないが、ビデオプロジェクタ、モバイルビデオプロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ（例えば、車両用ヘッドアップディスプレイ）、顕微鏡、望遠鏡、および他の光学デバイスを含み得る。他の例示的光学システム９００では、非対称構造は、反射偏光子フィルム（例えば、ＧＬＡＤワイヤグリッド偏光子）内で使用されることができる。例えば、非対称構造は、スマートフォン、ＬＣＤモニタ、ＬＣＤテレビ、タブレットコンピュータ等において使用されるもの等のＬＣＤディスプレイシステムのための反射偏光フィルム内で使用されることができる。
【００７０】
図９Ｂはユーザの眼の正面に位置付けられることができる、レンズ９５２内に画像を投影するための導波管９５０の上面図を示す。例えば、導波管９５０は、ユーザに拡張現実画像を提供するための一対のグラス９５４に取り付けられることができる。導波管９５０は、プロセッサから画像データを受信し、導波管９５０のレンズ９５２内に画像を投影する。
【００７１】
投影システム９００内の回折レンズおよび光結合器および導波管９５０は、（上記に開示されるような）非対称マイクロおよび／またはナノ構造を伴う回折パターンを含み、そのようなレンズおよび光結合器の回折効率を改良することができる。例えば、改良された回折効率は、ユーザに、より明るく、より可視的な画像をもたらし得る。改良された回折効率はまた、拡張現実および他の光学システムのためのエネルギー節約をもたらし得る。
【００７２】
回折パターンが、光学システムを参照して説明されるが、本開示の実装は、可視光のための回折パターンに限定されないことを理解されたい。代わりに、本明細書に説明されるマイクロ構造およびナノ構造および同構造を加工するためのプロセスが、加工される構造の特徴に対応する波長を有する、種々の電磁波のための回折パターンを生成するために使用されることができる。例えば、本明細書に説明されるマイクロ構造およびナノ構造は、赤外線（ＩＲ）波長から紫外線（ＵＶ）波長、および潜在的にＸ線に及ぶ、電磁波のための回折パターンで機能的であり得る。
【００７３】
いくつかの実施例が、例証の目的のために説明されているが、前述の説明は、添付の請求項の範囲によって定義される、本発明の範囲を限定することを意図していない。以下の請求項の範囲内の他の実施例および修正も存在し、かつ存在するであろう。
【図１】
2019535133.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
2019535133.tif 000009
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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