(57)【要約】  光学用途の膜、そのような膜を含む物品、そのような膜の製造方法、およびそのような膜を利用するシステムが開示される。
2007532977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料の層を含む物品を提供するステップであって、前記第１の材料の前記層は、少なくとも１つのトレンチを含み、前記層は、特定の軸に沿って前記層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性であり、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間であるステップと、
前記トレンチ内に第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、前記トレンチの容積の少なくとも約５０％を充填するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記充填のステップが、前記トレンチ内に第３の材料の１つ以上の単層を形成するステップをさらに含み、前記第２の材料と前記第３の材料とが異なる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２および第３の材料の前記単層がナノ積層材料を形成する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記トレンチ内に前記第２の材料の前記複数の単層を逐次形成することによって、前記トレンチの前記容積の少なくとも約８０％を充填する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トレンチ内に前記第２の材料の前記複数の単層を逐次形成することによって、前記トレンチの前記容積の少なくとも約９０％を充填する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記トレンチ内に前記第２の材料の前記複数の単層を逐次形成することによって、前記トレンチの前記容積の少なくとも約９９％を充填する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の材料が前記第１の材料とは異なる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の材料および前記第２の材料の前記層が連続層を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記物品が、前記第１の材料の前記層の表面内に形成された追加のトレンチを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記追加のトレンチ内に前記第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、前記追加のトレンチのそれぞれの容積の少なくとも約５０％を充填するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記追加のトレンチ内に前記第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、前記追加のトレンチのそれぞれの容積の少なくとも約８０％を充填するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記追加のトレンチ内に前記第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、前記追加のトレンチのそれぞれの容積の少なくとも約９０％を充填するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記追加のトレンチ内に前記第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、前記追加のトレンチのそれぞれの容積の少なくとも約９９％を充填するステップをさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記トレンチが前記第１の材料の列によって分離される請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の材料の前記層が表面レリーフ格子を形成する請求項７に記載の方法。
【請求項１６】
前記表面レリーフ格子が約５００ｎｍ以下の格子周期を有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記トレンチが、前記第１の材料の連続層をエッチングすることによって形成される請求項７に記載の方法。
【請求項１８】
前記エッチングが反応性イオンエッチングを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記トレンチがリソグラフィにより形成される請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記トレンチがナノインプリントリソグラフィを使用して形成される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノインプリントリソグラフィが、熱可塑性材料中にパターンを形成することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ナノインプリントリソグラフィが、ＵＶ硬化性材料中にパターンを形成することを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記トレンチが、ホログラフィックリソグラフィを使用して形成される請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記トレンチの上に前記第２の材料の単層を逐次形成することによって、前記充填されたトレンチの上に前記第２の材料の層を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の材料の前記層が、約５０ｎｍ以下の相加平均粗さの表面を有する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の材料が誘電材料である請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の材料の前記複数の単層を形成するステップが、前駆体の単層を堆積するステップと、前記前駆体の前記単層を試薬に曝露して前記第２の材料の単層を形成するステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記試薬が前記前駆体と化学的に反応することで前記第２の材料が形成される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記試薬が前記前駆体を酸化することで前記第２の材料が形成される請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記前駆体の前記単層を堆積するステップが、前記前駆体を含む第１のガスを前記物品を収容するチャンバー内に導入するステップを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記前駆体の前記単層が堆積される間の、前記チャンバー内の前記第１のガスの圧力が約０．０１〜約１００Ｔｏｒｒである請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記前駆体の前記単層を前記試薬に曝露するステップが、前記試薬を含む第２のガスを前記チャンバー内に導入するステップを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記前駆体の前記単層を前記試薬に曝露する間の、前記チャンバー内の前記第２のガスの圧力が約０．０１〜約１００Ｔｏｒｒである請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１のガスの導入の後、および前記第２のガスの導入の前に、第３のガスを前記チャンバーに導入する請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記第３のガスが前記前駆体に対して不活性である請求項２７に記載の方法。
【請求項３６】
前記第３のガスが、ヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、クリプトン、およびキセノンからなる群より選択される少なくとも１種類のガスを含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記前駆体が、トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール、（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、Ｈｆ−エタオキシド、およびＴａ−エタオキシドからなる群より選択される請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
前記トレンチが約１，０００ｎｍ以下の幅を有する請求項１に記載の方法。
【請求項３９】
前記トレンチが約１０ｎｍ以上の深さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
前記連続層が、特定の軸に沿って前記連続層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性であり、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である請求項８に記載の方法。
【請求項４１】
原子層堆積を使用して格子の表面上に材料の層を形成するステップを含む方法。
【請求項４２】
前記格子が表面レリーフ格子である請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記格子が約２，０００ｎｍ以下の格子周期を有する請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記トレンチの充填後に、前記第１の材料の前記層の上に第２の複屈折層を形成するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４５】
前記第２の複屈折層が複数のトレンチを含み、前記第２の複屈折層を形成するステップが、前記第２の複屈折層の前記トレンチ内に第３の材料の複数の単層を逐次形成することによって前記複数のトレンチを充填するステップを含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記第２の複屈折層の上に追加の複屈折層を形成するステップをさらに含む請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
原子層堆積を使用して光学リターデーション膜を形成するステップを含む方法。
【請求項４８】
前記光学リターデーション膜が複屈折性である請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
交互に配列した第１の材料の列とナノ積層材料の列とを含む連続層を含み、前記連続層が、特定の軸に沿って前記連続層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性であり、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である物品。
【請求項５０】
少なくとも１つの反射防止膜をさらに含み、前記物品の表面が前記反射防止膜の表面を含む請求項４９に記載の物品。
【請求項５１】
前記連続層と隣接する第３の材料の層をさらに含む請求項４９に記載の物品。
【請求項５２】
前記連続層と隣接する前記ナノ積層材料の層をさらに含む請求項４９に記載の物品。
【請求項５３】
前記連続層と隣接する前記ナノ積層材料の前記層が、約５０ｎｍ以下の相加平均粗さの表面を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項５４】
前記連続層と隣接する前記ナノ積層材料の前記層が、約２０ｎｍ以下の相加平均粗さの表面を有する請求項４９に記載の方法。
【請求項５５】
前記連続層と隣接する前記ナノ積層材料の前記層が、約１０ｎｍ以下の相加平均粗さの表面を有する請求項４９に記載の方法。
【請求項５６】
前記ナノ積層材料がλにおいて約１．３以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項５７】
前記ナノ積層材料がλにおいて約１．５以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項５８】
前記ナノ積層材料がλにおいて約１．６以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項５９】
前記ナノ積層材料がλにおいて約１．７以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項６０】
前記ナノ積層材料がλにおいて約１．８以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項６１】
前記ナノ積層材料がλにおいて約１．９以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項６２】
前記ナノ積層材料がλにおいて約２．０以上の屈折率を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項６３】
前記ナノ積層材料が第２の材料の部分と、第３の材料の部分とを含み、前記第２の材料と前記第３の材料が異なる請求項４９に記載の物品。
【請求項６４】
前記第１の材料と前記第３の材料とが同じである請求項６３に記載の物品。
【請求項６５】
前記ナノ積層材料が誘電材料を含む請求項４９に記載の物品。
【請求項６６】
前記ナノ積層材料が無機材料を含む請求項４９に記載の物品。
【請求項６７】
前記ナノ積層材料が金属を含む請求項４９に記載の物品。
【請求項６８】
前記ナノ積層材料が、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、およびＭｇＦ２からなる群より選択される材料を含む請求項４９に記載の物品。
【請求項６９】
前記第１の材料が誘電材料である請求項４９に記載の物品。
【請求項７０】
前記第１の材料が無機材料である請求項４９に記載の物品。
【請求項７１】
前記第１の材料がポリマーである請求項４９に記載の物品。
【請求項７２】
前記第１の材料が半導体である請求項４９に記載の物品。
【請求項７３】
前記第１の材料が金属である請求項４９に記載の物品。
【請求項７４】
前記第１の材料が、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、およびＭｇＦ２からなる群より選択される請求項４９に記載の物品。
【請求項７５】
前記第１の材料がガラスである請求項４９に記載の物品。
【請求項７６】
前記連続層が約５００ｎｍ以下の格子周期の格子を形成する請求項４９に記載の物品。
【請求項７７】
前記連続層が約２００ｎｍ以下の格子周期の格子を形成する請求項４９に記載の物品。
【請求項７８】
前記連続層が約１００ｎｍ以下の格子周期の格子を形成する請求項４９に記載の物品。
【請求項７９】
前記連続層が約５０ｎｍ以下の格子周期の格子を形成する請求項４９に記載の物品。
【請求項８０】
前記第１の材料の前記列が約５００ｎｍ以下の最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８１】
前記第１の材料の前記列が約２００ｎｍ以下の最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８２】
前記第１の材料の前記列が約１００ｎｍ以下の最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８３】
前記第１の材料の前記列が約５０ｎｍ以下の最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８４】
前記第１の材料の前記列が約２０ｎｍ以下の最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８５】
前記第１の材料の前記列が約１０ｎｍ以下の最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８６】
前記第１の材料の前記列が、前記ナノ積層材料の前記列の最小幅と異なる最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８７】
前記第１の材料の前記列が、前記ナノ積層材料の前記列の最小幅と同じ最小幅を有する請求項４９に記載の物品。
【請求項８８】
前記第１の材料の前記列のそれぞれの最小幅が実質的に同じである請求項４９に記載の物品。
【請求項８９】
前記ナノ積層材料の前記列のそれぞれの最小幅が実質的に同じである請求項４９に記載の物品。
【請求項９０】
前記連続層が約１５ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９１】
前記連続層が約１００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９２】
前記連続層が約２００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９３】
前記連続層が約３００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９４】
前記連続層が約５００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９５】
前記連続層が約１０００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９６】
前記連続層が約１，５００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９７】
前記連続層が約２，０００ｎｍ以上の厚さを有する請求項４９に記載の物品。
【請求項９８】
前記連続層が、特定の軸に沿って前記連続層内を伝播する波長λの光に対して約１ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項９９】
前記連続層が、特定の軸に沿って前記連続層内を伝播する波長λの光に対して約２ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１００】
前記連続層が、特定の軸に沿って前記連続層内を伝播する波長λの光に対して約５ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０１】
前記層が、特定の軸に沿って前記複合層内を伝播する波長λの光に対して約１０ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０２】
前記層が、特定の軸に沿って前記複合層内を伝播する波長λの光に対して約２０ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが約１５０ｎｍ〜約２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０３】
前記層が、特定の軸に沿って前記複合層内を伝播する波長λの光に対して約５０ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが約１５０ｎｍ〜約２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０４】
前記層が、特定の軸に沿って前記複合層内を伝播する波長λの光に対して約２，０００ｎｍ以下の光学リターデーションを有し、λが約１５０ｎｍ〜約２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０５】
前記層が、特定の軸に沿って前記複合層内を伝播する波長λの光に対して約１，０００ｎｍ以下の光学リターデーションを有し、λが約１５０ｎｍ〜約２，０００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０６】
λが約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０７】
λが約５１０ｎｍ〜約５７０ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０８】
前記連続層が、特定の軸に沿って前記連続層内を伝播する波長λの光に対して約４ｎｍ以上の光学リターデーションを有し、λが約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの間である請求項４９に記載の物品。
【請求項１０９】
交互に配列した第３の材料の列と第２のナノ積層材料の列とを含む第２の連続層をさらに含み、
前記第２の連続層が、前記軸に沿って前記第２の連続層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性である請求項４９に記載の物品。
【請求項１１０】
追加の複屈折性層をさらに含み、前記複屈折性層のそれぞれが、前記軸に沿って前記複屈折性層のそれぞれの中を伝播する波長λの光に対して複屈折性である請求項１０９に記載の物品。
【請求項１１１】
ナノ積層材料を含む複屈折性光学リターデーション膜を含む物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、光学膜、ならびに関連する物品、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
光学デバイスおよび光学系は、光の操作が望ましい場合に一般に使用されている。光学デバイスの例としては、レンズ、偏光子、光学フィルター、反射防止膜、リターダー（たとえば、四分の一波長板）、およびビームスプリッター（たとえば、偏光および非偏光ビームスプリッター）が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
概要
本発明は、光学用途の膜、そのような膜を含む物品、そのような膜の製造方法、およびそのような膜を利用するシステムに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様において、本発明は、第１の材料の層を含む物品を提供するステップであって、この第１の材料の層は、少なくとも１つのトレンチを含み、この層は、特定の軸に沿って層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性であり、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間であるステップと、該トレンチ内に第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、該トレンチの容積の少なくとも約５０％を充填するステップとを含む方法を特徴とする。
【０００５】
別の態様において、本発明は、原子層堆積を使用して格子表面上に材料の層を形成するステップを含む方法を特徴とする。
【０００６】
別の態様において、本発明は、原子層堆積を使用して光学リターデーション膜を形成するステップを含む方法を特徴とする。
【０００７】
別の態様において、本発明は、交互に配列した第１の材料の列とナノ積層材料の列とを含む連続層を含む物品であって、この連続層は、特定の軸に沿って連続層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性であり、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である物品を特徴とする。
【０００８】
別の態様において、本発明は、ナノ積層材料を含む複屈折性光学リターデーション膜を含む物品を特徴とする。
【０００９】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上の特徴を含むことができる。
【００１０】
この充填は、第３の材料の１つ以上の単層を該トレンチ内に形成するステップをさらに含むことができ、第２の材料と第３の材料とは異なる材料である。第２および第３の材料の単層は、ナノ積層材料を形成することができる。トレンチ内に第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、トレンチの容積の少なくとも約８０％（たとえば、少なくとも約９０％、少なくとも約９９％）を充填することができる。第２の材料は、第１の材料とは異なっていてもよい。第１の材料および第２の材料の層は１つの連続層を形成することができる。この連続層は、特定の軸に沿って連続層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性となることができ、λは１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である。該物品は、第１の材料の層の表面内に形成された追加のトレンチを含むことができる。本方法は、追加のトレンチ内に第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、追加のトレンチのそれぞれの容積の少なくとも約５０％を充填するステップをさらに含むことができる。本方法は、追加のトレンチ内に第２の材料の複数の単層を逐次形成することによって、追加のトレンチのそれぞれの容積の少なくとも約８０％（たとえば、少なくとも約９０％、少なくとも約９９％）を充填するステップをさらに含むことができる。これらのトレンチは、第１の材料の列によって分離することができる。第１の材料の層は表面レリーフ格子を形成することができる。この表面レリーフ格子は、約５００ｎｍ以下（たとえば、約４００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下）の格子周期を有することができる。
【００１１】
該トレンチは、第１の材料の連続層のエッチング（たとえば、反応性イオンエッチング）によって形成することができる。トレンチは、リソグラフィを使用して形成することができる。たとえば、トレンチは、ナノインプリントリソグラフィまたはホログラフィックリソグラフィを使用して形成することができる。ナノインプリントリソグラフィを使用してトレンチが形成される場合、そのナノインプリントリソグラフィは、熱可塑性材料中にパターンを形成するステップを含む。あるいは、またはこれに加えて、このナノインプリントリソグラフィは、ＵＶ硬化性材料中にパターンを形成するステップを含むことができる。
【００１２】
本方法は、トレンチの上に第２の材料の単層を逐次形成することによって、充填されたトレンチの上に第２の材料の層を形成するステップをさらに含むことができる。第２の材料の層は、約５０ｎｍ以下（たとえば、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下）の相加平均粗さの表面を有する。
【００１３】
第２の材料は誘電材料であってよい。ある実施形態においては、第２の材料の複数の単層の形成は、前駆体の単層を積層し、その前駆体の単層を特定の試薬に曝露して、第２の材料の単層を形成することを含む。この試薬は、前駆体と化学的に反応して第２の材料を形成することができる。たとえば、この試薬は、前駆体を酸化して第２の材料を形成することができる。前駆体の単層の堆積は、物品を収容するチャンバー内に前駆体を含む第１のガスを導入するステップを含むことができる。前駆体の単層が堆積される間の、チャンバー内の第１のガスの圧力は約０．０１〜約１００Ｔｏｒｒとすることができる。前駆体の単層の試薬への曝露は、試薬を含む第２のガスをチャンバー内に導入するステップを含むことができる。前駆体の単層を試薬に曝露する間の、チャンバー内の第２のガスの圧力は約０．０１〜約１００Ｔｏｒｒとすることができる。第１のガスを導入した後および第２のガスを導入する前に、第３のガスをチャンバー内に導入することができる。この第３のガスは前駆体に対して不活性であってよい。第３のガスとしては、ヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、クリプトン、およびキセノンからなる群より選択される少なくとも１種類のガスを挙げることができる。該前駆体は、トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール、（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、Ｈｆ−エタオキシド、およびＴａ−エタオキシドからなる群より選択することができる。
【００１４】
該トレンチは、約１，０００ｎｍ以下（たとえば、約９００ｎｍ以下、約８００ｎｍ以下、約７００ｎｍ以下、約６００ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約４００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下）の幅を有することができる。トレンチは、約１０ｎｍ以上（たとえば、約２０ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約４０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約７５ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１，０００以上、約１，５００ｎｍ以上、約２，０００以上）の深さを有することができる。
【００１５】
本方法は、トレンチを充填した後、第１の材料の層の上に第２の複屈折層を形成するステップをさらに含むことができる。第２の複屈折層は、複数のトレンチを含むことができ、第２の複屈折層の形成は、第２の複屈折層のトレンチ内に第３の材料の複数の単層を逐次形成することによって複数のトレンチを充填するステップを含む。本方法は、第２の複屈折層の上に追加の複屈折層を形成するステップを含むこともできる。
【００１６】
特定の実施形態においては、格子は、表面レリーフ格子であってよい。格子は、約２，０００ｎｍ以下（たとえば、約１，５００ｎｍ以下、約１，０００以下、約７５０ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下）の格子周期を有することができる。
【００１７】
該光学リターデーション膜は複屈折性であってよい。
【００１８】
該物品は、少なくとも１つの反射防止膜をさらに含むことができ、この場合その物品の表面は反射防止膜の表面を含む。ある実施形態においては、該物品は、該連続層と隣接する第３の材料の層も含む。該物品は、該連続層と隣接するナノ積層材料の層を含むことができる。この連続層と隣接するナノ積層材料の層は、約５０ｎｍ以下（たとえば、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下）の相加平均粗さの表面を有することができる。ナノ積層材料は、λにおいて約１．３以上（たとえば、約１．４以上、約１．５以上、約１．６以上、約１．７以上、約１．８以上、約１．９以上、約２．０以上、約２．１以上）の屈折率を有することができる。第１の材料は、λにおいて約１．３以上（たとえば、約１．４以上、約１．５以上、約１．６以上、約１．７以上、約１．８以上、約１．９以上、約２．０以上、約２．１以上）の屈折率を有することができる。ナノ積層材料は、第２の材料の部分と、第３の材料の部分とを含むことができ、第２の材料と第３の材料とは異なる材料である。ある実施形態においては、第１の材料と第３の材料とが同じ材料である。
【００１９】
ナノ積層材料は、誘電材料、無機材料、および／または金属を含むことができる。ナノ積層材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、およびＭｇＦ２からなる群より選択される材料を含むことができる。
【００２０】
第１の材料は、誘電材料、無機材料、ガラス、ポリマー、半導体、および／または金属であってよい。特定の実施形態においては、第１の材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、およびＭｇＦ２からなる群より選択される。
【００２１】
該連続層は、約５００ｎｍ以下（たとえば、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下）の格子周期を有する格子を形成することができる。第１の材料の列は、約５００ｎｍ以下（約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下）の最小幅を有することができる。第１の材料の列は、ナノ積層材料の列の最小幅と同じまたは異なる最小幅を有することができる。第１の材料の列のそれぞれの最小幅は実質的に同じであってよい。あるいは、またはこれに加えて、ナノ積層材料の列のそれぞれの最小幅は実質的に同じである。
【００２２】
該連続層は、約１５ｎｍ以上（たとえば、約３０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約７５ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１５０以上、約２００ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１，０００ｎｍ以上、約１，５００ｎｍ以上、約２，０００以上）の厚さを有する。特定の実施形態においては、λが１５０ｎｍ〜２，０００ｎｍの間である場合、連続層は、特定の軸に沿って連続層内を伝播する波長λの光に対して、約１ｎｍ以上（たとえば、約２ｎｍ以上、約５ｎｍ以上、約１０ｎｍ以上、約２０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上）の光学リターデーションを有する。λが２００ｎｍ〜２，０００ｎｍである場合、連続層は、特定の軸に沿って複合層内を伝播する波長λの光に対して、約２，０００ｎｍ以下の波長光学リターデーションを有することができる。ある実施形態においては、λは約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの間（たとえば約５１０ｎｍ〜約５７０ｎｍの間）である。ある実施形態においては、連続層は、λが約４００ｎｍ〜約７００ｎｍの間である場合、特定の軸に沿って連続層内を伝播する波長λの光に対して、約４ｎｍ以上の光学リターデーションを有する。
【００２３】
該物品は、交互に配列した第３の材料の列と第２のナノ積層材料の列とを含む第２の連続層を含むことができ、この第２の連続層は、該軸に沿って第２の連続層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性である。該物品は、追加の複屈折性層をさらに含むことができ、それぞれの複屈折性層は、該軸に沿ってそれぞれの複屈折性層内を伝播する波長λの光に対して複屈折性である。
【００２４】
本発明の実施形態は、以下の１つ以上の利点を有することができる。
【００２５】
ある実施形態においては、該物品は、対象の波長に対して高い透過率を有することができ、精密に制御可能なリターデーションを有する比較的堅牢な光学リターダーであってよい。光学リターダーは、１つ以上の複屈折性層を含むことができる。複屈折性は、媒体中のサブ波長構造によって得られ、これは、少なくとも２種類の異なる材料（たとえば、光学的に等方性の材料）を交互に配列することによって実現することができる。複屈折性は、その中の媒体がその屈折率において周期変調を有し、その周期が対象の波長よりも実質的に短くなるサブ波長格子構造によって得ることができる。この周期は対象の波長よりも短いため、実質的に０次のみの回折が起こり、すべてのより高次の回折は消失していく（たとえば、対象の波長のビームは実質的に透過する、および／または反射する）。複屈折性媒体を構成する材料は、光学的に等方性であってよい（すなわち、等方性の屈折率を有する）が、その媒体自体は複屈折を生じさせるために光学的に異方性である。
【００２６】
ある実施形態においては、ガス（たとえば空気）が充填されたトレンチを有する場合などとは対照的に、光学リターダーは、連続材料で形成される１つ以上の複屈折性層を含むことができる。したがって、光学リターダーは、非連続層（たとえば、空気が充填された１つ以上のトレンチを含む層）を含む光学リターダーよりも機械的により堅牢となりうる。
【００２７】
特定の実施形態においては、層の一部の幅と厚さとの間で比較的高いアスペクト比を有する連続の複屈折性層を形成することができる。一例として、高アスペクト比のトレンチを層中にエッチングすることができ、次にコンフォーマルコーティング方法（たとえば、原子層堆積）を使用してそのトレンチを充填して、比較的高いアスペクト比を有する連続の複屈折性層を形成することができる。
【００２８】
光学リターダーの複屈折は、精密に制御することができる。これを実現するために、たとえば、光学リターダー中の複屈折性層の１つ以上の部分の屈折率が、その部分の組成を調整することによって所望の値に調整され、それによって複屈折を制御することができる。一例として、層の１つ以上の部分を、ナノ積層体から形成することができる。ナノ積層体の屈折率は、ナノ積層体中の２種類以上の異なる材料の比率を選択することによって調整することができ、これは、原子層堆積を使用してナノ積層体が形成される場合の単層を基準にして単層に対して制御を行うことができる。
【００２９】
あるいは、またはこれに加えて、層の構造の精密な制御によって、複屈折性層の複屈折を精密に制御することができる。たとえば、複屈折性層の構造（たとえば、格子の深さ、幅、および断面）を画定するためにリソグラフィ技術（たとえば、電子ビームリソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィ、ホログラフィックリソグラフィ）を使用することによって、構造を精密に制御することができる。
【００３０】
特定の実施形態においては、光学リターダーのリターダンスを精密に制御することができる。たとえば、光学リターダー中の複屈折性層の複屈折および／または深さを精密に制御することで、所望のリターダンスを得ることができる。一例として、光学リターダーは、リターダー中の複屈折性層の一部の厚さを制御するために、１つ以上のエッチストップ層などの１つ以上の層を含むことができる。
【００３１】
ある実施形態においては、光学リターダーは、対象の波長において高い透過率を有する。たとえば、光学リターダーは、対象の波長の光の反射を軽減するために、１つ以上の界面上に１つ以上の反射防止膜を含むことができる。あるいは、またはこれに加えて、光学リターダーの層は、対象の波長における吸収が比較的少ない材料から形成することができる。
【００３２】
本発明のその他の特徴および利点は、説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【００３３】
種々の図面における類似の参照記号は類似の要素を示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
詳細な説明
図１を参照すると、一実施形態の光学リターダー１００は、リターデーション層１１０と、２つの反射防止膜１５０および１６０とを含む。光学リターダー１００は、基体１４０、エッチストップ層１３０、およびキャップ層１２０も含む。リターデーション層１１０は、格子の形態であり、第１の屈折率を有する部分１１１と、第２の屈折率を有する部分１１２とを含む。リターデーション層１１０は、図１に示されるデカルト座標系のｚ軸と平行な軸１０１に沿って伝播する波長λの光に対して複屈折性である。一般に、λは、約１５０ｎｍ〜約５，０００ｎｍの間である。特定の実施形態においては、λは、電磁スペクトルの可視部分の範囲内の波長に相当する（たとえば約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）。
【００３５】
部分１１１および１１２は、ｙ軸に沿って延びており、異なる屈折率を有する一連の交互の列からなる周期構造を形成している。部分１１１に相当する列はｘ方向に幅Λ１１１を有し、一方部分１１２に相当する列はｘ方向に幅Λ１１２を有する。これらの列の幅はλよりも小さく、リターデーション層１１０は、有意の高次の回折と遭遇することなく、波長λの光に対して複屈折性となる。異なる偏光状態の光波は、リターデーション層１１０内を異なる位相変化で伝播し、これは、リターデーション層１１０の厚さ、部分１１１および１１２の屈折率、ならびにΛ１１１およびΛ１１２に依存する。したがって、これらのパラメーターは、λにおける偏光に対して希望する量のリターデーションが得られるように選択することができる。
【００３６】
リターデーション層１１０は複屈折Δｎを有し、これはｎｅ−ｎ０に相当しており、ｎｅおよびｎ０はそれぞれ、層１１０の実効異常光屈折率および実効常光線屈折率である。リターデーション層１１０の場合、ｎｅおよびｎ０は次式で与えられる。すなわち、
【数１】
2007532977.tif 000003
式（１）において、ｎ１１１およびｎ１１２ならびにΛ１１１およびΛ１１２は、それぞれ部分１１１および１１２の屈折率および厚さ（ｘ方向に沿った）を意味する。一般に、ｎｅおよびｎ０の値は、ｎ１１１、ｎ１１２、Λ１１１、およびΛ１１２に依存し、ｎ１１１とｎ１１２との間にある。Λ１１１およびΛ１１２は、式（１）によって求められるｎｅおよびｎ０の値に基づいて所望のΔｎの値が得られるように選択することができる。さらに、部分１１１および１１２のそれぞれの組成に依存する屈折率ｎ１１１およびｎ１１２は、所望のΔｎの値が得られるように選択することができる。ある実施形態においては、Δｎは比較的大きい（たとえば、約０．１以上、約０．１５以上、約０．２以上、約０．３以上、約０．５以上、約１．０以上、約１．５以上、約２．０以上）。あるいは、別の実施形態においては、Δｎは比較的小さい（たとえば、約０．０５以下、約０．０４以下、約０．０３以下、約０．０２以下、約０．０１以下、約０．００５以下、約０．００２以下、０．００１以下）。
【００３７】
一般に、部分１１１の屈折率は、約１．３以上（たとえば、約１．４以上、約１．５以上、約１．６以上、約１．７以上、約１．８以上、約１．９以上、約２．０以上、約２．１以上、約２．２以上）とすることができる。さらに、一般に、部分１１２の屈折率は、約１．３以上（たとえば、約１．４以上、約１．５以上、約１．６以上、約１．７以上、約１．８以上、約１．９以上、約２．０以上、約２．１以上、約２．２以上）とすることができる。
【００３８】
一般に、Λ１１１は、約０．２λ以下（たとえば、約０．１λ以下、約０．０５λ以下、約０．０４λ以下、約０．０３λ以下、約０．０２λ以下、０．０１λ以下）とすることができる。たとえば、ある実施形態においては、Λ１１１は約２００ｎｍ以下（たとえば、約１５０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下）である。同様に、Λ１１２は、約０．２λ以下（たとえば、約０．１λ以下、約０．０５λ以下、約０．０４λ以下、約０．０３λ以下、約０．０２λ以下、０．０１λ以下）とすることができる。たとえば、ある実施形態においては、Λ１１２は、約２００ｎｍ以下（たとえば、約１５０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約７０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下）である。Λ１１１およびΛ１１２は、同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３９】
ｘ軸に沿って、リターデーション層１１０の屈折率は周期的であり、Λ１１１＋Λ１１２に相当する周期Λを有する。一般に、Λはλ未満であり、たとえば約０．５λ以下（たとえば、約０．３λ以下、約０．２λ以下、約０．１λ以下、約０．０８λ以下、約０．０５λ以下、約０．０４λ以下、約０．０３λ以下、約０．０２λ以下、０．０１λ以下）である。ある実施形態においては、Λは約５００ｎｍ以下（たとえば、約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下、約６０ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下）である。
【００４０】
１９個の部分を有するとしてリターデーション層１１０が示されているが、一般に、リターデーション層中の部分の数は希望通りに変化させることができる。部分の数は、周期Λ、およびリターダーの最終用途に必要な面積に依存する。ある実施形態においては、リターデーション層１１０は、約５０個以上の部分（たとえば、約１００個以上の部分、約５００個以上の部分、約１，０００個以上の部分、約５，０００個以上の部分、約１０，０００個以上の部分、約５０，０００個以上の部分、約１００，０００個以上の部分、約５００，０００個以上の部分）を有することができる。
【００４１】
ｚ軸に沿って測定されるリターデーション層１１０の厚さｄは、希望通りに変化させることができる。一般に、層１１０の厚さは、部分１１１および１１２の屈折率、ならびにλにおけるリターデーション層１１０の所望のリターデーションに基づいて選択される。ある実施形態においては、ｄは、約５０ｎｍ以上（たとえば、約７５ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１２５ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約２５０ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１，０００以上、たとえば約２，０００ｎｍ）とすることができる。
【００４２】
リターデーション層厚さｄ対Λ１１１および／またはｄ対Λ１１２のアスペクト比は比較的大きい。たとえば、ｄ：Λ１１１および／またはｄ：Λ１１２は、約２：１以上（たとえば、約３：１以上、約４：１以上、約５：１以上、約８：１以上、約１０：１以上）とすることができる。
【００４３】
リターデーション層１１０のリターデーションは、リターデーション層１１０の厚さｄとΔｎとの積に相当する。Δｎおよび層厚さの値を適切に選択することで、リターデーションを希望通りに変化させることができる。ある実施形態においては、リターデーション層１１０のリターデーションは約５０ｎｍ以上（たとえば、約７５ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１２５ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約２５０ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上、約１，０００以上、たとえば約２，０００ｎｍ）である。あるいは、別の実施形態においては、リターデーションは約４０ｎｍ以下（たとえば、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約２ｎｍ以下）である。ある実施形態においては、リターデーションはλ／４またはλ／２に相当する。
【００４４】
リターデーションは、位相リターデーションΓとして表すこともでき、ここで
【数２】
2007532977.tif 000004
たとえば、四分の一波長リターデーションはΓ＝π／２に対応し、半波長リターデーションはΓ＝πに対応する。一般に、位相リターデーションは希望通りに変化させることができる。ある実施形態においては、位相リターデーションは、２π以下（たとえば、約０．８π以下、約０．７π以下、約０．６π以下、約０．５π以下、約０．４π以下、約０．２π以下、０．２π以下、約０．１π以下、約０．０５π以下、０．０１π以下）であってよい。あるいは、別の実施形態においては、リターデーション層１１０の位相リターデーションは、２πを超えることができる（たとえば、約３π以上、約４π以上、約５π以上）。
【００４５】
一般に、部分１１１および１１２の組成は希望通りに変化させることができる。部分１１１および／または１１２は無機および／または有機の材料を含むことができる。無機材料の例としては、金属半導体、および無機誘電材料（たとえばガラス）が挙げられる。有機材料の例としてはポリマーが挙げられる。
【００４６】
ある実施形態においては、部分１１１および／または部分１１２は、誘電性酸化物（たとえば金属酸化物）、フッ化物（たとえば、金属フッ化物）、硫化物、および／または窒化物（たとえば、金属窒化物）などの１種類以上の誘電材料を含む。酸化物の例としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＥｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３、およびＴａ２Ｏ５が挙げられる。フッ化物の例としてはＭｇＦ２が挙げられる。他の例としては、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｙＮｘ、ＡｌＮ、ＴｉＮ、およびＨｆＮが挙げられる。
【００４７】
部分１１１および１１２の組成は典型的には、それらの光学的性質、および光学リターダー１００の製造に使用されるプロセスとのそれらの適合性、および光学リターダー１００の他の層の形成に使用される材料とのそれらの適合性に基づいて選択される。部分１１１および／または部分１１２の組成は、λにおいて特定の屈折率を有するように選択することができる。一般に、λにおける部分１１１の屈折率は、屈折率または部分１１２とは異なる。ある実施形態においては、部分１１１または部分１１２は、６３２ｎｍにおける屈折率が約２．３５であるＴｉＯ２、または６３２ｎｍにおける屈折率が２．１５であるＴａ２Ｏ５などの比較的高屈折率の材料から形成される。あるいは、部分１１１または部分１１２は、比較的低屈折率の材料から形成することもできる。低屈折率材料の例としては、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３が挙げられ、これらは６３２ｎｍにおける屈折率がそれぞれ１．４５および１．６５である。
【００４８】
ある実施形態においては、部分１１１および／または部分１１２の組成は、λにおいて比較的低い吸収性を有し、そのためリターデーション層１１０が、λにおいて比較的低い吸収性を示す。たとえば、リターデーション層１１０は、軸１０１に沿って伝播するλにおける放射線を約５％以下（たとえば、約３％以下、約２％以下、約１％以下、約０．５％以下、約０．２％以下、約０．１％以下）吸収することができる。
【００４９】
部分１１１および／または部分１１２は、１種類の材料から形成することもできるし、複数の異なる材料から形成することもできる。ある実施形態においては、部分１１１および１１２の一方または両方がナノ積層材料から形成され、ナノ積層材料とは、少なくとも２種類の異なる材料の層で構成され、少なくとも１種類の材料の層が非常に薄い（たとえば、１〜約１０の単層の厚さ）材料を意味する。場合により、ナノ積層材料は、その構成材料の屈折率に依存する局所的に均一な屈折率を有する。各構成材料の量を変化させることによって、ナノ積層体の屈折率を変化させることができる。ナノ積層部分の例としては、ＳｉＯ２単層およびＴｉＯ２単層、ＳｉＯ２単層およびＴａ２Ｏ５単層、あるいはＡｌ２Ｏ３単層およびＴｉＯ２単層で構成される部分が挙げられる。
【００５０】
部分１１１および／または部分１１２は、結晶質、半結晶質、および／または非晶質の部分を含むことができる。典型的には、非晶質材料は、光学的に等方性であり、部分的または大部分が結晶質である部分よりもよく光を透過することができる。一例として、ある実施形態においては、部分１１１および１１２の両方が、非晶質誘電材料（たとえば、非晶質ＴｉＯ２またはＳｉＯ２）などの非晶質材料で形成される。あるいは、特定の実施形態においては、部分１１１が結晶質または半結晶質の材料（たとえば、結晶質または半結晶質のＳｉ）で形成され、部分１１２が非晶質材料（たとえば、ＴｉＯ２またはＳｉＯ２などの非晶質誘電材料）で形成される。
【００５１】
これより光学リターダー１００中の他の層について言及すると、一般に、基体１４０は、光学リターダー１００を機械的に支持する。特定の実施形態においては、基体１４０は、波長λの光に対して透明であり、波長λであってこれに衝突する実質的にすべての光（たとえば、約９０％以上、約９５％以上、約９７％以上、約９９％以上、約９９．５％以上）を透過する。
【００５２】
一般に、基体１４０は、他の層を支持することができ、リターダー１００の製造に使用される製造工程に適合するあらゆる材料から形成することができる。特定の実施形態においては、基体１４０は、ＢＫ７（アブリサ・コーポレーション（Ａｂｒｉｓａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）より入手可能）、ホウケイ酸ガラス（たとえば、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）より入手可能なパイレックス（ｐｙｒｅｘ）（登録商標））、アルミノケイ酸ガラス（たとえば、コーニング（Ｃｏｒｎｉｎｇ）より入手可能なＣ１７３７）、または石英／溶融石英などのガラスから形成される。ある実施形態においては、基体１４０は、非線形光学結晶（たとえば、ＬｉＮｂＯ３、またはガーネットなどの磁気光学回転体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｏｔａｔｏｒ））または結晶質（または半結晶質）半導体（たとえば、Ｓｉ、ＩｎＰ、またはＧａＡｓ）などの結晶質材料から形成することができる。基体１４０は、ポリマー（たとえばプラスチック）などの無機材料から形成することもできる。
【００５３】
エッチストップ層１３０は、部分１１２が形成される材料のエッチングに使用されるエッチング方法に対して抵抗性である材料から形成される（後出の説明参照）。エッチストップ層１３０を形成する材料は、基体１４０、およびリターデーション層１１０を形成する材料に対して適合性であるべきである。エッチストップ層１３０を形成することができる材料の例としては、ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘ、または金属（たとえば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ）が挙げられる。
【００５４】
エッチストップ層１３０の厚さは希望通りに変化させることができる。典型的には、エッチストップ層１３０は、基体１４０の有意なエッチングを防止するのに十分な厚さであるが、光学リターダー１００の光学的性能に悪影響を与えるほど厚くなるべきではない。ある実施形態においては、エッチストップ層は、約５００ｎｍ以下（たとえば、約２５０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約７５ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下）である。
【００５５】
キャップ層１２０は、典型的にはリターデーション層１１０の部分１１１と同じ材料から形成され、これによって表面１２１が提供され、その上に反射防止膜１５０を形成する層などの追加の層を堆積することができる。表面１２１は実質的に平面であってよい。
【００５６】
反射防止膜１５０および１６０は、光学リターダー１００に衝突し、これより出てくる波長λの光の反射率を低下させることができる。反射防止膜１５０および１６０は一般に、異なる屈折率の１つ以上の層を含む。一例として、反射防止膜１５０および１６０の一方または両方は、４つの交互に配列する高屈折率層および低屈折率層から形成することができる。高屈折率層はＴｉＯ２またはＴａ２Ｏ５から形成することができ、低屈折率層はＳｉＯ２またはＭｇＦ２から形成することができる。反射防止膜は広帯域反射防止膜であっても、狭帯域反射防止膜であってもよい。
【００５７】
ある実施形態においては、光学リターダー１００は、波長λで衝突する光の約５％以下（たとえば、約３％以下、約２％以下、約１％以下、約０．５％以下、約０．２％以下）の反射率を有する。さらに、光学リターダー１００は、波長λの光に対して高い透過率を有することができる。たとえば、光学リターダーは、波長λで衝突する光の約９５％以上（たとえば、約９８％以上、約９９％以上、約９９．５％以上）を透過することができる。
【００５８】
一般に、光学リターダー１００は希望通りに作製することができる。図２Ａ〜２Ｊは、製造方法の一例の異なる段階を示している。最初に、図２Ａに示されるように基体１４０が提供される。基体１４０の表面１４１は、研磨および／または洗浄を行うことができる（たとえば、基体を１種類以上の溶媒、酸に曝露する、および／または基体の焼き付けを行うことによって）。
【００５９】
図２Ｂを参照すると、基体１４０の表面１４１の上にエッチストップ層１３０が堆積される。エッチストップ層１３０を形成する材料は、スパッタリング（たとえば、高周波スパッタリング）、蒸着（たとえば、電子ビーム蒸発、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）電子ビーム蒸着）、またはプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）などの化学蒸着（ＣＶＤ）、ＡＬＤ、または酸化などの種々の技術の１つを使用して形成することができる。一例として、ＩＡＤ電子ビーム蒸着によって基体１４０上にＨｆＯ２の層を堆積することができる。
【００６０】
図２Ｃを参照すると、次に、エッチストップ層１３０の表面１３１の上に中間層２１０が堆積される。中間層２１０から部分１１２がエッチングされるので、中間層２１０は部分１１２に使用される材料から形成される。中間層２１０を形成する材料は、スパッタリング（たとえば高周波スパッタリング）、蒸着（たとえば電子ビーム蒸発）、または化学蒸着（ＣＶＤ）（たとえばプラズマ強化ＣＶＤ）などの種々の技術の１つを使用して堆積することができる。一例として、スパッタリング（たとえば、高周波スパッタリング）、ＣＶＤ（たとえばプラズマ強化ＣＶＤ）、または電子ビーム蒸着（たとえばＩＡＤ電子ビーム蒸着）によって、エッチストップ層１３０の上にＳｉＯ２層を堆積することができる。中間層２１０の厚さは、希望するリターデーション層１１０の厚さに基づいて選択される。
【００６１】
リソグラフィ技術を使用して中間層２１０を加工することで、リターデーション層１１０の部分１１２が形成される。たとえば、電子ビームリソグラフィまたはフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｙ）（たとえば、フォトマスクの使用またはホログラフィ技術の使用）を使用して中間層２１０から部分１１２を形成することができる。ある実施形態においては、ナノインプリントリソグラフィを使用して部分１１２が形成される。図２Ｄを参照すると、ナノインプリントリソグラフィは、中間層２１０の表面２１１の上のレジスト層２２０の形成するステップを含む。このレジストは、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）またはポリスチレン（ＰＳ）であってよい。図２Ｅを参照すると、型を使用してレジスト層２２０に特定のパターンが型押しされる。パターン形成されたレジスト層２２０は、薄い部分２２１と厚い部分２２２とを含む。パターン形成されたレジスト層２２０は次にエッチングされ（たとえば、酸素反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって）、薄い部分２２１が除去されて、図２Ｆに示されるように中間層２１０の表面２１１の部分２２４が露出する。厚い部分２２２もエッチングされるが、完全には除去されない。したがって、レジストの部分２２３は、エッチング後も表面２１１上に残留する。
【００６２】
図２Ｇを参照すると、中間層２１０の露出部分が続いてエッチングされて、中間層２１０内にトレンチ２１２が形成される。中間層２１０のエッチングされていない部分は、リターデーション層１１０の部分１１２に対応する。中間層２１０は、たとえば、反応性イオンエッチング、イオンビームエッチング、スパッタリングエッチング、化学強化イオンエッチング（ＣＡＩＢＥ）、またはウェットエッチングを使用してエッチングすることができる。中間層２１０の露出部分は、エッチング方法に対して抵抗性の材料から形成されるエッチストップ層１３０に到達するまでエッチングされる。したがって、エッチングによって形成されるトレンチ２１２の深さは、部分１１２の厚さと同じである。トレンチ２１２のエッチング後、残留するレジスト２２３が部分１１２から除去される。レジストは、溶媒（たとえばアセトンまたはアルコールなどの有機溶媒中）での物品の洗浄、Ｏ２プラズマ灰化、Ｏ２ＲＩＥ、またはオゾン洗浄によって除去することができる。
【００６３】
図２Ｉを参照すると、残留するレジストが除去された後、物品上に材料が堆積され、トレンチ２１２が充填され、キャップ層１２０が形成される。充填されたトレンチは、リターデーション層１１０の部分１１１に対応する。スパッタリング、電子ビーム蒸着、ＣＶＤ（たとえば、高密度ＣＶＤ）、または原子層堆積（ＡＬＤ）などの種々の方法によって物品上に材料を堆積することができる。キャップ層１２０が形成され、同じ堆積ステップでトレンチ２１２が充填される場合、部分１１１およびキャップ層１２０は材料の連続した部分から形成されることに留意されたい。
【００６４】
最後に、キャップ層１２０の表面１２１および基体１４０の表面１４２の上に、反射防止膜１５０および１６０がそれぞれ堆積される。反射防止膜を形成する材料は、たとえばスパッタリング、電子ビーム蒸着、またはＡＬＤによって物品上に堆積することができる。
【００６５】
前述したように、ある実施形態においては、リターデーション層１１０の部分１１１、キャップ層１２０、および／または反射防止膜１５０と１６０との一方または両方が、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して形成される。たとえば、図３を参照すると、ＡＬＤシステム３００を使用して、中間物品３０１（基体１４０、キャップ層１３０、および部分１１２で構成される）のトレンチ２１２がナノ積層多層膜で充填されて、部分１１１およびキャップ層１２０が形成される。ナノ積層多層膜の堆積は、単層ごとに行われ、それによって膜の組成および厚さが実質的に制御される。単層の堆積中、前駆体の蒸気がチャンバー内に導入され、この蒸気は、部分１１２の露出面、エッチストップ層表面１３１、またはこれらの表面と隣接する先に堆積された単層の上に吸着される。続いて、吸着した前駆体と化学反応する反応物質をチャンバー内に導入することで、所望の材料の単層が形成される。表面上に化学反応が自己限定されるため、堆積される層の膜厚さおよび広い面積にわたる均一性を精密に制御することができる。さらに、各露出表面上に前駆体が向きを問わず吸着するので、チャンバー１１０に対する表面の方向とは無関係に、露出面上に材料が均一に堆積する。したがって、ナノ積層膜の層は、中間物品３０１のトレンチの形状に適合する。
【００６６】
ＡＬＤシステム３００は、供給源３５０、３６０、３７０、３８０、および３９０とマニホールド３３０を介して連結されている反応チャンバー３１０を含む。供給源３５０、３６０、３７０、３８０、および３９０は、それぞれ供給ライン３５１、３６１、３７１、３８１、および３９１を介してマニホールド３３０と連結されている。バルブ３５２、３６２、３７２、３８２、および３９２は、それぞれ供給源３５０、３６０、３７０、３８０、および３９０からのガスの流れを調節する。供給源３５０および３８０はそれぞれ第１および第２の前駆体を収容しており、供給源３６０および３９０はそれぞれ第１の試薬および第２の試薬を含んでいる。供給源３７０はキャリアガスを収容しており、このキャリアガスは、堆積プロセス中、チャンバー３１０内に常に流されることで、前駆体および試薬を物品３０１まで供給し、反応副生成物を基体から引き離す。前駆体および試薬は、マニホールド３３０内でキャリアガスと混合することによってチャンバー３１０内に導入される。チャンバー３１０から出口３４５を介してガスが排出される。ポンプ３４０によって、出口３４５を介してチャンバー３１０からガスが排出される。ポンプ３４０は、管３４６を介して出口３４５と連結される。
【００６７】
ＡＬＤシステム３００は、チャンバー３１０の温度を制御する温度制御装置３９５を含む。堆積中、温度制御装置３９５は、物品３０１の温度を室温より高温に上昇させる。一般に、この温度は、前駆体と試薬との間の迅速な反応を促進するのに十分高異温度であるべきであるが、基体を損傷すべきではない。ある実施形態においては、物品３０１の温度を、約５００℃以下（たとえば、約４００℃以下、約３００℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下、約１２５℃以下、約１００℃以下）とすることができる。
【００６８】
典型的には、この温度は、物品３０１の異なる部分の間で大きく変動すべきではない。温度のばらつきが大きいと、基体の異なる部分における前駆体と試薬との反応速度にばらつきが生じることがあり、これによって積層される層の厚さおよび／または形態にばらつきが生じうる。ある実施形態においては、堆積面の異なる部分の間の温度の変動は約４０℃以下（たとえば、約３０℃以下、約２０℃以下、約１０℃以下、約５℃以下）とすることができる。
【００６９】
堆積プロセスのパラメータは、電子制御装置３９９によって制御し同期させることができる。電子制御装置３９９は、温度制御装置３９５、ポンプ３４０、ならびにバルブ３５２、３６２、３７２、３８２、および３９２と連絡している。電子制御装置３９９は、ユーザーインターフェイスも備えており、これによって作業者は、堆積プロセスのパラメータを設定し、堆積プロセスを監視し、さらにはシステム３００と対話することができる。
【００７０】
図４を参照すると、供給源３７０からのキャリアガスと混合されることによって、システム３００が供給源３５０から第１の前駆体をチャンバー３１０に導入する（４２０）ときにＡＬＤプロセスが開始する（４１０）。第１の前駆体単層が物品３０１の露出面上に吸着し、チャンバーへのキャリアガスの連続流によって、残留する前駆体はチャンバー３１０からパージされる（４３０）。次に、システムは、マニホールド３３０を介して供給源３６０から第１の試薬をチャンバー３１０内に導入する（４４０）。第１の試薬は、第１の前駆体の単層と反応して、第１の材料の単層を形成する。第１の前駆体の場合と同様に、キャリアガス流によって、残留する試薬がチャンバーからパージされる（４５０）。第１の材料の層が所望の厚さに到達する（４６０）まで、ステップ４２０〜４６０が繰り返される。
【００７１】
膜が１種類の材料の層である実施形態においては、第１の材料の層が所望の厚さに到達したときにプロセスが終了する（４７０）。しかし、ナノ積層膜の場合、システムは、マニホールド３３０を介して第２の前駆体をチャンバー３１０内に導入する（３８０）。第２の前駆体の単層は、堆積された第１の材料の層の露出面上に吸着し、およびキャリアガスが残留前駆体をチャンバーからパージする（４９０）。システムは、次に、マニホールド３３０を介して第２の試薬を供給源３８０からチャンバー３１０内に導入する。第２の試薬は、第２の前駆体の単層と反応して、第２の材料の単層を形成する（５００）。チャンバー内を流れるキャリアガス流によって残留試薬がパージされる（５１０）。第２の材料の層が所望の厚さに到達する（５２０）までステップ５８０〜５１０が繰り返される。
【００７２】
ステップ５２０〜５３０を繰り返すことによって第１および第２の材料の追加の層が堆積される。所望の数の層が形成されると（たとえば、トレンチが充填される、および／またはキャップ層が所望の厚さを有する）、このプロセスが終了し（５４０）、被覆された物品がチャンバー３１０から取り出される。
【００７３】
上記プロセスの各サイクル中で、試薬の前に前駆体がチャンバーに導入されているが、別の例においては、前駆体の前に試薬を導入することができる。前駆体および試薬が導入される順序は、それらの露出面との相互作用に基づいて選択することができる。たとえば、前駆体と表面との間の結合エネルギーが、試薬と表面との間の結合エネルギーよりも大きい場合は、試薬の前に前駆体を導入することができる。あるいは、試薬の結合エネルギーの方が大きい場合は、前駆体の前に試薬を導入することができる。
【００７４】
各単層の厚さは、一般に多数の要因に依存する。たとえば、各単層の厚さは、堆積される材料の種類に依存する。より大きな分子で構成される材料は、より小さな分子で構成される材料よりも厚い単層が得られる場合がある。
【００７５】
物品の温度も単層の厚さに影響しうる。たとえば、ある前駆体の場合、温度が高いと、堆積サイクル中に表面への前駆体の吸着が減少することがあり、それによって、基体温度が低い場合に形成されるものよりも薄い単層が得られる。
【００７６】
種類または前駆体、および試薬の種類、ならびに前駆体および試薬の投入量も単層の厚さに影響しうる。ある実施形態においては、特定の材料の単層は、特定の前駆体を使用して堆積することができるが、異なる試薬を使用すると、それぞれの組み合わせで異なる単層厚さとなりうる。同様に、異なる前駆体から形成される材料の単層は、前駆体が異なると単層厚さも異なる場合がある。
【００７７】
単層の厚さに影響を与えうる他の要因の例としては、パージ時間、被覆される表面における前駆体の滞留時間、反応器中の圧力、反応器の物理的形状、および堆積される材料に対する副生成物の影響の可能性が挙げられる。副生成物が膜の厚さに影響を与える場合の一例は、副生成物が堆積した材料をエッチングする場合である。たとえば、ＴｉＣｌ４前駆体を使用し、試薬として水を使用してＴｉＯ２を堆積させる場合、ＨＣｌが副生成物となる。ＨＣｌは、排出される前に、堆積したＴｉＯ２をエッチングする場合がある。エッチングによって、堆積した単層の厚さが減少し、基体の特定の部分が他の部分よりも長時間ＨＣｌに曝露した場合、基体全体で単層の厚さにばらつきが生じうる（たとえば、排気管に近い基体部分は、排気管から離れた基体部分よりも長時間副生成物に曝露されうる）。
【００７８】
典型的には、単層厚さは、約０．１ｎｍ〜約５ｎｍの間である。たとえば、堆積された１つ以上の単層の厚さは、約０．２ｎｍ以上（たとえば、約０．３ｎｍ以上、約０．５ｎｍ以上）となりうる。ある実施形態においては、堆積された１つ以上の単層の厚さは、約３ｎｍ以下（たとえば、約２ｎｍ、約１ｎｍ以下、約０．８ｎｍ以下、約０．５ｎｍ以下）となりうる。
【００７９】
平均堆積単層厚さは、あらかじめ設定した数の単層を基体上に堆積して材料の層を形成することによって測定することができる。続いて堆積された層の厚さを（たとえば、楕円偏光法、電子顕微鏡検査、またはその他の方法によって）測定する。次に、測定した層の厚さを堆積サイクル数で割ることによって、平均堆積単層厚さを求めることができる。平均堆積単層厚さは、理論単層厚さに対応させることができる。理論単層厚さは、材料のかさ密度および分子の分子量から計算することが可能な、単層を構成する分子の特徴的な寸法を意味する。たとえば、ＳｉＯ２の場合の単層厚さの推定値は約０．３７ｎｍである。この厚さは、２．０ｇ／立方センチメートルの密度を有する非晶質ＳｉＯ２の式量の立方根として概算される。
【００８０】
ある実施形態においては、平均堆積単層厚さは、理論単層厚さの一部に対応する場合がある（たとえば、理論単層厚さの約０．２、理論単層厚さの約０．３、理論単層厚さの約０．４、理論単層厚さの約０．５、理論単層厚さの約０．６、理論単層厚さの約０．７、理論単層厚さの約０．８、理論単層厚さの約０．９）。あるいは、平均堆積単層厚さは、理論単層厚さの１倍を超え、理論単層厚さの約３０倍までに対応する場合もある（たとえば、理論単層厚さの約２倍以上、理論単層厚さの約３倍以上、理論単層厚さの約５倍以上、理論単層厚さの約８倍以上、理論単層厚さの約１０倍以上、理論単層厚さの約２０倍以上）。
【００８１】
堆積プロセス中、チャンバー３１０内の圧力は、実質的に一定圧力に維持することができるし、変化させることもできる。一般に、チャンバーへのキャリアガスの流速を制御することによって圧力が制御される。一般に、この圧力は、前駆体によって表面を化学吸着した化学種で飽和させ、前駆体によって残された表面の化学種と試薬を反応させ、前駆体の次のサイクルのための反応性部位を残すのに十分高い圧力であるべきである。チャンバー圧力が低すぎると（前駆体および／または試薬の投入量が少なすぎる場合、および／またはポンプ速度が速すぎる場合に発生しうる）、表面が前駆体によって飽和しない場合があり、反応が自己限定的とならない場合がある。これによって、堆積した層の厚さが不均一となる場合がある。さらに、チャンバー圧力は、前駆体と試薬との反応によって生成する反応生成物の除去を妨害するほど高くなるべきではない。次の前駆体がチャンバー内に投入されるときに、残留副生成物が、表面の飽和を妨害することがある。ある実施形態においては、チャンバー圧力は約０．０１Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒの間（たとえば、約０．１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒの間、約０．５Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの間、たとえば約１Ｔｏｒｒ）に維持される。
【００８２】
一般に、各サイクル中に導入される前駆体および／または試薬の量は、チャンバーの大きさ、基体露出面の面積、および／またはチャンバー圧力に従って選択することができる。各サイクル中に導入される前駆体および／または試薬の量は、実験的に求めることができる。
【００８３】
各サイクル中に導入される前駆体および／または試薬の量は、バルブ３５２、３６２、３８２、および３９２の開放および閉鎖のタイミングによって制御することができる。導入される前駆体および／または試薬の量は、各サイクルでバルブを開放する時間の長さに対応する。これらのバルブは、基体表面を適切に単層で被覆するのに十分な前駆体を導入するのに十分な長さで開放すべきである。同様に、各サイクル中に導入される試薬の量は、露出面上に堆積した実質的にすべての前駆体と反応するのに十分な量となるべきである。必要量よりも多い前駆体および／または試薬を導入すると、サイクル時間が延長され、および／または前駆体および／または試薬が無駄になる場合がある。ある実施形態においては、前駆体の投入量は、各サイクルで約０．１秒〜約５秒の間（たとえば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．８秒以上、約１秒以上）適切なバルブを開放することに対応する。同様に、試薬投入量は、各サイクルで約０．１秒〜約５秒の間（たとえば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．８秒以上、約１以上）適切なバルブを開放することに対応させることができる。
【００８４】
前駆体および試薬の投入の間の時間は、パージに対応している。各パージの時間は、残留する前駆体または試薬をチャンバーから除去するのに十分長くするべきであるが、それよりも長い場合には、なんの利点もなしにサイクル時間が増加しうる。各サイクルにおける異なるパージの時間は、同じ場合もあるし、変化する場合もある。ある実施形態においては、パージ時間は約０．１秒以上（たとえば、約０．２秒以上、約０．３秒以上、約０．４秒以上、約０．５秒以上、約０．６秒以上、約０．８秒以上、約１秒以上、約１．５秒以上、約２秒以上）である。一般に、パージ時間は約１０秒以下（たとえば、約８秒以下、約５秒以下、約４秒以下、約３秒以下）である。
【００８５】
連続して前駆体を複数回導入する間の時間は、サイクル時間に対応している。このサイクル時間は、異なる材料の単層を積層するサイクルと同じ場合も異なる場合もある。さらに、このサイクル時間は、同じ材料の単層を積層するが、異なる前駆体および／または異なる試薬を使用するサイクルの場合と同じ場合も異なる場合もある。ある実施形態においては、このサイクル時間を、約２０秒以下（たとえば、約１５秒以下、約１２秒以下、約１０秒以下、約８秒以下、約７秒以下、約６秒以下、約５秒以下、約４秒以下、約３秒以下）とすることができる。サイクル時間を短縮すると、積層プロセスの時間を短縮することができる。
【００８６】
一般に前駆体は、ＡＬＤプロセスに適合し、試薬との反応によって所望の堆積材料が得られるように選択される。さらに、前駆体および材料は、それらが堆積される材料（たとえば、基体材料、または先に積層された層の材料）に対して適合すべきである。前駆体の例としては、塩化物（たとえば、金属塩化物）、たとえば、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＨｆＣｌ４、ＩｎＣｌ３、およびＡｌＣｌ３などが挙げられる。ある実施形態においては、有機化合物を前駆体として使用することができる（たとえば、Ｔｉ−エタオキシド、Ｔａ−エタオキシド、Ｎｂ−エタオキシド）。有機化合物の前駆体の別の例は（ＣＨ３）３Ａｌである。
【００８７】
試薬も、一般にＡＬＤプロセスに適合するように選択され、前駆体および材料の化学的性質に基づいて選択される。たとえば、該材料が酸化物である場合、試薬は酸化剤であってよい。好適な酸化剤の例としては、水、過酸化水素、酸素、オゾン、（ＣＨ３）３Ａｌ、および種々のアルコール（たとえばエチルアルコール、ＣＨ３ＯＨ）が挙げられる。たとえば、ＴｉＯ２を得るためのＴｉＣｌ４、Ａｌ２Ｏ３を得るためのＡｌＣｌ３、Ｔａ２Ｏ５を得るためのＴａ−エタオキシド、Ｎｂ２Ｏ５を得るためのＮｂ−エタオキシド、ＨｆＯ２を得るためのＨｆＣｌ４、ＺｒＯ２を得るためのＺｒＣｌ４、およびＩｎ２Ｏ３を得るためのＩｎＣｌ３などの前駆体を酸化するための試薬として水が好適である。各場合で、ＨＣｌが副生成物として生成する。ある実施形態においては、（ＣＨ３）３Ａｌを使用してシラノールを酸化してＳｉＯ２を得ることができる。
【００８８】
特定の実施形態について説明してきたが、一般に本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、光学リターダー１００（図１参照）は種々の層の特定の構成を示しているが、他の実施形態は、追加の層またはより少ない層を含むことができる。たとえば、特定の実施形態においては、光学リターダーは、反射防止膜１５０および１６０の一方および両方を含む必要がない。ある実施形態においては、光学リターダーは、追加の反射防止膜を含むことができる（たとえば基体層１４０とエッチストップ層１３０との間）。実施形態は、ハードコート層（たとえば、ハードコートポリマー）などの保護層を反射防止膜１５０および１６０の一方または両方の上に含むこともできる。特定の実施形態においては、光学リターダーがキャップ層を含む必要がない。たとえば、部分１１２の間のトレンチを充填するときに形成されるキャップ層は、部分１１１が形成された後に除去することができる。キャップ層は、たとえば、化学的機械的研磨またはエッチングなどによって除去することができる。
【００８９】
図５を参照すると、ある実施形態においては、基体層中に直接トレンチを部分的にエッチングし、続いてそのトレンチを充填して、連続リターデーション層６１０を形成することによって、光学リターダー６００が形成される。光学リターダー６００は、キャップ層６２０、および元の基体層のエッチングされていない部分に対応するベース層６３０も含む。キャップ層６０２の表面６２１の上に反射防止膜６４０が堆積され、ベース層６３０の表面６３１の上に第２の反射防止膜６５０が堆積される。
【００９０】
特定の実施形態においては、光学リターダーは、２つ以上のリターデーション層から形成することができる。たとえば、図６を参照すると、光学リターダー８００は、４つのリターデーション層８１０、８２０、８３０、および８４０を含む。光学リターダー８００は、基体層８０１、エッチストップ層８０５、ならびにキャップ層８１１、８２１、８３１、および８４１も含む。
【００９１】
リターデーション層８１０、８２０、８３０、および８４０は、波長λを有する光のビームに対して同じリターデーションを有する場合もあるし、異なるリターデーションを有する場合もある。
【００９２】
光学リターダー８００は、本明細書において開示される方法を使用して作製することができる。たとえば、各リターデーション層およびその対応するキャップ層は、エッチストップ層８０５（たとえば、リターデーション層８１０の場合）または先に堆積したキャップ層（たとえば、リターデーション層８２０、８３０、および８４０の場合）のいずれかの上に中間層として堆積しエッチングして形成し、次にエッチングされたトレンチを充填するための材料を堆積して、キャップ層を形成することができる。
【００９３】
ある実施形態においては、追加のエッチストップ層を、キャップ層の上に積層してから、後のリターデーション層を形成することができる。当然ながら、たとえば反射防止膜などの他の層を含むこともできる。
【００９４】
一般に、ｚ軸に沿ったリターデーション層８１０、８２０、８３０、および８４０の厚さ、それらの部分の幅（ｘ軸に沿った）、ならびにそれらの形成に使用した材料は、希望通りに変化させることができる。ある実施形態においては、リターデーション層８１０、８２０、８３０、および８４０が同一であるが、別の実施形態においては、１つ以上のリターデーション層が異なっていてもよい（たとえば、他のリターデーション層とは異なる１種類以上の材料で構成される、異なる厚さを有する、および／または異なる複屈折を有する）。
【００９５】
さらに、光学リターダー８００が４つのリターデーション層を有するが、一般に、実施形態は４つを超えるまたは４つ未満のリターデーション層を含むことができる。光学リターダーは、２つのリターデーション層、３つのリターデーション層、または５つ以上のリターデーション層（たとえば、約１０以上のリターデーション層、約２０以上のリターデーション層、約３０以上のリターデーション層、約１００以上のリターデーション層、約１０００以上のリターデーション層）を含むことができる。
【００９６】
２つ以上のリターデーション層を有する光学リターダー内を伝播する波長λの光に対する全体の位相リターデーションは、比較的大きくなりうる。たとえば、光学リターダーはλにおいて、約２π以上（たとえば、約３π以上、約４π以上、約５π以上、約８π以上、約１０π以上、約１２π以上、約１５π、約２０π以上、約３０π以上）の位相リターデーションを有することができる。
【００９７】
２つ以上のリターデーション層を含む光学リターダーの全体の厚さ（ｚ軸に沿った）は、約２００μｍ以上（たとえば、約５００μｍ以上、約８００μｍ以上、約１，０００μｍ以上、約１，５００μｍ以上、約２，０００μｍ以上、約５，０００μｍ以上）であってよい。
【００９８】
特定の実施形態においては、光学リターダーは、非法線入射光（すなわち、ｚ軸に沿っては伝播しない光）が常光線と異常光線とに分割され、異なる経路に沿ってリターダーから出て行く光学ウォークオフ結晶（ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｌｋ−ｏｆｆ  ｃｒｙｓｔａｌ）として使用することができる。このような光学ウォークオフ結晶は、再切削して研磨してくさびにすることができる。ウォークオフ結晶は、電気通信のアイソレーター、サーキュレーター、またはインターリーバーなどの多数の用途、および／またはたとえば光学ローパスフィルターなどの消費者用途に使用することができる。
【００９９】
長方形の格子プロファイルを有する複屈折性層を含む光学リターダーの実施形態を説明してきたが、他の実施形態も可能である。たとえば、ある実施形態においては、複屈折性層の格子プロファイルは、正弦曲線を有するなど、湾曲していてもよい。別の例においては、格子は、三角形またはギザギザのプロファイルを有することができる。
【０１００】
さらに、光学リターダーの複屈折性層の格子周期が一定であるとして説明してきたが、特定の実施形態においてはこの格子周期が変動してもよい。ある実施形態においては、複屈折性層の部分を非周期的に配列することができる。
【０１０１】
本明細書に記載されるような光学リターダーは、受動光学デバイス（たとえば偏光子）および能動光学デバイス（たとえば液晶ディスプレイ）などの光学デバイス中に組み込むことができる。光学リターダーは、デバイスと一体化して一体型デバイスを得ることができるし、デバイスの他の部品とは独立して配置することもできる。
【０１０２】
図７を参照すると、光学リターダーが組み込まれる受動光学デバイスの一例が偏光子６６０である。偏光子６６０は、偏光膜６７０と光学リターダー６８０とを含む。偏光膜６７０は、シート偏光子（たとえば、ヨウ素で染色したポリビニルアルコール）、あるいは発明の名称「偏光およびビーム制御のための多層構造（ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ  ＳＴＲＵＣＴＲＵＲＥＳ  ＦＯＲ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＢＥＡＭ  ＣＯＮＴＲＯＬ）」の米国特許出願第１０／６４４，６４３号明細書、および、発明の名称「ビームを偏光させるための方法およびシステム」（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ  ＢＥＡＭ  ＦＯＲ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ）」のＰＣＴ特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０３／２６０２４号パンフレットに開示されるようなナノ構造偏光子であってよく、これら両方の記載内容全体が参照により本明細書に援用される。
【０１０３】
偏光膜６７０は、軸６６１に沿って伝播して偏光子６６０に入射する光を直線偏光する。次に光学リターダー６８０は、この直線偏光の位相を遅らせ、所望の楕円率で偏光子６６０を通過した偏光が得られる。通過した光の楕円率は、所望のリターデーション量が得られるように、光学リターダー６８０のリターデーション層と関連するパラメータを選択することによって希望通りに変化させることができる。たとえば、通過した光は、円偏光または楕円偏光であってよい。
【０１０４】
図８を参照すると、光学リターダーが組み込まれる能動光学デバイスの一例が液晶ディスプレイ７００であり、これは、基体７１０（たとえば、シリコン基体）、反射電極７２０、液晶層７３０（たとえば、ネマチック液晶または強誘電性液晶）、透明電極７４０（たとえば酸化インジウムスズから形成される）、光学リターダー７５０、および偏光膜７６０を含む。光学リターダー７５０は、偏光膜７６０を透過した偏光の位相を遅らせる。この光は電極７２０から反射され、液晶層７３０内を２回伝播する。反射光は再び光学リターダー７６０によって位相が遅らされた後、再び偏光膜７６０に到達する。電極７２０および７４０にわたって加えられる電圧に依存して、反射光は、偏光膜７６０によって吸収されるか透過するかのいずれかとなり、それぞれ暗い画素または明るい画素に対応する。場合によりＬＣＤ７００は、可視スペクトルの特定の波長を吸収するカラーフィルターを含み、これによってカラー画像が得られる。ＬＣＤ７００は反射ディスプレイであるが、本明細書において開示される光学リターダーは、透過型ディスプレイまたは半透過型ディスプレイなどの他の種類のディスプレイ中に使用することもできる。
【０１０５】
以下の実施例は例示的なものであり、限定を意図するものではない。
【実施例】
【０１０６】
以下のように光学リターダーを作製した。アブリサ・コーポレーション（Ａｂｒｉｓａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）（カリフォルニア州サンタポーラ（Ｓａｎｔａ  Ｐａｕｌａ，ＣＡ））より入手した厚さ０．５ｍｍのＢＫ７ウエハ（直径４インチ）を、Ｈ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４ＯＨ溶液で不溶性有機汚染物質を除去し、イオン性および重金属原子の汚染物質をＨ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２：ＨＣｌ溶液で除去することで清浄にした。次に、このウエハをイソプロピルアルコールおよび脱イオン水で洗浄し、スピン乾燥した。
【０１０７】
以下のようにしてＢＫ７ウエハにサブ波長格子をエッチングした。このＢＫ７ウエハに、ＰＭＭＡ（分子量１５Ｋ、ミズーリ州セントルイスのシグマ−アルドリッチ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）より購入）の薄層（約１８０ｎｍ）をスピンコーティングし、約１１５℃のホットプレートで約１時間焼き付けを行った。焼き付け後、レジストに、２００ｎｍの周期および約１１０ｎｍの深さ、ならびに約１００ｎｍの格子線幅を有する格子型で型押しした。この型は、厚さ０．５ｍｍのケイ素基体上にパターン形成されたＳｉＯ２層（厚さ約２００ｎｍ）を含んだ。この型は、Ｊ．ワン（Ｗａｎｇ）、Ｚ．イ（Ｙｕ）、およびＳ．Ｙ．チョウ（Ｃｈｏｕ）のＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、Ｂ１７、２９５７（１９９９年）に開示される方法を使用して作製した。型押し後、ＢＫ７基体側をＵＶ光に曝露することで、変形したＵＶ硬化性レジストを完全に硬化させた。次に型をレジストから取り外すと、型のプロファイルのネガパターンを有するマスクが残った。マスクのくぼんだ部分にＢＫ７ウエハが露出するまで、このマスクをＯ２ＲＩＥでエッチングした。このエッチングは、プラズマ−サーモ（ｐｌａｓｍａ−ｔｈｅｒｍ）７９０（フロリダ州のセントピーターズバーグのユナクシス・インコーポレイテッド（Ｕｎａｘｉｓ，Ｉｎｃ．，Ｓｔ．Ｐｅｔｅｒｓｂｕｒｇ，ＦＬ）から入手可能）を使用して行った。エッチング中の圧力は４ｍｔｏｒｒであった。出力は７０Ｗに設定し、エッチング中の酸素流速は１０ｓｃｃｍであった。ＢＫ７ウエハを露出させるためにエッチングしたレジストの全体の厚さは約１２０ｎｍであった。
【０１０８】
マスクのエッチング後、高真空（すなわち、約５×１０−６ｔｏｒｒ未満）において、ウエハの法線方向からある傾斜角でのｅ−ビーム蒸着によって、残りのレジスト／露出したＢＫ７ウエハの上に約５０ｎｍのＣｒを堆積した。傾斜角は約６５°であった。Ｃｒは、残りのマスクの線の上部および側壁上に堆積され、ＢＫ７のエッチングのための硬質のマスクが形成された。Ｃｒ堆積後、Ｏ２ＲＩＥを再び使用して、Ｃｒで覆われていないすべての露出レジストをエッチングした。次にＣＨＦ３ＲＩＥを使用して、ＢＫ７ウエハ表面の露出部分をエッチングして、ウエハ中にサブ波長格子を形成した。このＢＫ７は、プラズマ−ターム（ｐｌａｓｍａ−ｔｅｒｍ）７２０を使用してエッチングした。チャンバー圧力は約５ｍｔｏｒｒであり、出力は約１００Ｗであり、ＣＨＦ３およびＯ２の流速はそれぞれ１０ｓｃｃｍおよび１ｓｃｃｍを使用した。約６３０ｎｍの深さを有する幅１００ｎｍのトレンチを、ＢＫ７ウエハ中にエッチングした。ＢＫ７のエッチング後、ＣＲ−７Ｃｒエッチャント（カリフォルニア州フリーモントのシアンテック（Ｃｙａｎｔｅｋ，Ｆｒｅｍｏｎｔ，ＣＡ）より入手）にウエハを約３０分間浸漬することによって、Ｃｒを除去した。続いて、Ｏ２ＲＩＥによって残留レジストを除去した。
【０１０９】
トレンチに、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２で構成されるナノ積層材料を充填した。このナノ積層材料は、プラナー・システムズ・インコーポレイテッド（Ｐｌａｎａｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．）（オレゴン州ビーバートン（Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ，ＯＲ））より入手したＰ−４００Ａ  ＡＬＤ装置を使用して実施したＡＬＤによって堆積した。このナノ積層体を堆積する前に、エッチングしたウエハをＡＬＤチャンバー内で３００℃に約３時間加熱した。チャンバーに窒素ガスを約２ＳＬＭで流してフラッシングし、チャンバー圧力を約０．７５Ｔｏｒｒに維持した。ＴｉＯ２前駆体はＴｉ−エタオキシドであり、これを約１４０℃まで加熱した。ＳｉＯ２前駆体はシラノールであり、約１１０℃まで加熱した。両方の前駆体について、使用した試薬は水であり、これは約１３℃に維持した。Ｔｉ−エタオキシドおよびシラノールは９９．９９９％のグレードの純度であり、シグマ−アルドリッチ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）（ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ））より入手した。このナノ積層体は、ＴｉＯ２の１０の単層を堆積した後、ＳｉＯ２の１つの単層を積層するサイクルを繰り返して形成した。ＴｉＯ２の単層を堆積するために、チャンバーに２秒間水を導入し、続いて２秒間の窒素パージを行った。次に、Ｔｉ−エタオキシドをチャンバーに導入した後、さらに２秒間の窒素パージを行った。ＡＬＤチャンバーに１秒間水を導入してＳｉＯ２単層を堆積した後、２秒間の窒素パージを行った。次に、１秒間シラノールを導入した。次にチャンバーに３秒間窒素パージした後、次の試薬を導入した。平坦なガラス基体上に同様に形成したナノ積層膜の測定から求めると、このナノ積層体の屈折率は、６３２ｎｍにおいて約１．８８であると概算される。
【０１１０】
Ｍ−２０００Ｖ（登録商標）分光楕円偏光計（Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）（ネブラスカ州リンカーンのＪ．Ａ．ウォーラム・カンパニー・インコーポレイテッド（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｌｉｎｃｏｌｎ、ＮＥ）より市販される）を使用して光学リターダーのリターデーションを測定すると、波長５５１ｎｍにおいて２３．８５ｎｍであった。
【０１１１】
ＬＥＯ熱放出（ｔｈｅｒｍｏ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ）走査型電子顕微鏡を使用して、走査型電子顕微鏡検査を使用した未充填および充填済みの格子の検査を行った。この検査を行うために、試料を劈開させ、Ａｕの薄層でコーティングした。次に劈開した界面の断面を観察した。図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、トレンチの充填前および充填後の格子のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。
【０１１２】
他の実施形態は冒頭の特許請求の範囲に示されている。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】光学リターダーの一実施形態の斜視図である。
【図２Ａ−２Ｊ】図１に示される光学リターダーの製造におけるステップを示している。
【図３】原子層堆積システムの概略図である。
【図４】原子層堆積を使用してナノ積層体を形成するステップを示すフローチャートである。
【図５】光学リターダーの別の実施形態の断面図である。
【図６】複数のリターデーション層を含む光学リターダーの一実施形態の断面図である。
【図７】光学リターダーが組み込まれた偏光子の断面図である。
【図８】光学リターダーが組み込まれた液晶ディスプレイの断面図である。
【図９Ａ】トレンチを充填する前のサブ波長格子の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９Ｂ】トレンチを充填した後の図９Ａに示すサブ波長格子の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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