(57)【要約】  光学用途のための膜、このような膜を備えた物品、このような膜を製造するための方法およびこのような膜を利用したシステムが開示される。
2008502948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品の第１の材料の層の表面におけるトレンチの体積の少なくとも約１０％を、前記第１の材料とは異なる第２の材料の複数の単分子層を前記トレンチ内に連続的に形成することによって充填するステップを含む方法であって、
前記層が、経路に沿って前記層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約５０％以上を透過させ、
前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を阻止し、前記第１および第２の偏光状態が直交しており、
λが約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である方法。
【請求項２】
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１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の層をエッチングするステップが反応性イオンエッチングを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記トレンチがリソグラフィによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記トレンチがナノ転写リソグラフィを使用して形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ナノ転写リソグラフィが、熱可塑性材料にパターンを形成するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ナノ転写リソグラフィが、ＵＶ硬化性材料にパターンを形成するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
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４に記載の方法。
【請求項９】
前記ホログラフィックリソグラフィが、屈折率が空気の屈折率より大きい流体に前記第１の材料の層を浸すステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ホログラフィックリソグラフィが、約４００ｎｍ以下の波長を有する放射から形成された干渉パターンにレジスト材料の層を露出するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記トレンチの幅が約１，０００ｎｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記トレンチの幅が約１００ｎｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記トレンチの深さが約１０ｎｍ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記トレンチの深さが約１００ｎｍ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記トレンチの深さが約１３０ｎｍ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の材料が金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の材料が、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕからなるグループから選択される少なくとも１つの金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１および第２の材料とは異なる第３の材料の１つまたは複数の単分子層を前記トレンチ内に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１９】
前記第２および第３の材料の単分子層がナノラミネート材料を形成する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の単分子層を前記トレンチ内に連続的に形成することにより、前記トレンチの体積の少なくとも約８０％が充填される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
複数の単分子層を前記トレンチ内に連続的に形成することにより、前記トレンチの体積の少なくとも約９０％が充填される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
複数の単分子層を前記トレンチ内に連続的に形成することにより、前記トレンチの体積の少なくとも約９９％が充填される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
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２４】
前記第２の材料の前記複数の単分子層を形成するステップが、前記第２の材料の単分子層を提供するために、プレカーサの単分子層を蒸着させるステップおよび前記プレカーサの前記単分子層を試薬に露出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記試薬と前記プレカーサが化学反応して前記第２の材料が形成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記試薬が前記プレカーサを酸化させることによって前記第２の材料を形成する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記プレカーサの前記単分子層を蒸着させるステップが、前記プレカーサを含んだ第１のガスを前記物品を収納しているチャンバに導入するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記プレカーサの前記単分子層が蒸着している間、前記チャンバ内の前記第１のガスの圧力が約０．０１トールないし約１００トールである、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記プレカーサの前記単分子層を前記試薬に露出するステップが、前記試薬を含んだ第２のガスを前記チャンバ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３０】
前記プレカーサの前記単分子層が前記試薬に露出している間、前記チャンバ内の前記第２のガスの圧力が約０．０１トールないし約１００トールである、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１のガスが導入された後、前記第２のガスの導入に先立って第３のガスが前記チャンバに導入される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記第３のガスが前記プレカーサに対して不活性である、請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
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グループから選択される少なくとも１つのガスを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３４】
前記プレカーサが、トリス（ｔ−ブトキシ）シラノール、（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＨｆエタオキサイドおよびＴａエタオキサイドからなるグループから選択される少なくとも１つのプレカーサを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の材料が、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５およびＭｇＦ２からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の材料の前記層が、前記層の表面に形成された追加トレンチを備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項３７】
前記第２の材料の複数の単分子層を前記追加トレンチ内に連続的に形成することにより、個々の前記追加トレンチの体積の少なくとも約５０％を充填するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記複数の単分子層を前記追加トレンチ内に連続的に形成することにより、個々の前記追加トレンチの体積の少なくとも約８０％を充填するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記複数の単分子層を前記追加トレンチ内に連続的に形成することにより、個々の前記追加トレンチの体積の少なくとも約９０％を充填するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記複数の単分子層を前記追加トレンチ内に連続的に形成することにより、個々の前記追加トレンチの体積の少なくとも約９９％を充填するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
前記トレンチが前記第１の材料の行によって分離される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
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１に記載の方法。
【請求項４３】
前記表面レリーフ格子の格子周期が約５００ｎｍ以下である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記表面レリーフ格子の格子周期が約２００ｎｍ以下である、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、前記第１の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を透過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４６】
前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、前記第１の偏光状態を有する波長λの光の約９０％以上を透過させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４７】
前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、前記第２の偏光状態を有する波長λの光の約９０％以上を阻止する、請求項１に記載の方法。
【請求項４８】
前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、前記第２の偏光状態を有する波長λの光の約９５％以上を阻止する、請求項１に記載の方法。
【請求項４９】
前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、前記第２の偏光状態を有する波長λの光の約９９％以上を阻止する、請求項１に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１および第２の偏光状態が直線偏光状態である、請求項１に記載の方法。
【請求項５１】
前記第１および第２の偏光状態がそれぞれＴＭ偏光状態およびＴＥ偏光状態である、請求項１に記載の方法。
【請求項５２】
λが約４００ｎｍと約７００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５３】
λが約４００ｎｍと約１，１００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５４】
λが約１，２５０ｎｍと約１，７００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５５】
λが約１５０ｎｍと約３００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５６】
前記層が、経路に沿って前記層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λ’の光の約５０％以上を透過させ、かつ、前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λ’の光の約８０％以上を阻止し、｜λ−λ’｜が約５０ｎｍ以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項５７】
前記第２の材料の単分子層を前記トレンチの上に連続的に形成することにより、前記充填済みの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５８】
前記第２の材料の前記層が、算術平均粗さが約５０ｎｍ以下の表面を有する、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記物品の表面に反射防止膜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６０】
前記物品が、前記第１の材料の前記層を支持する基板をさらに備えた、請求項１に記載の方法。
【請求項６１】
前記基板が無機ガラス材料の層を備えた、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
原子層蒸着を使用して偏光層を形成するステップを含む方法。
【請求項６３】
前記偏光層を形成するステップが、第１の材料を含んだ回折格子層を形成するステップを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記偏光層が、経路に沿って前記層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約５０％以上を透過させ、
前記偏光層が、前記経路に沿って前記層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を阻止し、前記第１および第２の偏光状態が直交しており、
λが約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
前記第１の材料が金属を含む、請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
前記第１の材料が、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕからなるグループから選択される少なくとも１つの金属を含む、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記偏光層が、前記第１の材料とは異なる第２の材料の複数の細長い部分を備えた回折格子の上に第１の材料の１つまたは複数の単分子層を形成するための原子層蒸着を使用して形成される、請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
ナノラミネート材料の行と交番する第１の材料の行を含んだ連続層を備えた物品であって、
前記連続層が、経路に沿って前記層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約５０％以上を透過させ、かつ、前記層が、前記経路に沿って前記層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を阻止し、前記第１および第２の偏光状態が直交しており、λが約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である物品。
【請求項６９】
ナノラミネート材料を含んだ偏光層を備えた物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学膜および関連物品、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を操作する必要がある場合、通常、光デバイスおよび光システムが使用される。光デバイスの例には、レンズ、偏光子、光フィルタ、反射防止膜、リターダ（たとえば４分の１波長板）およびビームスプリッタ（たとえば偏光ビームスプリッタおよび非偏光ビームスプリッタ）がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、光学的使用のための膜、このような膜を備えた物品、このような膜を製造するための方法、およびこのような膜を利用したシステムに関している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一般に、第１の態様では、本発明は、物品の第１の材料の層の表面におけるトレンチの体積の少なくとも約１０％を、第１の材料とは異なる第２の材料の複数の単分子層をトレンチ内に連続的に形成することによって充填するステップを含む方法を特徴としている。層は、経路に沿って層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約５０％以上を透過させ、かつ、経路に沿って層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を阻止する。第１および第２の偏光状態は直交しており、λは約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である。
【０００５】
本発明による方法の実施態様は、以下に示す特徴および／または他の態様の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。たとえば、トレンチは、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することができる。第１の層のエッチングには、反応性イオンエッチングを含むことができる。
【０００６】
いくつかの実施形態では、トレンチは、リソグラフィによって形成される。たとえば、トレンチは、ナノ転写リソグラフィを使用して形成することができる。ナノ転写リソグラフィには、熱可塑性材料にパターンを形成するステップを含むことができる。また、別法または追加として、ナノ転写リソグラフィには、ＵＶ硬化性材料にパターンを形成するステップを含むことも可能である。他の実施例として、トレンチは、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。ホログラフィックリソグラフィには、屈折率が空気の屈折率より大きい流体に第１の材料の層を浸すステップを含むことができる。ホログラフィックリソグラフィには、約４００ｎｍ以下（たとえば約３５１ｎｍ、約２６６ｎｍ）の波長を有する放射から形成された干渉パターンにレジスト材料の層を露出するステップを含むことができる。
【０００７】
トレンチには、約１，０００ｎｍ以下（たとえば約７５０ｎｍ以下、約５００ｎｍ以下、約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ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）の幅を持たせることができる。トレンチには、約１０ｎｍ以上（たとえば約２０ｎｍ以上、約３０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、約８０ｎｍ以上、約１００ｎｍ以上、約１３０ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約２５０ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上）の深さを持たせることができる。
【０００８】
第１の材料は金属を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の材料には、Ａｌ、Ａｕ、ＡｇおよびＣｕからなるグループから選択される少なくとも１つの金属が含まれている。
【０００９】
本発明による方法は、さらに、第１および第２の材料とは異なる第３の材料の１つまたは複数の単分子層をトレンチ内に形成するステップを含むことができる。第２および第３の材料の単分子層は、ナノラミネート材料を形成することができる。複数の単分子層をトレンチ内に連続的に形成することによって、トレンチの体積の少なくとも約５０％が充填される。たとえば、複数の単分子層をトレンチ内に連続的に形成することによって、トレンチの体積の少なくとも約８０％、たとえば９０％以上を充填することができる。いくつかの実施形態では、複数の単分子層をトレンチ内に連続的に形成することによって、トレンチの体積の少なくとも約９９％が充填される。
【００１０】
第１の材料および第２の材料の層は、連続層を形成することができる。第２の材料の複数の単分子層を形成するステップには、第２の材料の単分子層を提供するために、プレカーサ（precursor：前駆物質）の単分子層を蒸着させるステップおよびプレカーサの単分子層を試薬に露出するステップを含むことができる。試薬とプレカーサを化学反応させることによって第２の材料を形成することができる。試薬は、たとえばプレカーサを酸化させることによって第２の材料を形成することができる。プレカーサの単分子層を蒸着させるステップには、プレカーサを含んだ第１のガスを物品を収納しているチャンバに導入するステップを含むことができる。チャンバ内の第１のガスの圧力は、プレカーサの単分子層を蒸着させている間、約０．０１トールないし約１００トールにすることができる。プレカーサの単分子層を試薬に露出するステップには、試薬を含んだ第２のガスをチャンバに導入するステップを含むことができる。チャンバ内の第２のガスの圧力は、プレカーサの単分子層を試薬に露出している間、約０．０１トールないし約１００トールにすることができる。第１のガスを導入した後、第２のガスの導入に先立って第３のガスをチャンバに導入することができる。第３のガスは、プレカーサに対して不活性のガスであってもよい。第３のガスは、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グループから選択される少なくとも１つのガスを含むことができる。プレカーサは、トリス（ｔ−ブトキシ）シラノール、（ＣＨ３）３Ａｌ、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＡｌＣｌ３、ＨｆエタオキサイドおよびＴａエタオキサイドからなるグループから選択される少なくとも１つのプレカーサを含むことができる。
【００１１】
第２の材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５およびＭｇＦ２からなるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことができる。
【００１２】
第１の材料の層は、第１の材料の層の表面に形成された追加トレンチを含むことができる。本発明による方法は、第２の材料の複数の単分子層を追加トレンチ内に連続的に形成することによって、個々の追加トレンチの体積の少なくとも約１０％（たとえば少なくとも約５０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９９％）を充填するステップを含むことができる。トレンチは、第１の材料の行によって分離することができる。
【００１３】
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。表面レリーフ格子には、約５００ｎｍ以下（たとえば約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１８０ｎｍ以下、約１６０ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１４０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ以下、約１２０ｎｍ以下、約１１０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下）の格子周期を持たせることができる。
【００１４】
層は、経路に沿って層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上（たとえば約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）を透過させることができる。別法または追加として、層は、経路に沿って層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約９０％以上（たとえば約９５％以上、約９７％以上、約９８％以上、約９９％以上）を阻止することができる。
【００１５】
第１および第２の偏光状態は、直線偏光状態であってもよい。第１および第２の偏光状態は、それぞれＴＭ偏光状態およびＴＥ偏光状態であってもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、λは約４００ｎｍと約７００ｎｍの間である。特定の実施形態では、λは約４００ｎｍと約１，１００ｎｍの間である。複数の実施形態では、λは約１，２５０ｎｍと約１，７００ｎｍの間である。いくつかの実施形態では、λは約１５０ｎｍと約３００ｎｍの間である。
【００１７】
層は、経路に沿って層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λ’の光の約５０％以上を透過させることができ、かつ、経路に沿って層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λ’の光の約８０％以上を阻止することができる。｜λ−λ’｜は、約５０ｎｍ以上（たとえば約１００ｎｍ以上、約１５０ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約２５０ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上、約３５０ｎｍ以上、約４００ｎｍ以上、約５００ｎｍ以上）である。
【００１８】
本発明による方法は、第２の材料の単分子層をトレンチの上に連続的に形成することによって、充填済みのトレンチの上に第２の材料の層を形成するステップを含むことができる。第２の材料の層には、算術平均粗さが約１００ｎｍ以下（たとえば約５０ｎｍ以下、約４０ｎｍ以下、約３０ｎｍ以下、約２０ｎｍ以下）の表面を持たせることができる。
【００１９】
本発明による方法は、物品の表面に反射防止膜を形成するステップを含むことができる。物品は、第１の材料の層を支持する基板を備えることができる。基板は、無機ガラス材料（たとえばＢＫ７ガラス）の層を備えることができる。
【００２０】
一般に、他の態様では、本発明は、原子層蒸着を使用して偏光層を形成するステップを含む方法を特徴としている。
【００２１】
本発明による方法の実施態様は、以下に示す特徴および／または他の態様の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。たとえば、偏光層を形成するステップは、第１の材料を含んだ回折格子層を形成するステップを含むことができる。偏光層は、経路に沿って層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約５０％以上を透過させることができる。偏光層は、経路に沿って層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を阻止することができる。第１および第２の偏光状態は直交しており、λは約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である。
【００２２】
第１の材料は金属を含むことができる。第１の材料は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、ＣｕおよびＣｒからなるグループから選択される少なくとも１つの金属を含むことができる。
【００２３】
偏光層は、第１の材料とは異なる第２の材料の複数の細長い部分を備えた回折格子の上に第１の材料の１つまたは複数の単分子層を形成するための原子層蒸着を使用して形成することができる。
【００２４】
一般に、さらに他の態様では、本発明は、ナノラミネート材料の行と交番する第１の材料の行を含んだ連続層を備えた物品を特徴としている。連続層は、経路に沿って層に入射する、第１の偏光状態を有する波長λの光の約５０％以上を透過させ、かつ、経路に沿って層に入射する、第２の偏光状態を有する波長λの光の約８０％以上を阻止する。第１および第２の偏光状態は直交しており、λは約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である。物品の実施形態は、他の態様の特徴のうちの１つまたは複数を備えることができる。物品は、他の態様による方法を使用して形成することができる。
【００２５】
一般に、他の態様では、本発明は、ナノラミネート材料を含んだ偏光層を備えた物品を特徴としている。物品の実施形態は、他の態様の特徴のうちの１つまたは複数を備えることができる。物品は、他の態様による方法を使用して形成することができる。
【００２６】
数ある利点の中でも、とりわけ、本発明による方法を使用することにより、広範囲の波長帯域にわたって動作するナノ構造偏光子を形成することができる。たとえば、本発明による方法を使用して、電磁スペクトルの可視部分および近赤外部分（たとえば約４００ｎｍから約２，０００ｎｍまで）の広帯域偏光子を形成することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、本発明による方法を使用して、アスペクト比が比較的大きく、かつ、周期が比較的短い周期ナノ構造層を形成することができる。たとえば、周期が可視波長より実質的に短い（たとえば約２００ｎｍ以下の）周期ナノ構造を形成することができ、また、これらの構造には、約２：１以上のアスペクト比を持たせることができる。
【００２８】
また、本発明による方法には、ナノ構造層の表面にコンフォーマルコーティングを蒸着させるための技法が含まれている。コンフォーマルコーティング技法を使用することにより、ナノ構造層中の構造の内部に材料を均質に蒸着させることができるため、連続したナノ構造層を形成することができる。一例として、原子層蒸着を使用して、ナノ構造層中のトレンチを充填することができる。原子層蒸着によって蒸着した材料と、ナノ構造層を構成している材料が光学的に異なっている場合、物理的に連続した、光学的にナノ構造の層が得られる。
【００２９】
実質的に平らな露出表面を有する連続したナノ構造層を形成することができる。したがって、平らな追加層（たとえば反射防止膜などの光学薄膜）を容易にナノ構造層に蒸着させることができるため、複合モノリシックプレーナデバイスが提供される。また、このような層を備えたデバイスは、連続していないナノ構造層を備えたデバイスと比較すると、比較的頑丈である（たとえば機械的に頑丈である）。
【００３０】
また、ナノ構造層を充填することにより、事実上、ナノ構造を封止することができるため、たとえば湿気および／または大気中の酸素などの環境要因によるナノ構造層の劣化が抑制される。
【００３１】
ナノ構造偏光子などのナノ構造物品は、長期間にわたって強烈な放射源に露出された場合でも、延長有機材料まで劣化しない無機材料から形成することができる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ナノ構造層を使用して、重要な波長における通過状態透過率が比較的大きい偏光子を形成することができる。たとえば、偏光子は、透過率が比較的大きい材料から形成することができ、１つまたは複数の界面に、重要な波長の光の反射を抑制する１つまたは複数の反射防止膜を備えることができる。
【００３３】
本発明による方法を使用して偏光子アレイを形成することができる。
【００３４】
本発明の他の特徴および利点は、以下の説明および図面から、また、特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００３５】
様々な図面を通して、同様の参照記号は同様の構成要素を表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１を参照すると、直線偏光子１００は、回折格子層１１０および２つの反射防止膜１５０、１６０を備えている。直線偏光子１００は、さらに、基板１４０、エッチ停止層１３０およびキャップ層１２０を備えている。回折格子層１１０は、第１の組成を有する細長い部分１１１、および異なる組成を有する部分１１２を備えている。異なる組成は、波長λの光に対して異なる光学特性を有している。
【００３７】
回折格子層１１０は、図１に示す直交座標系のｚ軸に平行の軸１０１に沿って伝搬する波長λの入射光を直線偏光に変えている。つまり、ｚ軸に平行に伝搬して直線偏光子１００に入射する波長λの光に対して、直線偏光子１００は、ｘ方向に面偏光した入射光の成分を比較的大量に透過させ（「通過」状態偏光と呼ばれている）、かつ、ｙ方向に面偏光した成分を比較的大量に阻止している（「阻止」状態偏光と呼ばれている）。１つの層が入射光の１つの成分を比較的大量に透過させ、たとえば入射成分の約６０％以上（たとえば約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）を透過させる。１つの層が入射光の１つの成分を比較的大量に阻止し、たとえば入射成分の約８０％以上（たとえば約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）を阻止する。通常、λは約１５０ｎｍと約５，０００ｎｍの間である。特定の実施形態では、λは、電磁スペクトルの可視部分以内の波長（たとえば約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの波長）に対応している。
【００３８】
いくつかの実施形態では、直線偏光子１００は、連続波長帯域の放射などの複数の波長の放射を偏光させている。たとえば、直線偏光子１００は、幅が約５０ｎｍ以上（たとえば約１００ｎｍ以上、約２００ｎｍ以上、約３００ｎｍ以上）の波長帯域の放射を偏光させることができる。特定の実施形態では、直線偏光子１００は、実質的に電磁スペクトルの可視部分全体の放射（たとえば波長λが約４００ｎｍから約７００ｎｍまでの放射）を偏光させている。別法としては、直線偏光子１００は、実質的に電磁スペクトルの近赤外部分全体の放射（たとえば約１，２００ｎｍから約２，０００ｎｍまでの放射）を偏光させることができる。特定の実施形態では、直線偏光子１００は、実質的に電磁スペクトルの可視部分および近赤外部分全体の放射（たとえば約４００ｎｍから約２，０００ｎｍまでの放射）を偏光させている。
【００３９】
また、直線偏光子１００は、ｚ軸に平行に伝搬する入射放射を偏光させているが、いくつかの実施形態では、偏光子１００は、入射角が非直角の波長λの放射（つまりｚ軸に対してゼロではない角度θで伝搬して直線偏光子に入射する放射）を偏光させることができる。特定の実施形態では、直線偏光子１００は、複数の入射角で入射する放射、たとえば一定の範囲の入射角の放射を偏光させることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、直線偏光子１００は、θが約１０°以上（たとえば約１５°以上、約２０°以上）の入射角の円錐内で入射する放射を偏光させている。非直角入射の場合、通過状態は、ｘ−ｚ平面に平行に偏光した光に対応し、阻止状態は、ｘ−ｚ平面に直角に偏光した光に対応していることに留意されたい。
【００４０】
通常、直線偏光子１００は、阻止状態放射を比較的大量に反射し、かつ／または吸収することによって、阻止状態偏光を有する波長λの入射放射を比較的大量に阻止している。たとえば、直線偏光子１００は、阻止偏光状態を有する波長λの入射放射の約８０％以上（たとえば約９０％以上、約９５％以上）を反射することができる。直線偏光子１００が阻止状態放射を比較的大量に反射する場合、阻止状態放射が吸収される量は比較的少ない。たとえば、阻止状態吸収は、約１０％以下（たとえば約５％以下）である。
【００４１】
別法として、特定の実施形態では、直線偏光子１００は、阻止偏光状態を有する波長λの入射放射を比較的大量に吸収している。たとえば、直線偏光子１００は、阻止状態偏光の約３０％以上（たとえば約４０％以上、約５０％以上）を吸収することができる。
【００４２】
直線偏光子１００は、透過した波長λの光に対して、比較的大きい消光比ＥＴを有することができる。透過した光に対する消光比とは、直線偏光子１００を透過した阻止状態強度に対する波長λの通過状態強度の比率のことである。ＥＴは、たとえば波長λで約３０以上（たとえば約５０以上、約１００以上、約１５０以上）である。阻止状態透過率が比較的小さい特定の実施形態では、ＥＴが極めて大きく、たとえば約１０００以上である。
【００４３】
いくつかの実施形態では、直線偏光子は、反射した波長λの光に対して、比較的大きい消光比ＥＲを有することができる。ＥＲは、波長λの通過状態放射の反射強度に対する阻止状態放射の反射強度の比率である。ＥＲは、たとえば約３０以上（たとえば約５０以上、約１００以上、約１５０以上）である。
【００４４】
特定の実施形態では、ＥＴおよびＥＲは、いずれも比較的大きい。
【００４５】
次に、回折格子層１１０の構造について説明する。細長い部分１１１および１１２は、ｙ方向に沿って展開しており、交番する一連の行からなる周期構造を形成している。隣接する行は、異なる光学特性を有している。部分１１１に対応する行は、ｘ方向に幅Λ１１１を有しており、一方、部分１１２に対応する行は、ｘ方向に幅Λ１１２を有している。Λ１１１＋Λ１１２に等しい格子周期Λはλより短く、したがって波長λの光は、光と周期構造が相互作用する際に生じる可能性のある重大な高次数回折に遭遇することなく回折格子層１１０と相互作用する。回折格子層１１０は、ナノ構造層の一例である。
【００４６】
通常、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、約０．０１λ以下）である。たとえば、いくつかの実施形態では、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も約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、約０．０１λ以下）である。たとえば、いくつかの実施形態では、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、互いに同じであっても、あるいは異なっていてもよい。
【００４７】
通常、Λはλより小さく、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。いくつかの実施形態では、Λは約５００ｎｍ以下（たとえば約３００ｎｍ以下、約２００ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ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。
【００４８】
比率Λ１１２：Λで与えられる回折格子層のデューティサイクルは、必要に応じて変更することができる。いくつかの実施形態では、デューティサイクルは約５０％未満（たとえば約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下）である。別法として、特定の実施形態では、デューティサイクルは約５０％より大きくなっている（たとえば約６０％以上、約７０％以上、約８０％以上）。
【００４９】
図に示す回折格子層１１０は１９個の部分を有しているが、通常、回折格子層の部分の数は、必要に応じて変更することができる。部分の数は、周期、Λおよび直線偏光子の最終使用アプリケーションが必要とする面積によって決まる。いくつかの実施形態では、回折格子層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。
【００５０】
ｚ軸に沿って測定した回折格子層１１０の厚さｄは、必要に応じて変更することができる。通常、層１１０の厚さは、部分１１１、１１２の屈折率および回折格子層１１０の波長λにおける所望の光学特性に基づいて選択される。いくつかの実施形態では、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１，０００ｎｍ以上のたとえば約２，０００ｎｍ）である。
【００５１】
Λ１１１に対する回折格子層の厚さｄのアスペクト比および／またはΛ１１２に対するｄのアスペクト比は、比較的大きくすることができる。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）にすることができる。
【００５２】
通常、部分１１１および１１２の組成は、偏光子１００が所望の偏光特性を有するように選択される。部分１１１および／または１１２は、無機材料および／または有機材料を含むことができる。無機材料の例には、金属、半導体および無機誘電材料（たとえばガラス）がある。有機材料の例には重合体がある。いくつかの実施形態では、部分１１１および／または部分１１２には、誘電酸化物（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／またはチッ化物（たとえば金属チッ化物）などの１つまたは複数の誘電材料が含まれている。酸化物の例には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＥｒＯ２、Ｓｃ２Ｏ３およびＴａ２Ｏ５がある。フッ化物の例にはＭｇＦ２がある。他の例には、ＺｎＳ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｙＮｘ、ＡｌＮ、ＴｉＮおよびＨｆＮがある。
【００５３】
特定の実施形態では、部分１１１および／または部分１１２には、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＣｒおよびＣｕなどの金属が含まれている。部分１１１および／または部分１１２は、複数の金属から形成することができる（たとえば部分１１１および／または部分１１２は、金属合金から形成することができる）。
【００５４】
部分１１１および１１２の組成は、通常、それらの光学特性に基づいて選択され、また、偏光子１００を製造するために使用されるプロセスとのそれらの両立性、および偏光子１００の他の層を形成するために使用される材料とのそれらの両立性に基づいて選択される。通常、部分１１１は、波長λで透過性の材料から構成され、一方、部分１１２は、波長λで非透過性の材料から構成される。
【００５５】
透過性材料の厚さ１ミリメートルのサンプルは、直角に入射する波長λの放射の約８０％以上（たとえば約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上）を透過させる。可視波長および赤外波長のための透過性材料の例には、ＳｉＯ２などの様々な誘電材料がある。
【００５６】
非透過性材料の厚さ１ミリメートルのサンプルは、直角に入射する波長λの放射の約１％以下（たとえば約０．５％以下、約０．１％以下、約０．０１％以下、約０．００１％以下）を透過させる。非透過性材料には、波長λの放射を比較的大量に反射し、かつ／または吸収する材料がある。可視波長および赤外波長のための非透過性材料の例には、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、ＣｒおよびＣｕなどの様々な金属がある。ＡｌおよびＡｇは、電磁スペクトルの可視部分全体にわたる反射率が大きい材料の例であり、一方、ＡｕおよびＣｕは、電磁スペクトルの黄色および赤色部分に対して大きい反射率を有しており、より短い可視波長（たとえば緑および青の波長）をより大量に吸収する。
【００５７】
いくつかの実施形態では、部分１１１および１１２の組成は、波長λにおける吸収率が比較的小さく、したがって回折格子層１１０は、波長λにおける吸収率が比較的小さい。たとえば、回折格子層１１０は、軸１０１に沿って伝搬する波長λの放射の約１０％以下（たとえば約５％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下）を吸収することができる。
【００５８】
部分１１１および／または部分１１２は、単一の材料または複数の異なる材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、部分１１１および１１２のいずれか一方または両方がナノラミネート材料から形成されている。ナノラミネート材料とは、少なくとも２つの異なる材料の層から構成され、材料のうちの少なくとも一方の層が極端に薄い（たとえば１単分子層の厚さと約１０単分子層の厚さの間）材料のことである。光学的には、ナノラミネート材料は、ナノラミネート材料を構成している材料の屈折率で決まる、局部的に均質な屈折率を有している。個々の構成材料の量を変更することにより、ナノラミネートの屈折率を変化させることができる。ナノラミネート部分の例には、ＳｉＯ２単分子層とＴｉＯ２単分子層、ＳｉＯ２単分子層とＴａ２Ｏ５単分子層、またはＡｌ２Ｏ３単分子層とＴｉＯ２単分子層から構成された部分がある。
【００５９】
通常、部分１１１および／または部分１１２は、結晶性部分、半結晶性部分および／または非結晶質部分を含むことができる。非結晶質材料は、通常、光学的に等方性であり、一部またはほとんどが結晶性の部分より良好に放射を透過させることができる。一例として、いくつかの実施形態では、部分１１１および１１２の両方が非結晶質誘電材料（たとえば非結晶質ＴｉＯ２またはＳｉＯ２）などの非結晶質材料から形成されている。別法として、特定の実施形態では、部分１１１が結晶性材料または半結晶性材料（たとえば結晶性または半結晶性Ｓｉ）から形成され、一方、部分１１２は、非結晶質材料（たとえばＴｉＯ２またはＳｉＯ２などの非結晶質誘電材料）から形成されている。
【００６０】
回折格子層１１０の構造および組成は、直線偏光子１００の所望の光学性能に基づいて選択される。直線偏光子１００の光学性能に影響を及ぼす構造パラメータには、たとえばｄ、Λ、Λ１１１およびΛ１１２がある。通常、１つのパラメータを変更すると、他の複数の性能パラメータがその影響を受けることになる。たとえば、偏光子の波長λにおける総合透過率は、透過性材料から形成される部分の相対厚さΛ１１１を非透過性材料から形成される部分の厚さΛ１１２まで変化させることによって変更することができる。しかしながら、比率Λ１１１／Λ１１２が大きいほど、提供される通過状態偏光の透過率が比較的大きくなるが、同時に、阻止状態偏光の透過率もより大きくなり、そのためにＥＴが小さくなる。したがって、様々な性能パラメータと偏光子の構造および組成との間のトレードオフを必要とする偏光子の性能の最適化は、偏光子の最終使用アプリケーションに対する所望の性能によって変化する。
【００６１】
波長λの光を有効に偏光させるためには、通常、回折格子層の周期Λをλより短くしなければならず、たとえば約λ／４以下（たとえば約λ／６以下、約λ／１０以下）にしなければならない。また、有効な広帯域性能を得るためには、Λをその波長帯域の最も短い波長より短くしなければならない。たとえば可視スペクトルにおける広帯域偏光子の場合、Λを約３００ｎｍ未満、たとえば約２００ｎｍ以下（たとえば約１５０ｎｍ以下、約１３０ｎｍ以下、約１１０ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、約９０ｎｍ以下、約８０ｎｍ以下）にしなければならない。
【００６２】
通常、回折格子層１１０の反射率は、複数の部分のうちの少なくともいくつかを、波長λにおける反射率が比較的大きい材料から形成することによって大きくすることができる。また、偏光子の反射率は、透過性材料の部分に対する反射性材料の部分の相対サイズを大きくすることによって大きくすることができる。つまり、デューティサイクルが大きいほど、波長λにおける反射率が大きくなる。しかしながら、そのために通過状態透過率が小さくなることがある。それとは逆に、回折格子層１１０の透過率は、デューティサイクルを小さくすることによって大きくすることができる。通常、デューティサイクルの範囲は、約２０％から約８０％である。
【００６３】
いくつかの実施形態では、回折格子層１１０の深さｄを深くすることによってＥＴを大きくすることができる。ｄを深くすることにより、通過状態透過率を実質的に小さくすることなくＥＴを大きくすることができる。
【００６４】
上で説明したように、部分１１１および１１２を構成している材料の光学特性は、偏光子１００の光学性能にも影響を及ぼしている。たとえば、偏光子の透過率は、部分１１１を波長λにおける透過率が比較的大きい材料から形成することによって大きくすることができる。
【００６５】
また、部分１１１を波長λにおける屈折率が比較的小さい材料から形成することにより、通過状態放射の反射を抑制することができる。たとえば、部分１１１は、ｌにおける屈折率が約１．６以下（たとえば約１．５５以下、約１．５以下、約１．４５以下）の材料から形成することができる。ＳｉＯ２は、電磁スペクトルの可視部分における屈折率が比較的小さい材料の一例である。屈折率が比較的大きい材料から部分１１１が形成される回折格子層に対する回折格子層１１０の実効屈折率が小さいため、反射を抑制することができる。
【００６６】
部分１１２と接触する偏光子１００のあらゆる部分の材料に、波長λにおける屈折率が比較的小さい１つまたは複数の材料を選択することにより、たとえばＥＴなどの回折格子層の光学特性を改善することができる。
【００６７】
また、阻止状態偏光の反射率が大きいことが望ましい場合、部分１１２は、波長λにおける反射率が大きい材料から形成しなければならない。さらに、広帯域の波長に対する阻止状態偏光の反射率が大きいことが望ましい場合、材料は、その帯域のすべての波長に対して比較的大きい反射率を有していなければならない。一例として、Ａｌは、たとえば、より短い可視波長に対する吸収率がより大きいＡｕまたはＣｕと比較すると、可視波長に対してより広帯域の反射率を提供している。
【００６８】
次に、偏光子１００の他の層を参照すると、通常、基板１４０は、偏光子１００に機械的なサポートを提供している。特定の実施形態では、基板１４０は、波長λの光に対して透明であり、基板１４０に衝突する波長λの実質的にすべての光を透過させている（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）。
【００６９】
通常、基板１４０は、他の層を支えることができるリターダ１００を製造するために使用される製造プロセスと両立する任意の材料から形成することができる。特定の実施形態では、基板１４０は、ＢＫ７（Ａｂｒｉｓａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手することができる）などのガラス、ホウケイ酸ガラス（たとえばＣｏｒｎｉｎｇから入手することができるパイレックス（登録商標））、アルミノケイ酸塩ガラス（たとえばＣｏｒｎｉｎｇから入手することができるＣ１７３７）または水晶／石英ガラスから形成されている。いくつかの実施形態では、基板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子）などの結晶性材料、または結晶性（半結晶性）半導体（たとえばＳｉ、ＩｎＰまたはＧａＡｓ）から形成することができる。また、基板１４０は、重合体（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可能である。
【００７０】
エッチ停止層１３０は、部分１１２が形成される１つまたは複数の材料をエッチングするために使用されるエッチングプロセスに耐える材料から形成されている（以下の説明を参照されたい）。エッチ停止層１３０を形成している１つまたは複数の材料も、同じく基板１４０と両立し、かつ、回折格子層１１０を形成している材料と両立しなければならない。エッチ停止層１３０を形成することができる材料の例には、ＨｆＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘまたは金属（たとえばＣｒ、Ｔｉ、Ｎｉ）がある。
【００７１】
エッチ停止層１３０の厚さは、必要に応じて変更することができる。通常、エッチ停止層１３０は、基板１４０の重大なエッチングを防止するだけの十分な厚さを有しているが、偏光子１００の光学性能に悪影響を及ぼすほどの厚さであってはならない。いくつかの実施形態では、エッチ停止層は約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。
【００７２】
キャップ層１２０は、通常、回折格子層１１０の部分１１１の材料と同じ１つまたは複数の材料から形成されており、反射防止膜１５０を形成している層などの追加層を蒸着させることができる表面１２１を提供している。表面１２１は、実質的に平らにすることができる。
【００７３】
反射防止膜１５０および１６０は、偏光子１００に衝突し、かつ、偏光子１００から射出する波長λの通過状態光の反射率を小さくすることができる。反射防止膜１５０および１６０は、通常、屈折率が異なる１つまたは複数の層を備えている。一例として、大きい屈折率と小さい屈折率が交番する４つの層から、反射防止膜１５０および１６０のいずれか一方または両方を形成することができる。屈折率が大きい層は、ＴｉＯ２またはＴａ２Ｏ５から形成することができ、屈折率が小さい層は、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、あるいは狭帯域反射防止膜であってもよい。
【００７４】
いくつかの実施形態では、偏光子１００は、通過状態偏光に対して、偏光子１００に衝突する波長λの光の約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）の反射率を有している。
【００７５】
通常、偏光子１００は、必要に応じて準備することができる。図２Ａ〜２Ｊは、準備プロセスの一例を段階毎に示したものである。最初に、図２Ａに示すように基板１４０が提供される。基板１４０の表面１４１を研磨し、かつ／または浄化することができる（たとえば基板を１つまたは複数の溶媒、酸に露出し、かつ／または基板をベーキングすることによって）。
【００７６】
図２Ｂを参照すると、エッチ停止層１３０が基板１４０の表面１４１に蒸着される。エッチ停止層１３０を形成している材料は、スパッタリング（たとえば高周波スパッタリング）、真空蒸着（たとえば電子ビーム蒸着、イオンアシスト蒸着（ＩＡＤ）電子ビーム蒸着）、またはプラズマ増速ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、ＡＬＤなどの化学気相成長（ＣＶＤ）を始めとする様々な技法のうちの１つを使用して形成することができ、あるいは酸化によって形成することができる。一例として、ＨｆＯ２の層をＩＡＤ電子ビーム蒸着によって基板１４０に蒸着させることができる。
【００７７】
図２Ｃを参照すると、次に中間層２１０がエッチ停止層１３０の表面１３１に蒸着される。部分１１２は、中間層２１０からエッチングされるため、中間層２１０は、部分１１２のために使用される材料から形成される。中間層２１０を形成している材料は、スパッタリング（たとえば高周波スパッタリング）、真空蒸着（たとえば電子ビーム蒸着）、化学気相成長（ＣＶＤ）（たとえばプラズマ増速ＣＶＤ）を始めとする様々な技法のうちの１つを使用して蒸着させることができる。
【００７８】
特定の実施形態では、中間層２１０は、アルミニウムなどの金属から形成されている。金属層は、たとえば真空蒸着（たとえば熱的蒸発法）によって形成することができる。一実施形態では、金属層は、比較的速い速度、たとえば１秒当たり約５オングストローム以上（たとえば１秒当たり約１０オングストローム以上、１秒当たり約１２オングストローム以上、１秒当たり約１５オングストローム以上）の速度で表面１３１に金属を真空蒸着させることによって形成される。高速の蒸着速度を使用することにより、金属が蒸着する際に膜に組み込まれる可能性のある不純物（酸素など）の量が減少するため、金属層の純度を改善することができる。
【００７９】
いくつかの実施形態では、金属を蒸着させる前に、かつ／または金属を蒸着させている間、基板を冷却することができる。たとえば、基板は、約０℃以下（たとえば約−２０℃以下、約−５０℃以下）に冷却することができる。基板を冷却することにより、蒸着中に基板に形成される金属粒子のサイズを大きくすることができる。基板の温度を低くすることにより、クラスタによるより大きい粒子の形成を妨害する傾向がある金属クラスタの運動エネルギーを小さくすることができるとされている。金属粒子のサイズをより大きくすることは、それによって光学特性が改善され、たとえば、より小さい粒子から構成された金属層と比較すると反射率がより大きくなるため、有利である。また、周期の短い回折格子層を粒子サイズがより大きい金属層からより容易に形成することができる。
【００８０】
真空蒸着は、比較的高い真空、たとえば約１０−６トール以下（たとえば約５×１０−７トール以下、約２×１０−７トール以下）の真空の下で実行することも可能である。また、高真空蒸着によって、蒸着層が形成される際にその近傍に存在する不純物（酸素など）の量が減少し、延いては膜に組み込まれる不純物の量が減少するため、金属層の純度を改善することができる。
【００８１】
いくつかの実施形態では、基板１４０は、蒸着チャンバ内の蒸着金属源から比較的離れた位置（たとえば約１２インチ以上、約１５インチ以上、約２０インチ以上、約２４インチ以上離れた位置）に配置される。これにより、放射源が基板のより近傍に配置されるシステムに対する表面１３１全体の蒸着材料の一様性が改善される。
【００８２】
通常、中間層２１０の厚さは、回折格子層１１０の所望の厚さに基づいて選択される。
【００８３】
リソグラフィ技法を使用して中間層２１０が処理され、回折格子層１１０の部分１１２が提供される。たとえば、部分１１２は、電子ビームリソグラフィまたはフォトリソグラフィを使用して中間層２１０から形成することができる（たとえばフォトマスクを使用して、あるいはホログラフィ技法を使用して）。
【００８４】
いくつかの実施形態では、部分１１２は、ナノ転写リソグラフィを使用して形成される。図２Ｄを参照すると、ナノ転写リソグラフィには、中間層２１０の表面２１１にレジストの層２２０を形成するステップが含まれている。レジストは、たとえばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）またはポリスチレン（ＰＳ）であってもよい。図２Ｅを参照すると、型を使用してレジスト層２２０にパターンが押し付けられる。パターン化されたレジスト層２２０は、薄い部分２２１および分厚い部分２２２を備えている。次に、パターン化されたレジスト層２２０がエッチングされ（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、図２Ｆに示すように中間層２１０の表面２１１の部分２２４が露出する。分厚い部分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、エッチングが終了すると、レジストの部分２２３が表面２１１に残される。
【００８５】
図２Ｇを参照すると、次に、中間層２１０の露出部分がエッチングされ、中間層２１０にトレンチ２１２が形成される。中間層２１０のエッチングが施されない部分が回折格子層１１０の部分１１２に対応している。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、スパッタエッチング、化学アシストイオンビームエッチング（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、エッチング方法に耐えることができる材料から形成されたエッチ停止層１３０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のエッチングが終了すると、残留レジスト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）中で物品をすすぐことによって除去することができ、またはＯ２プラズマアッシング、Ｏ２ＲＩＥあるいはオゾン洗浄によって除去することができる。
【００８６】
いくつかの実施形態では、レジスト層の蒸着に先立ってエッチマスクが中間層２１０の表面に形成される。エッチマスクは、レジスト層の一部を除去するために使用されるエッチング用試薬による層２１０のエッチングを防止するために提供される。特定の酸化物材料（たとえばＳｉＯ２）は、特定のエッチング用試薬（たとえば反応性イオンエッチング用試薬）から中間層２１０をマスキングするために適した材料の一例である。たとえば、ＳｉＯ２の層を使用して、塩素をベースとする反応性イオンエッチング用試薬から金属層をマスキングすることができる。エッチマスク層は、比較的薄くすることができる（たとえば約１００ｎｍ以下、約５０ｎｍ以下のたとえば約２０ｎｍから約２５ｎｍまでの範囲にすることができる）。
【００８７】
エッチングは、ＴＣＰ（登録商標）９６００ＤＦＭ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｆｒｅｍｏｎｔ在所のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈから入手することができる）などの商用的に入手可能な装置を使用して実行することができる。
【００８８】
複数のエッチングステップを使用することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、２ステップエッチングが使用されている。以下は、Ａｌに対する２ステップエッチングプロセスの例である。背面冷却の場合、ＢＣＬ３（たとえば約９０ｓｃｃｍのＢＣＬ３）、Ｃｌ２（たとえば約３０ｓｃｃｍのＣｌ２）、Ｎ２（たとえば約１０ｓｃｃｍのＮ２）、Ｈｅ（たとえば約１０トールのＨｅ）から構成されるガス混合物を使用して第１のエッチングが実行される。無線周波（ＲＦ）電力は約５００Ｗであり、チャンバ圧は約５ミリトールである。背面冷却の場合、Ｃｌ２（たとえば約５６ｓｃｃｍのＣｌ２）、ＨＣｌ（たとえば約１４ｓｃｃｍのＨＣｌ）、Ｎ２（たとえば約３５ｓｃｃｍのＮ２）、Ｈｅ（たとえば約１０トールのＨｅ）を使用して第２のエッチングが実行される。ＲＦ電力は約３００Ｗであり、チャンバ圧は約７ミリトールである。深さ１５０ｎｍの典型的なアルミニウムエッチングの場合、第１のエッチング時間は約４秒であり、第２のエッチング時間は約１５秒である。
【００８９】
特定の実施形態では、ポストエッチングパッシベーションステップを使用して、エッチングが施された層の表面にパッシベーション層を提供することができる。ポストエッチングパッシベーションは、たとえば、エッチングが施された層を酸化剤に露出し、エッチングが施された層の表面に酸化物層を生成することによって実施することができる。エッチングが施されたＡｌ層のポストエッチパッシベーションは、たとえば、エッチングが施された層を温度が高められた水蒸気（たとえば約２００℃以上、約２５０℃以上、約３００℃以上の水蒸気）に露出することによって実行することができる。
【００９０】
図２Ｉを参照すると、残留レジストが除去された後、物品に材料が蒸着され、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が回折格子層１１０の部分１１１に対応している。材料は、スパッタリング、電子ビーム蒸着、ＣＶＤ（たとえば高密度ＣＶＤ）または原子層蒸着（ＡＬＤ）を始めとする様々な方法で物品に蒸着させることができる。同じ蒸着ステップの間にキャップ層１２０を形成し、かつ、トレンチ２１２を充填する場合、連続した材料部分から部分１１１およびキャップ層１２０が形成されることに留意されたい。
【００９１】
最後に、キャップ層１２０の表面１２１および基板１４０の表面１４２にそれぞれ反射防止膜１５０および１６０が蒸着される。反射防止膜を形成している材料は、たとえばスパッタリング、電子ビーム蒸着またはＡＬＤによって物品に蒸着させることができる。
【００９２】
いくつかの実施形態では、後で個々のユニットに分割される単一の基板に比較的面積の広い回折格子層を形成することによって複数の偏光子を同時に準備することができる。たとえば、片面の表面積が約１０平方インチ以上の基板（たとえば直径４インチ、６インチまたは８インチの基板）に回折格子層を形成することができる。回折格子層が形成されると、基板は、より小さいサイズ（たとえば片面の表面積が約１平方インチ以下）の複数のユニットに分割される。
【００９３】
既に説明したように、いくつかの実施形態では、ホログラフィックリソグラフィ技法を使用して、中間層２１０のレジスト材料の層にパターンを形成することができる。このような技法の場合、一般的にはレーザ光源から引き出される複数の可干渉性放射ビームを重畳させることによって形成される干渉パターンに感光性レジスト層が露光される。干渉パターンの光強度の変化がレジスト材料に転送され、露光後、転送された光強度の変化を現像することにより、パターン化されたレジスト層が提供される。
【００９４】
ホログラフィックリソグラフィを使用して、類似した強度の２つのコヒーレントビームを干渉させることによって周期強度パターンを生成することができる。この技法は、２つのビームが干渉する角度を変えることによって強度パターンの周期を変化させることができるため、とりわけ融通性に富んでいる。
【００９５】
理論的には、強度パターンの周期Γは、次の式によって与えられる。
【００９６】
【数１】
2008502948.tif 000003
λｂは干渉放射の波長、ｎはビームが干渉する媒体の屈折率、ψは、干渉ビームによって示される境界の角度の半分である。Γはλｂに比例しているため、比較的波長が短い光源（たとえば３５１ｎｍの出力を有するアルゴンレーザ）を選択することにより、比較的周期が短い干渉パターン（たとえば約３００ｎｍ以下の干渉パターン）を形成することができる。また、２つのビームを比較的大きい角度（たとえばψが約４５度以上）で干渉させることによって干渉パターンの周期を短くすることができる。たとえば、ψが約６１度の２つの３５１ｎｍビームにレジストを露光することにより、周期が約２００ｎｍの回折格子が提供される。
【００９７】
いくつかの実施形態では、屈折率が空気の屈折率より大きい媒体に基板およびレジストを浸している間にホログラフィックリソグラフィを実行することができる。たとえば、レジストの表面は、水（約１．３３の屈折率を有している）または有機液（たとえば屈折率が約１．５のグリセリン）などの液体に浸すことができる。
【００９８】
たとえば、図３を参照すると、水またはグリセリンなどに液体６１１が満たされた容器６１０に物品６０１を浸し、かつ、物品を浸している間、物品を干渉パターンに露出することによって液浸ホログラフィックリソグラフィを実行することができる。干渉パターンは、コヒーレントビーム６２０および６３０を角度ψで干渉させることによって形成される。
【００９９】
容器６１０の壁は、ビーム６２０および６３０が実質的に直角に入射するように配向することができる。別法または追加として、容器６１０の特定の壁に、ビーム６２０および６３０の反射を抑制するための反射防止コーティングを施すことも可能である。
【０１００】
通常、ビームは、物品６０１を単一の露光で露光するのに十分な大きさの干渉パターンを提供するために拡大される。いくつかの実施形態では、数インチ（たとえば約４インチ以上、約６インチ以上、約８イント以上）の直径を有するようにビームを拡大することができる。
【０１０１】
図３に示す実施形態では、物品６０１は、基板層６４０、基板６４０の上に配置された中間層６４２、および中間層６４２の上に配置されたフォトレジスト層６４４を備えている。フォトレジスト層６４４の表面６４５が干渉パターンに露出されている。
【０１０２】
既に言及したように、いくつかの実施形態では、回折格子層１１０の部分１１１、キャップ層１２０および／または反射防止膜１５０、１６０のうちのいずれか一方または両方が、原子層蒸着（ＡＬＤ）を使用して準備される。たとえば、図４を参照すると、ＡＬＤシステム３００を使用して、中間物品３０１（基板１４０、キャップ層１３０および部分１１２から構成されている）のトレンチ２１２にナノラミネート多層膜が充填され、部分１１１およびキャップ層１２０が形成される。単分子層毎にナノラミネート多層膜の蒸着が実施され、膜の組成および厚さが実質的に制御される。単分子層が蒸着している間、プレカーサの蒸気がチャンバに導入され、部分１１２の露出表面、エッチ停止層の露出表面１３１またはこれらの表面に隣接している、既に蒸着済みの単分子層に付着する。次に、付着したプレカーサと化学反応する反応物がチャンバに導入され、所望の材料の単分子層が形成される。表面の化学反応の自己制限の性質により、蒸着層の膜の厚さおよび広範囲にわたる一様性が正確に制御される。また、プレカーサは、個々の露出表面にすべての方向から付着するため、チャンバ１１０に対する表面の配向に無関係に、露出した表面に材料が一様に蒸着する。したがって、ナノラミネート膜の層と中間物品３０１のトレンチの形状が一致する。
【０１０３】
ＡＬＤシステム３００は、マニホルド３３０を介してガス源３５０、３６０、３７０、３８０および３９０に接続された反応チャンバ３１０を備えている。ガス源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を介してマニホルド３３０に接続されている。弁３５２、３６２、３７２、３８２および３９２は、それぞれガス源３５０、３６０、３７０、３８０および３９０からのガスの流れを調整している。ガス源３５０および３８０には、それぞれ第１および第２のプレカーサが入っており、ガス源３６０および３９０には、それぞれ第１の試薬および第２の試薬が入っている。ガス源３７０にはキャリアガスが入っている。キャリアガスは、蒸着プロセスの間、常にチャンバ３１０を通って流れ、物品３０１にプレカーサおよび試薬を運び、かつ、反応副産物を基板から運び去っている。プレカーサおよび試薬は、マニホルド３３０内のキャリアガスと混合することによってチャンバ３１０に導入される。ガスは、出口ポート３４５を介してチャンバ３１０から排気される。ポンプ３４０は、出口ポート３４５を介してチャンバ３１０からガスを排気している。ポンプ３４０は、管３４６を介して出口ポート３４５に接続されている。
【０１０４】
ＡＬＤシステム３００は、チャンバ３１０の温度を制御する温度コントローラ３９５を備えている。蒸着中、温度コントローラ３９５は、物品３０１の温度を室温より高くしている。通常、プレカーサと試薬の間の速やかな反応を容易にするためには、温度は、十分に高い温度でなければならないが、基板を損傷してはならない。いくつかの実施形態では、物品３０１の温度は約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）にすることができる。
【０１０５】
通常、温度は、物品３０１の異なる部分の間で大きく変化してはならない。温度が大きく変化すると、基板の異なる部分でプレカーサと試薬の間の反応速度が変化することになり、延いては蒸着層の厚さおよび／または形態が変化することになる。いくつかの実施形態では、蒸着表面の異なる部分の間で変化可能な温度は、約４０℃以下（たとえば約３０℃以下、約２０℃以下、約１０℃以下、約５℃以下）である。
【０１０６】
蒸着プロセスのパラメータは、電子コントローラ３９９によって同期制御される。電子コントローラ３９９は、温度コントローラ３９５、ポンプ３４０および弁３５２、３６２、３７２、３８２、３９２と通信している。また、電子コントローラ３９９はユーザインタフェースを備えており、オペレータは、このユーザインタフェースを介して、蒸着圧力パラメータを設定し、蒸着プロセスを監視し、あるいはシステム３００と対話することができる。
【０１０７】
図５を参照すると、ＡＬＤプロセスが開始されると（４１０）、システム３００は、ガス源３５０からの第１のプレカーサとガス源３７０からのキャリアガスを混合することによって第１のプレカーサをチャンバ３１０に導入する（４２０）。第１のプレカーサの単分子層が物品３０１の露出表面に付着し、チャンバを通って流れるキャリアガスの連続的な流れによって残留プレカーサがチャンバ３１０からパージされる（４３０）。システムは、次に、第１の試薬をガス源３６０からマニホルド３３０を介してチャンバ３１０に導入する（４４０）。第１の試薬と第１のプレカーサの単分子層が反応し、第１の材料の単分子層が形成される。第１のプレカーサの場合と同様、キャリアガスの流れによって残留試薬がチャンバからパージされる（４５０）。第１の材料の層が所望の厚さになるまでステップ４２０から４６０が繰り返される（４６０）。
【０１０８】
膜が材料の単一層である実施形態の場合、このプロセスは、第１の材料の層が所望の厚さになると終了する（４７０）。しかしながら、ナノラミネート膜の場合、システムは、マニホルド３３０を介して第２のプレカーサをチャンバ３１０に導入する（３８０）。蒸着した第１の材料の層の露出表面に第２のプレカーサの単分子層が付着し、キャリアガスによって残留プレカーサがチャンバからパージされる（４９０）。システムは、次に、第２の試薬をガス源３８０からマニホルド３３０を介してチャンバ３１０に導入する。第２の試薬と第２のプレカーサの単分子層が反応し、第２の材料の単分子層が形成される（５００）。チャンバを通って流れるキャリアガスの流れ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なるまでステップ５８０から５１０が繰り返される（５２０）。
【０１０９】
第１および第２の材料の追加層がステップ５２０から５３０を繰り返すことによって蒸着される。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、かつ／またはキャップ層の厚さが所望の厚さになると）プロセスが終了し（５４０）、コーティングされた物品がチャンバ３１０から取り出される。
【０１１０】
上で説明したプロセスでは、個々のサイクルの間、プレカーサの方が試薬より先にチャンバに導入されているが、他の実施例では、プレカーサより先に試薬を導入することができる。プレカーサおよび試薬を導入する順序は、露出表面とのそれらの相互作用に基づいて選択することができる。たとえば、プレカーサと表面の間の結合エネルギーの方が、試薬と表面の間の結合エネルギーより大きい場合、試薬より先にプレカーサを導入することができる。別法としては、試薬の結合エネルギーの方が大きい場合、プレカーサより先に試薬を導入することができる。
【０１１１】
個々の単分子層の厚さは、通常、多くの要因によって決まる。たとえば、個々の単分子層の厚さは、蒸着させる材料のタイプによって決まる。より小さい分子から材料を構成する場合と比較すると、より大きい分子から材料を構成することにより、より分厚い単分子層を得ることができる。
【０１１２】
また、単分子層の厚さは、物品の温度にも影響される。たとえば、プレカーサの中には、温度が高いほど、蒸着サイクルの間に表面に付着するプレカーサが減少するものもあり、その結果、単分子層の厚さが、基板の温度がより低い場合に形成される厚さより薄くなることがある。
【０１１３】
プレカーサのタイプおよび試薬のタイプ、ならびにプレカーサおよび試薬の注入量も単分子層の厚さに影響する。いくつかの実施形態では、特定のプレカーサを使用し、かつ、異なる試薬を使用して材料の単分子層を蒸着させることができ、その結果、個々の組合せ毎に異なる厚さの単分子層を得ることができる。同様に、異なるプレカーサから形成された材料の単分子層によって、プレカーサ毎に異なる厚さの単分子層を得ることができる。
【０１１４】
単分子層の厚さに影響を及ぼす可能性のある他の要因の例には、パージ継続時間、プレカーサがコーティング済みの表面に留まっている時間、リアクタ内の圧力、リアクタの物理的幾何学構造があり、場合によっては蒸着した材料に対する副産物の影響がある。副産物が膜の厚さに影響を及ぼす例には、副産物による蒸着した材料のエッチングがある。たとえば、ＨＣｌは、ＴｉＣｌ４プレカーサを使用し、かつ、試薬として水を使用してＴｉＯ２を蒸着させる場合の副産物である。ＨＣｌは、排気される前にＴｉＯ２をエッチングすることがある。蒸着した単分子層の厚さがエッチングによって減少するため、基板の特定の部分が他の部分より長くＨＣｌに露出されると、基板全体の単分子層の厚さが変化することになる（たとえば排気側により近い基板部分は、排気側からより遠い基板部分より長く副産物に露出されることになる）。
【０１１５】
通常、単分子層の厚さは、約０．１ｎｍと約５ｎｍの間である。たとえば、蒸着する複数の単分子層のうちの１つまたは複数の厚さを約０．２ｎｍ以上（たとえば約０．３ｎｍ以上、約０．５ｎｍ以上）にすることができる。いくつかの実施形態では、蒸着する複数の単分子層のうちの１つまたは複数の厚さを約３ｎｍ以下（たとえば約２ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、約０．８ｎｍ以下、約０．５ｎｍ以下）にすることができる。
【０１１６】
平均蒸着単分子層厚は、材料の層を提供するために予め設定された数の単分子層を基板に蒸着させることによって決定することができる。次に、蒸着した層の厚さが測定される（たとえば楕円偏光法、電子顕微鏡法またはいくつかの他の方法によって）。次に、平均蒸着単分子層厚が、測定した層の厚さを蒸着サイクルの数で割った値として決定される。平均蒸着単分子層厚は、場合によっては理論単分子層厚に対応している。理論単分子層厚は、単分子層を構成している分子の特性寸法を表しており、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できる。たとえば、ＳｉＯ２の単分子層の予測厚さは、０．３７ｎｍ以下である。厚さは、密度が１立方センチメートル当たり２．０グラムの非結晶質ＳｉＯ２の式単位の立方根として予測される。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、平均蒸着単分子層厚は、理論単分子層厚の何分の１かに対応している（たとえば理論単分子層厚の約０．２倍、理論単分子層厚の約０．３倍、理論単分子層厚の約０．４倍、理論単分子層厚の約０．５倍、理論単分子層厚の約０．６倍、理論単分子層厚の約０．７倍、理論単分子層厚の約０．８倍、理論単分子層厚の約０．９倍）。別法としては、平均蒸着単分子層厚は、理論単分子層厚の３０倍までの複数倍の理論単分子層厚に対応している（たとえば理論単分子層厚の約２倍以上、理論単分子層厚の約３倍以上、理論単分子層厚の約５倍以上、理論単分子層厚の約８倍以上、理論単分子層厚の約１０倍以上、理論単分子層厚の約２０倍以上）。
【０１１８】
チャンバ３１０内の圧力は、蒸着プロセスの間、実質的に一定の圧力に維持することも、あるいは変化させることも可能である。圧力は、通常、チャンバを通って流れるキャリアガスの流量を制御することによって制御される。プレカーサに化学吸着種で表面を飽和させ、また、試薬とプレカーサによって残された表面種を完全に反応させ、かつ、プレカーサの次のサイクルのための反応サイトを残すためには、圧力は、通常、十分に高くなければならない。チャンバの圧力が低すぎる場合（プレカーサおよび／または試薬の注入量が少なすぎる場合に生じることがある）、および／またはポンプレートが高すぎる場合、表面をプレカーサで飽和させることができず、また、試薬を自己制限にすることができない。そのために、蒸着する層の厚さが不均一になることがある。また、チャンバの圧力が高すぎて、プレカーサと試薬の反応によって生成される反応生成物の除去を妨害することがあってはならない。残留副産物は、プレカーサの次の注入量をチャンバに導入する際に、表面の飽和を妨害することがある。いくつかの実施形態では、チャンバの圧力は、約０．０１トールと約１００トールの間（たとえば約０．１トールと約２０トールの間、約０．５トールと１０トールの間のたとえば約１トール）に維持されている。
【０１１９】
通常、個々のサイクルの間に導入されるプレカーサおよび／または試薬の量は、チャンバのサイズ、露出した基板表面の面積および／またはチャンバの圧力に基づいて選択することができる。個々のサイクルの間に導入されるプレカーサおよび／または試薬の量は、実験によって決定することができる。
【０１２０】
個々のサイクルの間に導入されるプレカーサおよび／または試薬の量は、弁３５２、３６２、３８２および３９２の開閉のタイミングを計ることによって制御することができる。導入されるプレカーサまたは試薬の量は、個々のサイクルで個々の弁を開く時間の長さに対応している。基板の表面を単分子層で適切に覆うだけの十分な量のプレカーサを導入するためには、十分に長い時間の間、弁を開かなければならない。同様に、個々のサイクルの間に導入される試薬の量は、露出表面に蒸着した実質的にすべてのプレカーサと反応するだけの十分な量でなければならない。必要以上のプレカーサおよび／または試薬の導入は、サイクル時間が長くなり、かつ／またはプレカーサおよび／または試薬を浪費することになる。いくつかの実施形態では、プレカーサの注入量は、個々のサイクルにおける該当する弁の約０．１秒と約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）の開放に対応している。同様に、試薬の注入量は、個々のサイクルにおける該当する弁の約０．１秒と約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）の開放に対応することができる。
【０１２１】
プレカーサの注入と試薬の注入の間の時間は、パージに対応している。個々のパージの継続時間は、残留しているプレカーサまたは試薬をチャンバから除去するだけの十分な長さでなければならないが、必要以上に長いと、何の利点もなく、サイクル時間が長くなるだけである。個々のサイクルにおける異なるパージの継続時間は、同じにすることも、あるいは変更することも可能である。いくつかの実施形態では、パージの継続時間は約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。通常、パージの継続時間は約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。
【０１２２】
プレカーサの注入量の連続的な導入と導入の間の時間は、サイクル時間に対応している。サイクル時間は、異なる材料の単分子層を蒸着させるサイクルに対して、同じサイクル時間にすることも、あるいは異なるサイクル時間にすることも可能である。また、サイクル時間は、同じ材料の単分子層を、異なるプレカーサおよび／または異なる試薬を使用して蒸着させるサイクルに対して、同じサイクル時間にすることも、あるいは異なるサイクル時間にすることも可能である。いくつかの実施形態では、サイクル時間は約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）にすることができる。サイクル時間を短くすることにより、蒸着プロセスの時間を短くすることができる。
【０１２３】
プレカーサは、通常、ＡＬＤプロセスと両立するように選択され、かつ、試薬と反応して所望の蒸着材料を提供するように選択される。また、プレカーサおよび材料は、それらが蒸着する材料（たとえば基板材料または既に蒸着済みの層を形成している材料）と両立するものでなければならない。プレカーサの例には、ＴｉＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＴａＣｌ３、ＨｆＣｌ４、ＩｎＣｌ３およびＡｌＣｌ３などの塩化物（たとえば金属塩化物）がある。いくつかの実施形態では、有機化合物（たとえばＴｉエタオキサイド、Ｔａエタオキサイド、Ｎｂエタオキサイド）をプレカーサとして使用することができる。有機化合物プレカーサのもう１つの例は、（ＣＨ３）３Ａｌである。ＳｉＯ２蒸着の場合、たとえば適切なプレカーサには、トリス（ｔ−ブトキシ）、トリス（ｔ−ペントキシ）シラノールまたはテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）がある。
【０１２４】
また、試薬も、通常、ＡＬＤプロセスと両立するように選択され、かつ、プレカーサ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、材料が酸化物である場合、試薬は、酸化剤であってもよい。適切な酸化剤の例には、水、水素、過酸化水素、酸素、オゾン、（ＣＨ３）３Ａｌおよび様々なアルコール類（たとえばエチルアルコールＣＨ３ＯＨ）がある。たとえば水は、プレカーサを酸化させるために適した試薬であり、たとえばＴｉＯ２を得るためにＴｉＣｌ４を酸化させ、Ａｌ２Ｏ３を得るためにＡｌＣｌ３を酸化させ、Ｔａ２Ｏ５を得るためにＴａエタオキサイドを酸化させ、Ｎｂ２Ｏ５を得るためにＮｂエタオキサイドを酸化させ、ＨｆＯ２を得るためにＨｆＣｌ４を酸化させ、ＺｒＯ２を得るためにＺｒＣｌ４を酸化させ、Ｉｎ２Ｏ３を得るためにＩｎＣｌ３を酸化させるために適している。いずれの場合においても、副産物としてＨＣｌが生成される。いくつかの実施形態では、（ＣＨ３）３Ａｌを使用してシラノールを酸化させ、ＳｉＯ２を提供することができる。
【０１２５】
以上、特定の実施形態について説明したが、一般的に他の直線偏光子構造も可能である。たとえば、直線偏光子１００（図１参照）は、層が異なる特定の構成を示したものであるが、他の実施形態は、追加層またはもっと少ない数の層を備えることができる。たとえば、特定の実施形態では、偏光子は、反射防止膜１５０および１６０のうちのいずれか一方または両方を備えている必要はない。いくつかの実施形態では、偏光子は、追加反射防止膜を備えることができる（たとえば基板層１４０とエッチ停止層１３０の間に）。また、実施形態は、保護層を備えることができ、たとえば反射防止膜１５０および１６０のうちのいずれか一方または両方の上にハードキャスト層（たとえばハードキャスト重合体）を備えることができる。特定の実施形態では、偏光子は、キャップ層を備えている必要はない。たとえば、部分１１１が形成されると、部分１１２との間のトレンチを充填している間に形成されるキャップ層を除去することができる。キャップ層は、たとえば化学機械研磨またはエッチングによって除去することができる。
【０１２６】
長方形の回折格子プロファイルを有する回折格子層を備えた偏光子の実施形態について説明したが、他の実施形態も可能である。たとえば、いくつかの実施形態では、回折格子層は、正弦波プロファイルなどの湾曲したプロファイルを有している。別法としては、回折格子層は、三角形プロファイル、鋸歯プロファイルまたは台形プロファイルを有することも可能である。
【０１２７】
また、回折格子層の格子周期が一定の偏光子について説明したが、特定の実施形態では、格子周期を変化させることができる。いくつかの実施形態では、回折格子層の一部を非周期構造にすることができる。
【０１２８】
回折格子層１１０の部分１１１および１１２は、すべて同じ方向に沿って展開しているが、特定の実施形態では、直線偏光子は、回折格子層の一部が他の領域とは異なる方向に沿って配向された領域を備えることができる。たとえば、図９Ａを参照すると、偏光子９００は、４つの異なる回折格子領域９１０、９２０、９３０および９４０を有する回折格子層を備えており、回折格子部分は、異なる方向に沿って整列し、回折格子アレイを形成している。
【０１２９】
個々の領域の通過状態および阻止状態の配向は、その領域の回折格子部分の配向によって決まるため、通過状態および阻止状態は、異なる配向を有する領域毎に異なる。
【０１３０】
通常、回折格子アレイは、所望する数の領域を備えることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、回折格子アレイは、数百または数千の領域（たとえば約５００以上の領域、約１，０００以上の領域、約５，０００以上の領域、約１０，０００以上の領域）を備えることができる。いくつかの実施形態では、回折格子アレイは、標準グラフィックスアレイ（ＧＡ）解像度（たとえばＶＧＡ  ６４０×４８０、ＸＧＡ  １０２４×７６８、ＳＸＧＡ  １２８０×１０２４、ＵＸＧＡ  １６００×１２００、ＷＸＧＡ  １３６６×７６８）に対応する領域を備えることができる。
【０１３１】
回折格子アレイの複数の領域が、同じ配向を有する回折格子層を有することができる。いくつかの実施形態では、回折格子の配向が反復パターンを形成している。また、回折格子アレイの個々の領域の周期および／またはデューティサイクルは、同じであってもあるいは異なっていてもよい。
【０１３２】
複数の回折格子領域を備えた偏光子は、既に説明した技法を使用して準備することができる。たとえば、単一露光または多重露光フォトリソグラフィ方式を使用することができる。回折格子アレイは、回折格子アレイに対応するパターンを有するリソグラフィマスクを使用することにより、単一ステップ露光を使用して形成することができる。多重露光方式には、ホログラフィックリソグラフィが含まれており、基板および干渉パターンの配向が露光毎に変更される。後続する露光のために、露光済みの領域がマスクされる。
【０１３３】
また、転写リソグラフィを使用して、対応する回折格子アレイパターンを有する型を使用して回折格子アレイを形成することも可能である。
【０１３４】
本明細書において説明されているような偏光子は、受動光デバイス（たとえば偏光デバイス）および能動光デバイス（たとえば液晶ディスプレイ）を始めとする光デバイスに組み込むことができる。偏光子は、デバイスの中に統合してモノリシックデバイスを提供することも、あるいはデバイスの他のコンポーネントとは別に配置することもできる。
【０１３５】
図６を参照すると、直線偏光子１００などの直線偏光子を組み込んだ受動光デバイスの一例は、円偏光子６６０である。円偏光子６６０は、直線偏光子６７０および４分の１波長板６８０を備えている。
【０１３６】
直線偏光子６７０は、軸６６１に沿って伝搬して円偏光子６６０に入射する波長λの放射を直線偏光に変えている。４分の１波長板６８０は、この直線偏光を遅延させ、偏光子６６０から射出する円偏光を提供している。特定の実施形態では、４分の１波長板６８０の代わりに、波長板を選択して、所望する量のリターデーションが提供されるようにリターデーションの量を変化させることにより、必要に応じて射出する光の楕円率を変更することができる。
【０１３７】
図７を参照すると、いくつかの実施形態では、直線偏光子を偏光ビームスプリッタ７００として使用することができる。偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、通常、比較的大量の入射阻止状態放射を反射（たとえば鏡面反射）し、かつ、比較的大量の入射通過状態放射を透過させる。ＰＢＳ  ７００は、図７に示すように軸７１０に平行に伝搬する放射に対して配置されているため、放射は、ＰＢＳの表面に非直角で入射する。ＰＢＳ  ７００は、入射阻止状態放射を鏡面反射し、反射した放射は、７２２の方向にＰＢＳから遠ざかって伝搬する。ＰＢＳ  ７００は、比較的大量の入射通過状態放射を透過させる。透過した放射は、７２０の方向に伝搬する。したがってＰＢＳ  ７００は、２つの直交偏光放射ビームを提供している。
【０１３８】
偏光ビームスプリッタは、投影ディスプレイに使用することができる。たとえば、図８を参照すると、いくつかの実施形態では、直線偏光子を備えたＰＢＳ  ８１０は、液晶投影ディスプレイ８００の中に含まれている。ディスプレイ８００は、さらに、広帯域光源８３０、ビーム整形光学系８６０、反射型液晶ディスプレイパネル８２０および投影光学系８４０を備えている。ディスプレイ８００は、パネル８２０によって生成される画像を投影スクリーン８５０に投影するように構成されている。
【０１３９】
ディスプレイ８００の動作は次の通りである。広帯域光源８３０によって放射８０１が放出され、ビーム整形光学系８６０によって平行化され、実質的に平行なビーム８０２として偏光ビームスプリッタ８１０に向かって導かれる。通常、ビーム整形光学系８６０は、光源８３０からの発散放射を集光し、実質的に平行なビーム８０２を提供するための１つまたは複数のレンズおよび１つまたは複数の開口を備えている。いくつかの実施形態では、ビーム整形光学系８６０は、放射を直線偏光に変える偏光エレメントを備えることができ、したがってビーム８０２には、主として阻止状態放射が含まれている。
【０１４０】
ＰＢＳ８１０は、ビーム８０２の阻止状態成分をパネル８２０に向けて反射する。パネル８２０は、入射ビーム８０３の偏光を空間変調し、入射する放射の一部の偏光状態を変え、かつ、入射する放射の一部の偏光状態を実質的に不変の状態に維持する。したがって、反射ビーム８０３の特定の部分は、通過状態偏光を有している。反射ビーム８０３はＰＢＳ８１０に戻り、そこを反射ビームの通過状態偏光を有している部分がＰＢＳを透過し、残りの部分がＰＢＳで反射する。
【０１４１】
ビーム８０４で示す透過した放射は、投影光学系８０４に向かって伝搬する。投影光学系８０４は、８０５で示す放射をスクリーン８５０に投影し、スクリーン８５０に画像が形成される。投影光学系８４０は、従来、パネル８２０をスクリーン８５０に画像化する１つまたは複数のレンズエレメントおよび／または他の受動光コンポーネントを備えている。画像は、通常、実質的に拡大されるため、比較的小さいパネルを使用して、適切に位置している観察者に見える比較的大きい画像を提供することができる。
【０１４２】
図９Ｂを参照すると、いくつかの実施形態では、偏光子９００などの回折格子アレイを、検出器アレイ９５０を備えた偏光アナライザとして使用し、入射するビームの異なる偏光成分を同時にサンプリングすることができる検出器アセンブリ９９９を提供することができる。検出器アレイ９５０は、偏光子９００の領域９１０、９２０、９３０および９４０に対応するエレメント９５１、９５２、９５３および９５４を備えている。偏光子９００の個々の領域は、それぞれ、他の領域とは別様に配向された通過状態を有しているため、検出器アレイ９５０の個々の検出器エレメントは、異なる偏光成分の強度を測定している。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、検出器エレメントの上に直接回折格子アレイを形成することができる。別法としては、検出器９５０に偏光子９００を貼り付けることも可能である（たとえば接着剤を使用して）。
【０１４４】
いくつかの実施形態では、検出器アセンブリ９９９は、入射光の偏光状態（たとえばストークスパラメータ）を個々の検出器エレメントによる１回の測定で測定する偏光計に使用することができる。リターダ（たとえばリターダアレイ）、４分の１波長板または４分の１波長板アレイ、および／または偏光子（たとえば他の偏光子アレイ）などの追加コンポーネントを偏光子９００に統合して、小型の偏光計アセンブリを提供することができる。リターダおよび／または偏光子は、本明細書に開示されている技法、および２００４年６月１１日出願の、「ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＯＦ  ＭＡＫＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ」という名称の米国特許出願第１０／８６６，４１６号に開示されている技法を使用して偏光子９００に統合することができる。
【０１４５】
このような偏光計は、入射波面を異なる成分に分割し、個々の成分の異なる偏光成分をサンプリングするため、波面分割偏光計と呼ばれている。
【０１４６】
また、複数の検出器アセンブリを使用して偏光計アレイを形成することも可能である。検出器アセンブリは、単一のコンポーネントに統合することができる。たとえば、個々の検出器アセンブリに対応する検出器アレイを同じ基板に形成することができる。偏光計アレイは、画像化アプリケーションに使用することができる。
【０１４７】
Ｆ．Ｇｏｒｉの「Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｓｔｏｋｅｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｂｙ  ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ａ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇ」（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．９、５８４（１９９９））の中に、回折格子を使用して偏光を測定するための技法の一例が記述されている。
【０１４８】
偏光子の他のアプリケーションには、光アイソレータにおける使用が含まれている。いくつかの実施形態では、光アイソレータは、上で説明した技法を使用して、磁気光学コンポーネントまたは電気光学コンポーネント（ガーネット結晶など）の上に直接形成された偏光子を備えることができる。
【０１４９】
多数の実施形態について説明した。特許請求の範囲には、他の実施形態が記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】偏光子の一実施形態の斜視図である。
【図２Ａ−Ｊ】図１に示す偏光子の製造ステップを示す図である。
【図３】液浸ホログラフィックリソグラフィにおける物品の露光を示す略線図である。
【図４】原子層蒸着システムの略線図である。
【図５】原子層蒸着を使用してナノラミネートを形成するためのステップを示す流れ図である。
【図６】直線偏光子を組み込んだ円偏光子の横断面図である。
【図７】偏光ビームスプリッタの横断面図である。
【図８】液晶投影ディスプレイの略線図である。
【図９Ａ】回折格子アレイを備えた偏光子の線図である。
【図９Ｂ】回折格子アレイを備えた検出器アセンブリの線図である。
【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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【図５】
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【国際調査報告】
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