(57)【要約】  一実施形態は、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイに関連する。このマイクロレンズアレイは、基板上のベース層（１１０）を含み、このベース層は、ベース電極パッドのアレイ（２０２）と、これらのベース電極パッドを互いに電気的に分離させるようにベース電極パッドを取り囲む絶縁境界（２０４）と、を含む。このマイクロレンズアレイは、ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイ（１３０）と、レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部を有する１つ以上の積み重ね電極層（例えば、１１１、１１２、１１３、および１１４）と、をさらに含む。このマイクロレンズアレイは、１つ以上の絶縁柱層（例えば、１２１、１２２、１２３、および１２４）をさらに含み、各絶縁柱層は積み重ね電極層を支持する。別の一実施形態は、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製作方法に関連する。他の実施形態、態様、および特徴も開示される。
2015511069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイであって、
ベース電極パッドアレイを含む、基板上のベース層と、
前記ベース電極パッドを互いに電気的に分離するように、各ベース電極パッドを囲む絶縁境界と、
前記ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイと、
前記レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ第１開口部アレイを有する、第１積み重ね電極層と、
前記ベース層の上の前記第１積み重ね電極層を支持する第１絶縁柱層と、
を含む、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイ。
【請求項２】
前記レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部を有する、第２積み重ね電極層と、
前記第１積み重ね電極層の上の前記第２積み重ね電極層を支持する第２絶縁柱層と、
をさらに含む、請求項１に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項３】
前記レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部を有する、第３積み重ね電極層と、
前記第２積み重ね電極層の上の前記第３積み重ね電極層を支持する第３絶縁柱層と、
をさらに含む、請求項２に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項４】
前記レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部を有する、第４積み重ね電極層と、
前記第３積み重ね電極層の上の前記第４積み重ね電極層を支持する第４絶縁柱層と、
をさらに含む、請求項３に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項５】
各一対の隣り合うレンズ穴間に少なくとも１つの開放空間が存在する、請求項１に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項６】
各一対の隣り合うレンズ穴間に側壁がまったく存在しない、請求項５に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項７】
絶縁柱の最大幅は、前記開口部のうちの４つの間の隙間領域に収まる最大正方形の幅の２分の１未満である、請求項５に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項８】
前記絶縁柱は窒化物またはオキシ窒化物を用いて形成される、請求項１に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項９】
前記電極および絶縁柱の表面を覆うコンフォーマルコーティングをさらに含む、請求項１に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項１０】
前記コンフォーマルコーティングはアルミナおよび金属のナノ薄層を含む、請求項９に記載の柱で支持されたアレイ。
【請求項１１】
柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイを製作する方法であって、
基板表面に、絶縁材で分離されたベース電極パッドアレイを含むベース層を形成することと、
前記ベース層の上に第１積み重ね電極層を形成することと、
前記ベース層の上の前記第１積み重ね電極層を支持する第１絶縁柱アレイを形成することと、
前記ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイを形成することと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記第１積み重ね電極層の上に第２積み重ね電極層を形成することと、
前記第１積み重ね電極層の上の前記第２積み重ね電極層を支持する第２絶縁柱アレイを形成することと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２積み重ね電極層の上に第３積み重ね電極層を形成することと、
前記第２積み重ね電極層の上の前記第３積み重ね電極層を支持する第３絶縁柱アレイを形成することと、
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第３積み重ね電極層の上に第４積み重ね電極層を形成することと、
前記第３積み重ね電極層の上の前記第４積み重ね電極層を支持する第４絶縁柱アレイを形成することと、
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記レンズ穴アレイを形成することは、誘電材料を選択的にエッチングし、同時に前記絶縁柱は残すことを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記誘電材料は酸化物を含み、前記絶縁柱は窒化物またはオキシ窒化物を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記電極および絶縁柱の表面を覆うコンフォーマルコーティングを堆積させることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記コンフォーマルコーティングを堆積させることは、モリブデンおよびアルミナの原子層堆積を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
電子ビームを動的にパターン形成するデバイスであって、
個別に制御可能な電圧が印加されるベース電極パッドアレイを含む、基板上のベース層と、
前記ベース電極パッドを互いに電気的に分離するように、各ベース電極パッドを囲む絶縁境界と、
前記ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイと、
複数の積み重ね電極層であって、各積み重ね電極層は前記レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部アレイを有する、複数の積み重ね電極層と、
複数の絶縁柱層であって、各絶縁柱層は１つの積み重ね電極層を支持する、複数の絶縁柱層と、
を含む、デバイス。
【請求項２０】
各一対の隣り合うレンズ穴間の開放空間をさらに含む、請求項１９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、２０１３年３月６日に出願された「Ｐｉｌｌａｒ−Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  Ａｒｒａｙ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｎｓｅｓ」という名称の国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０２９４４４号の継続であり、この国際出願の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０２９４４４号は、２０１２年３月１９日に出願された「Ｐｉｌｌａｒ  Ｂａｓｅｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＤＰＧ）ｆｏｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（ＲＥＢＬ）」という名称の米国特許仮出願第６１／６１２，６４８号の利益を主張するものであり、この米国特許仮出願の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府に支援された研究または開発に関する表明
本発明は、ＤＡＲＰＡを発注者とする契約番号ＨＲ００１１−０７−９−０００７に基づく政府支援をもって成された。政府は、本発明の一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は、電子ビームリソグラフィおよび他の用途で使用される動的パターン発生器に関する。
【背景技術】
【０００４】
動的パターン発生器（ＤＰＧ）は、電子ビームリソグラフィその他の用途向けに使用され得る。個別に制御可能な電圧が画素またはＤＰＧに印加され得る。この電圧は、各画素がオン状態かオフ状態かを決定し得る。例えば、オン状態は、画素による入射電子の反射に対応し、オフ状態は、画素による入射電子の吸収または回折に対応し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１１４８３７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以前のＤＰＧ設計の問題の１つは、デバイスに絶縁体を充填するとＤＰＧ小型レンズの効率が低下することである。このような絶縁体の充填を緩和する目的で、コンフォーマル導電性コーティングを施してよいが、このようなコーティングは、徐々に熱的および電気的に劣化することが観察されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイに関連する。このマイクロレンズアレイは、基板上のベース層を含み、このベース層は、ベース電極パッドのアレイと、これらのベース電極パッドを互いに電気的に分離させるようにベース電極パッドを取り囲む絶縁境界と、を含む。このマイクロレンズアレイは、ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイと、レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部を有する１つ以上の積み重ね電極層と、をさらに含む。このマイクロレンズアレイは、１つ以上の絶縁柱層をさらに含み、各絶縁柱層は積み重ね電極層を支持する。
【０００８】
別の一実施形態は、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製作方法に関連する。基板表面に、絶縁材で分離されたベース電極パッドのアレイを含むベース層を形成する。このベース層の上に、第１積み重ね電極層を形成する。ベース層の上の第１積み重ね電極層を支える第１絶縁柱アレイを形成する。ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイを形成する。
【０００９】
別の一実施形態は、電子ビームを動的にパターン形成するデバイスに関連する。このデバイスは、基板上のベース層を含む。このベース層は、個別に制御可能な電圧が印加されるベース電極パッドのアレイを含む。このデバイスは、ベース電極パッドアレイと一直線上に並ぶレンズ穴アレイと、複数の積み重ね電極層と、複数の絶縁柱層と、をさらに含む。各積み重ね電極層は、レンズ穴アレイと一直線上に並ぶ開口部アレイを含む。各絶縁柱層は１つの積み重ね電極層を支持する。
【００１０】
他の実施形態、態様、および特徴も開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】動的パターン発生器向けの、本発明の一実施形態による柱で支持されたマイクロレンズアレイの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるベース電極層の構造の平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の一実施形態による、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、本発明の一実施形態による、４つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。
【図７】製作された５極管（４つの積み重ね電極＋ベース電極パッド）アレイの電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の一実施形態による、電極表面および絶縁柱表面に施されたコンフォーマルコーティングを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
詳細な説明
本出願人の判断では、以前のＤＰＧ設計の問題の１つは、デバイスに絶縁体を充填するとＤＰＧ小型レンズの効率が低下することである。このような絶縁体の充填を緩和する目的で、コンフォーマル導電性コーティングを施してよいが、このようなコーティングは、徐々に熱的および電気的に劣化することが観察されている。
【００１３】
本開示は、上記の問題を克服するための手法を提供する。本発明の一実施形態によれば、比較的小さな柱を用いて、動的パターン発生器の電子小型レンズの隙間領域に支持構造を形成する。このような支持構造においては、積み重ね電極層は支持された状態のまま、絶縁材は、電子ビームから離れたより遠くの位置に有利に置かれる。対照的に、以前の設計は、小型レンズ絶縁体と電極開口部が同一平面上またはほぼ同一平面上にある場所にウェル（ｗｅｌｌ）を有する。
【００１４】
図１は、動的パターン発生器向けの、本発明の一実施形態による柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの斜視図である。柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイ１００は、電子を収集、集束、および抽出するように構成された複数の積み重ね電極を含んでよい。図１には２×２のマイクロ電子レンズアレイが示されているが、実際のアレイは、これよりはるかに大きくなるものと理解される。単なる一例では、４０９６×２４８のマイクロ電子レンズアレイであり得る。
【００１５】
図１に示すように、アレイ１００の代表的な実装例は、ベース電極層１１０と、４つの積み重ね電極層（１１１、１１２、１１３、および１１４）を含んでよい。別の実施形態は、別の数の積み重ね電極を含んでよい。各積み重ね電極層は、事実上、シリコン基板上に製作されたマイクロ電子レンズアレイである。
【００１６】
複数の積み重ね電極層（１１１、１１２、１１３、および１１４）は、絶縁柱（それぞれ１２１、１２２、１２３、および１２４）で分離されて、支持されてよい。各積み重ね電極層は、窒化チタンまたは別の導電材料であってよく、当該電極層に印加される個別に制御可能な電圧を有してよい。絶縁柱は、窒化ケイ素または別の絶縁材料であってよい。
【００１７】
第１（最低位）積み重ね電極層１１１の下に、ベース電極層１１０がある。ベース電極層１１０の構造を平面図で示したものが図２である。図２に示す通り、ベース電極層１１０は、絶縁領域２０４で互いに電気的に絶縁されたベース電極パッド２０２を含む。個別の電圧を各パッド２０２に印加してよい。この印加電圧は、各個別パッドに対して切換可能に制御できる。
【００１８】
積み重ね電極（１１１〜１１４）はエッチングするがベース電極パッド２０２はエッチングしないという選択的エッチングが実施可能になるように、積み重ね電極の形成に使用する金属とは異なる金属でベース電極パッド２０２を形成してよい。例えば、ベース電極パッド２０２は銅であってよく、積み重ね電極（１１１〜１１４）はアルミニウムまたはアルミニウム合金であってよい。絶縁領域２０４は、例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい。簡単にするため、３×３のベース電極パッドアレイを図示しているが、実際のアレイは、これよりはるかに大きくなると理解される。単なる一例では、１０２４×１２８のベース電極パッドアレイであり得る。
【００１９】
再び図１を参照すると、ベース電極パット２０２の上方で、電極を貫通する開口部１３０が同心円状に整列してよく、これによりアレイのレンズ穴（すなわち画素のためのオープンウェル）が画定される。図示の通り、各一対の隣り合うレンズ穴間に４つの開放空間１３５（各積み重ね電極層に開放空間１つ）がある。各開放空間１３５の枠を、左右にある２つの垂直柱と、上下にある２つの水平層が取り囲んでいる。各レンズ穴の底部にベース電極パッド２０２がある。個々のベース電極パッド２０２に印加される電圧を制御することにより、個々のパッド２０２に関連付けられている画素がオン状態（例えば、入射電子を反射する状態）またはオフ状態（例えば、入射電子を吸収または回折する状態）になるように制御することができる。
【００２０】
代表的な一実装例は、下記の寸法および印加電圧を有してよい。しかしながら、寸法および印加電圧は、アレイ１００の使用目的に応じて変わることが予想される。
【００２１】
代表的な実装例では、レンズ穴に通じる各画素開口部１３０は幅１．４ミクロンであってよく、真下の電極層から各積み重ね電極層（１１１、１１２、１１３、および１１４）までの高さは１．０ミクロンであってよい。言い換えれば、第１積み重ね電極層１１１はベース電極層１１０から１．０ミクロン上の位置にあってよく、第２積み重ね電極層１１２は第１積み重ね電極層１１１から１．０ミクロン上の位置にあってよく、他の電極層も同様である。代表的な実装例では、第１および第２積み重ね電極層（１１１、１１２）の両方は−２．５ボルト（Ｖ）の印加電圧を有してよく、第３積み重ね電極層１１３は＋１５Ｖの印加電極を有してよく、第４積み重ね電極層１１４は＋０．５Ｖの印加電極を有してよい。そして、ベース電極層１１０内の各ベース電極パッド２０２は、それぞれオフ状態とオン状態を達成するために、例えばゼロボルトと−５Ｖの間で個別に切り換えられる印加電圧を有してよい。
【００２２】
この代表的な実装例では、第１および第２積み重ね電極層（１１１、１１２）は各レンズ穴の底部に近いので、これらの電極層に負の印加電圧を用いると、電子を集束させることができる。第３積み重ね電極層１１３（一番上の電極層の真下にある電極層）に比較的強い正の印加電圧を用いると、入射電子をレンズ穴に引き込むことにより入射電子を集束させることと、反射電子をレンズ穴から引き出すことにより反射電子を抽出することの両方ができる。第４積み重ね電極層（この実施形態では一番上の電極）１１４に比較的弱い正の印加電圧を用いると、絶縁柱に入射電子流が当たらないよう保護することと、比較的低エネルギーで入射電子を一番近くのレンズ穴の内側に偏向させることの両方ができる。
【００２３】
図３Ａ〜３Ｉは、本発明の一実施形態による、単一の積み重ね電極を有し柱で支持されたマイクロレンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。この工程で形成されたマイクロ電子レンズアレイは、ベース電極層の上に積み重ねられた単一の電極層を含む。以下の説明では、代表的な一実施形態で使用する材料および工程を示しているが、他の実施形態では、機能的に類似した材料および工程を使用してもよい。
【００２４】
図３Ａは、基板３０２と、基板３０２の表面に堆積したベース金属層３０４と、基板３０２を貫通してベース金属層３０４に通じる導電性バイア（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｖｉａ）３０３と、を含む構造を示す。基板３０２は、例えばケイ素であってよい。ベース金属層３０４および導電性バイア３０３は、エッチングまたはレーザーアブレーションおよび金属堆積により形成してよい。
【００２５】
図３Ｂは、ベース金属層３０４内に、電気的に分離されたベース電極パッド２０２を形成した後の構造を示す。ベース電極パッド２０２の形成方法については、パッド区域を覆ってパッド区域間に開口部を有するパターン形成レジスト層を堆積させ、パターン形成レジスト層の開口部を通じてベース金属層３０４をエッチングし、絶縁領域２０４（例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい）を形成してエッチング領域を埋めることにより、ベース電極パッド２０２を形成できる。ベース電極パッド２０２が導電性バイア３０３と電気的に接続するように、パッド区域を整列させてよい。
【００２６】
図３Ｃは、第１犠牲酸化物層３０６を堆積させ、第１犠牲酸化物層３０６の表面に第１柱パターン形成レジスト層３０８を形成した後の構造を示す。第１柱パターン形成レジスト層３０８は、第１積み重ね電極層を支持するように形成される柱の位置に対応する開口部を伴ってパターン形成される。
【００２７】
図３Ｄは、第１犠牲酸化物層３０６を貫通して柱パターンをエッチングして、柱開口部３１０を形成した後の構造を示す。このエッチングは、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程のどちらで実施してもよい。このエッチングは、絶縁領域２０４（例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい）の位置でエッチングを停止する選択的エッチングであってよい。
【００２８】
図３Ｅは、第１柱層１２１用の柱材料を堆積させてから、表面を平坦化した後の構造を示す。一実施形態では、柱材料は、例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい。
【００２９】
図３Ｆは、平坦化した表面に第１積み重ね導電層３１４を堆積させた後の構造を示す。第１積み重ね導電層３１４は、導電材料を堆積させることにより形成できる。一実施形態では、選択的エッチングを可能にするため、第１積み重ね導電層３１４は、ベース電極パッド２０２に使われる金属とは異なる金属であってよい。
【００３０】
図３Ｇは、第１積み重ね導電層３１４の上に穴パターン形成レジスト層３１６を形成した後の構造を示す。穴パターン形成レジスト層３１６は、ベース電極パッド２０２の上にレンズ穴を形成するための開口部１３０を有する。
【００３１】
図３Ｈは、レンズ穴３２０をエッチングし、穴パターン形成レジスト層３１６を除去した後の構造を示す。レンズ穴１３０のエッチング方法として、第１積み重ね導電層３１４と酸化物層３０６はエッチングして、ベース電極パッド２０２の金属位置でエッチングが停止する選択的エッチング工程（この工程は１つ以上の個別のエッチングステップを含んでよい）を用いることができる。このステップが完了した時点で、第１積み重ね導電層３１４の残存部分が第１積み重ね電極層１１１を形成する。最後の図３Ｉは、柱１２１の周りの残存酸化物３０６をエッチングで除去した後の構造を示す。結果として、ベース電極層上に１つの積み重ね電極層を含んだ、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイが得られる。留意すべきことは、図１の斜視図が示すように、各一対の隣り合うレンズ穴３２０間に開放空間１３５が存在することである。
【００３２】
留意すべきことは、図３Ａ〜３Ｉはベース電極パッドアレイの上に単一の積み重ね電極層を形成する方法を示しているが、実際の応用では、マイクロ電子レンズの集束およびその他の特性を調整するためのさらなるパラメータを提供するように、複数の積み重ね電極層が使われると想定されることである。複数の積み重ね電極層を形成する工程については、下記で説明する。
【００３３】
図４Ａ〜４Ｇは、本発明の一実施形態による、２つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。この工程は、図３Ａ〜３Ｆに関連して上述されているステップと同一のステップから開始する。言い換えれば、この工程は、３Ａ〜３Ｆに関連して上述されているステップと、それに続く、図４Ａ〜４Ｇに関連して後述されるステップと、を含む。
【００３４】
図３Ｆに従って第１積み重ね導電層３１４を堆積した後、図４Ａに示すように、第２犠牲酸化物層４０６を堆積させ、第２犠牲酸化物層４０６の表面に、第２柱パターン形成レジスト層４０８を形成する。第２柱パターン形成レジスト層４０８は、第２積み重ね電極層を支持するように形成される柱の位置に対応する開口部を伴ってパターン形成される。
【００３５】
図４Ｂは、第２犠牲酸化物層４０６を貫通して柱パターンをエッチングして、柱開口部４１０を形成した後の構造を示す。このエッチングは、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程のどちらで実施してもよい。このエッチングは、第１積み重ね導電層３１４の位置でエッチングが停止する選択的エッチングであってよい。
【００３６】
図４Ｃは、第２柱層１２２用の柱材料を堆積させてから、表面を平坦化した後の構造を示す。一実施形態では、柱材料は、例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい。
【００３７】
図４Ｄは、平坦化した表面に第２積み重ね導電層４１４を堆積させた後の構造を示す。第２積み重ね導電層４１４は、導電材料を堆積させることにより形成できる。一実施形態では、第２積み重ね導電層４１４は、第１積み重ね導電層３１４と同一の金属であって、ベース電極パッド２０２とは異なる金属で作られてよい。これにより、ベース電極パッドをエッチングせずに、積み重ね導電層を選択的にエッチングすることが可能になる。
【００３８】
図４Ｅは、第２積み重ね導電層４１４の上に穴パターン形成レジスト層３１６を形成した後の構造を示す。穴パターン形成レジスト層３１６は、ベース電極パッド２０２の上にレンズ穴１３０を形成するための開口部を有する。
【００３９】
図４Ｆは、レンズ穴１３０をエッチングし、穴パターン形成レジスト層３１６を除去した後の構造を示す。レンズ穴１３０のエッチング方法として、積み重ね導電層（４１４と３１４）および酸化物層（４０６と３０６）を選択的にエッチングし、ベース電極パッド２０２の金属位置でエッチングが停止する選択的エッチング工程（この工程は１つ以上の個別のエッチングステップを含んでよい）を用いることができる。最後の図４Ｇは、柱（１１２と１１１）の周りの残存酸化物（４０６と３０６）をエッチングで除去した後の構造を示す。結果として、ベース電極パッドアレイ上に２つの積み重ね電極層を含んだ、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイが得られる。留意すべきことは、図１の斜視図が示すように、各一対の隣り合うレンズ穴３２０間に２つの開放空間１３５が存在することである。
【００４０】
図５Ａ〜５Ｇは、本発明の一実施形態による、３つの積層電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。この工程は、図３Ａ〜３Ｆに関連して上述されているステップと同一のステップから開始し、図４Ａ〜４Ｄに関連して上述されているステップがそれに続く。言い換えれば、この工程は、３Ａ〜３Ｆに関連して上述されているステップと、それに続く、図４Ａ〜４Ｄに関連して上述されているステップと、それに続く、図５Ａ〜５Ｇに関連して後述されるステップと、を含む。
【００４１】
図４Ｄに従って第２積み重ね導電層４１４を堆積した後、図５Ａに示すように、第３犠牲酸化物層５０６を堆積させ、第３犠牲酸化物層５０６の表面に、第３柱パターン形成レジスト層５０８を形成する。第３柱パターン形成レジスト層５０８は、第３積み重ね電極層を支持するように形成される柱の位置に対応する開口部を伴ってパターン形成される。
【００４２】
図５Ｂは、第３犠牲酸化物層５０６を貫通して柱パターンをエッチングして、柱開口部５１０を形成した後の構造を示す。このエッチングは、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程のどちらで実施してもよい。このエッチングは、第２積み重ね導電層４１４の位置でエッチングが停止する選択的エッチングであってよい。
【００４３】
図５Ｃは、第３柱層１２３用の柱材料を堆積させてから、表面を平坦化した後の構造を示す。一実施形態では、柱材料は、例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい。
【００４４】
図５Ｄは、平坦化した表面に第３積み重ね導電層５１４を堆積させた後の構造を示す。第３積み重ね導電層５１４は、導電材料を堆積させることにより形成できる。一実施形態では、第３積み重ね導電層５１４は、第１および第２積み重ね導電層（３１４、４１４）と同一の金属であって、ベース電極パッド２０２とは異なる金属で作られてよい。これにより、ベース電極パッドをエッチングせずに、積み重ね導電層を選択的にエッチングすることが可能になる。
【００４５】
図５Ｅは、第３積み重ね導電層５１４の上に穴パターン形成レジスト層３１６を形成した後の構造を示す。穴パターン形成レジスト層３１６は、ベース電極パッド２０２の上にレンズ穴１３０を形成するための開口部を有する。
【００４６】
図５Ｆは、レンズ穴１３０をエッチングし、穴パターン形成レジスト層３１６を除去した後の構造を示す。レンズ穴１３０のエッチング方法として、積み重ね導電層（５１４、４１４、および３１４）ならびに酸化物層（５０６、４０６、および３０６）を選択的にエッチングし、ベース電極パッド２０２の金属位置でエッチングが停止するエッチング工程（この工程は１つ以上の個別のエッチングステップを含んでよい）を用いることができる。最後の図５Ｇは、柱（１１３、１１２、および１１１）の周りの残存酸化物（５０６、４０６、および３０６）をエッチングで除去した後の構造を示す。結果として、ベース電極パッドアレイ上に３つの積み重ね電極層を含んだ、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイが得られる。留意すべきことは、図１の斜視図が示すように、各一対の隣り合うレンズ穴３２０間に３つの開放空間１３５が存在することである。
【００４７】
図６Ａ〜６Ｇは、本発明の一実施形態による、３つの積み重ね電極層を有し柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイの製造工程のステップを示す断面図である。この工程は、図３Ａ〜３Ｆに関連して上述されているステップと同一のステップから開始し、図４Ａ〜４Ｄに関連して上述されているステップがそれに続き、図５Ａ〜５Ｄに関連して上述されているステップがそれに続く。言い換えれば、この工程は、３Ａ〜３Ｆに関連して上述されているステップと、それに続く、図４Ａ〜４Ｄに関連して上述されているステップと、それに続く、図５Ａ〜５Ｄに関連して上述されているステップと、それに続く、図６Ａ〜６Ｇに関連して後述されるステップと、を含む。
【００４８】
図５Ｄに従って第３積み重ね導電層５１４を堆積した後、図６Ａに示すように、第４犠牲酸化物層６０６を堆積させ、第４犠牲酸化物層６０６の表面に、第４柱パターン形成レジスト層６０８を形成する。第４柱パターン形成レジスト層６０８は、第３積み重ね電極層を支持するように形成される柱の位置に対応する開口部を伴ってパターン形成される。
【００４９】
図６Ｂは、第４犠牲酸化物層６０６を貫通して柱パターンをエッチングして、柱開口部６１０を形成した後の構造を示す。このエッチングは、ドライエッチング工程、ウェットエッチング工程のどちらで実施してもよい。このエッチングは、第３積み重ね導電層５１４の位置でエッチングが停止する選択的エッチングであってよい。
【００５０】
図６Ｃは、第４柱層１２４用の柱材料を堆積させてから、表面を平坦化した後の構造を示す。一実施形態では、柱材料は、例えば窒化ケイ素またはオキシ窒化ケイ素であってよい。
【００５１】
図６Ｄは、平坦化した表面に第４積み重ね導電層６１４を堆積させた後の構造を示す。第４積み重ね導電層６１４は、導電材料を堆積させることにより形成できる。一実施形態では、第４積み重ね導電層６１４は、第１〜第３積み重ね導電層（３１４、４１４、および５１４）と同一の金属であって、ベース電極パッド２０２とは異なる金属で作られてよい。これにより、ベース電極パッドをエッチングせずに、積み重ね導電層を選択的にエッチングすることが可能になる。
【００５２】
図６Ｅは、第４積み重ね導電層６１４の上に穴パターン形成レジスト層３１６を形成した後の構造を示す。穴パターン形成レジスト層３１６は、ベース電極パッド２０２の上にレンズ穴１３０を形成するための開口部を有する。
【００５３】
図６Ｆは、レンズ穴１３０をエッチングし、穴パターン形成レジスト層３１６を除去した後の構造を示す。レンズ穴１３０のエッチング方法として、積み重ね導電層（６１４、５１４、４１４、および３１４）ならびに酸化物層（６０６、５０６、４０６、および３０６）を選択的にエッチングし、ベース電極パッド２０２の金属位置でエッチングが停止するエッチング工程（この工程は１つ以上の個別のエッチングステップを含んでよい）を用いることができる。最後の図６Ｇは、柱（１１４、１１３、１１２、および１１１）の周りの残存酸化物（６０６、５０６、４０６、および３０６）をエッチングで除去した後の構造を示す。結果として、ベース電極パッドアレイ上に４つの積み重ね電極層を含んだ、柱で支持されたマイクロ電子レンズアレイが得られる。留意すべきことは、図１の斜視図が示すように、各一対の隣り合うレンズ穴３２０間に４つの開放空間１３５が存在することである。
【００５４】
図７は、製作された５極管（４つの積み重ね電極＋ベース電極パッド）アレイの電子顕微鏡写真を示す。表示されているデバイスは、実際には、柱による支持体でなく、側壁の付いたウェルが各ベース電極パッドの上に存在する以前の設計である。点線の円が本発明の一実施形態による支柱の位置を示しており、この支柱が表面より下に位置することになる。
【００５５】
各支柱の断面の最大幅ｄ（例えば、支柱断面が円形の場合は直径）は、２×２の４個レンズ穴サブアレイ間の隙間領域に収まる最大正方形（点線で表示されている正方形）の幅Ｗの２分の１未満であってよい。図７の代表的な実装例に示される通り、ｄはＷの約３分の１である。当然、アレイの実装および用途に応じて、個々のアレイの寸法は変化してよい。
【００５６】
図８は、本発明の一実施形態による電極および絶縁柱の表面に施されたコンフォーマル導電性コーティング８１０を示す。本出願人の考えでは、このようなコンフォーマルコーティングは、コンフォーマルコーティングがなければ絶縁材（例えば絶縁柱）の表面に構築することになる電荷を低減または排出するのに有利に役立ち、同時に、電極により生成される電磁場を実質的に混乱させないような十分高い耐性を有し得る。
【００５７】
本発明の一実施形態によれば、このコンフォーマルコーティングは、アルミナおよび金属のナノ薄層であってよい。例えば、原子層堆積法（ＡＬＤ）を用いてコンフォーマルコーティングを施してよく、堆積材料はアルミナおよびモリブデンであってよい。使用できる他のコンフォーマルコーティングとして、ＺｎＯおよびＡｌ２Ｏ３のＡＬＤコーティング、炭素コーティング、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）コーティングが挙げられる。
【００５８】
上記の図は、必ずしも縮尺通りではなく、実例による説明を意図したものであり、特定の実装に限定するものではない。上記の説明において、本発明の実施形態を十分に理解させる目的で多くの具体的詳細を記載した。しかしながら、上記に例示した本発明の実施形態の説明は、網羅的であるという意図はなく、本発明を厳密な開示形態に限定する意図もない。当業者であれば、具体的詳細の１つ以上がない状態で、または他の方法や構成要素等を伴って、本発明が実施可能であることを認識するであろう。他の例では、本発明の態様を不明瞭にすることを避けるため、よく知られている構造や操作を詳細に表示または説明していない。本発明の具体的な実施形態および実施例は、例示目的で本明細書に記載されているが、当業者が認識する通り、同等の種々の修正が本発明の範囲内で可能である。
【００５９】
上記の詳細説明に鑑みて、これらの修正を本発明に加えることができる。下記請求項で使用される用語は、本発明を、本明細書および請求項で開示される具体的な実施形態に限定するものと解釈すべきではない。より正確に言えば、本発明の範囲は、下記請求項によって決定されるべきであり、下記請求項は、確立した請求項解釈の原則に従って解釈されるべきである。
【図１】
2015511069.tif 000003
【図２】
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【図７】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
2015511069.tif 000010
【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
2015511069.tif 000026
【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
2015511069.tif 000028
【図６Ａ】
2015511069.tif 000029
【図６Ｂ】
2015511069.tif 000030
【図６Ｃ】
2015511069.tif 000031
【図６Ｄ】
2015511069.tif 000032
【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
2015511069.tif 000035
【図８】
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【国際調査報告】
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