(57)【要約】パルスレーザビーム（１６）は、レーザビームに対して比較的透明な材料の基板（１８）上に溝パターンを彫る。パターンの溝（２０）は、異なる密度又は異なる電子密度の充填材料で充填されている。異なる密度の材料で充填された溝のパターンは、各種光学素子の基本構造を形成する空間密度変調を生成する。レーザ光の光束密度を調整して特定の場所でのみ材料破壊の閾値を超えるようにすることによって、材料のアブレーションは、レーザビーム自体の径よりも小さい径に低減することができる。このようにして作製した溝は、空気圧又はより高い圧力に続く露出によって真空下で変形可能な材料で充填することができる。異なる濃度のナノ粒子で溝を充填し、熱印加によって、又は保護膜を用いて固定することも可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線光学素子の製造方法であって、
材料破壊を引き起こす規定された束密度閾値を有する基板材料からなる基板を提供する工程と、
前記束密度閾値を局所的に超えるパルスレーザビームを生成するように構成されたレーザを提供する工程と、
溝のパターンによって規定された位置で前記パルスレーザビームに基板を露出することによって前記基板に溝のパターンを彫る工程と、
前記基板の材料とは異なる充填材料で前記溝を充填することによって、光学密度及び光学インデックスの少なくとも一方で対照をなすパターンを形成する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記束密度閾値は特定の波長での線形吸収について規定され、前記レーザは前記特定の波長のパルスレーザビームを生成する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザビームは、最大で１μｓのパルス長を有する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記束密度閾値は、非線形吸収について規定された請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザビームは、最大で１ｐｓのパルス長を有する請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザビームは５００ｎｍから１．５μｍの範囲内の基本波長を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザビームは、１０ｎＪから１μＪの範囲内の個別のパルスエネルギーを有するパルスからなる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記パルスレーザビームは、前記レーザビームよりも小さい径を有するサブエリア内で前記束密度閾値に達する径及び束分布を有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
焦点距離を有する光学集束配置を介して前記レーザビームを通過させる工程を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記焦点距離に実質的に等しい前記基板からの距離に前記集束配置を設置する工程と、
その後、意図する溝深さを生成するように計算された距離だけ前記基板に向けて前記集束配置を移動させる工程と
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は、前記レーザ光源に近い第１の表面を有し、前記レーザ光源から遠い反対側の第２の表面を有するプレートであって、前記方法は、
前記焦点距離に実質的に等しい前記基板の前記第２の表面からの距離に前記集束配置を設置する工程と、
その後、意図する溝深さを生成するように計算された距離だけ前記第２の表面から集束配置を退避させる工程と
を含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザビームが前記溝を彫っている間、液体に前記プレートを部分的に浸漬する工程をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体は、水を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記液体は、界面活性剤を添加した水である請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記液体は、アルコールを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記プレートは、前記レーザビームによって放出された光の波長において部分的に透明な材料からなる請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記溝は、
チャンバ内の真空下で液体又は変形可能な状態で前記溝パターンに充填材料を塗布する工程と、
前記充填材料が溝に浸透するようにさせる値に前記チャンバ内の空気圧を増加させる工程と、
前記充填材料の余剰量を除去し、高及び低電子密度の材料の交互の周期的パターンを露出する工程と
を含む一連の工程により充填される請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記高及び低電子密度の材料の間に適切なコントラストを生成する厚さまで前記基板を薄くする工程をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記充填材料は、錫を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記充填材料は、ビスマスをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記充填材料は、インジウムをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記溝は、
前記溝内に高い電子密度を有する材料のナノ粒子を注入する工程と、
前記ナノ粒子が溶融する温度まで前記溝パターンを加熱する工程と、
前記ナノ粒子が固化する温度まで前記溝パターンを冷却する工程と
を含む一連の行程により充填される請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記溝は、
前記溝にナノ粒子を注入する工程と、
前記充填された溝上に前記溝内に前記ナノ粒子を固定する保護膜を塗布する工程と
を含む一連の行程により充填される請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記パターンは、平行線を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記パターンは、同心円を含む請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板は、前記充填材料より低い電子密度を有する材料から構成される請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記基板は、前記充填材料より高い電子密度を有する材料から構成される請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線の光周波数範囲で使用されるパターン化された光学素子の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレネルレンズ、ゾーンプレート、回折格子及び解像度チャートのようなＸ線波長についてパターン化された光学素子は、紫外（ＵＶ）、可視（ＶＩＳ）、及び赤外（ＩＲ）の波長範囲についての典型的な光学格子とは異なっている。これらのより長い波長領域の光学格子を製造するためのプロセスは、Ｘ線波長領域についてのパターン化された光学部品の製造に使用したり転用したりすることができないが、これは、プロセスの動作原理、光学素子の材料、限界寸法及び幾何学的形状、並びに他の側面が相違するからである。Ｘ線についてのパターン化された光学素子は、振幅若しくは位相又はその両方のいずれかを変調することにより、Ｘ線の波面を変化させる。パターン化された光学素子は、構造の電子密度の空間変調を介してそうしている。それは、変化する透過厚さ、又は異なる材料のパターン、又は両方の組み合わせのパターンでしばしば形成される。
【０００３】
最も単純なパターン化された光学系の一つは、透過型回折格子である。Ｘ線透過型回折格子の一つのタイプは、異なる電子密度、したがって異なる吸収係数及び異なる光学的インデックスを有する代替材料のストライプ構造を有している。したがって、透過Ｘ線の強度及び位相は、この構造によって変調される。
【０００４】
Ｘ線透過型回折格子は、同様に一つの材料でも作成することができる。強度と位相の変調に寄与する代替材料の代わりに、回折格子は材料の交互の厚さを有し、強度及び位相が透過によって変調されるようにすることができる。
【０００５】
透過型回折格子を記述するために二つの重要な幾何学的パラメータがあり、回折格子の周期と、構造の厚さと周期の間の比として規定されるアスペクト比とである。高解像度格子は、典型的には、サブマイクロメートルからマイクロメートルまでの周期を有している。
【０００６】
アスペクト比、すなわち固有の周期とＸ線透過経路の厚さとの比は、パターン化されたＸ線光学系の普遍的なパラメータである。フレネルレンズは、異なる光路の同心円状の輪を有するゾーンプレートである。透過したＸ線は、焦点において互いに強めあうように干渉する。「輪の幅」の典型的な寸法は、数ｋｅＶから数十ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線領域において数十μｍから数十ナノメートルの範囲にある。フレネルレンズの分解能は、最も外側の輪、すなわち最も狭い輪の幅を有する輪によって、０．２２ΔＲｎによって決定され、ΔＲｎは最も外側の輪の幅である。
【０００７】
パターン化されたＸ線光学素子の別の例は、解像度チャートである。解像度チャートは、可変密度を有するパターンである。パターンは、異なる大きさの番号及び文字、異なる幅及び異なる距離の線、及び異なる幾何学的パターンを含んでもよい。Ｘ線ビームの経路内に配置されると、影画像、又は吸収コントラスト画像は、系の結像分解能を示す。解像度チャートは、Ｘ線検出器及びＸ線イメージングシステムの解像度を特徴付けるために広く使用されている。
【０００８】
電子ビームリソグラフィ（イービームリソグラフィ）は、これらのＸ線光学系を製造するために使用されてきたものであり、周期的パターンが集束イービームによって吸収性材料の薄膜上に彫られる。しかし、このような高解像度の光学系について、フレネルレンズ及び回折格子は、８ｋｅＶのような比較的高いエネルギーのために製造されたものであり、必要なアスペクト比はイービームリソグラフィのためには大きすぎる。
【発明の概要】
【０００９】
関連技術の列挙された欠点及び他の限界を克服するに当たり、本発明は、パターン化されたＸ線光学素子を製造する改良された方法を提供する。
【００１０】
この方法は、Ｘ線波面に強度及び位相変調を生成する光学素子の製造に関連した事項に対処する。このような光学素子は、通常はパターン化された密度変調構造を有している。この方法は、一般に透明又はよりＸ線吸収が小さい（低密度）材料のベースプレートにパターンを彫るためにパルスレーザビームを利用し、その後にＸ線により透明でない（高密度）材料でパターンの溝を充填することを含んでいる。より吸収の少ないベースプレートに高密度材料で充填された溝のパターンを使用した密度変調は、様々な光学素子の基本構造を形成する。パターンの形状は、最終用途に依存する。溝は、例えば、平行な直線、又は同心円であってもよく、又は任意の他の周期的なパターンを取ってもよい。これらの光学素子は、システムの特徴付けのためのＸ線解像度チャート、Ｘ線顕微鏡用ゾーンプレート、及びＸ線干渉法に及び位相増強Ｘ線撮像に適したＸ線透過型回折格子を含んでもよい。
【００１１】
上記の方法は、同様に位相変調に適用される。材料の光学インデックスの相違によって、波面の位相が変更されることになる。
【００１２】
特に、この方法は、レーザの基本波長に対して比較的透明な材料の基板上にパターニングされた構造を彫るために、集束フェムト秒レーザ光を用いることを含んでいる。基本波長は、より短い波長の高調波を伴うこともがあるレーザの主波長である。一般に、特に断りのない限り、以下では、用語「波長」は、レーザの基本波長を指す。
【００１３】
さらに、本発明による方法は、彫られた顕微鏡的な構造を異なる材料で充填するいくつかの方法を含んでいる。基板材料と充填材料の間の密度のコントラストは、密度変調されたパターンを形成する。基板材料と充填材料の間の光学インデックスのコントラストは、Ｘ線の波面への位相変調を可能にしている。
【００１４】
さらなる特徴及び利点は、以下の説明から、及び特許請求の範囲から、容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成するが、本発明のいくつかの態様を例示し、説明と共に、本発明の原理の説明を果たしている。図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りではなく、むしろ本発明の原理の具体的説明が強調される。また、図面において、同様の参照番号は各図で対応する部分を示す。
【００１６】
【図１】図１は、バルク材料のアブレーションであり、基板の上部から下方への回折格子構造の加工を示す図である。
【００１７】
【図２】図２は、基板の底部から上方に材料破壊を介したレーザアブレーションを示す図である。
【００１８】
【図３】図３は、レーザ回折限界よりも小さな径を横切る材料破壊パワーを示すグラフである。
【００１９】
【図４】図４は、回折限界よりも小さなＸ線回折格子構造のレーザ加工を示す図である。
【００２０】
【図５】図５は、液体材料を用いて格子構造を充填するプロセスのステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照すると、本発明の原理を具体化するＸ線パターン化光学系を製造するシステムは、この図に示され、１０で特定されている。システム１０は、レーザビーム１６を発生する光源１２を含んでいる。光源１２によって生成されたレーザビーム１６は、焦点距離ＦＬを有する光集束配置１４を通過する。レーザビームは、数百ナノメートルから数μメートルまでの波長を有してもよく、より具体的には５００ｎｍから１．５μｍの間であってもよい。集束配置１４から距離ＦＬにおいて、レーザビーム１６は、その最小径と最高束密度に達するウエスト２６を有している。ビームのウエスト２６における断面は焦点スポットと呼ばれ、レーザビーム１６が面積当たり最大パワーを有する。彫る工程のために、ウエスト２６における焦点スポットを横切るレーザビーム１６の束密度は、基板１８の材料に固有の破壊閾値を超えている。材料除去が、ウエスト２６の位置における焦点スポットを横切って起きる。レーザビーム１６がより広い径を有する場合、レーザビーム１６の束密度は、基板１８の材料の破壊閾値未満に留まる。したがって、ビームのウエスト２６から離れた材料のエネルギー吸収は、アブレーションを引き起こすには不十分であり、基板１８の材料はそのまま残る。焦点配置１４は、このことを達成するために高開口数（ＮＡ）を有する必要がある。また、液浸顕微鏡対物レンズは、１．２又はそれ以上のＮＡを提供することができる。基板材料は、ガラス、ガラスセラミック、結晶石英、サファイア、及び他の材料のような透明材料であることができる。材料は、シリコン、及び低原子番号を有する他の誘電体材料のように不透明であってもよい。図１の横断方向Ｚにおけるレーザビーム１６のウエスト２６の位置は、材料破壊が起きる基板１８の深さを決定する。そして、そのウエスト２６におけるレーザビーム１６の径は、材料破壊の幅を決定する。
【００２２】
レーザ光源１２は、焦点距離ＦＬにほぼ等しい基板１８からの距離を有する集束配置１４をオンにする。これにしたがい、レーザビーム１６は、第１面とも称される、基板１８に最も近い表面でアブレーションのプロセスを開始する。これに続いて、集束配置１４は、溝２０の所望の深さに達するような大きい深さで材料をアブレーションするために、制御された方法で基板１８に接近するように移動される。基板１８の材料は、レーザビームの波長に対して部分的に透明であってもよい。しかしながら、ビームのウエスト２６の領域において基板材料の局所的なアブレーションが生じる程度にはレーザ光の波長を吸収しなければならない。
【００２３】
一形態において、レーザビーム１６は、パターン化光学系に含まれる基板１８の溝２０に必要なパターンを作成する超短パルスレーザ光である。このプロセスの典型的なレーザは、１００フェムト秒のパルス長を有し、約８００ｎｍのレーザの中心波長を持つ再生増幅器で構成されている。ビームは、横方向に単一モードであり、〜１のビーム伝搬パラメータＭ２を有している。パルスエネルギーは、数１０ｎＪから数１００ｎＪの範囲又はより高くマイクロジュールの範囲にある。短パルス長のため、基板１８の余剰のバルク材料への有意な熱伝達が存在せず、除去された材料及びまだ無傷の材料との間の鋭い境界が達成可能であるようになる。レーザパルスが基板１８の材料に当たるところでは、レーザビームのエネルギーは、バルク材料によって吸収される。レーザビーム１６の束密度が材料の破壊を引き起こすのに十分な位置では、バルク材料がアブレーションされ、清浄で精密なエッジを有する溝２０のパターンが残される。レーザビーム１６は、図３及び４に関連してより詳細に説明するように、高アスペクト比の構造、及びレーザビーム光源１２の波長の回折限界よりも小さくてもよい幅を有する溝２０を彫ることができる。
【００２４】
さまざまな実施において、超短パルスレーザ光１６は、ステージ又はハンドリングプラットフォーム１５と組み合わせて使用することができる。レーザビーム１６は、溝２０のパターンに材料をアブレーションするハンドリングプラットフォーム１５に対して相対的に走査することができる。
【００２５】
図５に関連して以下に説明するように、レーザビーム１６によって形成されたパターン化基板１８のボイドは、典型的には、Ｘ線波面の変調のために使用することができる基板１８のパターン化構造を形成するために、高電子密度、又は重元素の組み合わせを有する異なる元素が充填される。
【００２６】
通常の動作条件下では、製造しようとするパターン化光学素子の最小の達成可能な構造幅は、所定のレーザ波長及び単一横モード動作のレーザの回折限界によって与えられる。通常の動作条件は、基板１８の界面上で規定された径の特定がどうであれ、レーザビーム１６の束密度が基板１８の材料に固有の破壊閾値を超えるところに存在する。材料の除去は、その径を横切って発生する。短パルス長のため、レーザビーム１６の径の外側の基板１８の余剰のバルク材料への有意な熱伝達が存在せず、実質的に熱に影響されたソーンが存在せずに除去された材料及び無傷の材料の間の境界が非常に明確に規定されて残るようになる。
【００２７】
基板１８Ａがレーザビームの波長に対して十分に透明である場合、図２に示すような構成が可能であり、材料が基板１８Ａの表面の下に除去される。基板１８Ａの材料は、レーザビーム１６が損傷を与えることなく材料を通過できるように、レーザビームの波長に対して部分的に透明でなければならない。多光子吸収などの非線形効果は、焦点面内の強いレーザ光吸収に寄与してもよく、束密度はこれらの効果が発生すほどに十分に高くなってもよい。材料は、アブレーションを引き起こすのに十分な程度に局所的にレーザ光を吸収しなければならない。具体的には、ビーム源１２は、図２に示すように、ビーム１６が基板１８Ａを透過し、設計されたパターンの経路に焦点にもたらすような方法で使用することができる。素材は、経路に沿ってアブレーションされる。レーザビーム１６と基板１８Ａの間の相対運動及びアブレーションされた材料の深さは、基板１８Ａのパターン化構造を形成する。
【００２８】
図２は、現在、彫るプロセスの異なる段階で作成された二つの溝３０及び４０を示している。光源１２によって生成されたレーザビーム１６は、焦点距離ＦＬを有する光集束配置１４を通過する。集束配置１４から距離ＦＬでは、レーザビーム１６はウエスト２６を有し、その束密度は基板１８Ａの材料の破壊閾値を超えるのに十分であり、ウエスト２６の位置で材料のアブレーションをもたらす。レーザビーム１６がより広い径１６を有するところでは、レーザビーム１６の束密度は基板１８Ａの材料の破壊閾値を下回ったままであり、材料のエネルギー吸収はアブレーションを引き起こすには不十分であり、基板１８Ａの材料は無傷で残る。レーザ焦点スポット位置、すなわち図２の横方向Ｚのレーザビーム１６のウエスト２６は、材料破壊が起こる基板１８Ａの深さを決定する。溝２０を製造するため、レーザ光源１２は、レーザビームのウエスト２６が基板１８Ａの遠い表面（第２面）か又はその近くにあるときにオンとなり、彫るプロセスを開始する。レーザビーム１６は、そのウエスト２６近くでバルク材料をアブレーションし、その結果、溝３０が得られる。溝の幅の最小値は、所定のレーザ及び焦点配置についての回折限界によって制限される。これは、集束配置１４に高開口数の液浸対物レンズを使用するとき、典型的には１マイクロメートル又は約０．５マイクロメートルの小ささの範囲内にある。続いて、集束配置は、制御された方式で第２の表面から退避され、溝３０が溝４０の深さを得るまで材料がより大きな深さにアブレーションされるようにする。溝の深さは、プロセスに用いられる焦点配置１４の作動距離によってのみ制限される。
【００２９】
図４に示すように。溝２０の幅は、特定の波長及び単一横モードについてのレーザビームのウエスト２６と同じ寸法の従来の予測される最小焦点スポットよりも小さいか、又はそれに近くてもよい。図３の図形は、レーザビーム１６の半径ｒ上のレーザ束分布Ｐを示している。アブレーションされる材料は、レーザビーム１６の所定の波長についてレーザビーム束密度（単位面積当たりの束）の具体的な破壊閾値２８を有している。閾値２８より上では、非線形効果が生じ、基板材料へのレーザパルスのエネルギーの堆積を可能にし、材料破壊を引き起こす。特定の波長で線形吸収が観察されるが、非線形吸収は、主にレーザビーム１６の全体の束密度に依存し、レーザビーム１６の波長にほとんど依存しない。短い波長は、長い波長に比べてより高い光子エネルギーのために非線形吸収を引き起こすのに適しているであろう。適切なパルス長は、非線形の吸収については１０ピコ秒より長くはなく、純粋な線形吸収に比べてはるかに短い。非線形吸収のための短いパルス長の理由は、レーザパルスの累積吸収が他の望ましくない過剰な材料破壊につながるかもしれないということである。レーザパルスパラメータは、集束レーザビームプロファイルのウエスト２６よりも著しく小さい領域２７でのみ基板材料の破壊閾値２８を超えるような十分な束密度を達成するために精密に較正される。この領域２７は、典型的には、ガウス分布と類似又は同等の形状を有する曲線２２によって示された全体的な束分布を有するレーザビーム１６の中心領域である。この方法を用い、１００ｎｍ以下の横方向の特徴を有する構造を加工することができる。構造体の深さは、使用される焦点配置１４の作動距離によってのみ制限される。
【００３０】
高形状密度及び高アスペクト比を達成するために、レーザ走査、又は材料のアブレーションのパターンは、三次元でなければならない。一つのアプローチは、二次元的なレーザビーム１６の走査であり、破壊閾値を超えるレーザ量によって決定される構造の深さを有するパターンを達成する。次に、レーザビーム１６は、基板１８の表面に対して垂直に再配置され、２次元走査が繰り返される。複数の繰り返しは、所望のアスペクト比を達成するために必要とされてもよい。
【００３１】
しかし、特徴的な、操作された束分布と異なるビーム形状を工夫することができる。束密度の破壊閾値２８を超える束密度を有するビーム１６のそれぞれのサブ領域２７は、材料をアブレーションさせる。好ましくは、基板表面近傍の材料破壊を生成するように選択されたレーザ焦点位置によって、高い局所圧力を生成する除去材料の制御された膨張が可能になる。これは、下記で説明するように、図１の基板１８の第１の表面であってもよく、図２又は図４に示した基板１８Ａの第２の表面であってもよい。
【００３２】
図４は、彫るプロセスの異なる段階で作成された二つの溝３０及び４０を示している。光源１２によって生成されたレーザビーム１６は、焦点距離ＦＬを有する光集束配置１４を通過する。集束配置１４からの焦点距離ＦＬでは、レーザビーム１６はウエスト２６に到達し、そこで最小の径と最高の束密度を有する。しかし、レーザビームのウエスト２６の中央のみが、破壊閾値２８を超えるのに十分な束密度を示す。したがって、溝３０の幅は、図２の領域２７の幅に相当している。図２の配置と同様に、横方向Ｚにおけるレーザビーム１６のウエスト２６の位置は、材料ブレークダウンが起こる基板１８Ａの深さを決定する。レーザ光源１２は、基板１８Ａの第２の表面又はその近傍で彫るプロセスを開始する。レーザビーム１６は、径２７を横切ってそのウエスト２６の近くのバルク材料をアブレーションし、その結果、溝３０が得られる。その後、集束配置は、第２の表面から対比され、溝が溝４０の深さを得るまでより深さで材料をアブレーションするようにされる。
【００３３】
超解像度開口のような追加の技術は、ビームの中心領域を低減させるために光学系の設定で使用することができる。
【００３４】
また、基板１８Ａのバルク構造は、プロセスをよりよく制御するために液体２９に浸漬してもよい。典型的な液体は、水、ぬれを増加させるために界面活性剤を含む水、アルコール、又は小さなアブレーションされた形状その他に浸透する良好なぬれ特性を有する他の溶媒である。液体２９は、除去された材料の拡大を弱めることによって、プロセスの制御性を向上させる。液体は、集束配置１４として使用される液浸対物レンズと連携して動作する。
【００３５】
図１の完成した加工パターン化基板１８又は図２又は４の１８Ａは、展開的には低電子密度で用いられる、一つの材料で作成された、回折格子のようなＸ線パターン化光学系のベースプレートを表している。
【００３６】
基板１８又は１８Ａにおけるパターン化構造が形成された後、次のステップは、パターン化構造の溝２０を充填材料２４、典型的には重元素又は重元素の混合か構成されるもので充填することを含んでいる。この文脈における用語「重元素」とは、電子密度の高い元素、例えば金属を指している。一つ以上の元素の選択は、材料の所望のＸ線吸収、相変化、及び物理的特性に依存する。いくつかの例は、金属を含み、好ましくは、高い原子ｚ番号を有し、低い表面張力及び低い融点を有する例えば錫、低い融点の金属合金である例えば非常に低い融点１４９°Ｆを有するフィールド合金（Ｆｉｅｌｄ’ｓ  ｍｅｔａｌ）（３２．５％ビスマス、１６．５％錫及び５１．０％インジウム）、又は２０２°Ｆの融点を有する５部の合金ビスマス、３部の錫の合金を含む。物理的特性は、溝２０を充填するプロセスを決定する。基板１８（又は１８Ａ）のパターン化構造の特徴幅が非常に小さいため、液体充填材料によって格子表面のぬれを達成すること及び充填材料を溝２０に侵入させることは困難である。
【００３７】
図５Ａから５Ｄは、溝２０に液体又は変形可能な充填材料２４を充填することによって空間密度変調を有するＸ線回折格子を製造するさらなるプロセスを示している。プロセスは、図５ａにしたがい、基板１８の周囲の体積を排気し、真空下で基板１８の回折格子構造の上に液体又は変形可能な状態の高密度材料２４を塗布することによって開始される。続いて、基板１８のパターン化構造の周囲のチャンバ内に、特に変形可能な充填材料２４の上に、空気圧が印加される。この空気圧は大気圧の圧力としてもよい。図５ｂに示すように、空気圧は、溶融した金属の充填材料２４を溝２０内に押し込む。潜在的な介在物は、真空中の初期操作のために最小化される。
【００３８】
この手法のために、低融点、低粘度、低表面張力を有する充填材料２４のための元素が好ましい。異なる元素が、低融点又は低粘度又は低表面張力、又はこれらの特性の任意の組み合わせを有する混合物を提供し、基板１８のパターン化構造の溝２０のボイドへの混合物の注入を容易にするために混合されてもよい。
【００３９】
最終工程では、図５ｃに示すように余剰の充填材料２４は基板１８又は１８Ａの上面から除去され、図５ｄに示すように基板１８又は１８Ａの余剰のバルク材料は底部から除去され、基板１８又は１８Ａの材料と充填材料２４との間で交互となる最終的なパターン化された構造を露出させる。余剰のバルク材料を除去した後、交互の材料は増強されたコントラストを提供するが、これは、任意の所与の位置における構造の厚さにわたりただ一つの材料が存在するからである。最終的な構造の厚さは、所与の用途のために、その光学特性を最適化するように個別に選択される。図５ｄに示すような完成した構造は、フレネルレンズ、ゾーンプレート、解像度チャート、又は回折格子のような光学素子であってもよい。
【００４０】
他の方法は、パターン化構造のボイド２０内に充填することが考えられる。一例は、ボイドを高電子密度物質のナノ粒子で充填し、その後で充填材料２４を溶融させ、又は保護膜によって構造を固定する。例えば、パターン化基板１８のボイドを高密度ナノ材料で充填することが可能である。ナノ粒子の形態のいくつかの重い材料は、１００ｎｍ未満の典型的な寸法で開発されてきた。これらの材料は、パターン化構造のボイドに充填するのに適しているかもしれない。溝２０における充填材料の熱溶融又はナノ粒子への保護膜の形成は、充填構造を永続的なものにすることができる。
【００４１】
本発明の様々な実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。それは、網羅的であること、又は開示された精密な実施形態に本発明を限定するものではない。上記の教示に照らし、多数の修正や変形が可能である。説明した実施形態は、本発明の原理の最良の実例及びその実際の適用を提供するために選択及び記載され、これによって、当業者は、想定した特定の使用に適するために、様々な実施形態及び様々な変更によって本発明を利用することができるようになる。このような全ての変更及び変化は、公正に、法的に、かつ公平に権利が与えられた範囲にしたがって解釈される添付の特許請求の範囲によって決定されるように本発明の範囲内にある。
【図１】
2015510581.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【国際調査報告】
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