(57)【要約】本発明は、回折構造体を製造するためのマスタプレートの作製方法、及びこれにより得られるマスタプレートに関する。本方法は、周期的な表面プロファイルを有する基板を提供することと；表面プロファイルを少なくとも部分的に、充填材料（１６Ａ、１６Ｂ）で均一に充填することと；充填材料（１６Ａ、１６Ｂ）を部分的に除去して、基板及び充填材料（１６Ａ’、１６Ｂ”）で形成される周期的な高さ変調式表面プロファイルを有するマスタプレートを作製することと、を含む。本発明により、可変回折効率を有する格子をさらに形成することが可能なマスタプレートを作成することができる。
2020522026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折構造体を製造するためのマスタプレートを作製する方法であって：
周期的な初期表面プロファイルを有する基板を提供することと；
前記初期表面プロファイルを少なくとも部分的に、充填材料で均一に充填することと；
前記充填材料を部分的に除去して、前記基板及び前記充填材料で形成される周期的な高さ変調式表面プロファイルを有するマスタプレートを作製することと、
を含み、前記初期表面プロファイルは、前記高さ変調式表面プロファイルに関連する充填率変調性を有する、方法。
【請求項２】
前記充填材料の除去は、前記充填材料の除去にグレースケールリソグラフィを用いて、前記高さ変調式表面プロファイルを形成することを部分的に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記充填材料の除去は：
前記充填材料上に、不均一な高さプロファイルを有する物理的マスク層を設けることと；
各位置において前記マスク層及び下にある充填材料を除去し、前記マスク層の前記高さプロファイルを前記充填材料の対応箇所に複製して、前記高さ変調式表面プロファイルを形成することと、
を部分的に含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記高さ変調式表面プロファイルは、異なるプロファイル高さを有する２以上の別個のセグメントを含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記高さ変調式表面プロファイルは、線形プロファイル等の横方向高さ勾配プロファイルを有する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記高さ変調式表面プロファイルの高さ変調は、前記表面プロファイルの少なくとも周期的一元的方向において生じる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記初期表面プロファイルは前記除去の前に前記充填材料で完全に満たされ、前記基板が平坦にされる、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
基板プレートを提供すること、及び前記基板プレートから例えば電子ビームリソグラフィにより材料を除去すること又は前記プレートに例えばナノインプリンティングにより材料を付与することによって、前記基板に前記周期的な初期表面プロファイルを提供することを含む、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記初期表面プロファイルは、バイナリプロファイルである、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記初期表面プロファイルは、三角形プロファイル又は傾斜したプロファイル等の非バイナリプロファイルである、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記充填材料は異なる横方向セグメント内で異なる量を、一元的方向のみで除去され、一元的方向に高さ変調された表面プロファイルが形成される、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記充填材料は異なる横方向セグメント内で異なる量を、二元的横方向で除去され、二元的方向に高さ変調された表面プロファイルが形成される、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記初期表面プロファイルは、一元的方向又は二元的方向において周期的である、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
回折構造体を製造するためのマスタプレートであって：
フィーチャと前記フィーチャ間の間隙とによる周期的パターンを有する基板；及び
マスタプレートが高さ変調式表面プロファイルを有するように、前記間隙内に不均一な量で提供される充填材料；
を含み、前記フィーチャの周期的パターンは充填率変調式である、マスタプレート。
【請求項１５】
前記高さ変調式表面プロファイルは、前記間隙内の前記充填材料の量により画定される異なるプロファイル高さを有する、２以上の別個の横方向セグメントを含む、請求項１４に記載のマスタプレート。
【請求項１６】
前記高さ変調式表面プロファイルは、前記間隙内の前記充填材料の量により画定される横方向高さ勾配を有する、請求項１４又は請求項１５に記載のマスタプレート。
【請求項１７】
前記高さ変調式表面プロファイルは、完全に前記基板に画定される垂直側壁及びフィーチャ上部と、完全に前記充填材料により画定される間隙底部と、を含む、請求項１４〜請求項１６のいずれか１項に記載のマスタプレート。
【請求項１８】
前記フィーチャは、バイナリフィーチャ、三角形フィーチャ、又は傾斜したフィーチャである、請求項１４〜請求項１７のいずれか１項に記載のマスタプレート。
【請求項１９】
請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の方法を用いて作製される、請求項１４〜請求項１８のいずれか１項に記載のマスタプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学用途におけるマイクロ構造体及びナノ構造体の製造に関する。具体的には、本発明は、ニアツーアイ（ｎｅａｒ−ｔｏ−ｅｙｅ）・ディスプレイ等のディスプレイ用途に例えば使用可能な回折格子を製造するためのマスタプレートの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニアツーアイ・ディスプレイ（ＮＥＤ、ｎｅａｒ−ｔｏ−ｅｙｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）及びヘッドアップ・ディスプレイ（ＨＵＤ、ｈｅａｄ−ｕｐ  ｄｉｓｐｌａｙ）は一般に、可視画像を形成するための回折格子を含む。回折格子は、画像ソースからの画像を導波路にカップリングするインカップリング回折格子として、ユーザに対する最終可視画像を形成するアウトカップリング回折格子として、及びディスプレイ射出瞳のサイズを拡大する射出瞳拡大素子（ＥＰＥ、ｅｘｉｔ  ｐｕｐｉｌ  ｅｘｐａｎｄｅｒ）として必要とされる。
【０００３】
回折格子の品質及び特性により得られる画像の品質が決まる。はっきりとした一定な格子線を有することに加えて、高度な用途においては格子の回折効率を局所的に制御できることが望ましい。これは、格子内部の格子線高さ又は充填率を変更すること、すなわち、高さ変調又は充填率変調を用いることにより達成することができる。最大の効率調整可能範囲を実現するためには、高さも充填率も変調されるべきである。したがって、回折効率が自由に制御可能であり大量生産に適応可能な、堅実で費用効果的な回折格子の製造方法が必要とされている。
【０００４】
グレースケールリソグラフィにより異なる構造高さを有する構造体が製造される。しかしながら、プロセスの低コントラスト性のため、側壁が一般に丸められてしまい、完全に垂直ではない。また、グレースケールリソグラフィのプロセス制御は難易度が高い。さらに、ダイレクトリソグラフィ及びエッチングプロセスでは、格子のフィーチャ、すなわちリッジ及び溝が広範囲に渡り複数のアスペクト比及び深さを有する場合はとりわけ、調整により垂直方向に高精度をもたらすことが極めて困難である。また、これらの方法を高さ変調と併用してフィーチャの完全に垂直な側壁を実現することも困難である。一方で、スタンピング技術には、高品質なマスタプレートとこのマスタプレートを用いて製造されるスタンプが必要とされるため、マスタの製造が主たる課題となる。
【０００５】
高さ変調式構造体の製造は、一般に、１サイクルで１つの高さが画定される製造サイクルの繰り返しにより行なわれる。これには、高精度の位置合わせを伴う数回の露光が必要とされ、例えば、Ｃ．Ｄａｖｉｄ著「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｔａｉｒ−ｃａｓｅ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏｓ  ｆｏｒ  ｂｌａｚｅｄ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，５３（２０００）を参照されたい。この方法は煩雑であるため生産性が低い。この方法は垂直側壁の制御性に長けるが、煩雑さ及び要求される精度が欠点である。さらに、オーバーレイ露光には横方向の配置にナノメートルレベルの精度が要求され、最適値から少しでもずれると光学性能が失われる。
【０００６】
要約すると、産業規模での回折格子の大量生産において、高品質な高さ変調及び充填率変調、とりわけそれらの組み合わせを提供することが現在の難題であり、改良したツール及び方法がこの目的に必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、先行技術における上記欠点の少なくともいくつかを解消すること、及び、回折構造体を製造するための新規解決法を提供することを目的とする。具体的には、スタンピング技術で使用される高品質な高さ変調式マスタプレートの製造方法及び対応するマスタプレートを提供することを目的とする。
【０００８】
また、高さ変調と充填率変調とを組み合わせることができる解決法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、光学的回折範囲に周期性を有する周期的構造体を有する基板を使用し、この構造体を、得られる表面プロファイルが高さ変調を有するように例えばエッチングにより除去される充填材料で充填する、という考案に基づくものである。除去プロセスでは、例えば光学的又は物理的マスク層型の不均一なマスクを用いて、プレートの最終的な変調特性を決定してもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の方法は、回折構造体を製造するためのマスタプレートを作製することを含み、前記マスタプレートは、
周期的な初期表面プロファイルを有する基板を提供することと；
前記初期表面プロファイルを少なくとも部分的に、充填材料で均一に充填することと；
前記充填材料を部分的に除去して、前記基板及び前記充填材料で形成される周期的な高さ変調式表面プロファイルを有するマスタプレートを作製することと、
により製造される。
【００１１】
前記除去工程は、後でより具体的に説明するように、例えばグレースケールリソグラフィを用いること又は充填材料上に物理的マスク層を用いることを含んでいてもよい。
【００１２】
本発明の回折構造体を製造するためのマスタプレートは：
フィーチャと前記フィーチャ間の間隙とによる周期的パターンを有する基板；及び
マスタプレートが高さ変調式表面プロファイルを有するように、前記間隙内に不均一な量で提供される充填材料、
を含む。
【００１３】
このように、高さ変調式プロファイルは、充填材料を組み合わせた初期表面プロファイルにより画定される。
【００１４】
初期表面プロファイルは、バイナリプロファイル、すなわち２つの高さプロファイルであってもよく、長方形のフィーチャではない、同様な三角形フィーチャ又は同様な傾斜したフィーチャで形成されるプロファイル等の周期的に繰り返す単一形状フィーチャパターンを有するプロファイルであってもよい。
【００１５】
より具体的には、本発明は、独立請求項に記載の発明であることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、大きな利点もたらす。
【００１７】
第１に、本発明により、低コントラスト性及び得られる丸まった側壁に起因する、高さ変調を含むダイレクトリソグラフィ方法による構造体の品質が低いという問題が解決される。本方法において、側壁は基板により画定されるが、この基板は、例えばバイナリプロセスにより製造されこれにより極めて明確に画定された垂直側壁がもたらされる。バイナリプロセスは周知であり制御が容易である。次に不均一材料を除去する工程が導入され、高さ変調が実現される。このように、フィーチャの垂直側壁は、バイナリ構造体と充填層によるフィーチャの高度差とにより画定される。これらの２つの組合せにより、他の方法では実現が困難な、精密制御が可能なプロファイル形状及び高さがもたらされる。同様な利点が、例えば三角形の初期表面プロファイルについても当てはまる。
【００１８】
本発明は、可変回折効率を有する格子をさらに製造することができるマスタプレートの製造を可能とする。特に本方法は、高品質な回折構造体と組み合わせた、高さ変調及び所望により充填率変調を用いる回折効率の横方向変化を可能とする。
【００１９】
従属請求項は、本発明の選択された実施形態に関する。
【００２０】
ある実施形態では、充填層の不均一な部分的除去は、グレースケールリソグラフィによる除去を含む。これには、露光線量の違いにより露光される充填材料の溶解速度が変わり、そのため充填層の高さが変わる、あらゆる方法が包含される。このように上記用語は、材料の露光と除去された材料の厚さとをレーザ、電子又はＸ線源等の露光源により直接制御する、いわゆる直接描画法（ｄｉｒｅｃｔ  ｗｒｉｔｅ  ｍｅｔｈｏｄ）、並びに光学マスクと本質的に均一な輝度であり一般に横方向に広く露光する光源とを用いる方法の両方を包含する。露光は、光子（光）又は電子（それぞれ、光学又は電子ビーム露光）を用いて行ってもよい。また、直接描画法及び光学マスク法の併用又は変形も可能である。
【００２１】
充填層の部分的除去は、例えば、充填層として適切なレジスト層を設けた直後にフォトリソグラフィエッチング法を用いて行ってもよい。これにより、プロセスが極めて迅速かつ堅実になる。基板及びレジスト層の材料並びにエッチング方法は、レジスト層だけが変調されるように、とりわけバイナリフィーチャの垂直側壁がそのまま残るように選択される。
【００２２】
ある実施形態では、レジスト層の変調性がドライエッチングにより基板材料に転写される。
【００２３】
ある実施形態では、不均一なマスクは、充填材料上に設けられるマスク層の形態である物理的マスクを備える。マスク層は、横方向に変わる高さを有し、その高さプロファイルがプレートにおける所望の変調性に対応する。この後、横方向に均一なエッチングプロセス又は他の適切な除去プロセスを用いることにより、高さプロファイルが充填材料に複製される。マスク層は、充填層と同じ材料を含んでいてもよく、充填層と共にエッチング可能な他の材料を含んでいてもよい。
【００２４】
一般に、物理的マスク層を用いる除去には、充填層の上に更なる犠牲マスク層を用いる除去方法が包含され、前記犠牲マスク層は、残りの充填層の局所的な厚さに影響を与える。
【００２５】
また、グレースケールリソグラフィと物理的マスク技術の併用も可能である。
【００２６】
ある実施形態では、上述のように充填層上にレジスト層を設け、直接描画又は異なる透過強度を有する光学マスクのいずれかを用いたグレースケール露光が用いられる。レジスト層におけるこの高さ変化は、続いてドライエッチング又はウェットエッチングにより充填層に転写される。
【００２７】
ある実施形態では、除去プロセスにより、異なる変調高さを有する２以上の別個のセグメントを含む表面プロファイルが生じる。セグメントの境界は不連続的であってもよく、これによりセグメント間に段階的な高度差が存在する。回折格子は、例えば、異なる高さ特性を有する２〜５００のセグメントを含んでいてもよい。一方で、横方向高さ勾配があってもよく、これには明確な境界が見出せないことがあるものの、回折効率は滑らかに変わっていく。これらのスキームのいずれか又は組み合わせを用いて、異なるプロファイル高さを有し、それゆえ異なる回折効率を有する高さ変調式表面プロファイル領域を形成することが可能である。
【００２８】
横方向高さ勾配はフォトリソグラフィにより、例えば、直接描画、光学的勾配マスク又は物理的勾配マスクを用いて形成してもよい。勾配は、線形勾配であってもよく、非線形勾配であってもよい。
【００２９】
ある実施形態では、表面プロファイルは、上記除去が開始される前に充填材料で完全に充填される。これにより、プロファイルの全高を変調に利用することができ、また、プロファイルの完全な充填が保証される。特に、充填材料で基板を平坦にしてもよい。
【００３０】
ある実施形態では、表面プロファイルは、長方形又は三角形の断面及び細長い複数のフィーチャの周期的パターンを有する。例えば、パターンは、一元的線形格子を製造することができる線格子パターンであってもよい。一方で、例えばドットフィーチャの二元的アレイを有する二元的格子の製造も可能であり、これにより、基板の初期表面プロファイル及びマスタプレートの最終表面プロファイルが二重に周期的となる。また、これらの組み合わせも可能である。
【００３１】
ある実施形態では、バイナリ表面プロファイルは充填率変調性を有し、これは、本方法を用いて維持され、且つ得られるプレートの表面プロファイルに複製される。
【００３２】
ある実施形態では、基板の製造は、基板プレートを提供すること、及び基板プレートから例えば電子ビームリソグラフィにより材料を除去すること又はプレートに例えばナノインプリンティングにより材料を付与することによって、その上にバイナリ表面プロファイルを形成することにより行なわれる。
【００３３】
ある実施形態では、高さ変調式表面プロファイルは、完全に基板により画定される垂直側壁及びフィーチャ上部と、完全に充填材料により画定される間隙底部と、を含む。
【００３４】
典型的な光学用途、とりわけウェアラブルディスプレイ用途において、マスタプレートに要求される面積は１ｃｍ２以上、例えば２〜５００ｃｍ２であり、これは本プロセスで容易に達成可能なものである。マスタ格子の周期は、典型的には１０μｍ以下であり、具体的には１μｍ以下、例えば２００〜８００ｎｍである。
【００３５】
次に、添付の図面を参照して、本発明の実施形態及びその利点をより具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】図１Ａは、本方法のある実施形態に係るマスタプレートの製造を、製造段階ごとに断面図で示したものである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本方法のある実施形態に係るマスタプレートの製造を、製造段階ごとに断面図で示したものである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本方法のある実施形態に係るマスタプレートの製造を、製造段階ごとに断面図で示したものである。
【図２Ａ】図２Ａは、本方法の別の実施形態に係るマスタプレートの製造を、製造段階ごとに断面図で示したものである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本方法の別の実施形態に係るマスタプレートの製造を、製造段階ごとに断面図で示したものである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本方法の別の実施形態に係るマスタプレートの製造を、製造段階ごとに断面図で示したものである。
【図３】図３は、図１Ａ〜図１Ｃに示す方法を用いた、レジスト材料で平坦にされたバイナリ構造体の走査型電子顕微鏡写真（ａ）と、２つの異なる高さまでエッチングされた後のバイナリ構造体の走査型電子顕微鏡写真（ｂ及びｃ）を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、バイナリ１Ｄ格子の一次透過の回折効率が、格子高さの関数として変化する例を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、１Ｄ格子の一次透過の回折効率が、格子充填率の関数として変化する例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
＜定義＞
本明細書において、「バイナリ表面プロファイル」は、本質的には、２つの高さからなるレリーフ構造を有する表面を意味する。線格子の場合、可能な高さは、リッジの上部及びリッジに隣接する溝の底部により画定される。したがって、プロファイルは、断面が略長方形の表面フィーチャ（完全に垂直な側壁を有する）からなる。以下の考察及び図面では、バイナリ表面プロファイルを例として用いるが、上述のように、他のプロファイルも可能である。
【００３８】
充填材料による充填は、特段の説明がない限り、完全充填及び部分充填を包含する。「平坦化」とは完全充填を意味し、十分な充填材料が表面プロファイル上に提供されプロファイルのバイナリフィーチャが埋め込まれ、充填材料で構成される平坦な面が形成される。
【００３９】
充填材料の「部分的除去」とは、基板のどこかに少なくともある程度の厚さの充填材料を残すことを意味する。
【００４０】
「高さ変調」とは、基板の法線方向における格子フィーチャのサイズ変化を指す。例えば、線格子の場合、高さはリッジに隣接する溝底からリッジの上部までを測定する。したがって、高さ変調式マスタプレートは、領域間でフィーチャ高さが異なる２以上の横方向セグメントを一元的又は二元的に含む。
【００４１】
「充填率」とは、格子周期内の周辺材料（例えば、空気又は他の固体材料）に対する格子構造体材料の割合を指す。これは、典型的な長方形格子線の場合、周期幅に対する線幅の割合に等しい。したがって、「充填率変調」は、格子の横方向、すなわち周期構造体の周期間での充填率の変化を指す。
【００４２】
＜選択した実施形態の説明＞
本方法は、その好ましい実施形態では、基板の高異方性高分解能バイナリプロセスと、追加される充填材料の低横方向分解能グレースケールリソグラフィによる高さ変調とが併用される。したがって、垂直側壁の実現が困難なダイレクトグレースケールリソグラフィと比較して、高分解能垂直フィーチャ及び側壁プロファイルの制御性を改良することができる。以下、２つの基本的な実施形態について説明する。
【００４３】
図１Ａ〜図１Ｃは、グレースケールリソグラフィ工程を用いてバイナリ基板に高さ変調を形成する、第１の基本的な実施形態を示す。
【００４４】
図１Ａに示す第１の工程では、可能な充填率変調（図示せず）を有するバイナリ構造体が、例えば光学的な、電子ビームリソグラフィ、エンボス又はナノインプリントリソグラフィを用いて製造される。構造体は、ベースプレート１２Ａと、ベースプレート１２Ａから延びるバイナリエレメント１４Ａとを有する。この時点では、全てのエレメント１４Ａが同じ高さを有する。製造方法に応じて、ベースプレート１２Ａ及びバイナリエレメント１４Ａは、単一材料による単片を含んでいてもよいし、異なる材料で形成されていてもよい。例えば、エレメント１４Ａは、無機又は高分子ベースプレート１２Ａ上に追加される高分子を含んでいてもよい。或いは基板は、リソグラフィ法によりフィーチャを処理して得られる高分子又は無機単一体であってもよい。また、線幅変調性、間隙幅変調性、又はこれらの双方を含む充填率変調性を備えていてもよい。この層を回折格子層という。
【００４５】
次に、図１Ｂに示すように、バイナリ構造体１２Ａ、１４Ａは電子ビーム又は光学的リソグラフィレジスト材料でコーティングされてエレメント１４Ａ間の間隙が少なくとも部分的に満たされ、典型的には、回折格子層がレジスト材料で完全に覆われ、構造体の表面が充填層１６Ａで平坦にされる。例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、キャスティング又はディップコーティング法を用いてもよい。
【００４６】
次に、図１Ｃに示すように、充填層１６Ａに対してグレースケールリソグラフィが行われる。この種のオーバーレイグレースケール露光により、異なる露光線量に起因して現像速度が異なる、表面からの高さに違いが生じる。その結果、各領域で充填層１６Ａ’の厚さにより画定される異なるエレメント高さｈ１、ｈ２、ｈ３を有する領域Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が各々形成される。
【００４７】
上述のように、グレースケールリソグラフィは、例えば、所望の変調に対応する露光スキームに従ってレーザによる直接描画を用いて実行されてもよいし、所望の変調に対応する異なる強度の複数の別個の領域を同時に有する照明パターンを形成する光学マスクを用いて実行されてもよい。別個の領域の代わりに、又は別個の領域に加えて、連続的な勾配が形成されてもよい。
【００４８】
図２Ａ〜図２Ｃは、物理的マスクを用いて高さ変調を形成する第２の基本的な実施形態を示す。
【００４９】
図２Ａに示す第１の工程では、バイナリ構造体１２Ｂが、第１の基本的な実施形態について上述したのと同様に製造される。
【００５０】
次に、図２Ｂに示すように、バイナリ構造体は上述のように充填層１６Ｂで平坦にされる。
【００５１】
充填層１６Ｂの上に、可変高さのマスク層１８Ｂがリソグラフィ法により設けられる。ここでは、回折格子層分解能に比べて遙かに低い横方向分解能が要求される。
【００５２】
次に、図２Ｃに示すように、ドライ又はウェットエッチング法を用いて、マスク層１８Ｂの変調性が充填層１６Ｂ’に転写される。この場合も、充填層１６Ｂ、１６Ｂ’及び回折格子層１２Ｂ間の高い選択性に起因して、格子プロファイルに対する高制御性が維持される。
【００５３】
この例では勾配マスクが使用されているが、上述の例と同様に、マスクは異なる高さの別個の領域を含んでいてもよい。また、得られるマスタプレートに望まれる高さ特性に応じて、これらのアプローチを併用してもよい。
【００５４】
上述の基本的な実施形態はどちらも、構造体の垂直側壁特性が基板により画定され且つ高さ特性がマスクエッチングプロセスにより画定されるため、単一の高品質回折構造体において異なる回折効率をもたらすことができる。充填層１６Ａ、１６Ｂ及び回折格子層１２Ａ〜Ｂ、１４Ａ〜Ｂ間の高い選択性に起因して、エッチングプロセスが等方的である場合でも、格子線プロファイルに対する完全制御性が維持される。
【００５５】
基板のバイナリ表面プロファイルは、レジスト構造であってもよく、或いはウェット又はドライエッチングにより基板へ転写されてもよいことに留意されたい。次に構造体は、典型的には、バイナリ構造体に対して選択性を有する電子ビーム又は光学リソグラフィレジストでコーティングされる。
【００５６】
セグメント化されたプレートを作製する場合、回折格子の周期は典型的には、マスクゾーンの最小横方向寸法の一部であり、つまり、セグメントは周期に対するサイズが格段に大きい。例えば、最終製品における回折効率セグメントを決定するマスクゾーンのサイズは、１０μｍ以上、典型的には１ｍｍ以上であってもよいのに対して、格子周期は、典型的には１０μｍ以下、とりわけ１μｍ以下である。
【００５７】
全ての実施形態において、基板は、例えば標準的なシリコンウェーハ又はＳｉＯ２ウェーハであってもよい。また、光学又は電子ビームリソグラフィに適用可能な硬質又は軟質基板を使用してもよい。
【００５８】
バイナリ表面プロファイル、すなわちレリーフ構造は、上述の基板にエッチングされてもよく、基板上に設けられる薄膜に加工されてもよい。エッチングの場合、この層は、ドライ又はウェットエッチング法で処理することが可能な薄膜であってもよい。
【００５９】
あるいは、表面プロファイルは光学又は電子ビームレジストを用いて形成してもよく、この場合、バイナリ構造体を光学又は電子ビーム露光により作製し、現像して層にしてもよい。また、レジスト材料をエッチングしてバイナリ構造を作製してもよい。
【００６０】
充填層は、光学又は電子ビームレジストであってもよい。これは、例を挙げるとスピンコーティング、スプレーコーティング又はディップコーティングにより設けられてもよい。
【００６１】
あるいは、充填層は、物理蒸着（ＰＶＤ、ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は化学蒸着（ＣＶＤ、ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）又は原子層蒸着（ＡＬＤ、ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて設けられてもよい。これは例えば、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２等の金属酸化物であってもよい。また、ＳｉＯ２であってもよい。
【００６２】
充填層は、使用される除去方法に応じて、バイナリ表面プロファイル材料に対して高い選択性（例えば、高エッチング選択性）を有することが好ましい。言い換えれば、充填材料は、この層の部分的除去の間に元のバイナリ構造体がそのまま残るように選択しなければならない。
【００６３】
高さ変調は、図面に示すように表面プロファイルの周期方面において生じ得る。しかしながら、更に又は代わりに、高さ変調が回折格子の垂直方面において例えば線勾配の格子線に沿って生じることは排除されない。本方法は、異なる２方向に周期性を有する二元的格子にも同様に適用することができる。
【００６４】
マスタプレートは、種々のニーズに応じて、横方向の回折効率が一定ではない回折光学素子を製造するのに使用可能である。とりわけこのプレートは、例えばＮＥＤ又はＨＵＤ用の、典型的には１ｃｍ２以上の面積を有する大きいエレメントを製造するのに使用可能である。可変回折効率は、スマートグラス及び仮想現実ディスプレイ及び拡張現実ディスプレイ等の回折導波路ディスプレイのインカップリング回折格子、射出瞳拡大素子及び／又はアウトカップリング回折格子において利点をもたらす。
【００６５】
本方法を用いて作製されるマスタプレートは、回折格子製造の分野における既知のスタンピングプロセスにおいて使用可能である。
【００６６】
図４Ａ及び図４Ｂは、誘電バイナリ格子の一次透過の回折効率が、高さ及び充填率変調により変調され得ることを示す。数値結果は、フーリエモード法（厳密結合波解析としても知られる）で得られた。バイナリ格子は、空気と屈折率２．０のガラス基板との界面に存在し、格子周期は５００ｎｍであり、充填率は０．５であり、格子は基板と同じ材料製である。回折格子は、法線入射における自由空間波長４５０ｎｍの平面波で照射される。結果を横電気偏光（ＴＥ）及び横磁気偏光（ＴＭ）の双方により示す。図４Ａにおいて格子充填率は０．５であり、図４Ｂにおいて格子高さは２５０ｎｍである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００６７】
【非特許文献１】Ｃ．Ｄａｖｉｄ，「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｔａｉｒ−ｃａｓｅ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏｓ  ｆｏｒ  ｂｌａｚｅｄ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」，Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，５３（２０００）
【図１Ａ】
2020522026.tif 000003
【図１Ｂ】
2020522026.tif 000004
【図１Ｃ】
2020522026.tif 000005
【図２Ａ】
2020522026.tif 000006
【図２Ｂ】
2020522026.tif 000007
【図２Ｃ】
2020522026.tif 000008
【図３】
2020522026.tif 000009
【図４Ａ】
2020522026.tif 000010
【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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