构建3D功能性光学材料堆叠结构的方法与流程

本案实施方式大体关于用于形成3d光学可堆叠结构的工艺。

背景技术：

1、3d光学结构用以产生复杂的光学元件。例如，3d光学结构可用以利用光生成3d全息图。然而，3d光学装置的品质高度依赖与用于3d光学装置的可堆叠层结构上的3d图案的密度的增大和尺寸的减少。创建常规3d光学结构涉及在基板上方使用抗蚀剂形成三维(3d)可图案化和可堆叠层结构。基板具有沉积在其上的第一层材料，且针对该第一层图案化抗蚀剂。随后，在利用化学机械抛光器平坦化之前，用金属先充填该结构。针对每一层不断重复这些操作，以在结构中产生多个不同垂直高度。然而，当前结构仍产出大于微米尺度的结构，这导致对于诸如全息图的一些3d光学应用的不期望的分辨率。

2、尽管理解了多图案化在分辨率、聚焦深度，及光刻缺陷敏感度方面的问题及益处，但额外希望控制工艺预算并增大和维持良率。此外，此种结构不易创建，因为(多个)后续材料水平的施加可能溶解或破坏先前图案化的材料。

3、因此，需要用于在基板上产生高密度3d多图案化结构的改良方法。

技术实现思路

1、本文实施方式描述亚微米3d光学材料结构及用于形成该亚微米3d光学材料结构的方法。在第一实施方式中，提供一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米3d光学材料结构的方法，该方法始于在基板上沉积待被图案化的材料堆叠；在材料堆叠的一部分上沉积并图案化厚掩模材料，将材料堆叠向下蚀刻一个水平；修整厚掩模材料的侧面部分；将材料堆叠再向下蚀刻一个水平，重复修整和蚀刻操作“n”次以上，及从材料堆叠上剥离厚掩模材料。

2、在第二实施方式中，提供一种用于在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米3d光学材料结构的方法，该方法始于利用材料的第一层涂覆基板，利用光刻方法暴露指定材料以产生第一图案，如若需要则固化暴露的指定材料，利用材料的第二层涂覆基板，利用光刻方法暴露指定材料以产生第二图案，如若需要则固化暴露的指定材料，重复用于涂覆、暴露及固化操作“n”次以上，以获得其中暴露有n个图案的n层材料，及同时对n层上的n个图案的暴露及固化的区域进行显影。

3、在第三实施方式中，提供一种亚微米不对称3d光学材料结构。不对称3d光学材料结构具有含顶表面的基板、形成于基板顶表面上的第一功能性材料水平。第一功能材料水平进一步具有多个第一单元件材料，每个第一单元件材料具有高度、宽度及长度，所有这些尺寸小于约一微米。不对称3d光学材料结构进一步具有形成在第一功能性材料水平的第一顶表面上的第二功能性材料水平。第二功能性材料水平进一步具有多个第二单元件材料，其中每个第二单元件材料设置在第一单元件材料上并且每个第二单元件材料中具有大体上类似于材料第一单元件的高度、宽度及长度的高度、宽度及长度。不对称3d光学材料结构进一步具有形成在第二功能性材料水平的第二顶表面上的第三功能性材料水平，其中第三功能性材料水平进一步具有多个第三单元件材料，其中每个第三单元件材料设置在第二单元件材料的一者上并且每个第三单元件材料具有大体上类似于第二单元件材料的高度、宽度及长度的第三高度、第三宽度及长度。

4、在第四实施方式中，提供一种亚微米对称3d光学材料结构。亚微米对称3d光学材料结构具有含顶表面的基板、设置在基板顶表面上并具有上表面的膜堆叠，形成于膜堆叠的上表面上的具有第一宽度和第一上表面的第一功能性材料水平、形成于第一功能性材料水平的第一上表面上的具有第二宽度的第二功能性材料水平，和形成于第二功能性材料水平的第二上表面上的具有第三宽度的第三功能性材料水平，其中第一宽度大于第二宽度，第二宽度大于第三宽度，并且第一宽度、第二宽度及第三宽度形成围绕3d光学材料结构中心对称的轮廓。

5、在第五实施方式中，提供一种用于制造亚微米3d衍射光学元件的方法。该方法始于在基板上沉积待被图案化为衍射光学元件的光学材料堆叠。该方法随后在材料堆叠的一部分上沉积并图案化掩模材料。该方法继续将该材料堆叠向下蚀刻一个水平。该方法随后横向地对掩模材料的一个或多个侧面部分定向蚀刻所需距离，并垂直地将材料堆叠向下垂直蚀刻第二水平。该方法最终结束于剥离掩模材料。

技术特征：

1.一种光学装置，包括：

2.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述多个台阶包含至少三个台阶。

3.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个台阶和所述第一侧壁之间的距离小于1微米。

4.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个台阶具有在1纳米和1微米之间的高度。

5.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个台阶具有在1纳米和1微米之间的厚度。

6.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个台阶从邻接的台阶延伸在1纳米至1微米之间的距离。

7.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个台阶具有相等的深度。

8.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个台阶具有相等的宽度。

9.根据权利要求1所述的光学装置，其中至少一个台阶具有不同的宽度。

10.根据权利要求1所述的光学装置，其中每个光学结构是菲涅耳透镜。

11.一种光学装置，包括：

12.根据权利要求11所述的光学装置，其中所述多个台阶包含至少三个台阶。

13.根据权利要求11所述的光学装置，其中每个台阶具有在1纳米和1微米之间的高度。

14.根据权利要求11所述的光学装置，其中每个台阶具有在1纳米和1微米之间的厚度。

15.根据权利要求11所述的光学装置，其中每个台阶从邻接的台阶延伸在1纳米至1微米之间的距离。

16.根据权利要求11所述的光学装置，其中每个台阶具有相等的深度。

17.根据权利要求11所述的光学装置，其中每个台阶具有相等的宽度。

18.根据权利要求11所述的光学装置，其中至少一个台阶具有不同的宽度。

19.一种方法，包括以下步骤：

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个台阶包含至少三个台阶，每个台阶从邻接的台阶延伸在1纳米至1微米之间的距离。

技术总结本文实施方式描述一种亚微米3D光学材料结构及用于形成该亚微米3D光学材料结构的方法。在第一实施方式中，提供一种在无需平坦化的情况下在基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法。该方法包括在基板上沉积待被图案化的材料堆叠，在材料堆叠的一部分上沉积并图案化厚掩模材料，将该材料堆叠向下蚀刻一个水平，修整厚掩模材料的侧面部分，将该材料堆叠再向下蚀刻一个水平，重复修整和蚀刻步骤“n”次以上，及从材料堆叠上剥离厚掩模材料。技术研发人员：迈克尔·于-泰克·扬,卢多维克·戈代,罗伯特·简·维瑟,拿玛·阿加曼,克里斯托弗·丹尼斯·本彻,韦恩·麦克米兰受保护的技术使用者：应用材料公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29