构建3D功能性光学材料堆叠结构的方法技术

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】构建3D功能性光学材料堆叠结构的方法
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。
技术介绍
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。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。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
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。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。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。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。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。附图说明为了为可获得及可详细理解本文实施方式的上述特征的方式，可通过参考本文实施方式来获得对上文简述的本专利技术的更特定的描述，这些实施方式在附图中示出。图1图示一组半导体处理设备，该设备适合于在基板上构建3D功能性光学材料堆叠结构。图2A至图2F图示第一方法，该方法用于通过使用表面处理技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。图3A至图3F图示第二方法，该方法用于通过使用材料浸渍技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。图4A至图4C图示第三方法，该方法用于通过使用交替材料对的技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。图5A至图5C图示第四方法，该方法用于通过使用溶胶-凝胶技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。图6图示第五方法，该方法用于在未经平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构。图7A至图7J图示图6的第五方法，用于通过使用重复涂覆和暴露的技术在基板上构建3D功能性光学材料水平结构。图8A至图8E提供在基板上构建3D功能性光学材料水平结构的说明。图9图示用于在未经平坦化的基板上形成亚微米3D光学材料结构的方法。图10A至图10G图示图9的方法，用于制造对称3D光学结构。图11A至图11E图示用于制作具有一个或多个侧面阶梯式3D光学结构的方法。图12A至图12C提供在图10A至图10G的方法中形成的对称3D光学结构的说明。图13A至图13C提供图11A至图11E的方法中形成的具有一个或多个阶梯式侧面的3D光学结构的说明。图14图示形成在衍射光学元件上的3D光学材料水平结构的另一实施方式，该衍射光学元件通过使用重复涂覆和暴露的技术而形成，该3D光学材料水平结构中具有间隙。图15A至图15I图示用于通过使用修整蚀刻技术在基板上构建可完全定制的3D功能性光学材料水平结构的方法。图16图示用于在基板上通过使用如图7A至图7J中所示的重复涂覆和暴露的技术来形成亚微米3D光学材料结构的方法。为利于理解上述实施方式，已尽可能使用相同附图标记来指示附中共用的相同元件。设想一个实施方式的元件及特征可以有利方式并入其他实施方式，无需进一步详述。然而，应注意，附图仅图示了示例性实施方式，因此不应视为对本专利技术范围的限制，因为本专利技术可允许其他同等有效的实施方式。具体实施方式从十九世纪起就使用衍射光学元件。近年来，光学装置研究进展实现了在仿真及小批量制造方面都可以使用亚波长及亚微米衍射光学装置的光操纵。这些纳米天线可改变光的相位、振幅及极化。基于Pancharatnam-Berry效应或其他支柱的元表面(Meta-surface)是一种实施方式，由高深宽比介电柱制成。由纳米圆盘制成的米氏或惠更斯共振器是另一实施方式，并且等离子体共振可为另一实施方式。然而，无论是经由严格的沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在无需平坦化的情况下在衍射光学元件上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：/nA)在基板上沉积材料堆叠，该材料堆叠待被图案化；/nB)在该材料堆叠的一部分上沉积并图案化掩模材料；/nC)将该材料堆叠向下蚀刻一个水平；/nD)修整该掩模材料的侧面部分；/nE)将该材料堆叠再向下蚀刻一个水平；/nF)重复步骤D和步骤E“N”次；及/nG)从该材料堆叠剥离该掩模材料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180306 US 62/639,4751.一种用于在无需平坦化的情况下在衍射光学元件上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
A)在基板上沉积材料堆叠，该材料堆叠待被图案化；
B)在该材料堆叠的一部分上沉积并图案化掩模材料；
C)将该材料堆叠向下蚀刻一个水平；
D)修整该掩模材料的侧面部分；
E)将该材料堆叠再向下蚀刻一个水平；
F)重复步骤D和步骤E“N”次；及
G)从该材料堆叠剥离该掩模材料。


2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
沉积并利用光刻图案化阻挡层，该阻挡层经构造以抵抗该材料堆叠的蚀刻。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，响应于该阻挡材料的该图案化，该方法进一步包含以下步骤：
对该阻挡层进行显影，并移除未图案化的材料。


4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
剥离该阻挡层。


5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
将被蚀刻的该材料堆叠用作母版，以用于在光学材料或堆叠中压印被蚀刻的该材料堆叠的相反形状。


6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：
在一个或多个蚀刻操作中跳过该掩模材料的该侧面的该修整。


7.一种用于在无需平坦化的情况下在衍射光学元件上形成亚微米3D光学材料结构的方法，该方法包含以下步骤：
A)利用材料的第一层涂覆基板；
B)利用光刻技术暴露该材料以产生第一图案；
C)固化暴露的该材料；
D)利用该材料的第二层涂覆该基板；
E)利用该光刻技术暴露该材料以产生第二图案；
F)按需固化暴露的该材料；
G)针对该材料的“N”层重复步骤D至步骤F“N”次，该材料的“N”...

【专利技术属性】
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，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US