(57)【要約】  本明細書に記載の実施形態は、約４５°未満の前面角及び約４５°未満の背面角を有する格子を有する導波管構造を製造する方法に関する。この方法は、基板上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることを含む。ナノインプリントレジストは、硬化プロセスに曝される。スタンプは、解放方法を用いて解放角θでナノインプリントレジストから解放される。ナノインプリントレジストは、アニールプロセスに曝され、基板の表面の第２の平面に対して約４５°未満の前面角α及び背面角βを有する複数の格子を含む導波管構造を形成する。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管構造製造方法であって、
基板の表面上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることであって、前記スタンプが、
前記スタンプの裏側表面の第１の平面に対する約４５°以上の逆前面角α、
前記第１の平面に対する約４５°以上の逆背面角β、及び
第１の寸法
を有する複数の逆格子を含む、スタンプをインプリントすることと、
前記ナノインプリントレジストを硬化プロセスに曝すことと、
解放方法を使用して、前記スタンプを前記ナノインプリントレジストから解放角θで解放することと、
導波管構造を形成するために、前記ナノインプリントレジストをアニールプロセスに曝すことであって、前記導波管構造が、
前記基板の前記表面の第２の平面に対する約４５°未満の前面角α、
前記第２の平面に対する約４５°未満の背面角β、及び
第３の寸法
を有する複数の格子を含む、前記ナノインプリントレジストをアニールプロセスに曝すことと
を含む方法。
【請求項２】
前記硬化プロセスは、前記ナノインプリントレジストが解放状態に達するまで、前記ナノインプリントレジストを電磁放射に曝露することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スタンプが、解放角θ’で剥離することによって除去されるように、粘着防止表面処理コーティングの単層でコーティングされる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記解放角θ’で前記ナノインプリントレジストから前記スタンプを剥離する前記解放方法が、複数の遷移格子を形成し、前記複数の遷移格子が、
前記基板の前記表面の前記第２の平面に対する遷移前面角α’、
前記第２の平面に対する遷移背面角β’、及び
第２の寸法
を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記スタンプが、機械的強度を前記スタンプに加えて、解放角θ’’で前記スタンプを解放するための剛性裏打ちシートを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記解放角θ’’で前記ナノインプリントレジストから前記スタンプを持ち上げる前記解放方法が、複数の遷移格子を形成し、前記複数の遷移格子が、
前記基板の前記表面の前記第２の平面に対する遷移前面角α’’、
前記第２の平面に対する遷移背面角β’’、及び
第２の寸法
を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ナノインプリントレジストが、約３０℃から約８０℃の硬化温度に達したときに、前記解放状態にある、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノインプリントレジストが、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、並びにハイブリッド（有機及び無機）のナノインプリント可能な材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ナノインプリント可能な材料が、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）含有材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノインプリントレジストがゾルゲル溶液を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アニールプロセスは、前記ナノインプリントレジストがアニール状態に達するまで、前記ナノインプリントレジストを電磁放射に曝露することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノインプリントレジストが、約１５０℃から約２５０℃のアニール温度に達するとアニール状態になる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノインプリントレジストが、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディングプロセス、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）プロセス、又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して、前記基板の前記表面上に堆積される、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
導波管構造製造方法であって、
基板の表面上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることであって、前記スタンプが、
前記スタンプの裏側表面の第１の平面に対する約４５°以上の逆前面角α、
前記第１の平面に対する約４５°以上の逆背面角β、及び
第１の寸法
を有する複数の逆格子を含む、スタンプをインプリントすることと、
前記ナノインプリントレジストが解放状態になるように、前記ナノインプリントレジストを硬化プロセスに曝すことと、
前記解放状態で前記ナノインプリントレジストから前記スタンプを解放することであって、解放角θ’で前記解放状態において前記ナノインプリントレジストから前記スタンプを剥離して、複数の遷移格子を形成する解放方法を使用することを含み、前記複数の遷移格子が、
前記基板の前記表面の第２の平面に対する遷移前面角α’、
前記第２の平面に対する遷移背面角β’、及び
第２の寸法
を有する、前記スタンプを解放することと、
アニール状態で前記ナノインプリントレジストから導波管構造を形成することを含むアニールプロセスに、前記ナノインプリントレジストを曝すことであって、前記導波管構造が、
前記基板の前記表面の前記第２の平面に対する約４５°未満の前面角α１、
前記第２の平面に対する約４５°未満の背面角β１、及び
第３の寸法
を有する複数の格子を含む、前記ナノインプリントレジストを曝すことと
を含む方法。
【請求項１５】
導波管構造製造方法であって、
基板の表面上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることであって、前記スタンプが、
前記スタンプの裏側表面の第１の平面に対する約４５°以上の逆前面角α、
前記第１の平面に対する約４５°以上の逆背面角β、及び
第１の寸法
を有する複数の逆格子を含む、スタンプをインプリントすることと、
前記ナノインプリントレジストが解放状態になるように、前記ナノインプリントレジストを硬化プロセスに曝すことと、
前記解放状態で前記ナノインプリントレジストから前記スタンプを解放することであって、解放角θ’’で前記解放状態において前記ナノインプリントレジストから前記スタンプを持ち上げて、複数の遷移格子を形成する解放方法を使用することを含み、前記複数の遷移格子が、
前記基板の前記表面の第２の平面に対する遷移前面角α’’、
前記第２の平面に対する遷移背面角β’’、及び
第２の寸法
を有する、前記スタンプを解放することと、
アニール状態で前記ナノインプリントレジストから導波管構造を形成することを含むアニールプロセスに、前記ナノインプリントレジストを曝すことであって、前記導波管構造が、
前記基板の前記表面の前記第２の平面に対する約４５°未満の前面角α２、
前記第２の平面に対する約４５°未満の背面角β２、及び
第３の寸法
を有する複数の格子を含む、前記ナノインプリントレジストを曝すことと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、及び複合現実のための導波管コンバイナに関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、ナノインプリントリソグラフィを利用する導波管コンバイナ製造を提供する。
【背景技術】
【０００２】
拡張現実により、ユーザは、眼鏡又は他のヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）デバイスのディスプレイレンズを通して、周囲の環境を今まで通り見ることができ、表示のために生成され、環境の一部として現れる仮想オブジェクトの画像をなおも見ることができる経験が可能となる。拡張現実は、音声及び触覚入力のような任意の種類の入力、並びにユーザが経験する環境を強化又は拡張する虚像、グラフィック及びビデオを含みうる。新たな技術として、拡張現実には多くの課題と設計上の制約がある。
【０００３】
そのような課題の１つは、周囲環境上に重ね合わされた虚像を表示することである。導波管コンバイナは、画像の重ね合わせを補助するために使用される。生成された光は、導波管コンバイナに入力結合され、導波管コンバイナを伝搬し、導波管コンバイナから出力結合され、周囲環境上に重ね合わされる。光は、表面レリーフ格子を用いて導波管コンバイナの内外に結合される。入力結合及び出力結合された光の強度は、傾斜角を有する側壁を有する表面レリーフ格子によって制御される。導波管コンバイナは、導波管コンバイナの表面に対して約４５度未満、又は導波管コンバイナの表面の法線に対して約４５度を超える傾斜角を有する格子を必要とすることがある。導波管コンバイナ又はナノインプリントリソグラフィのためのマスターとして使用するための導波管構造を製造することは、困難となりうる。
【０００４】
特に、導波管構造の表面に対して約４５度未満の傾斜角を有する格子を有する導波管構造を製造することは、ナノインプリントレジストを損傷することなく、ナノインプリントレジストから約４５度未満の傾斜角を有するナノインプリントリソグラフィスタンプを解放することの難しさ、及び約４５度未満の角度でイオンビームを生成するように角度付きエッチングツールを構成することの難しさに起因して、困難となりうる。
【０００５】
したがって、約４５度以上の傾斜角を有するナノインプリントリソグラフィスタンプを使用して、導波管コンバイナの表面に対して約４５度未満の傾斜角を有する格子を有する導波管構造を形成する方法が、当技術分野で必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
１つの実施形態では、導波管構造製造方法が提供される。この方法は、基板の表面上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることを含む。スタンプは、スタンプの裏側表面の第１の平面に対して約４５°以上の逆前面角α及び逆背面角β、並びに第１の寸法を有する複数の逆格子を含む。ナノインプリントレジストは、硬化プロセスに曝される。スタンプは、解放方法を用いて解放角θでナノインプリントレジストから解放される。ナノインプリントレジストは、アニールプロセスに曝され、基板の表面の第２の平面に対して約４５°未満の前面角α及び背面角β、並びに第３の寸法を有する複数の格子を含む導波管構造を形成する。
【０００７】
別の実施形態では、導波管構造製造方法が提供される。この方法は、基板の表面上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることを含む。スタンプは、スタンプの裏側表面の第１の平面に対して約４５°以上の逆前面角α及び逆背面角β、並びに第１の寸法を有する複数の逆格子を含む。ナノインプリントレジストは、解放状態になるように、硬化プロセスに曝される。スタンプは、解放角θ’で解放状態にあるナノインプリントレジストからスタンプを剥離する解放方法を用いて、解放状態にあるナノインプリントレジストから解放され、基板の表面の第２の平面及び第２の寸法に対して、遷移前面角α’及び遷移背面角β’を有する複数の遷移格子を形成する。ナノインプリントレジストは、アニールプロセスに曝され、基板の表面の第２の平面に対して約４５°未満の前面角α１及び背面角β１、並びに第３の寸法を有する複数の格子を含む導波管構造を、アニール状態でナノインプリントレジストから形成する。
【０００８】
更に別の実施形態では、導波管構造製造方法が提供される。この方法は、基板の表面上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることを含む。スタンプは、スタンプの裏側表面の第１の平面に対して約４５°以上の逆前面角α及び逆背面角β、並びに第１の寸法を有する複数の逆格子を含む。ナノインプリントレジストは、解放状態になるように、硬化プロセスに曝される。スタンプは、解放角θ’’で解放状態にあるナノインプリントレジストからスタンプを持ち上げる解放方法を用いて、解放状態にあるナノインプリントレジストから解放され、基板の表面の第２の平面及び第２の寸法に対して、遷移前面角α’’及び遷移背面角β’’を有する複数の遷移格子を形成する。ナノインプリントレジストは、アニールプロセスに曝され、基板の表面の第２の平面に対して約４５°未満の前面角α２及び背面角β２、並びに第３の寸法を有する複数の格子を含む導波管構造を、アニール状態でナノインプリントレジストから形成する。
【０００９】
本開示の上述の特徴が詳細に理解できるように、上記で概説した本開示のより具体的な説明が実施形態を参照することにより得られ、それら実施形態のいくつかが添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、従って、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではなく、その他の等しく有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】１つの実施形態による、導波管コンバイナの正面斜視図である。
【図２】１つの実施形態による、導波管コンバイナを形成するための方法のフロー図である。
【図３】１つの実施形態による、導波管コンバイナを形成するための方法のフロー図である。
【図４Ａ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｂ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｃ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｄ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｅ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｆ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｇ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｈ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｉ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【図４Ｊ】１つの実施形態による、導波管コンバイナの一部の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号を使用した。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると想定される。
【００１２】
本明細書に記載の実施形態は、約４５°未満の前面角及び約４５°未満の背面角を有する格子を有する導波管コンバイナを製造する方法に関する。この方法は、基板上に配置されたナノインプリントレジストにスタンプをインプリントすることを含む。ナノインプリントレジストは、硬化プロセスに曝される。スタンプは、解放方法を用いて解放角θでナノインプリントレジストから解放される。ナノインプリントレジストは、アニールプロセスに曝され、基板の第２の平面に対して約４５°未満の前面角α及び背面角βを有する複数の格子を含む導波管構造を形成する。
【００１３】
図１は、導波管コンバイナ１００の正面斜視図である。後述する導波管コンバイナ１００は、例示的導波管コンバイナであると理解すべきである。導波管コンバイナ１００は、複数の格子１０８によって画定される入力結合領域１０２と、複数の格子１１０によって画定される中間領域１０４と、複数の格子１１２によって画定される出力結合領域１０６とを含む。入力結合領域１０２は、マイクロディスプレイから、強度を有する光（虚像）の入射ビームを受け取る。複数の格子１０８の各格子は、入射ビームを複数のモードに分割し、各ビームはモードを有する。０次モード（Ｔ０）ビームは、導波管コンバイナ１００で屈折して戻されるか又は失われ、正の１次モード（Ｔ１）ビームは、導波管コンバイナ１００を通して中間領域１０４に結合され、負の１次モード（Ｔ−１）ビームは、Ｔ１ビームとは反対方向に導波管コンバイナ１００内を伝搬する。理想的には、入射ビームは、虚像を中間領域１０４に向けるために、入射ビームの強度の全てを有するＴ１ビームに分割される。入射ビームの強度の全てを有するＴ１ビームに入射ビームを分割する１つの手法は、Ｔ−１ビーム及びＴ０ビームを抑制するために、複数の格子１０８の各格子の傾斜角を最適化することである。Ｔ１ビームは、中間領域１０４内の複数の格子１１０に接触するまで、導波管コンバイナ１００を通して全内部反射（ＴＩＲ）を受ける。入力結合領域１０２の一部は、Ｔ−１ビーム及びＴ０ビームを抑制するために、導波管コンバイナの表面に対して約４５°未満の傾斜角を有する格子１０８を有しうる。
【００１４】
Ｔ１ビームは、複数の格子１１０の１つの格子に接触する。Ｔ１ビームは、導波管コンバイナ１００で屈折して戻される又は失われるＴ０ビーム、Ｔ１ビームが複数の格子１１０の別の格子に接触するまで中間領域１０４でＴＩＲを受けるＴ１ビーム、及び導波管コンバイナ１００を通して出力結合領域１０６に結合されるＴ−１ビームに分割される。中間領域１０４でＴＩＲを受けたＴ１ビームは、導波管コンバイナ１００を介して中間領域１０４に結合されたＴ１ビームの強度が空乏化するか、中間領域１０４を伝搬する残りのＴ１ビームが中間領域１０４の端に到達するまで、複数の格子１１０のいくつかの格子に接触し続ける。複数の格子１１０は、出力結合領域１０６に結合されたＴ−１ビームの強度を制御して、マイクロディスプレイから生成された虚像の視野をユーザの視点から変調し、ユーザが虚像を見ることができる視野角を増大させるために、導波管コンバイナ１００を通して中間領域１０４に結合されたＴ１ビームを制御するように調整されなければならない。導波管コンバイナ１００を介して中間領域１０４に結合されたＴ１ビームを制御する１つの手法は、出力結合領域１０６に結合されたＴ−１ビームの強度を制御するために、複数の格子１１０の各格子の傾斜角を最適化することである。中間領域１０４の一部は、出力結合領域１０６に結合されたＴ−１ビームの強度を制御するために、約４５°未満の導波管コンバイナの表面に対する傾斜角を有する格子１１０を有しうる。
【００１５】
導波管コンバイナ１００を通して出力結合領域１０６に結合されたＴ−１ビームは、Ｔ−１ビームが複数の格子１１２のうちの１つの格子に接触するまで、導波管コンバイナ１００内でＴＩＲを受け、この場合、Ｔ−１ビームは、導波管コンバイナ１００内で屈折して戻されるか又は失われるＴ０ビーム、Ｔ１ビームが複数の格子１１２の別の格子に接触するまで出力結合領域１０６内でＴＩＲを受けるＴ１ビーム、及び導波管コンバイナ１００から結合されるＴ−１ビームに分割される。出力結合領域１０６でＴＩＲを受けるＴ１ビームは、導波管コンバイナ１００を通して出力結合領域１０６に結合されるＴ−１ビームの強度が空乏化するか、又は出力結合領域１０６を伝搬する残りのＴ１ビームが出力結合領域１０６の端に到達するかのどちらかまで、複数の格子１１２のいくつかの格子に接触し続ける。複数の格子１１２は、導波管コンバイナ１００から連結されたＴ−１ビームの強度を制御して、マイクロディスプレイから生成された虚像の視野をユーザの視点から更に変調し、ユーザが虚像を見ることができる視野角を更に増大させるために、導波管コンバイナ１００を通して出力結合領域１０６に結合されたＴ−１ビームを制御するように調整されなければならない。導波管コンバイナ１００を通して出力結合領域１０６に結合されたＴ−１ビームを制御する１つの手法は、複数の格子１１２の各格子の傾斜角を最適化して視野を更に変調し、視野角を増大させることである。中間領域１０４の一部は、導波管コンバイナの表面に対する傾斜角が約４５°未満の格子１１０を有してもよく、更に、視野を変調し、視野角を増大させる。
【００１６】
導波管コンバイナを製造する１つの既存の方法は、ナノインプリントリソグラフィを利用する。図２は、導波管コンバイナ１００のような導波管コンバイナの導波管構造を形成するための方法２００のフロー図である。工程２０１において、ナノインプリントレジストは、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディングプロセス、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）プロセス、又は原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して、基板の一部の表面上に堆積される。ナノインプリントレジストは、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、並びにハイブリッド（有機及び無機）のナノインプリント可能な材料の少なくとも１つを含み、これらの材料は、酸炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）含有材料のうちの少なくとも１つを含みうる。ナノインプリントレジストの材料は、方法２００から形成される結果として生じる導波管構造の格子の傾斜角、及び基板の屈折率に基づいて、部分的に選択され、光の入力結合及び出力結合を制御し、導波管コンバイナ１００を通る光伝搬を容易にする。
【００１７】
工程２０２では、基板の一部の上に配置されたナノインプリントレジストは、スタンプによってインプリントされる。１つの実施形態では、ナノインプリントレジストは、スタンプがインプリントされる前に加熱される。導波管パターンは、複数の逆格子を有する格子パターンを含む。複数の逆格子の各格子は、スタンプの裏面の第１の平面に対して逆前面角を有し、スタンプの裏面の第１の平面に対して逆背面角を有する。スタンプは、マスターから成形され、溶融シリカ若しくはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）材料などの半透明な材料、又はガラス材料若しくはプラスチック材料などの透明な材料から作られてもよく、赤外線（ＩＲ）放射又は紫外線（ＵＶ）放射などの電磁放射への露光によってナノインプリントレジストを硬化させることができる。１つの実施形態では、スタンプは、スタンプに機械的強度を加えるために、ガラスのシートなどの剛性裏打ちシートを含む。工程２０３では、基板の表面上のナノインプリントレジストを硬化させて、ナノインプリントレジストを安定化させる。工程２０４では、スタンプが解放される。得られた導波管構造は、複数の逆格子に対応する複数の格子を含み、よって、複数の格子の各格子は、基板の表面の第２の平面に対する勾配角又は傾斜角としても知られる前面角、及び表面の第２の平面に対する勾配角又は傾斜角としても知られる背面角を有する。１つの実施形態では、基板の一部の導波管構造は、導波管コンバイナ１００の入力結合領域１０２、中間領域１０４、及び／又は出力結合領域１０６に対応する。
【００１８】
約４５°未満の前面角、約４５°未満の背面角、並びに格子高さ、残留層高さ、格子上部幅、及び格子底部幅などの調整された寸法を有する格子を含む導波管構造を製造することは、約４５°未満の逆の前面角及び背面角を有する逆格子を含むスタンプでは困難でありうる。約４５°未満の逆前面角、約４５°未満の逆背面角、及び高アスペクト比（逆格子高さ対逆格子幅の比）を有する逆格子を含むスタンプをナノインプリントレジストにインプリントし、レジストを硬化させる場合、結果として生じる導波管構造は、重なり合う格子を有する可能性があり、格子の損傷なしにスタンプを除去することが実現できなくなる。例えば、アスペクト比は、約２：１から約３：１でありうる。
【００１９】
図３は、図４Ａ−４Ｆに示される導波管構造４００を形成するための方法３００のフロー図である。１つの実施形態では、導波管構造４００は、導波管コンバイナ１００の入力結合領域１０２、中間領域１０４、及び／又は出力結合領域１０６に対応する。工程３０１では、図４Ａに示すように、ナノインプリントレジスト４０８が、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディングプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用して、基板４０４の一部４０２の表面４０６上に堆積される。ナノインプリントレジストは、ＳｉＯＣ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＶＯｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、及び二酸化ジルコニウムＺｒＯ２含有材料を含む、ＳＯＧ、流動性ＳＯＧ、有機、無機、及び／又はハイブリッド有機及び無機のナノインプリント可能な材料のうちの少なくとも１つを含みうる。ナノインプリントレジストの材料は、方法３００によって形成される導波管構造４００の複数の格子の前面角、背面角、及び調整された寸法に基づいて選択される。１つの実施形態では、ナノインプリントレジストは、ＳｉＯ２、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、ＺｒＯ２、又はＴｉＯ２含有材料を含みうる、ある割合のゾルゲル溶液を含む。
【００２０】
工程３０２では、スタンプ４１０が、ナノインプリントレジスト４０８にインプリントされる。１つの実施形態では、ナノインプリントレジスト４０８は、スタンプ４１０がインプリントされる前に予熱温度まで加熱される。予熱温度は、ナノインプリントレジスト４０８中の溶媒の蒸発を促進する温度である。１つの実施形態では、予熱温度は約５０℃から約６０℃である。スタンプ４１０は、複数の逆格子４１４を有する。スタンプ４１０は、マスターから成形され、溶融シリカ若しくはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）材料などの半透明な材料、又はガラス材料若しくはプラスチック材料などの透明な材料から作られてもよく、赤外線（ＩＲ）放射又は紫外線（ＵＶ）放射などの電磁放射への露光によってナノインプリントレジストを硬化させることができる。１つの実施形態では、スタンプ４１０は、フッ素化コーティングなどの粘着防止表面処理コーティングの単層でコーティングされてもよく、したがって、スタンプ４１０は、解放角θ’で工作機械によって又は手で剥がすことによって機械的に除去することができる。別の実施形態では、スタンプ４１０は、スタンプ４１０に機械的強度を加え、解放角θ’’でスタンプ４１０を解放するために、ガラスのシートなどの剛性裏打ちシートを含む。
【００２１】
図４Ｂに示されるように、スタンプ４１０は、スタンプ４１０の裏側表面４１５の第１の平面４１６に対して、逆前面角α及び逆背面角βを有する複数の逆格子を有する。逆前面角α及び逆背面角βは、約４５°以上である。硬化プロセスから解放状態及びアニールプロセスからアニール状態へのナノインプリントレジスト４０８の収縮を説明し、かつスタンプ４１０の解放方法及び解放角の結果として、解放状態にあるナノインプリントレジスト４０８の前面角及び背面角、並びに第２の寸法の修正を説明するため、複数の逆格子４１４は、高さｈ、ピッチｐ、格子上部幅ｗｔ、及び格子底部幅ｗｂの第１の寸法を有している。１つの実施形態では、ナノインプリントレジスト４０８は、２０％収縮しうる。ナノインプリントレジスト４０８を収縮させることによって、ナノインプリントレジスト４０８の屈折率が増加しうる。マスターは、マスターから成形されたスタンプ４１０が、高さｈ、ピッチｐ、格子上部幅ｗｔ、及び格子底部幅ｗｂを有する複数の逆格子４１４を有するようなパターンを有する。高さｈは、逆格子上部４１８から逆格子底部４２０までの高さである。格子上部幅ｗｔは逆格子上部４１８の幅であり、格子下部幅ｗｂは逆格子底部４２０の幅である。ピッチｐは、逆格子上部４１８の第１のエッジ４２２間の距離である。
【００２２】
工程３０３では、ナノインプリントレジスト４０８が硬化プロセスに曝される。硬化プロセスの前に、ナノインプリントレジスト４０８は、ゲル状態としても知られるグリーン状態にあり、これは、有機バインダがナノインプリントレジスト４０８中に存在することを意味する。硬化プロセスは、ナノインプリントレジストが剥離状態に達するまで、赤外線（ＩＲ）放射又は紫外線（ＵＶ）放射などの電磁放射にナノインプリントレジスト４０８を曝露することを含む。解放状態において、ナノインプリントレジスト４０８は、なおもグリーン状態にありうるため、ナノインプリントレジスト４０８は、解放方法及びスタンプ４１０の解放角の結果として前面角α’並びに背面角β’及びナノインプリントレジスト４０８の寸法が修正されるように、可鍛性である。しかしながら、解放状態では、有機バインダの量は減少している。ナノインプリントレジスト４０８は、ナノインプリントレジスト４０８が解放状態に対応する硬化温度に達したときには、解放状態にある。１つの実施形態では、硬化温度は約３０℃から約８０℃である。
【００２３】
工程３０４では、スタンプ４１０は、解放状態でナノインプリントレジスト４０８から解放される。図４Ｃに示すように、スタンプ４１０は、解放状態でナノインプリントレジスト４０８から基板４０４の表面４０６の第２の平面４３８に対して解放角θ’で剥離される。１つの実施形態では、スタンプ４１０は、解放角θ’で工作機械によって機械的に剥離される。別の実施形態では、スタンプ４１０は、解放角θ’で、手で剥離される。他の実施形態では、解放角θ’は、約０°から約１８０°である。１つの実施形態では、スタンプ４１０は、第１の端４２４及び第２の端４２６から、又は第２の端４２６から第１の端４２４へと剥離される。例えば、第１の端４２４から第２の端４２６への剥離は、より低い前面角及び背面角をもたらし、第２の端４２６から第１の端４２４への剥離は、より高い前面角及び背面角をもたらしうる。別の実施形態では、スタンプは、格子線方向４４２に沿って剥離される。格子線方向４４２に沿った剥離は、パターンの崩壊を低減する。解放角θ’で剥離されたスタンプ４１０の後に、ナノインプリントレジスト４０８の前面角、背面角、及び寸法が修正される。解放状態のナノインプリントレジスト４０８は、前面角α’及び背面角β’を有する複数の遷移格子４１２を有する。複数の遷移格子４１２は、遷移高さｈ’、遷移ピッチｐ’、遷移格子上部幅ｗｔ’、遷移格子底部幅ｗｂ’、及び遷移残留層高さｒ’を有する第２の寸法を有する。前面角α’及び背面角β’は、基板４０４の表面４０６の第２の平面４３８に対するものである。遷移残留層高さｒ’は、基板４０４の表面４０６から残留層４２８の上部４３０までの高さである。遷移高さｈ’は、格子上部４３２から格子底部４３４までの高さである。遷移格子上部幅ｗｔ’は、格子上部４３２の幅であり、遷移格子底部幅ｗｂ’は、格子底部４３４の幅である。遷移ピッチｐ’は、格子上部４３２の第１のエッジ４３６間の距離である。１つの実施形態では、前面角α’及び背面角β、遷移高さｈ’、遷移格子上部幅ｗｔ’、遷移格子底部幅ｗｂ’、及び遷移残留層高さｒ’は、スタンプ４１０の硬化プロセス及び解放から調整される。
【００２４】
図４Ｄに示されるように、スタンプ４１０は、解放状態において、ナノインプリントレジスト４０８から基板４０４の表面４０６の第２の平面４３８に対して解放角θ’’で持ち上げられる。１つの実施形態では、スタンプ４１０は、工作機械によって、解放角θ’’で機械的に持ち上げられる。別の実施形態では、スタンプ４１０は、解放角θ’’で、手で持ち上げられる。いくつかの実施形態では、解放角θ’’は、約０°から約１８０°である。約９０°未満の第２の平面４３８に対する解放角θ’’は、より高密度の格子をもたらすだろう。スタンプ４１０が解放角θ’’で持ち上げられた後に、ナノインプリントレジスト４０８の前面角、背面角、及び寸法が修正される。解放状態にあるナノインプリントレジスト４０８は、前面角α’’及び背面角β’’、遷移高さｈ’’、遷移ピッチｐ’’、遷移格子上部幅ｗｔ’’、遷移格子底部幅ｗｂ’’、及び遷移残留層高ｒ’’を有する複数の遷移格子４１２を有する。１つの実施形態では、剥離からの垂直力が複数の遷移格子４１２に影響を与えるよう制御されうる際には、剥離からの遷移格子４１２の前面角、背面角、及び第２の寸法、並びに持ち上げからの遷移格子４１２の前面角、背面角、及び第２の寸法は異なる。１つの実施形態では、前面角α’’及び背面角β’’、遷移高さｈ’’、遷移格子上面幅ｗｔ’’、遷移格子底部幅ｗｂ’’、及び遷移残留層高さｒ’’は、スタンプ４１０の硬化プロセス及びリリースから調整される。
【００２５】
工程３０５では、導波管構造４００は、ナノインプリントレジスト４０８をアニールプロセスに曝すことによって形成される。アニールプロセスは、ナノインプリントレジストがアニール状態に達するまで、赤外線（ＩＲ）放射又は紫外線（ＵＶ）放射などの電磁放射にナノインプリントレジスト４０８を曝露することを含む。アニール状態では、ナノインプリントレジスト４０８は、剛性があるため、柔軟ではなく、グリーン状態にない。ナノインプリントレジスト４０８は、アニール状態に対応するアニール温度に達すると、アニール状態になる。１つの実施形態では、アニール温度は約１５０℃から約２５０℃である。アニールプロセスは、ナノインプリントレジスト４０８の体積を減少させる。したがって、図４Ｅに示されるように、スタンプ４１０を解放角θ’で剥離することによって形成される導波管構造４００は、前面角α１及び背面角β１を有する複数の格子４４０を有する。複数の格子４４０は、高さｈ１、ピッチｐ１、格子上部幅ｗｔ１、格子底部幅ｗｂ１、及び残留層高さｒ１を有する第３の寸法を有する。１つの実施形態では、前面角α１及び背面角β１、高さｈ１、格子上面幅ｗｔ１、格子底部幅ｗｂ１、及び残留層高さｒ１は、アニールプロセスから調整される。図４Ｆに示されるように、スタンプ４１０を解放角θ’’で持ち上げることによって形成される導波管構造４００は、前面角α２及び背面角β２を有する複数の格子４４０を有する。複数の格子４４０は、高さｈ２、ピッチｐ２、格子上部幅ｗｔ２、格子底部幅ｗｂ２、及び残留層高さｒ２を有する第３の寸法を有する。１つの実施形態では、前面角α２及び背面角β２、高さｈ２、格子上面幅ｗｔ２、格子底部幅ｗｂ２、及び残留層高さｒ２は、アニールプロセスから調整される。別の実施形態では、剥離からの複数の格子４４０の前面角、背面角、及び寸法、並びに持ち上げからの遷移格子４１２の前面角、背面角、及び寸法は異なる。前面角α１、背面角β１、前面角α２、及び背面角β２は、約４５°未満である。別の実施形態では、前面角α１及び背面角β１は、約３２°から約３７°である。更に別の実施形態では、前面角α２及び背面角β２は、３７°未満、例えば約３２°から約３７°である。
【００２６】
別の実施形態では、工程３０４の後及び工程３０５の前に、図４Ｇ及び図４Ｈに示されるように、複数の遷移格子４１２の各遷移格子の間に裏込め材料４０１が堆積される。材料４０１は、ナノインプリントレジスト４０８の第１の屈折率に実質的に釣り合うか又はそれよりも大きい第２の屈折率を有する。裏込め材料４０１は、ＳｉＯＣ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＶＯｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、及びＺｒＯ２含有材料のうちの少なくとも１つといった、ＳＯＧ、流動性ＳＯＧ、有機のナノインプリント可能な材料、無機のナノインプリント可能な材料、並びにハイブリッド（有機及び無機）のナノインプリント可能な材料のうちの少なくとも１つを含む。裏込め材料４０１は、液体材料注入キャスティングプロセス、スピンオンコーティングプロセス、液体スプレーコーティングプロセス、ドライパウダーコーティングプロセス、スクリーン印刷プロセス、ドクターブレーディングプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用して、複数の遷移格子４１２の各遷移格子間に堆積されうる。図４Ｉ及び図４Ｊに示されるように、ナノインプリントレジスト４０８は、実質的に釣り合った第１の屈折率及び第２の屈折率のため、裏込め材料４０１と共にアニールプロセスに曝される。裏込め材料４０１は、スタンプ４１０を剥離することによって形成される導波管構造４００の複数の格子４４０の前面角α１及び背面角β１を減少させるために、複数の遷移格子４１２に更に応力を加える。裏込め材料４０１は、スタンプ４１０を持ち上げることによって形成される導波管構造４００の前面角α２及び背面角β２を減少させるために、複数の遷移格子４１２に更に応力を加える。
【００２７】
まとめると、約４５°未満の前面角、約４５°未満の背面角、及び調整された寸法を有する格子を備えた導波管コンバイナを製造する方法が、本明細書に記載される。スタンプは、逆前面角α、逆背面角β、及び寸法を有する複数の逆格子を有し、硬化プロセス及びアニールプロセスからのナノインプリントレジストの体積の減少を説明し、解放状態におけるナノインプリントレジストの前面角及び背面角、並びに寸法の修正を説明する。スタンプの解放方法及び解放角の結果として、導波管コンバイナの複数の格子は、４５°未満の前面角、４５°未満の背面角、及び調整された寸法を有する。
【００２８】
上記は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の他の実施例及び更なる実施例が、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
2021525456.tif 000004
【図３】
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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４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【国際調査報告】
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