JP2024500076A - 回折型光学素子の回折格子のマスターテンプレートおよびスタンプの製造方法、マスターテンプレート、およびスタンプ - Google Patents

Abstract

回折型光学素子の回折格子のマスターテンプレート（２０）の製造方法。材料（２００）の層（２５０）は、プレート（２０２）の穿孔（２０４）を通してマスターテンプレート（１８０）の基板（１０８）上に堆積され、穿孔（２０４）の断面領域は、プレート（２０２）内の穿孔（２０４）の位置に依存し、プレート（２０２）と基板（１０８）は、ゼロでない距離（Ｄ）だけ離間されている。基板（１０８）上の少なくとも１つの層（２５０）の高さは、穿孔（２０４）の面積の変化に応じて変化する。凸状構造（１８０）は、領域から少なくとも１つの層（２５０）を除去することによって基板（１０８）上に形成され、結果として、凸状構造（１８０）間に凹状構造（１８２）が生じる。凸状構造（１８０）のフィルファクターおよび高さは、比例するように作製され、同時に、凸状・凹状構造（１８０、１８２）は、回折格子（９０４）の溝部（９０２）および隆起部（９００）と関係を有し、関係は、比例性に依存する。

Description

本発明は、回折型光学素子の回折格子のマスターテンプレート（原版）およびスタンプの製造方法、マスターテンプレート、およびスタンプに関するものである。

拡張現実（ＡＲ）アイウェア用の回折型光学素子（ＤＯＥ）ベースの光結合器は、通常、回折格子などのナノ構造を備える。光結合器の光学性能を最適化するには、ナノ構造の変調が必要である。これらの変調は、フィーチャ形状変調、フィーチャサイズ変調、または高さ変調とすることができる。これらはすべて、光結合器のための最適な設計パラメータを達成するために使用できる。

複製プロセスにおいて、目標は、マスターテンプレート上のＤＯＥパターンを別のウェハにコピーすることである。複製は、後に光学素子として機能する永久層に行うことができる。第１のケースでは、マスターテンプレートの変調ナノ構造が永久層に直接転写される。形状、フィーチャサイズ、高さの変調などの変調が必要な場合、それらはマスターテンプレート内に存在する必要がある。

パターンが最初にパターニングされた犠牲層からウェハ上に堆積された永久層（複数可）に転写される場合、最終層の高さの変調は、堆積段階で行うことができる。犠牲層は、例えばスピンコーティングによって堆積され、ウェハ上にわたって均一な膜厚が得られる。しかしながら、フィーチャの形状またはフィーチャサイズの変調が必要な場合は、構造を完全に充填するために、異なるフィーチャサイズが要求する異なる体積を考慮する必要がある。これにより、実際の構造の下の非構造層の厚さにばらつきが生じる。これにより、パターン転写プロセスが、大幅に困難になるか、場合によっては完全に不可能になる。異なるフィーチャサイズの異なる体積要件を補償するには、次の２つの選択肢がある。ｉ）マスターパターンにローカルリザーバを追加して、犠牲材料の余分な体積を消費する。ｉｉ）マスター内の異なるフィーチャサイズの高さを変調して、体積差を補償する。前者は、光結合器の性能に悪影響を与える可能性があるため、後者が推奨される。しかしながら、この後者の選択肢を選択すると、リソグラフィーとエッチングのプロセスを複数回繰り返すなど、マスターテンプレートの製造が大幅に複雑になり、これは次いで、追加のすべてのプロセスステップで１００％未満の歩留まりが発生するため、マスタリングプロセスの歩留まりに悪影響を与える可能性がある。また、プロセスステップが追加されるたびに、汚染および望まない粒子が増加してマスター全体の品質が低下するリスクが高まる。

したがって、改善が待ち望まれているであろう。

本発明は、ＤＯＥのナノ構造の製造プロセスで使用されるマスターテンプレートおよびスタンプに関連する改良を提供することを目的とする。

本発明は、独立請求項によって定義される。実施形態は、従属請求項で定義される。

本発明の例示的な実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。

ＡＲアイウェアの例を示す。 ＡＲアイウェアの例を示す。 従来技術のプレスプロセスの一例を示す。 堆積プロセスの一例を示す。 穿孔を有するプレートの一例を示す。 穿孔を有するプレートを通して基板上に堆積された固体材料の層の一例を示す。 層上のパターニングされたレジストまたはエッチングマスクの一例を示す。 基板上の凸状構造の分布の一例を示す。 互いに正比例するフィルファクターと凸状構造の高さを有するマスターテンプレートまたはスタンプの一例を示す。 互いに反比例するフィルファクターと凸状構造の高さを有するマスターテンプレートの一例を示す。 拡張現実アイウェアの回折格子のスタンプを製造する方法のフローチャートの一例を示す。 光学部品のプリフォームのポリマーにスタンプを押し付ける製造方法の段階の一例を示す。 残留層が除去された後の、光学部品のプリフォームのハードマスク上のポリマーの層の一例を示す。 ハードマスクを備えたグレーディングの一例を示す。 ハードマスクを除去した後のグレーディングの一例を示す。 は、光学部品の製造方法のフローチャートの一例を示す。

以下の実施形態は、単なる例である。明細書では複数の箇所で「一」実施形態に言及する場合があるが、これは必ずしも、そのような各々の言及が同じ実施形態（複数可）に対するものであること、またはその構成が単一の実施形態にのみ適用されることを意味するものではない。異なる実施形態の単一の構成を組み合わせて、他の実施形態を提供することもできる。さらに、「備える」および「含む」という言葉は、記載された実施形態を述べられた構成のみからなるように限定するものではないと理解されるべきであり、そのような実施形態は、具体的に述べられていない構成／構造も含むこともできる。それらの組み合わせが構造的または論理的な矛盾をもたらさない限り、実施形態のすべての組み合わせが可能であると考えられる。

図は様々な実施形態を示しているが、それらは一部の構造および／または機能的なエンティティのみを示す簡略化された図であることに留意すべきである。図に示されている接続は、論理接続または物理接続を指す場合がある。記載された装置が、図および本文に記載されたもの以外の他の機能および構造も備えることができることは、当業者には明らかである。測定および／または制御に使用されるいくつかの機能、構造、および信号伝達の詳細は、実際の発明とは無関係であることを理解すべきである。したがって、ここでそれらを詳しく説明する必要はない。

本明細書では、高さ変調されたマスターテンプレート、マスターテンプレートに基づくスタンプ、およびそれらの製造方法の概念が提案されている。マスターテンプレートとは、インプリントマスターテンプレートを指す。マスターテンプレートの表面には、回折格子のパターンに対応する微細なパターンがある。また、スタンプは、例えばインプリント法により回折型光学素子を製造するために、その表面に微細パターンを有する（図９Ａ～図９Ｄを参照）。スタンプの微細パターンは、回折格子およびマスターテンプレートの微細パターンに対応し、スタンプの微細パターンは、マスターテンプレートの微細パターンに対して反転したトーンを有し、その逆もまた同様である。回折型光学素子には様々な用途があり得る。一実施形態では、マスターテンプレートが最初に製造され、次にマスターテンプレートに基づいてスタンプが複製される。一実施形態では、スタンプが、マスターテンプレートを使用せずに直接製造される。この方法により、マスターテンプレートとスタンプの構造の高さ変調マップを画定するカスタムの事前定義された厚さプロファイルの堆積が可能になる。

本明細書では、マスターテンプレートとは、スタンプの原型となるテンプレートを指し、マスターテンプレートに基づいてスタンプが作製される。したがって、最初にマスターテンプレートが製造され、次にスタンプが製造され得る。スタンプは、光学素子の回折格子の製造プロセスで使用される。しかしながら、マスターテンプレートも、光学素子の回折格子の製造プロセスにおいて使用することができる。したがって、このような場合、マスターテンプレートもスタンプとみなすことができる。

マスタープレートの製造方法は、２つの主なステップ：ｉ）シャドウマスクと呼ばれ得るプレート２０２を利用した事前に設計された高さマップの堆積、およびｉｉ）事前に定義された高さを備えた制御可能な面内パターンをもたらす前述の層のパターニング、からなる。高さ勾配の堆積は、マスク開口部（すなわち、穿孔２０４）と固体マスク材料との間の比がＸ方向および／またはＹ方向に沿って変化することができる特別に穿孔されたパターンによって実行され、さらに特別なホルダ（すなわち、プレート２０２と基板１０８との間に特定の距離を提供するスペーサ構造２０６）によって実行される（図３を参照）。

図１Ａおよび図１Ｂは、回折型光学素子を適用できるＡＲ（拡張現実）アイウェアの例を示す。しかしながら、回折型光学素子は、より一般的には、回折格子（複数可）によって伝達される情報に加えて環境もまた見ることができる任意のスクリーンで使用することができる。一般的に、回折型光学素子は、光または画像が導波路／光ガイドに結合される、および／または導波路／光ガイドから結合されるＡＲ用途の外にも適用することができる。回折型光学素子は、ＡＲ、仮想現実（ＶＲ）、および／または複合現実（ＭＲ）用途に適用できる。回折型光学素子は、家庭、余暇、および／または産業用のＡＲ、ＶＲ、またはＭＲにも応用できる。このような例は、コンピュータ、タブレット、および／または携帯用電子機器の画面、および陸上車両（乗用車、バス、貨物自動車、トラックなど）、航空機（飛行機、ヘリコプター、グライダー、飛行船など）、および／または船舶（ボート、船、潜水艦など）の画面／フロントガラスなどである。

アイウェアは、例えば、眼鏡（ｇｌａｓｓｅｓ）、眼鏡（ｓｐｅｃｔａｃｌｅｓ）、またはゴーグルのように見える場合がある。一実施形態では、アイウェアは、例えば、帽子（ｃａｐ）、帽子（ｈａｔ）、ヘルメット、眼鏡（ｓｐｅｃｔａｃｌｅｓ）などのヘッドウェアと接続していてもよい。図１Ａおよび図１Ｂでは、使用者の両眼用のＡＲアイウェアを示しているが、ＡＲアイウェアは、片目のみに使用され得る構造を有していてもよい。

図１Ａにおいて、アイウェアは、少なくとも１つの回折格子１００、１０２、１０４を有する光学素子１０と、画像生成ユニット１２とを備え、画像生成ユニット１２は、次いで、画像源１４および光学部品構成１６を有し得る。光学素子１０は、スタンプを用いて作製可能な回折型光学素子の一例とすることができる。画像生成ユニット１２は、画像（静止画または動画）の可視光を生成し、この可視光は、光学部品構成１６と、導波路１０６の表面上にある回折格子１０２とを介して、可視光の導波路１０６に結合される。図１Ｂでは、導波路１０６は、各々が１つの目１５０、１５２に対応する２つの部分ＡおよびＢを備える。画像生成ユニット１２は、画像の可視光を光学部品構成１６に向けることができ、光学部品構成１６は、光を２つの部分ＡおよびＢに分割することができる。光学的分割の代わりに、アイウェアは、各々が１つの部分ＡおよびＢに対応する２つの画像生成ユニット１２を有してもよい。

一実施形態では、回折格子１００～１０４は導波路１０６のどちらの面にあってもよい。一実施形態では、回折格子１００～１０４のうちの少なくとも１つは、回折格子１００～１０４のうちの他の少なくとも１つとは反対側の導波路１０６の面にあってもよい。

図２は、本明細書の背景技術で説明した問題に加えて、従来技術に関連する問題の一例を示している。スタンプは、凸状構造１８０と凹状構造１８２を有し、凸状構造１８０の高さは一定であるが、この例ではフィルファクターは変化する。全ての凹状構造１８２は、実質的に同じ高さにある。すなわち、スタンプのフィーチャは、凹状構造１８２よりも凸状構造１８０の方が厚い。スタンプの局所フィルファクターＦは、フィーチャの幅ｌｗと周期ｄの比、Ｆ＝ｌｗ／ｄとして決定できる。当業者は、回折格子に言及するときに対応する用語を使用するため、フィルファクターという用語は有用でよく知られている。

図２は、スタンプとは何か、また何に使用されるかを説明するためにも使用できる。スタンプの表面プロファイルは、スタンプと比較してトーン反転したパターンを形成することによって、樹脂などのポリマー１８４に複製される。複製プロセスは、トーンが反転されるインプリントプロセスであり得る反転複製プロセスと考えることができる。

樹脂はハードマスク１９０上にあることができ、ハードマスク１９０は同様に、回折格子材料１９２上にある。最後に、回折格子材料１９２は、光ガイド１９４上にある。ポリマー１８４の残留層１８６の高さＨは、一定ではなく変化する。反転プロセスは、ポリマー１８４がスタンプの凸状構造１８０の間の凹状構造１８４に流入するようにスタンプをポリマー１８４に押し付けるインプリントプロセスであってもよい。スタンプがポリマー１８４から切り離されると、ポリマー１８４は、スタンプの反転表面プロファイルに似ているが、実際には全くそうではない表面プロファイルを有する。すなわち、残留層１８６の高さＨの変化は、スタンプの凹状構造１８２内部のポリマー１８４が占める体積の変化によって引き起こされる。非構造化層（すなわち、残留層１８６）の厚さの変動により、パターン転写プロセスが著しく困難になるか、あるいはおそらく完全に不可能になる。ハードマスク１９０は、例えば、クロム（Ｃｒ）または酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を含むことができるが、これらに限定されない。

図３は、堆積プロセスの一例を示しており、このプロセスは、非構造化層（すなわち、反転複製プロセス中の残留層１８６）の厚さの変動を緩和または排除するために、マスターテンプレート２０またはスタンプ２２の表面プロファイルを形成するために使用することができる。

材料２００は、プレート２０２の穿孔２０４を通して基板１０８上に層２５０として堆積される。マスターテンプレート２０の表面プロファイル（すなわち、層２５０の表面プロファイル）は、堆積後、アイウェアの少なくとも１つの回折格子１００、１０２、１０４を形成するために直接的または間接的に使用することができる。プレート２０２は、基板１０８から非ゼロの距離Ｄに設定される。距離Ｄは、例えばスペーサ構造２０６を使用して設定することができる。プレート２０２は、スペーサ構造２０６によって支持することができる。基板１０８の形状が円形である場合、スペーサ構造２０６は、基板１０８の外側輪郭の周りにあるリングであってもよい。

一実施形態では、プレート２０２と基板１０８との間の非ゼロの距離Ｄが適合され得る。

スペーサ構造２０６を含む構造の全体の厚さは、距離Ｄよりも大きい厚さを有してもよい。スペーサ構造２０６は、円形の外周と、基板１０８の上方のプレート２０２の位置決めを支援し、他の領域に材料２００が堆積するのを防ぐ、円形の開口部、長方形の開口部（複数可）、および／または他のカスタム形状の開口部を備えた内側とを有し得る。したがって、スペーサ構造２０６は、距離Ｄに等しい厚さを有してもよい。スペーサ構造２０６の材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックスなどを含むことができる。一実施形態では、スペーサ構造２０６は、例えば陽極酸化アルミニウムを含むことができる。
一実施形態では、スペーサ構造２０６は、少なくとも１つの調整装置２１０を備え得る。調整装置２１０は、例えば、機械式、電気機械式、油圧式、および／または空気式とすることができる。機械的調整装置は、例えばネジを備えることができる。電気機械式調整装置は、例えば、電気モータと、電気モータによって回転されるネジとを備えることができる。

距離Ｄは、以下：ａ）堆積リアクタの種類、堆積プロセスの性質およびパラメータ、ｂ）プレート２０２の厚さ、ｃ）プレート２０２内における穿孔２０４の高さおよび／又は幅、および穿孔２０４の構造を含むフィーチャサイズ、に応じて考慮することができるパラメータである。また、距離Ｄは、ｄ）マスターテンプレート２０が複製するために直接的または間接的に使用される特定のＤＯＥレイアウト、ｅ）マスターテンプレート２０が複製するために直接的または間接的に使用される基板１０８上のＤＯＥの構成に依存し得る。ここで、ＤＯＥレイアウトとは、可能であり、特定の形状（例えば、長方形、蝶ネクタイ形、三角形など）に依存する異なる回折格子形状が、プレート２０２内の穿孔２０４の異なる構成を必要とする可能性があることを意味する。ＤＯＥの構成は、層２５０の高さプロファイルを調整または制御するために、例えば、高さが変化するいくつかのＤＯＥが互いに対してどのように配置されるかに応じて、様々な選択肢があることを意味する。ＤＯＥのレイアウト、マスターテンプレート２０のレイアウト、およびスタンプ２２のレイアウトは、互いに依存しており、決定的な関係がある。

プレート２０２と基板１０８との間の距離Ｄは、特定の最適値に設定することができる。一実施形態では、距離Ｄは、例えば約５ｍｍとすることができる。距離Ｄが小さすぎると、穿孔２０４のフィーチャが十分に均一にならない可能性があり、層２５０の構造が十分に共形にならない可能性がある。距離Ｄが大きすぎると、局所的な膜厚制御の精度が低下する可能性がある。一実施形態では、プレート２０２は、基板１０８に対して傾斜していてもよい。

一実施形態では、プレート２０２と基板１０８との間の距離Ｄは、プレート２０２の穿孔２０４の面積に依存し得る。一実施形態では、プレート２０２と基板１０８との間の距離Ｄは、プレート２０２の穿孔２０４の最小面積に依存し得る。

一実施形態では、距離Ｄは、プレート２０２の穿孔２０４の面積が小さくなるほど短くなり得る。一実施形態では、プレート２０２の穿孔２０４の平均面積、最大面積、および／または最小面積が小さいほど、距離Ｄは短くなり得る。これに応じて、距離Ｄは、プレート２０２の穿孔２０４の面積が大きくなるほど長くなり得る。このようにして、材料２００は、直接穿孔２０４に重なっていない、または穿孔２０４に面していない基板１０８の領域にも広がることができる。このような広がりにより、次いで基板１０８上に材料２００の少なくとも略均一な、または少なくともかなり／適度に平坦な層２５０が得られる。

一実施形態では、場合に特有であり、図示されていない追加の要素も、スペーサ構造２０６は含むことができる。これらの要素は、ａ）プレート２０２を支持する追加の構成、ｂ）基板２０８の領域、すなわち材料が堆積されるべきではない製造されたＤＯＥ（またはＤＯＥの周囲）の領域に対応する領域を遮蔽するために使用される追加の構成であってもよい。

プレート２０２の材料は、例えば、金属、ガラス、セラミックスなどを含むことができる。一実施形態では、金属は、例えば高純度であり得るステンレス鋼とすることができる。一実施形態では、プレート２０２の厚さは、例えば約０．００１ｍｍ～約１ｍｍとすることができる。一実施形態では、典型的な厚さは、例えば約０．０１ｍｍ～約０．１ｍｍとすることができる。一例では、厚さは、約０．０５ｍｍとすることができる。

一実施形態では、基板１０８およびプレート２０２の直径は、例えば、数十ミリメートルから４５０ｍｍまで変化し得る。一実施形態では、基板１０８およびプレート２０２の直径は、例えば約１００ｍｍとすることができる。堆積システム２０８は、より小さい／より大きい直径の基板１０８に合わせて拡大縮小／修正されるか、または拡大縮小可能とすることができる。

図４Ａの一例に示されるように、穿孔２０４の面積は、プレート２０２内の位置に応じて所定の方法で変化する（すべての穿孔に番号を付けることができないため、図４Ａでは少数の穿孔のみに符号を付している）。穿孔２０４の面積は、断面積を指し、その法線は、プレート２０２を通る穿孔の長手方向軸に平行であり、プレート２０２の表面の法線に平行である。図４Ａの例では、穿孔２０４の面積は、Ｘ軸方向では変化するが、Ｙ軸方向では一定に保たれる。一実施形態では、穿孔２０４の面積は、Ｘ方向とＹ方向の両方で変化し得る。一実施形態では、穿孔２０４の面積は、Ｘ方向またはＹ方向のいずれかでのみ変化し得る。各々が、別の次元に直交する、および／または別の次元から独立した空間範囲と考えることができる次元は、デカルト座標系または極座標系のものとすることができる。

図４Ａは、穿孔およびＸ方向における穿孔２０４の面積の変調の一例を示す。穿孔２０４の形状は、例えば、六角形、円形、長方形、直線形、星形、これらの任意の組み合わせとすることができるが、これらに限定されない。穿孔２０４の形状も、特注することができる。

穿孔２０４を有するプレート２０２は、Ｘ方向、Ｘ方向およびＹ方向における所望の開口対中実面積比またはフィルファクターを満たすように作製することができる。

一実施形態では、固体材料２００は、プレート２０２の穿孔２０４を通過できるようにするために、気体状態または蒸気状態とすることができる流動可能な状態に変えることができる。その後、流動状態にある材料２００は、基板１０８上で層２５０として固化する。

一実施形態では、基板１０８上に堆積するための材料の移動は、例えば蒸発した状態で実行することができる。その後、固体材料２００は蒸気状態にされてもよく、例えば蒸着プロセスにおいて、蒸気は、基板１０８上に、膜構造とすることができる層２５０として凝結される。蒸着は、例えば、スパッタリング、化学蒸着、物理蒸着などを用いて実現できるが、これらに限定されない。

当業者は、堆積システム２０８として使用できる様々な堆積システムおよびプロセスに精通している。固体材料２００は自由に選択することができる。固体材料２００の例は、例えば、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、またはアルミニウムとすることができるが、これらに限定されない。例えば、基板１０８は、ハードマスク１９０またはエッチストップ層で覆われていてもよく、その目的は、固体材料２００の層２５０が、凹状構造１８２までエッチングされるときに、層２５０のエッチングプロセスをハードマスク１９０の表面で停止させ、基板１０８をエッチングから保護することである（図４Ｂ、図４Ｃ、および図５を参照）。

図４Ｂは、プレート２０２の穿孔パターンが基板１０８上の材料２００の層２５０の特定の高さプロファイルにどのように変換することができるかの一例を示す。層２５０内の材料２００の分布は、この例のように直線状であってもよいし、プレート２０２の穿孔２０４のサイズの分布に応じて非直線関数のような任意の形状に従ってもよい。

プレート２０２内のフィーチャの単位セルは、局所的な厚さの高度な制御と層２５０の良好な均一性を提供するのに十分小さくなければならない。最小フィーチャサイズは、他の要素の中でもとりわけプレート２０２の厚さおよび穿孔技術によって制限されるため、一般的に、０．１ｍｍ以下などの薄いマスクが好ましい可能性がある。プレート２０２のフィーチャの必要な解像度およびプレート２０２の厚さは、マスターテンプレート２０、スタンプ２２、および／または製造されたＤＯＥの特定のレイアウトに依存する。

図４Ｃは、材料２００の層２５０上のパターニングされたレジストまたはエッチングマスク層３０２の一例を示す。次いで、凸状構造１８０および凹状構造１８２を含むフィーチャを形成するために、材料２００の層２５０をエッチングすることができる（図５、図６、および図７も参照）。一実施形態では、エッチングは、ドライエッチングを含むことができる。エッチングの代わりに、マスターテンプレート２０またはスタンプ２２のフィーチャは、例えばレーザアブレーションまたは他の適切な従来技術のパターニング方法によって形成されてもよい。

図５の一例に示されるように、マスターテンプレート２０またはスタンプ２２の凸状構造１８０および凹状構造１８２は、こうして固体材料２００の層２５０で作られ、それらのフィルファクターおよび高さは、エッチングマスク層３０２のフィルファクターおよび高さに従う。上で説明したように、エッチング装置または他の適切な従来技術の材料除去装置を含み得る材料除去装置は、層２５０の固体材料２００を凹状構造１８２の位置から除去し、層２５０の固体材料２００を凸状構造１８０の位置に保持することができる。横軸Ｘは一方向の位置を示し、縦軸は高さＨを示す。両方の軸は、任意のスケールである。

図６は、図３～図５に示されるプロセスで作製されるマスターテンプレート２０の一例を示す。このマスターテンプレート２０をスタンプ２２として使用してもよいし、スタンプ２２を作製するためにマスターテンプレート２０を複製してもよい。反転複製プロセスを使用すると、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例するマスターテンプレート２０またはスタンプ２２を得るには、マスターテンプレート２０を偶数回コピーする必要がある。

一実施形態では、２つの異なるフィルファクターが必ずしも凸状構造１８０の異なる高さを有する必要はない可能性があり、またその逆も同様である。しかしながら、凸状構造１８０の異なる高さを有する少なくとも２つの異なるフィルファクターの範囲が存在する一方、フィルファクターの範囲の少なくとも１つは、凸状構造１８０の高さを１つだけ有する。そのように、凸状構造１８０の高さが一定である単一のフィルファクターの範囲が存在し得るが、異なるフィルファクターの範囲は、凸状構造１８０の異なる高さを有する。ここで、任意のフィルファクターの範囲は、マスター、スタンプ、および／または回折格子のフィルファクターのフルスケールの一部である。

図７は、図３～図５に示されるプロセスで作製されるマスターテンプレート２０の一例を示す。このマスターテンプレート２０をスタンプ２２として使用しなくてもよく、スタンプ２２を作製するためにマスターテンプレート２０を複製してもよい。反転複製プロセスを使用すると、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例するスタンプ２２を得るには、マスターテンプレート２０を奇数回コピーする必要がある。

回折型光学素子を製造するためのマスターテンプレート２０は、互いに比例したマスターテンプレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さを有し、凸状・凹状構造１８０、１８２は、回折格子９０４の溝部９０２および隆起部９００と所定の関係を有する。

マスターテンプレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さが比例するということは、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが、互いに正比例してもよく、互いに反比例してもよいこと、およびそれらは、凸状構造１８０の高さを変調して体積差を補償し、反転複製プロセス中の非構造層（すなわち、残留層１８６）の厚さの変化を緩和または排除するために、所定の方法で比例することを意味する。

マスターテンプレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例する場合、フィルファクターの値が増加するにつれて凸状構造１８０の高さの値は増加し、逆もまた同様である。マスターテンプレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例する場合、凸状構造１８０の高さの値が大きいほどフィルファクターも大きな値になり、その逆も同様である。

マスターテンプレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに反比例する場合、フィルファクターの値が増加するにつれて凸状構造１８０の高さの値は減少し、逆もまた同様である。マスターテンプレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例する場合、凸状構造１８０の高さの値が小さいとフィルファクターの値は大きくなり、逆もまた同様である。当業者は、比例性の概念に精通している。すなわち、凸状構造１８０のフィルファクターと高さは、例えば同じ比率を有してもよく、および／またはフィルファクターの変化と凸状構造１８０の高さの変化は、類似または反対であってもよい。同じ比率は、一定の比率であってもよいし、比率が所定の範囲内に留まってもよいし、あるいは凸状構造１８０の高さを変調して体積差を補償するために比率が所定の方法で振舞ってもよい。この比例性はまた、反転複製プロセス中の非構造化層（すなわち、残留層１８６）の厚さの変動を軽減または排除する。

一実施形態では、マスターテンプレート２０は、互いに正比例するマスタープレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さを有し、凸状構造１８０は、回折格子９０４の溝部９０２を生じさせるように構成され、凹状構造１８２は、回折格子９０４の隆起部９００を生じさせるように構成される。

一実施形態では、マスターテンプレート２０は、互いに反比例するマスタープレート２０の凸状構造１８０のフィルファクターと高さを有し、凸状構造１８０は、回折格子９０４の隆起部９００を生じさせるように構成され、凹状構造１８２は、回折格子９０４の溝部９００を生じさせるように構成される。

回折型光学素子を製造するためのスタンプ２２は、同様に、互いに正比例したスタンプ２２の凸状構造１８０のフィルファクターと高さを有し、凸状・凹状構造１８０、１８２は、凸状構造１８０が回折格子９０４の溝部９０２を生じさせるように構成され、凹状構造１８２が回折格子９０４の隆起部９００を生じさせるように構成されるように、回折格子９０４の溝部９０２および隆起部９００と所定の関係を有する。

図８は、拡張現実アイウェアの回折格子のスタンプ２２の製造方法を示す。ステップ８００では、マスターテンプレート２０の基板１０８上に、プレート２０２の穿孔２０４を通して材料２００の少なくとも１つの層２５０を堆積し、穿孔２０４の面積は、プレート２０２内の穿孔２０４の位置に依存し、プレート２０２と基板１０８は互いに非ゼロの距離Ｄだけ離間される。

ステップ８０２では、基板１０６上の少なくとも１つの層２５０の高さは、穿孔２０４の面積の変化に応じて変化させられる。

ステップ８０４では、領域から少なくとも１つの層２５０を除去することによって、凸状構造１８０が基板１０８上に形成され、結果として、凸状構造１８０の間に凹状構造１８２が生じる。

ステップ８０６では、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに比例するように作られるが、凸状・凹状構造１８０、１８２は、回折格子９０４の溝部９０２および隆起部９００との関係を有し、その関係は、比例性に依存している。

一実施形態では、凸状構造１８０のフィルファクターおよび高さは、所定の方法で互いに比例するように作られる。そして、凸状・凹状構造１８０、１８２は、回折格子９０４の溝部９０２および隆起部９００と、それに応じて決定された関係を有する。隆起部９００および溝部９０２は、グレーディング９０４の厚さが溝部９０２において薄くなり、隆起部９００においてグレーディング９０４が溝部９０４よりも厚くなるように決定することができる。

このようにして形成されたマスターテンプレート２０またはスタンプ２２の凸状構造１８０のフィルファクターおよび高さが互いに反比例する場合、ステップ８００～８０６は、実質的に直接的にマスターテンプレート２０またはスタンプ２２をもたらし得る。ステップ８００～８０６は、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例する場合、反転複製する必要があるマスターテンプレート２０を直接生成することができる。

したがって、スタンプ２２を形成するために、次のステップ８０８および８１０のいずれかを実行してもよいか、または実行しなければならない。

ステップ８０８では、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに反比例することに応答して、マスターテンプレート２０が反転複製プロセスに基づいてＭ回（Ｍは奇数）複製される。反転複製プロセスは、マスターテンプレート２０の凸状構造１８０がレプリカの凹状構造１８２となり、マスターテンプレート２０の凹状構造１８２がレプリカの凸状構造１８０となるように、マスターテンプレート２０のプロファイルを反転する。

ステップ８１０では、凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例することに応答して、複製プロセスなしでマスターテンプレート２０からスタンプ２２が形成されるか、または凸状構造１８０のフィルファクターと高さが互いに正比例することに応答して、反転複製プロセスに基づいてマスターテンプレート２０がＮ回（Ｎは偶数）複製される。

一実施形態では、凸状構造１８０のフィルファクターおよび高さは、互いに正比例するようにさせることができる。次いで、凸状構造１８０および凹状構造１８２を、回折格子９０４の溝部９０２および隆起部９００にそれぞれ対応させることができる。

一実施形態では、凸状構造１８０のフィルファクターおよび高さは、互いに反比例するようにさせることができる。次いで、凸状・凹状構造１８０、１８２を、回折格子９０４の隆起部９００および溝部９０２にそれぞれ対応させることができる。

一実施形態では、フィルファクターを反転するために、凸状・凹状構造１８０を反転させた方法でコピーすることができる。また、高さプロファイルも反転できる。凸状・凹状構造１８０、１８２の反転コピーは、回折格子９０４の溝部９０２および隆起部９００の分布およびサイズに対応するように構成されている。

一実施形態では、マスターテンプレート２０の凸状・凹状構造１８０、１８２をポリマー１８４に対して押し付けることによって、凸状・凹状構造１８０を反転させた方法でコピーすることによって、マスターテンプレート２０のコピーを形成することができる。次いで、マスターテンプレート２０のコピー、マスターテンプレート２０に関して反転された表面プロファイルを有するポリマー１８４を含むコピーは、マスターテンプレート２０の反転コピーされた凸状・凹状構造１８０、１８２を含むことができる。マスターテンプレート２０のコピーは、新しいマスターテンプレート２０であってもよいし、スタンプ２２であってもよい。

一実施形態では、層２５０の堆積は、スパッタリング、化学蒸着、および物理蒸着のうちの少なくとも１つによって実行される。

一実施形態では、凸状構造１８０は、回折格子９０４の隆起部９００の位置に対応する位置で基板１０８から固体材料２００の層２５０を除去することによって、基板１０８上に形成される。

一実施形態では、層２５０の高さを二次元での穿孔２０４の面積の変化に基づいて二次元で変化させる。

図９Ａは、スタンプ２２が回折型光学素子のプリフォーム１８８のポリマー１８４に押し付けられる製造方法の段階の一例を示す。回折格子層１９２は、光ガイド１９４上にある。例えば、クロムなどとすることができるハードマスク１９０が、回折格子層１９２上にあり、ポリマー層１８４がハードマスク１９０上にある。層１８４、１９０、１９２、および１９４は、回折型光学素子のプリフォーム１８８を形成する。

ハードマスク１９０は、ポリマーマスクなどのソフトマスクよりも硬いエッチングマスクである。ハードマスク１９０の材料は、例えばクロムとすることができる。ハードマスク１９０は、残留層１８６の除去プロセスがグレーディング層１９２に進み、それに害を及ぼすことを防止する。

互いに正比例する凸状構造１８０のフィルファクターと高さを有するスタンプ２２は、ポリマー１８４の凸状構造１８０’のフィルファクターと高さを互いに反比例させるために、ポリマー層１８４に押し付けられる。スタンプ２２は、マスターテンプレート２０のコピーであってもよいし、マスターテンプレート２０であってもよい。ポリマー１８４は、スタンプ２２に従って分布することができるため、残留層１８６の高さＨは、略一定である。

図９Ｂは、残留層１８６が凸状構造１８０’の間から除去される一例を示す。一実施形態では、残留層１８６の除去は、エッチングによって実行され得る。エッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が含まれ得る。

図９Ｃは、ポリマー１８４の凸状構造１８０’の間のハードマスク１９０を除去することによって、隆起部９００が回折格子層１９２に形成され、したがって隆起部９００が凸状構造１８０’の位置に残る一例を示す。図９Ｃでは、ハードマスク１９０はまだ隆起部９００の頂部にあるように示されているが、ポリマー１８４はすでに除去されている。一実施形態では、回折格子層１９２の隆起部９００は、エッチングによって実施することができる。一実施形態では、回折格子層１９２は、高さの変化を有してもよく、その高さは、層２５０の場合と同様に位置の関数である（図４Ｂ～図５を参照）。

図９Ｄは、ハードマスク１９０が回折格子の隆起部９００の頂部から除去され、（この例では符号１０で示されている）回折型光学素子の回折格子１００、１０２、１０４の最終形状が、その最終形状に近づいているか、またはすでに最終形状に達している一例を示す。ハードマスクは、それ自体当業者に知られている１つまたは複数の適切な酸を用いて除去することができる。追加的または代替的に、ウェットエッチングしてもよい。さらに追加的または代替的に、ハードマスクは、例えばドライエッチングされてもよい。

図１０は、拡張現実アイウェアの光回折格子素子１００、１０２、１０４の製造方法の一例を示す。

ステップ１０００では、凸状構造１８０’のフィルファクターおよび高さは、凸状構造１８０のフィルファクターおよび高さが互いに正比例するスタンプ２２を用いて、回折型光学素子のプリフォーム１８８のハードマスク１９０上のポリマー１８４に成形され、プリフォーム１８８の凸状構造１８０’のフィルファクターおよび高さは、スタンプ２２のフィルファクターおよび高さと反転している。

ステップ１００２では、残留層１８６が凸状構造１８０’の間から除去される。

ステップ１００４では、プリフォーム１８８の光ガイド１９４上にある回折格子層１９２に隆起部９００が作製され、隆起部９００は、スタンプ２２の凹状構造１８２の位置に対応する位置となる。［ｖｔ １０］

任意選択とすることができるステップ１００６では、スタンプ２２は、ポリマー１８４の残留層１８６の高さを制御し得る。一実施形態では、スタンプ２２は、スタンプ２２によるフィルファクターおよび互いに正比例するスタンプ２２の凸状構造１８０の高さに基づいて、ポリマー１８４の残留層１８６が略一定の高さを有するようにすることができる。一実施形態では、スタンプ２２は、ポリマー１８４の残留層１８６を所定の方法で変化させることができ、その変化は比例性に依存する。

このようにして、スタンプ２２の凸状構造１８０は、凸状構造１８０の下の位置でポリマー１８４の体積を移動させる。ポリマー１８４の移動された体積は、凸状構造１８０のサイズに関係する。移動されたポリマー１８４は、スタンプ２２の凹状構造１８２の下にある位置に横に移動し／流れ、凹状構造１８２の下の位置はポリマー１８４の残留層１８６になる。したがって、残留層１８６が一定の高さを有するか、または高さが所定の変化に従うように、凹状構造１８２の下の位置を所望の方法で充填することができる。

構造化マスターテンプレート２０およびスタンプ２２のそのような制御可能な厚さ変調の実現により、例えば拡張現実（ＡＲ）アイウェア内の光結合器として使用される回折型光学素子（ＤＯＥ）の複製において少なくとも２つの利点が可能になる。利点は、次の通りである。ｉ）複製された構造内の異なるフィーチャサイズに必要な体積差を補償するには高さ変調が必要である。ｉｉ）高さ変調を直接使用して、高さ変調パターンを複製されたサンプルに転写できる。

最初の利点は、マスタリングおよび複製プロセスの信頼性と簡素性に関連するのに対し、後者の利点は、高さを変調して製造されたＤＯＥの性能を向上させるために使用できる。

技術の進歩に伴い、本発明の概念が様々な方法で実現できることが当業者には明らかであろう。本発明およびその実施形態は、上記の例示的な実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で変更することができる。

樹脂はハードマスク１９０上にあることができ、ハードマスク１９０は同様に、回折格子材料１９２上にある。最後に、回折格子材料１９２は、光ガイド１９４上にある。ポリマー１８４の残留層１８６の高さＨは、一定ではなく変化する。反転プロセスは、ポリマー１８４がスタンプの凸状構造１８０の間の凹状構造１８２に流入するようにスタンプをポリマー１８４に押し付けるインプリントプロセスであってもよい。スタンプがポリマー１８４から切り離されると、ポリマー１８４は、スタンプの反転表面プロファイルに似ているが、実際には全くそうではない表面プロファイルを有する。すなわち、残留層１８６の高さＨの変化は、スタンプの凹状構造１８２内部のポリマー１８４が占める体積の変化によって引き起こされる。非構造化層（すなわち、残留層１８６）の厚さの変動により、パターン転写プロセスが著しく困難になるか、あるいはおそらく完全に不可能になる。ハードマスク１９０は、例えば、クロム（Ｃｒ）または酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を含むことができるが、これらに限定されない。

Claims (15)

1. 回折型光学素子の回折格子のマスターテンプレート（２０）の製造方法であって、
   前記マスターテンプレート（１８０）の基板（１０８）上に、プレート（２０２）の穿孔（２０４）を通して材料（２００）の少なくとも１つの層（２５０）を堆積させるステップ（８００）であって、前記穿孔（２０４）の断面積は、前記プレート（２０２）内の前記穿孔（２０４）の位置に依存し、前記プレート（２０２）と前記基板（１０８）は、ゼロでない距離（Ｄ）だけ離間されている、前記堆積させるステップ（８００）と、
   前記基板（１０８）上の少なくとも１つの層（２５０）の高さを、前記穿孔（２０４）の前記面積の変化に応じて変化させるステップ（８０２）と、
   領域から前記少なくとも１つの層（２５０）を除去することによって、前記基板（１０８）上に凸状構造（１８０）を形成するステップ（８０４）であって、結果として、前記凸状構造（１８０）間に凹状構造（１８２）が生じさせる、前記形成するステップ（８０４）と、
   前記凸状構造（１８０）のフィルファクターと高さを比例させるステップ（８０６）であって、同時に、前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）は、前記回折格子（９０４）の溝部（９０２）および隆起部（９００）と関係を有し、前記関係は比例性に依存する、前記比例させるステップ（８０６）と
   を特徴とする、製造方法。
2. 前記凸状構造の前記フィルファクターと前記高さを正比例させることと、
   前記凸状構造（１８０）と前記凹状構造（１８２）を前記回折格子（９０４）の前記溝部（９０２）と前記隆起部（９００）にそれぞれ対応させることと
   を特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記凸状構造の前記フィルファクターと前記高さを反比例させることと、
   前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）を前記回折格子（９０４）の前記隆起部（９００）と前記溝部（９０２）にそれぞれ対応させることと
   を特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
4. 高さプロファイルおよびフィルファクターを反転するために前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）を反転してコピーすることと、
   前記前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）の前記反転コピーは、前記回折格子（９０４）の前記溝部（９０２）および前記隆起部（９００）の分布およびサイズに対応するように構成されることと
   を特徴とする、請求項２または３に記載の製造方法。
5. 前記マスターテンプレート（２０）の前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）をポリマー（１８４）に対してプレスすることによって、前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）を反転してコピーすることにより、前記マスターテンプレートのコピーを形成することと、
   前記反転コピーされた凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）を含むように、前記マスターテンプレート（２０）の前記コピーを作製することと
   を特徴とする、請求項４に記載の製造方法。
6. 前記層（２５０）の堆積を、スパッタリング、化学蒸着、および物理蒸着のうちの少なくとも１つによって実行することを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
7. 前記回折格子（９０４）の前記隆起部（９００）の位置に対応する位置で前記層（２５０）の前記固体材料（２００）を前記基板（１０８）から除去することにより、前記凸状構造（１８０）を前記基板（１０８）上に形成すること（８０４）を特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
8. 二次元における前記穿孔（２０４）の前記面積の対応する変化に基づいて、前記層（２５０）の前記高さを二次元で変化させることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
9. 回折型光学素子の回折格子のスタンプ（２２）の製造方法であって、
   前記テンプレート（２０）の基板（１０８）上に、プレート（２０２）の穿孔（２０４）を通して材料（２００）の少なくとも１つの層（２５０）を堆積させること（８００）によって、マスターテンプレート（２０）を作製する、堆積させるステップ（８００）であって、前記穿孔（２０４）の断面積は、前記プレート（２０２）内の前記穿孔（２０４）の位置に依存しており、前記プレート（２０２）と前記基板（１０８）は、ゼロでない距離（Ｄ）だけ離間されている、前記堆積させるステップ（８００）と、
   前記基板（１０８）上の前記少なくとも１つの層（２５０）の高さを、前記穿孔（２０４）の前記断面積の変化に応じて変化させるステップ（８０２）と、
   領域から前記少なくとも１つの層（２５０）を除去することによって、前記基板（１０８）上に凸状構造（１８０）を形成するステップ（８０４）であって、結果として、前記凸状構造（１８０）間に凹状構造（１８２）を生じさせる、前記形成するステップ（８０４）と、
   前記凸状構造（１８０）のフィルファクターと高さを比例させるステップ（８０６）であって、同時に、前記凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）は、前記回折格子（９０４）の溝部（９０２）および隆起部（９００）と関係を有し、前記関係は比例関係に依存する、前記比例させるステップ（８０６）と、
   前記スタンプ（２２）に対して：
   反比例する前記凸状構造（１８０）のフィルファクターおよび高さに応答して、プロファイル反転プロセスに基づいてマスターテンプレート（２０）をＭ回（Ｍは奇数）複製する（８０８）ステップ、または、
   正比例する前記凸状構造（１８０）の前記フィルファクターと前記高さに応答して、複製プロセスを行わずに、または正比例する前記凸状構造（１８０）の前記フィルファクターと前記高さに応答して、プロファイル反転プロセスに基づいて前記マスターテンプレート（２０）をＮ回（Ｎは偶数）複製することによって、前記マスターテンプレート（２０）から前記スタンプ（２２）を形成するステップ（８１０）
   を特徴とする、方法。
10. 回折型光学素子の製造方法であって、
    請求項９に記載された製造方法に従って製造され、正比例する前記凸状構造（１８０）の前記フィルファクターと前記高さを有するスタンプ（２２）を用いて、前記回折型光学素子のプリフォーム（１８８）のハードマスク（１９０）上のポリマー（１８４）に対して凸状構造（１８０’）のフィルファクターおよび高さを形成するステップ（１０００）であって、前記プリフォーム（１８８）の前記凸状構造（１８０’）の前記フィルファクターおよび前記高さは、前記スタンプ（２２）の前記凸状構造（１８０）の前記フィルファクターおよび高さの反転したものである、前記形成するステップ（１０００）と、
    前記凸状構造（１８０’）間から残留層（１８６）を除去するステップと（１００２）と、
    前記プリフォーム（１８８）の光ガイド（１９４）上にある回折格子層（１９２）に隆起部（９００）を作製するステップ（１００４）であって、前記隆起部（９００）は、前記スタンプ（２２）の前記凹状構造（１８２）の位置に対応する位置となる、前記隆起部（９００）を作製するステップ（１００４）と
    を特徴とする、製造方法。
11. 正比例する、前記スタンプ（２２）による前記フィルファクターと、前記凸状構造（１８０）の前記高さとに基づいて、前記ポリマー（１８４）の前記残留層（１８６）が、略一定の高さを有するようにすること（１００６）を特徴とする、請求項１０に記載の製造方法。
12. 回折型光学素子を製造するためのマスターテンプレート（２０）であって、
    前記マスターテンプレート（２０）の凸状構造（１８０）のフィルファクターと高さは比例しており、凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）は、回折格子（９０４）の溝部（９０２）および隆起部（９００）と所定の関係を有し、前記所定の関係は、前記比例性に依存することを特徴とする、マスターテンプレート（２０）。
13. 前記マスタープレート（２０）の凸状構造（１８０）の前記フィルファクターと前記高さが正比例し、前記凸状構造（１８０）は、前記回折格子（９０４）の溝部（９０２）を生じさせるように構成され、前記凹状構造（１８２）は、前記回折格子（９０４）の隆起部（９００）を生じさせるように構成されることを特徴とする、請求項１２に記載のマスタープレート。
14. 前記マスタープレート（２０）の凸状構造（１８０）の前記フィルファクターと前記高さが反比例し、前記凸状構造（１８０）は、前記回折格子（９０４）の隆起部（９００）を生じさせるように構成され、前記凹状構造（１８２）は、前記回折格子（９０４）の溝部（９０２）を生じさせるように構成されることを特徴とする、請求項１２に記載のマスタープレート。
15. 回折型光学素子を製造するためのスタンプ（２２）であって、前記スタンプ（２２）の凸状構造（１８０）のフィルファクターと高さが正比例し、凸状構造および凹状構造（１８０、１８２）は、回折格子（９０４）の溝部（９０２）および隆起部（９００）と所定の関係を有し、前記凸状構造（１８０）は、前記回折格子（９０４）の溝部（９０２）を生じさせるように構成され、前記凹状構造（１８２）は、前記回折格子（９０４）の隆起部（９００）を生じさせるように構成されるようにする、スタンプ（２２）。

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