JP2024512875A

JP2024512875A - ナノ粒子光学装置のアモルファス高屈折率カプセル化構造

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Publication number: JP2024512875A
Application number: JP2023547586A
Authority: JP
Inventors: アンドリューセバリョス，
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2024-03-21
Also published as: EP4288814A1; WO2022169581A1; US20220252779A1; KR20230145109A; TW202243270A; CN117063095A

Abstract

本明細書で提供される実施形態は、光学装置のためのナノ粒子インプリントフィルムのアモルファスカプセル化を提供する。本明細書で提供される一実施形態では、装置が提供される。本装置は、基板の表面上に配置された複数の光学装置構造を含む。複数の光学装置構造は、ナノ粒子インプリント材料を含む。複数の光学装置構造は、複数の光学装置構造の各光学装置構造の少なくとも頂面及び１つの側壁の上に配置されたカプセル化層をさらに含む。カプセル化層はアモルファス又は実質的にアモルファスである。カプセル化層は酸化ニオブを含む。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、Ｎｂ１２Ｏ２９、Ｎｂ４７Ｏ１１６、又はＮｂ３ｎ＋１Ｏ８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。【選択図】図２Ａ

Description

背景
分野
［０００１］本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、複合現実のための光学装置に関する。より詳細には、本明細書に記載される実施形態は、光学装置のためのナノ粒子インプリント膜のアモルファスカプセル化を提供する。

関連技術の説明
［０００２］仮想現実は、一般に、ユーザが物理的に存在しているように見える、コンピュータで生成された模擬環境であると考えられている。仮想現実体験は３Ｄで生成され、実際の環境に代わる仮想現実環境を表示するレンズとしてニアアイディスプレイパネルを備えた眼鏡やその他のウェアラブル表示装置などのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）で表示することができる。

［０００３］しかし、拡張現実では、ユーザが眼鏡や他のＨＭＤ装置のディスプレイレンズを通して周囲の環境を見ることができ、さらに環境の一部として表示されるように生成された仮想オブジェクトの画像も見ることができる体験が可能になる。拡張現実には、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス、及びビデオだけでなく、オーディオ及び触覚入力などのあらゆるタイプの入力を含めることができる。新興テクノロジーとして、拡張現実には多くの課題と設計上の制約がある。

［０００４］そのような課題の１つは、周囲環境に仮想画像を重ねて表示することである。拡張現実導波路コンバイナなどの導波路コンバイナ、及びメタサーフェスなどの平面光学装置を含む光学装置は、画像のオーバーレイを支援するために使用されている。生成された光は、光が光学装置を出て周囲環境に重なるまで、光学装置を通って伝播する。

［０００５］光学装置は、光学装置構造の頂面及び少なくとも１つの側壁の上に配置されたカプセル化層を含むことができる。いくつかの場合では、カプセル化層は２．０以上の屈折率、すなわち高屈折率を有していなければならない。しかしながら、カプセル化層がナノ粒子インプリント膜から形成された結晶又はナノ結晶光学装置構造上に配置される場合、カプセル化層に亀裂が生じる可能性がある。高屈折率のカプセル化層に亀裂が生じると、光学装置の機能が低下する可能性がある。

［０００６］したがって、当技術分野で必要とされているのは、アモルファス又は実質的にアモルファスのカプセル化層を有する光学装置、及びアモルファス又は実質的にアモルファスのカプセル化層を有する光学装置を形成する方法である。

［０００７］一実施形態では、装置が提供される。本装置は、基板の表面上に配置された複数の光学装置構造を含む。複数の光学装置構造は、ナノ粒子インプリント材料を含む。複数の光学装置構造は、複数の光学装置構造の各光学装置構造の少なくとも頂面及び１つの側壁の上に配置されたカプセル化層をさらに含む。カプセル化層はアモルファス又は実質的にアモルファスである。カプセル化層は酸化ニオブを含む。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。

［０００８］他の実施形態では、装置が提供される。本装置は、基板上に配置された複数の光学装置構造を含む。複数の光学装置構造は、ナノ粒子インプリント材料を含む。複数の光学装置構造は、複数の光学装置構造の各光学装置構造の頂面及び少なくとも１つの側壁の上に配置されたバッファ層をさらに含む。複数の光学装置構造は、バッファ層上に配置されたカプセル化層をさらに含む。カプセル化層は、２．０以上の屈折率を有する材料を含む。

［０００９］さらに別の実施形態では、方法が提供される。本方法は、基板の表面上に配置されたナノ粒子インプリント材料にスタンプをインプリントして、複数の光学装置構造を形成することを含む。本方法はさらに、ナノ粒子インプリント材料を硬化プロセスに供することを含む。本方法はさらに、スタンプをナノ粒子インプリント材料から除去することを含む。本方法はさらに、複数の光学装置構造の各光学装置構造の少なくとも頂面及び１つの側壁の上に共形性となるようにカプセル化層を配置することを含む。カプセル化層はアモルファス又は実質的にアモルファスである。カプセル化層は酸化ニオブを含む。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。

［００１０］本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した本開示のより詳細な説明を、実施形態を参照することによって行うことができ、そのいくつかを添付の図面に示す。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態のみを示しており、したがってその範囲を限定するものとみなされるべきではなく、他の同様に有効な実施形態も認め得ることに留意されたい。

［００１１］実施形態による光学装置の概略上面図である。［００１２］実施形態による光学装置の概略上面図である。［００１３］図２のＡ及びＢは、実施形態による光学装置の一部の概略断面図である。図２のＣ及びＤは、実施形態による光学装置の一部の概略断面図である。［００１４］図３のＡ～Ｃは、実施形態による光学装置構造の一部の断面図である。［００１５］図４は、実施形態による光学装置を形成する方法のフロー図である。［００１６］図５のＡ及びＢは、実施形態による光学装置の一部の概略断面図である。［００１６］実施形態による光学装置の一部の概略断面図である。［００１７］実施形態による光学装置を形成する方法のフロー図である。［００１８］図７のＡ及びＢは、実施形態による光学装置の一部の概略断面図である。図７のＣ及びＤは、実施形態による光学装置の一部の概略断面図である。

［００１９］理解が容易になるよう、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の符号を使用した。一実施形態の構成要素及び特徴は、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得ると想定されている。

［００２０］本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、複合現実のための光学装置に関する。より詳細には、本明細書に記載の実施形態は、アモルファス又は実質的にアモルファスのカプセル化層を有する光学装置、及びアモルファス又は実質的にアモルファスのカプセル化層を有する光学装置を形成する方法を提供する。一実施形態では、装置が提供される。本装置は、基板の表面上に配置された複数の光学装置構造を含む。複数の光学装置構造は、ナノ粒子インプリント材料を含む。複数の光学装置構造は、複数の光学装置構造の各光学装置構造の少なくとも頂面及び１つの側壁の上に配置されたカプセル化層をさらに含む。カプセル化層はアモルファス又は実質的にアモルファスである。カプセル化層は酸化ニオブを含む。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。

［００２１］図１Ａは、光学装置１００Ａの概略上面図である。図１Ｂは、光学装置１００Ｂの概略上面図である。以下に説明する光学装置１００Ａ及び１００Ｂは、例示的な光学装置であることを理解されたい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、光学装置１００Ａは、拡張現実導波路コンバイナなどの導波路コンバイナである。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、光学装置１００Ｂは、メタサーフェスなどの平面光学装置である。

［００２２］光学装置１００Ａ及び１００Ｂは、基板１０１の表面１０３上に配置された複数の光学装置構造１０２を含む。光学装置構造１０２は、サブミクロンの寸法、例えばナノサイズの寸法を有するナノ構造であることができる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、光学装置構造１０２の領域は、第１の格子１０４ａ、第２の格子１０４ｂ、及び第３の格子１０４ｃなどの１つ又は複数の格子１０４に対応する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、光学装置１００Ａは、入力結合格子に相当する第１の格子１０４ａと、出力結合格子に相当する第３の格子１０４ｃとを少なくとも含む導波路結合器である。本実施形態による導波路結合器は、本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができ、中間格子に対応する第２の格子１０４ｂを含む。図１Ｂは、光学装置構造１０２を正方形又は長方形の断面を有するものとして示しているが、光学装置構造１０２の断面は、円形、三角形、楕円形、正多角形、不規則多角形、及び／又は不規則な形状の断面を含むがこれに限定されない他の形状を有してもよい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、単一の光学装置１００Ｂ上の光学装置構造１０２の断面が異なる。

［００２３］基板１０１は、基板１０１が所望の波長又は波長範囲の光を適切に透過でき、本明細書に記載の光学装置１００Ａ及び光学装置１００Ｂの適切な支持体として機能できる限り、任意の適切な材料から形成され得る。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、基板１０１の材料は、複数の光学装置構造１０２の屈折率と比較して比較的低い屈折率を有する。基板の選択には、アモルファス誘電体、非アモルファス誘電体、結晶性誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、及びそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、任意の適切な材料の基板が含まれ得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、基板１０１は透明な材料を含む。一例では、基板１０１は、ケイ素（Ｓｉ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、溶融シリカ、石英、サファイア、及び高屈折率ガラスのような高屈折率の透明材料を含む。

［００２４］図２Ａ～図２Ｄは、図１Ａ又は図１Ｂの切断線１－１に沿った光学装置の一部の概略断面図である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の光学装置構造１０２は、光学装置１００Ａの第１の格子１０４ａ、第２の格子１０４ｂ、又は第３の格子１０４ｃに対応する。複数の光学装置構造１０２は、基板１０１の表面１０３上に配置される。複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２は、光学装置構造幅２０２を有する。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、少なくとも１つの光学装置構造幅２０２は、別の光学装置構造幅２０２と異なっていてもよい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造幅２０２は、他の光学装置構造幅２０２の各々に実質的に等しい。

［００２５］複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２は、深さ２０４を有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、複数の光学装置構造１０２の少なくとも１つの深さ２０４は、他の光学装置構造１０２の深さ２０４とは異なる。本明細書に記載される他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数の光学装置構造１０２の各々の深さ２０４は、隣接する光学装置構造１０２と実質的に等しい。

［００２６］複数の光学装置構造１０２は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、最初に可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａから形成される。可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは、複数の光学装置構造１０２が非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂからなるように硬化される。複数の光学装置構造１０２は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料１１０Ｂにより結晶性又はナノ結晶性である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるいくつかの実施形態では、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂから形成された複数の光学装置１０２は、約１．５より大きい屈折率を有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂから形成された複数の光学装置１０２は、約１．８と約２．１の間の屈折率を有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂから形成された複数の光学装置１０２は、約３．５と約４．０の間の屈折率を有する。

［００２７］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａ及び非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂには、スピンオングラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、ハイブリッド有機、及び無機ナノインプリント可能材料のうちの１つ又は複数が含まれるが、これらに限定されない。可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａ及び非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂは、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含むことができる。

［００２８］複数の光学装置構造１０２は、装置角度θで形成される。装置角度θは、基板１０１の表面１０３と光学装置構造１０２の側壁２０８との間の角度である。図２Ａ及び図２Ｃに示すように、複数の光学装置１０２は垂直である、すなわち、装置角度θは９０度である。図２Ｂ及び図２Ｄに示すように、複数の光学装置１０２は、基板１０１の表面１０３に対して角度が付けられている。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、各光学装置構造１０２の各々の装置角度θは実質的に等しい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、複数の光学装置構造１０２の少なくとも１つの各々の装置角度θは、複数の光学装置構造１０２の別の装置角度θと異なる。

［００２９］図２Ａ及び図２Ｂに示すように、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４が、複数の光学装置構造１０２及び基板１０１の表面１０３の上に配置される。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。Ｎｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２の例は、Ｎｂ_８Ｏ_１９及びＮｂ_１６Ｏ_３８を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４は、約２．１と約２．５の間の屈折率を有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、カプセル化層２１４は、カプセル化層２１４が複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２の少なくとも頂面２０６及び１つの側壁２０８の上に配置されるように堆積される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、カプセル化層２１４は、複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２の頂面２０６及び両側壁２０８の上、及び基板１０１の表面１０３の上に配置される。カプセル化層２１４は、液体材料の流し込み鋳造プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセス使用して配置することができる。

［００３０］図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、カプセル化層２１５は、２．０以上の屈折率、すなわち高屈折率を有する１つ又は複数の材料を含む。材料は、オキシ炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、アルミニウムドープされた酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、二酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化タンタル、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、スズ酸カドミウム、又は炭素窒化ケイ素のうちの１つ又は複数を含むことができる。カプセル化層２１５は、バッファ層２１２上に堆積される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、バッファ層２１２は、複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２の上面２０６及び少なくとも１つの側壁２０８の上に堆積される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、カプセル化層２１４は、複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２の頂面２０６及び両側壁２０８の上、及び基板１０１の表面１０３の上に配置される。

［００３１］バッファ層２１２は、液体材料の流し込み鋳造プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセス使用して配置することができる。バッファ層２１２は、オキシ炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、アルミニウムドープされた酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、二酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化タンタル、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、スズ酸カドミウム、炭窒化ケイ素含有材料又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ又は複数を含むが、それらに限定されない。

［００３２］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、バッファ層２１２又は酸化チタン材料を含むカプセル化層２１５のいずれかの屈折率は、約２．３と約２．７の間である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、バッファ層２１２又は五酸化タンタル材料を含むカプセル化層２１５のいずれかの屈折率は、約２．０と約２．２の間である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらに別の実施形態では、バッファ層２１２又は酸化ジルコニウム材料を有するカプセル化層２１５のいずれかの屈折率は、約２．０～約２．２である。

［００３３］バッファ層の屈折率は約１．８以上である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、バッファ層２１２及び複数の光学装置構造１０２は同じ屈折率を有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、バッファ層２１２とカプセル化層２１５は同じ屈折率を有する。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができるさらに別の実施形態では、バッファ層２１２の屈折率は、複数の光学装置構造１０２の屈折率とカプセル化層１１５の屈折率との間にある。

［００３４］図３Ａは、カプセル化層２１５を有する光学装置構造１０２の断面図である。図３Ｃは、カプセル化層２１５を有する光学装置構造１０２の一部２２１の断面図である。カプセル化層２１５は、２．０以上の屈折率、すなわち高屈折率を有する１つ又は複数の材料を含む。材料は、オキシ炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、アルミニウムドープされた酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、二酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化タンタル、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、スズ酸カドミウム、又は炭素窒化ケイ素のうちの１つ又は複数を含むことができる。図３Ｃは、カプセル化層２１４を有する光学装置構造１０２の一部２２０の断面図である。カプセル化層２１４は酸化ニオブを含む。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。Ｎｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２の例は、Ｎｂ_８Ｏ_１９及びＮｂ_１６Ｏ_３８を含む。

［００３５］複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂを含む。非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂは、複数のナノ粒子３０２を有する。複数のナノ粒子３０２は、複数の光学装置１０２上のその後の堆積において結晶形成をもたらし得る結晶又はナノ結晶である。複数のナノ粒子３０２のうちの隣接するナノ粒子３０２は、複数の粒界３０４を画定する。複数の粒界３０４のうちの粒界３０４は、隣接するナノ粒子３０２間の任意の界面に存在する。

［００３６］図３Ａに示すように、カプセル化層２１５は酸化チタン材料を含む。カプセル化層２１５は、複数のクラック３０６を含む。クラック３０６は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂ内の隣接する粒界３０４によって誘発される。カプセル化層２１５が非アモルファスである場合、複数の粒界３０４がカプセル化層２１５内に伝播してクラック３０６を形成する。クラック３０６は、下にある複数の光学装置構造１０２の劣化を引き起こし、光学装置１００Ａ又は光学装置１００Ｂの機能を低下させる。

［００３７］図３Ｂに示すように、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４にはクラック３０６がないか、実質的にクラック３０６がない。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４は、約２．１と約２．５の間の屈折率を有する。酸化ニオブは、カプセル化層２１４内に複数の粒界３０４が誘発されないように、アモルファス又は実質的にアモルファスである。酸化ニオブを含むカプセル化層２１４は、アモルファス又は実質的にアモルファスの特性がより滑らかなカプセル化層２１４をもたらし、下にある光学装置構造１０２の光学特性の変動を少なくするため、より高い封入品質を提供する。さらに、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４は、カプセル化層２１５よりも温度に対する感度が実質的に低い。したがって、カプセル化層２１４を備えた光学装置１００Ａ及び１００Ｂは、より高いスループットをもたらすことになる。

［００３８］図３Ｃに示すように、カプセル化層２１５は、２．０以上の屈折率、すなわち高屈折率を有する１つ又は複数の材料を含む。カプセル化層２１５は、バッファ層２１２の上に配置される。バッファ層２１２は、カプセル化層２１５にクラック３０６が形成されないように、複数のナノ粒子３０２とカプセル化層２１５との間に障壁を提供する。

［００３９］図４は、図５Ａ～図５Ｃに示される光学装置１００Ａ及び１００Ｂを形成するための方法４００のフロー図である。図５Ａ～図５Ｄは、光学装置１００Ａ又は光学装置１００Ｂの一部１０５の概略断面図である。操作４０１では、図５Ａに示すように、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａが基板１０１の表面１０３上に堆積される。可鍛性のあるナノ粒子インプリント材料２１０Ａは、堆積プロセスを使用して堆積される。堆積プロセスは、スピンオンプロセス、液体材料注型プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを含むことができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａはスピンオンプロセスで堆積される。

［００４０］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａには、スピンオングラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、ハイブリッド有機、及び無機ナノインプリント可能材料のうちの１つ又は複数が含まれるが、これらに限定されない。可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を含むことができる。

［００４１］操作４０２では、図５Ｂに示すように、スタンプ５０２が可鍛性ナノ粒子レジスト材料２１０Ａにインプリントされる。一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは、スタンプ５０２がインプリントされる前に予熱温度まで加熱される。スタンプ５０２は、複数の反転構造５０４を有する。複数の反転構造５０４は、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａにインプリントされて、複数の光学装置構造１０２を形成する。複数の光学装置構造１０２は、装置角度θを有する。装置角度θは、基板１０１の表面１０３と光学装置構造１０２の側壁２０８との間の角度である。スタンプ５０２は、複数の反転構造５０４がスタンプ角度φとなるように成形される。スタンプ角φは、表面１０３と平行な平面５０６と複数の逆構造５０４の側壁５０８との間の角度である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、スタンプ角度φは、スタンプ５０２がナノ粒子レジスト材料２１０Ａにインプリントされるときの装置角度θに対応する。

［００４２］スタンプ５０２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材料から作製することができ、ナノインプリントレジストを、赤外線（ＩＲ）放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線などの電磁放射線に曝露することによって硬化できるようにする。一実施形態では、スタンプ５０２は、フッ素化コーティングなどの単層の固着防止表面処理コーティングでコーティングすることができ、スタンプ５０２は、工作機械又は手作業による剥離によって機械的に除去することができる。図５Ｂ及び図５Ｃは、スタンプ５０２の複数の反転構造５０４及び複数の光学装置構造１０２が基板１０１の表面１０３に対して角度が付けられているものとして示しているが、複数の反転構造５０４及び複数の光学装置構造１０２は垂直であってもよい、すなわち、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、スタンプ角φ及び装置角θは９０°である。

［００４３］操作４０３において、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは硬化プロセスに供される。一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは硬化プロセスに供されて、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂを形成する。硬化プロセスは、ナノ粒子インプリント材料２１０を赤外線（ＩＲ）放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線などの電磁放射線に曝露することを含む。非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂは、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂが結晶性又はナノ結晶性であるように剛性である。

［００４４］操作４０４では、図５Ｃに示すように、スタンプ５０２が除去される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、スタンプ５０２は、基板１０１の表面１０３に対する剥離角度で剥がされる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、スタンプ５０２は、除去角度で工作機械によって機械的に剥がされる。さらに別の実施形態では、スタンプ５０２は、除去角度で手によって剥がされる。除去角度は約０°～約１８０°である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂは、操作４０４の後にアニーリング処理に供される。アニーリング処理は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂがアニール状態に達するまで、ナノ粒子インプリント材料２１０を赤外線（ＩＲ）放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線などの電磁放射線に曝露することを含む。

［００４５］操作４０５では、図２Ｂに示すように、カプセル化層２１４が配置される。カプセル化層２１４は、複数の光学装置構造１０２の上に配置される。カプセル化層２１４は、複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２の頂面２０６及び少なくとも１つの側壁２０８の上に配置される。カプセル化層２１４は、液体材料注入プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用して配置される。カプセル化層２１４は酸化ニオブを含む。酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される。Ｎｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２の例は、Ｎｂ_８Ｏ_１９及びＮｂ_１６Ｏ_３８を含む。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４は、約２．１と約２．５の間の屈折率を有する。

［００４６］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４が、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂ上に堆積される。カプセル化層２１４は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂ内の複数の粒界３０４がカプセル化層１１４に伝播しないように、アモルファス又は実質的にアモルファスである。

［００４７］図６は、図７Ａ～図７Ｄに示す光学装置１００Ａ及び１００Ｂを形成するための方法６００のフロー図である。図７Ａ～図７Ｄは、光学装置１００Ａ又は光学装置１００Ｂの一部１０５の概略断面図である。操作６０１では、図７Ａに示すように、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａが基板１０１の表面１０３上に堆積される。

［００４８］操作６０２では、図７Ｂに示すように、スタンプ７０２が可鍛性ナノ粒子レジスト材料２１０Ａにインプリントされる。一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは、スタンプ５０２がインプリントされる前に予熱温度まで加熱される。スタンプ７０２は、複数の反転構造７０４を有する。複数の反転構造７０４は、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａにインプリントされて、複数の光学装置構造１０２を形成する。複数の光学装置構造１０２は、装置角度θを有する。装置角度θは、基板１０１の表面１０３と光学装置構造１０２の側壁２０８との間の角度である。スタンプ７０２は、複数の反転構造７０４がスタンプ角度φとなるように成形される。スタンプ角φは、表面１０３と平行な平面７０６と複数の逆構造７０４の側壁７０８との間の角度である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、スタンプ角度φは、スタンプ７０２がナノ粒子レジスト材料２１０Ａにインプリントされるときの装置角度θに対応する。

［００４９］スタンプ７０２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材料から作製することができ、ナノインプリントレジストを、赤外線（ＩＲ）放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線などの電磁放射線に曝露することによって硬化できるようにする。一実施形態では、スタンプ７０２は、フッ素化コーティングなどの単層の固着防止表面処理コーティングでコーティングすることができ、スタンプ７０２は、工作機械又は手作業による剥離によって機械的に除去することができる。図７Ｂ及び図７Ｃは、スタンプ７０２の複数の反転構造７０４及び複数の光学装置構造１０２が基板１０１の表面１０３に対して角度が付けられているものとして示しているが、複数の反転構造７０４及び複数の光学装置構造１０２は垂直であってもよく、すなわち、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、スタンプ角φ及び装置角θは９０°である。

［００５０］操作６０３において、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは硬化プロセスに供される。一実施形態では、可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ａは硬化プロセスに供されて、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂを形成する。硬化プロセスは、ナノ粒子インプリント材料２１０を赤外線（ＩＲ）放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線などの電磁放射線に曝露することを含む。非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂは、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂが結晶性又はナノ結晶性であるように剛性である。

［００５１］操作６０４では、図７Ｃに示すように、スタンプ５０２が除去される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、スタンプ５０２は、基板１０１の表面１０３に対する剥離角度で剥がされる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、スタンプ５０２は、除去角度で工作機械によって機械的に剥がされる。さらに別の実施形態では、スタンプ５０２は、除去角度で手で剥がされる。除去角度は約０°～約１８０°である。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の実施形態では、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂは、操作４０４の後にアニーリング処理に供される。アニーリング処理は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂがアニール状態に達するまで、ナノ粒子インプリント材料２１０を赤外（ＩＲ）放射線又は紫外線（ＵＶ）放射線などの電磁放射線に曝露することを含む。

［００５２］操作６０５で、バッファ層２１２が配置される。バッファ層２１２は、複数の光学装置構造１０２の上に配置される。バッファ層２１２は、複数の光学装置構造１０２の各光学装置構造１０２の頂面２０６及び少なくとも１つの側壁２０８の上に堆積される。バッファ層は、液体材料注入プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用して堆積される。

［００５３］操作６０６では、図２Ｄに示すように、カプセル化層２１５が配置される。カプセル化層２１５は、バッファ層２１２の上に配置される。カプセル化層２１５は、酸化チタン（ＴｉＯ）又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）材料などの高屈折率材料を含む。バッファ層２１２は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂとカプセル化層２１５との間に障壁を提供する。したがって、カプセル化層２１５には複数のクラック３０６が存在しないか、又は実質的に存在しないことになる。

［００５４］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる一実施形態では、酸化ニオブを含むカプセル化層２１４が、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂ上に堆積される。カプセル化層２１４には、複数のクラッ３０６が存在しないか、又は実質的に存在しないことになる。カプセル化層２１４は、非可鍛性ナノ粒子インプリント材料２１０Ｂ内の複数の粒界３０４がカプセル化層１１４に伝播しないように、アモルファス又は実質的にアモルファスである。

［００５５］要約すると、アモルファス又は実質的にアモルファスのカプセル化層を有する光学装置、及びアモルファス又は実質的にアモルファスのカプセル化層を有する光学装置を形成する方法が本明細書に記載される。酸化ニオブを含むカプセル化層は、複数の光学装置構造上に堆積される。本明細書に記載される酸化ニオブを含むカプセル化層は、非アモルファス又は実質的に非アモルファスであるため、カプセル化層内にクラックが形成されにくい。さらに、複数の光学装置構造上にバッファ層を配置して、光学装置構造とカプセル化層との間に障壁を提供し、カプセル化層のクラックを防止することができる。したがって、アモルファスカプセル化層により、光学装置の封止品質が向上する。

［００５６］上記は本開示の実施例を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施例は、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は特許請求の範囲によって決定される。

Claims

基板の表面上に配置された複数の光学装置構造であって、ナノ粒子インプリント材料を含む前記複数の光学装置構造と、
前記複数の光学装置構造の各光学装置構造の少なくとも頂面及び１つの側壁の上に配置されたカプセル化層であって、前記カプセル化層は、アモルファス又は実質的にアモルファスであり、前記カプセル化層は酸化ニオブを含み、前記酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される、前記カプセル化層と
を含む、装置。
前記ナノ粒子インプリント材料が、スピンオングラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、ハイブリッド有機、及び無機ナノインプリント可能材料のうちの１つ又は複数を含む、請求項１に記載の装置。
前記ナノ粒子インプリント材料が、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）含有材料をさらに含む、請求項２に記載の装置。
前記ナノ粒子インプリント材料が、複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子の隣接するナノ粒子が粒界を画定している、請求項１に記載の装置。
前記複数の光学装置構造が、約１．５を超える屈折率を有する、請求項１に記載の装置。
前記カプセル化層が、約２．１と約２．５の間の屈折率を有する、請求項１に記載の装置。
前記カプセル化層が、液体材料の流し込み鋳造プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセス使用して配置される、請求項１に記載の装置。
基板上に配置された複数の光学装置構造であって、ナノ粒子インプリント材料を含む前記複数の光学装置構造と、
前記複数の光学装置構造の各光学装置構造の頂面及び少なくとも１つの側壁の上に配置されるバッファ層と、
前記バッファ層上に配置され、２．０以上の屈折率を有する材料を含むカプセル化層と
を含む、装置。
前記ナノ粒子インプリント材料が、スピンオングラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、有機、無機、ハイブリッド有機、及び無機ナノインプリント可能材料のうちの１つ又は複数を含む、請求項８に記載の装置。
前記ナノ粒子インプリント材料が、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）含有材料をさらに含む、請求項９に記載の装置。
前記ナノ粒子インプリント材料が、複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子の隣接するナノ粒子が粒界を画定している、請求項８に記載の装置。
前記複数の光学装置構造が、約１．５を超える屈折率を有する、請求項８に記載の装置。
前記カプセル化層の材料が、オキシ炭化ケイ素、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、アルミニウムドープ酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、二酸化スズ、酸化亜鉛、五酸化タンタル、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、スズ酸カドミウム、又は炭窒化ケイ素のうちの１つ又は複数を含む、請求項８に記載の装置。
前記カプセル化層が、液体材料の流し込み鋳造プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセス使用して配置される、請求項８に記載の装置。
前記バッファ層が、約１．８以上の屈折率を有する、請求項８に記載の装置。
基板の表面上に配置されたナノ粒子インプリント材料にスタンプをインプリントして、複数の光学装置構造を形成することと、
前記ナノ粒子インプリント材料を硬化プロセスに供することと、
前記ナノ粒子インプリント材料から前記スタンプを除去することと、
前記複数の光学装置構造の各光学装置構造の少なくとも頂面及び１つの側壁の上に共形となるようにカプセル化層を配置することであって、前記カプセル化層は、アモルファス又は実質的にアモルファスであり、前記カプセル化層は酸化ニオブを含み、前記酸化ニオブは、一酸化ニオブ（ＮｂＯ）、二酸化ニオブ（ＮｂＯ_２）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｎｂ_１２Ｏ_２９、Ｎｂ_４７Ｏ_１１６、又はＮｂ３ｎ_＋１Ｏ_８ｎ－２（式中、ｎは５～８）からなる群から選択される、前記配置することと
を含む、方法。
前記ナノ粒子インプリント材料を硬化プロセスに供することが、前記ナノ粒子インプリント材料内に複数のナノ粒子を形成することを含み、前記複数のナノ粒子の隣接するナノ粒子が粒界を画定する、請求項１６に記載の方法。
前記スタンプが除去された後にアニーリング処理をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記酸化ニオブが、Ｎｂ_８Ｏ_１９及びＮｂ_１６Ｏ_３８をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
前記カプセル化層を配置することが、液体材料の流し込み鋳造プロセス、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、ドクターブレードプロセス、ＰＶＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＦＣＶＤプロセス、ＰＥＣＶＤプロセス、又はＡＬＤプロセスを使用することを含む、請求項１６に記載の方法。