KR20210003300A - 경사 각도 광 격자들을 임프린팅하는 방법 - Google Patents

경사 각도 광 격자들을 임프린팅하는 방법 Download PDF

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Abstract

본원에 설명된 실시예들은, 약 45° 미만의 전방 각도들 및 약 45° 미만의 후방 각도들을 갖는 격자들을 가진 도파관 구조들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 방법들은, 기판들 상에 배치된 나노임프린트 레지스트들에 스탬프들을 임프린팅하는 단계를 포함한다. 나노임프린트 레지스트들은 경화 공정을 겪는다. 스탬프들은, 해제 방법을 사용하여 해제 각도(
Figure pct00027
)로 나노임프린트 레지스트로부터 해제된다. 나노임프린트 레지스트들은, 약 45 미만의 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전방 각도 및 후방 각도(β)를 갖는 복수의 격자들을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 어닐링 공정을 겪는다.

Description

경사 각도 광 격자들을 임프린팅하는 방법
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 증강, 가상, 및 혼합 현실을 위한 도파관 결합기들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 실시예들은, 나노임프린트 리소그래피를 활용하는 도파관 결합기 제조를 제공한다.
증강 현실은, 사용자가 여전히 주변 환경을 보도록 안경 또는 다른 헤드 장착 디스플레이(HMD) 디바이스들의 디스플레이 렌즈들을 통해 보면서 또한 환경의 일부로서 디스플레이에 생성되어 나타나는 가상 객체들의 이미지들을 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. 증강 현실은, 임의의 유형의 입력, 이를테면, 오디오 및 촉각 입력들뿐만 아니라 사용자가 경험하는 환경을 향상 또는 증강시키는 가상 이미지들, 그래픽들, 및 비디오를 포함할 수 있다. 첨단 기술로서, 증강 현실에는 많은 난제들 및 설계 제약들이 존재한다.
하나의 그러한 난제는, 주변 환경 상에 겹쳐진 가상 이미지를 표시하는 것이다. 겹쳐진 이미지들을 지원하기 위해 도파관 결합기들이 사용된다. 생성된 광은, 도파관 결합기 내로 포획(in-couple)되고, 도파관 결합기를 통해 전파되고, 도파관 결합기로부터 축출(out-couple)되어, 주변 환경 상에 겹쳐진다. 광은, 표면 릴리프 격자들을 사용하여 도파관 결합기들에 포획되고 그로부터 축출된다. 포획 및 축출된 광의 강도는 경사 각도를 갖는 측벽들을 가진 표면 릴리프 격자들에 의해 제어된다. 도파관 결합기들은, 도파관 결합기의 표면에 대해 약 45 도 미만의 또는 도파관 결합기의 표면의 법선에 대해 약 45 도 초과의 경사 각도들을 갖는 격자들을 요구할 수 있다. 도파관 결합기 또는 나노임프린트 리소그래피에 대한 마스터로서 사용하기 위한 도파관 구조들을 제조하는 것은 난제일 수 있다.
특히, 약 45 도 미만의 도파관 구조의 표면에 대한 경사 각도들을 갖는 격자들을 가진 도파관 구조를 제조하는 것은, 나노임프린트 레지스트를 손상시킴이 없이 나노임프린트 레지스트로부터 약 45 도 미만인 경사 각도들로 나노임프린트 리소그래피 스탬프를 해제하는 어려움, 및 약 45 도 미만의 각도로 이온 빔을 생성하도록 각진 식각 툴을 구성하는 어려움으로 인해 난제일 수 있다.
따라서, 약 45 도 이상의 경사 각도들을 갖는 나노임프린트 리소그래피 스탬프를 사용하여 도파관 결합기의 표면에 대해 약 45 도 미만인 경사 각도들을 갖는 격자들을 가진 도파관 구조를 형성하는 방법들이 관련 기술분야에 필요하다.
일 실시예에서, 도파관 구조 제조 방법이 제공된다. 방법은, 기판의 표면 상에 배치된 나노임프린트 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계를 포함한다. 스탬프는, 약 45° 이상의 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도(α) 및 역 후방 각도(β), 및 제1 치수들을 갖는 복수의 역 격자들을 포함한다. 나노임프린트 레지스트는 경화 공정을 겪는다. 스탬프는, 해제 방법을 사용하여 해제 각도(
Figure pct00001
)로 나노임프린트 레지스트로부터 해제된다. 나노임프린트 레지스트는, 약 45° 미만의 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전방 각도(α) 및 후방 각도(β), 및 제3 치수들을 갖는 복수의 격자들을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 어닐링 공정을 겪는다.
다른 실시예에서, 도파관 구조 제조 방법이 제공된다. 방법은, 기판의 표면 상에 배치된 나노임프린트 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계를 포함한다. 스탬프는, 약 45° 이상의 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도(α) 및 역 후방 각도(β), 및 제1 치수들을 갖는 복수의 역 격자들을 포함한다. 나노임프린트 레지스트는, 나노임프린트 레지스트가 해제 상태에 있도록 경화 공정을 겪는다. 스탬프는, 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전이(transition) 전방 각도(α') 및 전이 후방 각도(β'), 및 제2 치수들을 갖는 복수의 전이 격자들을 형성하기 위해, 해제 각도(
Figure pct00002
')로 해제 상태의 나노임프린트 레지스트로부터 스탬프를 박리하는 해제 방법을 사용하여 해제 상태의 나노임프린트 레지스트로부터 해제된다. 나노임프린트 레지스트는, 약 45° 미만의 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전방 각도(α1) 및 후방 각도(β1), 및 제3 치수들을 갖는 복수의 격자들을 포함하는 도파관 구조를 어닐링 상태의 나노임프린트 레지스트로부터 형성하도록 어닐링 공정을 겪는다.
또 다른 실시예에서, 도파관 구조 제조 방법이 제공된다. 방법은, 기판의 표면 상에 배치된 나노임프린트 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계를 포함한다. 스탬프는, 약 45° 이상의 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도(α) 및 역 후방 각도(β), 및 제1 치수들을 갖는 복수의 역 격자들을 포함한다. 나노임프린트 레지스트는, 나노임프린트 레지스트가 해제 상태에 있도록 경화 공정을 겪는다. 스탬프는, 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전이 전방 각도(α'') 및 전이 후방 각도(β''), 및 제2 치수들을 갖는 복수의 전이 격자들을 형성하기 위해, 해제 각도(
Figure pct00003
'')로 해제 상태의 나노임프린트 레지스트로부터 스탬프를 들어올리는 해제 방법을 사용하여 해제 상태의 나노임프린트 레지스트로부터 해제된다. 나노임프린트 레지스트는, 약 45° 미만의 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전방 각도(α2) 및 후방 각도(β2), 및 제3 치수들을 갖는 복수의 격자들을 포함하는 도파관 구조를 어닐링 상태의 나노임프린트 레지스트로부터 형성하도록 어닐링 공정을 겪는다.
본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 도파관 결합기의 정면 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른, 도파관 결합기를 형성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 3은 실시예에 따른, 도파관 결합기를 형성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4f는 실시예에 따른 도파관 결합기의 일부분의 개략적인 단면도들이다.
도 4g 내지 도 4j는 실시예에 따른 도파관 결합기의 일부분의 개략적인 단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가적인 언급이 없이도 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있는 것으로 고려된다.
본원에 설명된 실시예들은, 약 45° 미만의 전방 각도들 및 약 45° 미만의 후방 각도들을 갖는 격자들을 가진 도파관 결합기들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 방법들은, 기판들 상에 배치된 나노임프린트 레지스트들에 스탬프들을 임프린팅하는 단계를 포함한다. 나노임프린트 레지스트들은 경화 공정을 겪는다. 스탬프들은, 해제 방법을 사용하여 해제 각도(
Figure pct00004
)로 나노임프린트 레지스트로부터 해제된다. 나노임프린트 레지스트들은, 약 45° 미만의 기판의 제2 평면에 대한 전방 각도(α) 및 후방 각도(β)를 갖는 복수의 격자들을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 어닐링 공정을 겪는다.
도 1은 도파관 결합기(100)의 정면 사시도이다. 아래에 설명된 도파관 결합기(100)는 예시적인 도파관 결합기라는 것이 이해되어야 한다. 도파관 결합기(100)는, 복수의 격자들(108)에 의해 정의되는 입력 결합 구역(102), 복수의 격자들(110)에 의해 정의되는 중간 구역(104), 및 복수의 격자들(112)에 의해 정의되는 출력 결합 구역(106)을 포함한다. 입력 결합 구역(102)은, 마이크로디스플레이로부터 일정 강도를 갖는 입사 광 빔들(가상 이미지)을 수신한다. 복수의 격자들(108)의 각각의 격자는 입사 빔들을 복수의 모드들로 분할하며, 각각의 빔은 모드를 갖는다. 영차 모드(T0) 빔들은 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되고, 양의 1차 모드(T1) 빔들은 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합되며, 음의 1차 모드(T-1) 빔들은 T1 빔들과 반대인 방향으로 도파관 결합기(100)에서 전파된다. 이상적으로, 입사 빔들은, 가상 이미지를 중간 구역(104)으로 지향시키기 위해, 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할된다. 입사 빔을 입사 빔들의 강도 전부를 갖는 T1 빔들로 분할하기 위한 하나의 접근법은, T-1 빔들 및 T0 빔들을 억제하도록 복수의 격자들(108)의 각각의 격자의 경사 각도를 최적화하는 것이다. T1 빔들은, T1 빔들이 중간 구역(104)에서 복수의 격자들(110)과 접촉하게 될 때까지 도파관 결합기(100)를 통해 내부 전반사(TIR)를 겪는다. 입력 결합 구역(102)의 일부분은, T-1 빔들 및 T0 빔들을 억제하기 위해, 약 45° 미만의 도파관 결합기의 표면에 대한 경사 각도를 갖는 격자들(108)을 가질 수 있다.
T1 빔들은 복수의 격자들(110)의 격자와 접촉한다. T1 빔들은, 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들 ― T1 빔들은, T1 빔들이 복수의 격자들(110)의 다른 격자와 접촉할 때까지 중간 구역(104)에서 TIR을 겪음 ―, 및 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들로 분할된다. 중간 구역(104)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은, 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합되는 T1 빔들의 강도가 고갈되거나, 중간 구역(104)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 중간 구역(104)의 끝에 도달할 때까지, 복수의 격자들(110)의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(110)은, 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도를 제어하여 사용자의 관점으로부터의 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 변조하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 증가시키기 위해, 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합되는 T1 빔들을 제어하도록 조정되어야 한다. 도파관 결합기(100)를 통해 중간 구역(104)에 결합되는 T1 빔들을 제어하기 위한 하나의 접근법은, 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도를 제어하도록 복수의 격자들(110)의 각각의 격자의 경사 각도를 최적화하는 것이다. 중간 구역(104)의 일부분은, 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도를 제어하기 위해, 약 45° 미만의 도파관 결합기의 표면에 대한 경사 각도를 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다.
도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들은, T-1 빔들이 복수의 격자들(112)의 격자와 접촉할 때까지 도파관 결합기(100)에서 TIR을 겪으며, 여기서, T-1 빔들은, 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들 ― T1 빔들은, T1 빔들이 복수의 격자들(112)의 다른 격자와 접촉할 때까지 출력 결합 구역(106)에서 TIR을 겪음 ― , 및 도파관 결합기(100)에서 축출되는 T-1 빔들로 분할된다. 출력 결합 구역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은, 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도가 고갈되거나, 출력 결합 구역(106)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 출력 결합 구역(106)의 끝에 도달할 때까지, 복수의 격자들(112)의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(112)은, 도파관 결합기(100)에서 축출된 T-1 빔들의 강도를 제어하여 사용자의 관점으로부터의 마이크로디스플레이로부터 생성된 가상 이미지의 시야를 추가로 변조하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 추가로 증가시키기 위해, 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들을 제어하도록 조정되어야 한다. 도파관 결합기(100)를 통해 출력 결합 구역(106)에 결합되는 T-1 빔들을 제어하기 위한 하나의 접근법은, 시야를 추가로 변조하고 시야각을 증가시키도록 복수의 격자들(112)의 각각의 격자의 경사 각도를 최적화하는 것이다. 중간 구역(104)의 일부분은, 추가로 시야를 변조하고 시야각을 증가시키기 위해, 약 45° 미만의 도파관 결합기의 표면에 대한 경사 각도를 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다.
도파관 결합기들을 제조하는 하나의 기존 방법은 나노임프린트 리소그래피를 활용한다. 도 2는, 도파관 결합기, 이를테면 도파관 결합기(100)의 도파관 구조를 형성하기 위한 방법(200)의 흐름도이다. 동작(201)에서, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 공정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, 물리 기상 증착(PVD) 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 유동성 CVD(FCVD) 공정, 또는 원자 층 증착(ALD) 공정을 사용하여 나노임프린트 레지스트가 기판의 일부분의 표면 상에 증착된다. 나노임프린트 레지스트는, 스핀 온 글래스(SOG; spin on glass), 유동성 SOG, 유기, 무기, 및 혼성(유기와 무기) 나노임프린팅가능 물질들 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 물질들은, 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 및 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 나노임프린트 레지스트의 물질들은, 방법(200)으로부터 형성되는 결과적인 도파관 구조의 격자들의 경사 각도, 및 도파관 결합기(100)를 통한 광의 포획 및 축출을 제어하고 그를 통한 광 전파를 용이하게 하기 위해 기판의 굴절률에 기반하여 부분적으로 선택된다.
동작(202)에서, 기판의 일부분 상에 배치된 나노임프린트 레지스트가 스탬프에 의해 임프린팅된다. 일 실시예에서, 나노임프린트 레지스트는 스탬프가 임프린팅되기 전에 가열된다. 도파관 패턴은, 복수의 역 격자들을 갖는 격자 패턴을 포함한다. 복수의 역 격자들의 각각의 격자는, 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도, 및 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 후방 각도를 갖는다. 스탬프는 마스터로부터 성형되고, 적외선(IR) 방사선 또는 자외선(UV) 방사선과 같은 전자기 방사선에 대한 노출에 의해 나노임프린트 레지스트가 경화될 수 있게 하기 위해, 반투명한 물질, 이를테면, 용융 실리카 또는 폴리디메틸실록산(PDMS) 물질, 또는 투명한 물질, 이를테면, 유리 물질 또는 플라스틱 물질로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 스탬프는, 스탬프에 기계적 강도를 더하기 위해, 유리 시트와 같은 강성 후면 시트를 포함한다. 동작(203)에서, 기판의 표면 상의 나노임프린트 레지스트가 나노임프린트 레지스트를 안정화시키기 위해 경화된다. 동작(204)에서, 스탬프가 해제된다. 결과적인 도파관 구조는, 복수의 격자들의 각각의 격자가, 기판의 표면의 제2 평면에 대한, 슬랜트(slant) 각도 또는 경사 각도로 또한 알려져 있는 전방 각도, 및 표면의 제2 평면에 대한, 슬랜트 각도 또는 경사 각도로 또한 알려져 있는 후방 각도를 갖도록 복수의 역 격자들에 대응하는 복수의 격자들을 포함한다. 일 실시예에서, 기판의 일부분의 도파관 구조는, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 중간 구역(104), 및/또는 출력 결합 구역(106)에 대응한다.
약 45° 미만의 전방 각도들, 약 45° 미만의 후방 각도들, 및 조정된 치수들, 이를테면, 격자 높이, 잔류 층 높이, 격자 최상부 폭, 및 격자 최하부 폭을 갖는 격자들을 가진 도파관 구조들을 제조하는 것에서, 스탬프들이 약 45° 미만의 역 전방 각도들 및 후방 각도들을 갖는 역 격자들을 갖는 것이 난제일 수 있다. 약 45° 미만의 역 전방 각도들, 약 45° 미만의 역 후방 각도들, 및 높은 종횡비들, 즉, 역 격자 높이 대 역 격자 폭의 비를 갖는 역 격자들을 가진 스탬프를 나노임프린트 레지스트에 임프린팅하고 레지스트를 경화할 때, 결과적인 도파관 구조는, 격자들을 손상시킴이 없이 스탬프를 제거하는 것을 달성가능하지 않게 만드는 중첩되는 격자들을 가질 수 있다. 예컨대, 종횡비들은 약 2:1 내지 약 3:1일 수 있다.
도 3은, 도 4a 내지 도 4f에 도시된 도파관 구조(400)를 형성하기 위한 방법(300)의 흐름도이다. 일 실시예에서, 도파관 구조(400)는, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 중간 구역(104), 및/또는 출력 결합 구역(106)에 대응한다. 동작(301)에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 고정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, PVD 공정, CVD 공정, FCVD 공정, 또는 ALD 공정을 사용하여 나노임프린트 레지스트(408)가 기판(404)의 일부분(402)의 표면(406) 상에 증착된다. 나노임프린트 레지스트는, SOG, 유동성 SOG, 유기, 무기, 및/또는 유기와 무기의 혼성 나노임프린팅가능 물질들 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 물질들은, SiOC, TiO2, SiO2, VOx, Al2O3, ITO, ZnO, Ta2O5, Si3N4, TiN, 및 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들을 포함할 수 있다. 나노임프린트 레지스트의 물질들은, 방법(300)에 의해 형성되는 도파관 구조(400)의 복수의 격자들의 전방 각도, 후방 각도, 및 조정된 치수들에 기반하여 선택된다. 일 실시예에서, 나노임프린트 레지스트는, SiO2, 규소 옥시카바이드(SiOC), ZrO2, 또는 TiO2 함유 물질들을 함유할 수 있는 일정 백분율의 졸-겔 용액을 포함한다.
동작(302)에서, 스탬프(410)가 나노임프린트 레지스트(408)에 임프린팅된다. 일 실시예에서, 나노임프린트 레지스트(408)는, 스탬프(410)가 임프린팅되기 전에 예열 온도로 가열된다. 예열 온도는, 나노임프린트 레지스트(408)에서 용매들의 증발을 촉진시키기 위한 온도이다. 일 실시예에서, 예열 온도는 약 50 ℃ 내지 약 60 ℃이다. 스탬프(410)는 복수의 역 격자들(414)을 갖는다. 스탬프(410)는 마스터로부터 성형되고, 적외선(IR) 방사선 또는 자외선(UV) 방사선과 같은 전자기 방사선에 대한 노출에 의해 나노임프린트 레지스트가 경화될 수 있게 하기 위해, 반투명한 물질, 이를테면, 용융 실리카 또는 폴리디메틸실록산(PDMS) 물질, 또는 투명한 물질, 이를테면, 유리 물질 또는 플라스틱 물질로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 스탬프(410)가 단층의 점착-방지 표면 처리 코팅, 이를테면 플루오린화된 코팅으로 코팅될 수 있으므로, 스탬프(410)는 해제 각도(
Figure pct00005
')로 수동 박리에 의해 또는 기계 툴에 의해 기계적으로 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 스탬프(410)는, 스탬프(410)에 기계적 강도를 더하여 해제 각도(
Figure pct00006
'')로 스탬프(410)를 해제하기 위해, 유리 시트와 같은 강성 후면 시트를 포함한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 스탬프(410)는, 스탬프(410)의 후면측 표면(415)의 제1 평면(416)에 대해 역 전방 각도(α) 및 역 후방 각도(β)를 갖는 복수의 역 격자들을 갖는다. 역 전방 각도(α) 및 역 후방 각도(β)는 약 45° 이상이다. 복수의 역 격자들(414)은, 해제 상태로의 경화 공정 및 어닐링 상태로의 어닐링 공정으로부터의 나노임프린트 레지스트(408)의 수축을 고려하고 전방 각도 및 후방 각도의 수정을 고려하도록 높이(h), 피치(p), 격자 최상부 폭(wt), 및 격자 최하부 폭(wb)의 제1 치수들을, 그리고 스탬프(410)의 해제 방법 및 해제 각도의 결과로서의 해제 상태의 나노임프린트 레지스트(408)의 제2 치수들을 갖는다. 일 실시예에서, 나노임프린트 레지스트(408)는 20 %만큼 수축될 수 있다. 나노임프린트 레지스트(408)를 수축시키는 것은 나노임프린트 레지스트(408)의 굴절률을 증가시킬 수 있다. 마스터는, 마스터로부터 성형된 스탬프(410)가 높이(h), 피치(p), 격자 최상부 폭(wt), 및 격자 최하부 폭(wb)을 갖는 복수의 역 격자들(414)을 갖도록 패턴을 갖는다. 높이(h)는 역 격자 최상부(418)로부터 역 격자 최하부(420)까지의 높이이다. 격자 최상부 폭(wt)은 역 격자 최상부(418)의 폭이고, 격자 최하부 폭(wb)은 역 격자 최하부(420)의 폭이다. 피치(p)는 역 격자 최상부(418)의 제1 모서리들(422) 사이의 거리이다.
동작(303)에서, 나노임프린트 레지스트(408)가 경화 공정을 겪는다. 경화 공정 전에, 나노임프린트 레지스트(408)는 겔 상태로 또한 알려져 있는 원소재 상태(green state)이고, 이는, 나노임프린트 레지스트(408)에 유기 결합제들이 존재함을 의미한다. 경화 공정은, 나노임프린트 레지스트(408)를, 나노임프린트 레지스트가 해제 상태에 도달할 때까지 적외선(IR) 방사선 또는 자외선(UV) 방사선과 같은 전자기 방사선에 노출시키는 것을 포함한다. 해제 상태에서, 나노임프린트 레지스트(408)가 여전히 원소재 상태로 있을 수 있으므로, 나노임프린트 레지스트(408)는, 스탬프(410)의 해제 방법 및 해제 각도의 결과로서의 나노임프린트 레지스트(408)의 전방 각도(α') 및 후방 각도(β'), 및 치수들의 수정에 가단성이 있다. 그러나, 해제 상태에서, 유기 결합제들의 양이 감소한다. 나노임프린트 레지스트(408)는, 나노임프린트 레지스트(408)가 해제 상태에 대응하는 경화 온도에 도달할 때 해제 상태에 있다. 일 실시예에서, 경화 온도는 약 30 ℃ 내지 약 80 ℃이다.
동작(304)에서, 스탬프(410)가 해제 상태의 나노임프린트 레지스트(408)로부터 해제된다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 스탬프(410)는, 해제 상태의 나노임프린트 레지스트(408)로부터 기판(404)의 표면(406)의 제2 평면(438)에 대해 해제 각도(
Figure pct00007
')로 박리된다. 일 실시예에서, 스탬프(410)는 해제 각도(
Figure pct00008
')로 기계 툴에 의해 기계적으로 박리된다. 다른 실시예에서, 스탬프(410)는 해제 각도(
Figure pct00009
')로 수동으로 박리된다. 다른 실시예들에서, 해제 각도(
Figure pct00010
')는 약 0° 내지 약 180°이다. 일 실시예에서, 스탬프(410)는 제1 단부(424)로부터 제2 단부(426)로 또는 제2 단부(426)로부터 제1 단부(424)로 박리된다. 예컨대, 제1 단부(424)로부터 제2 단부(426)로 박리하는 것은 더 낮은 전방 각도 및 후방 각도를 초래할 수 있고, 제2 단부(426)로부터 제1 단부(424)로 박리하는 것은 더 높은 전방 각도 및 후방 각도를 초래할 수 있다. 다른 실시예에서, 스탬프는 격자 라인 방향(442)을 따라 박리된다. 격자 라인 방향(442)을 따라 박리하는 것은 패턴 붕괴를 감소시킨다. 스탬프(410)가 해제 각도(
Figure pct00011
')로 박리된 후에, 나노임프린트 레지스트(408)의 전방 각도, 후방 각도, 및 치수들이 수정된다. 해제 상태의 나노임프린트 레지스트(408)는, 전방 각도(α') 및 후방 각도(β')를 갖는 복수의 전이 격자들(412)을 갖는다. 복수의 전이 격자들(412)은, 전이 높이(h'), 전이 피치(p'), 전이 격자 최상부 폭(wt'), 전이 격자 최하부 폭(wb'), 및 전이 잔류 층 높이(r')를 갖는 제2 치수들을 갖는다. 전방 각도(α') 및 후방 각도(β')는 기판(404)의 표면(406)의 제2 평면(438)에 대한 것이다. 전이 잔류 층 높이(r')는, 기판(404)의 표면(406)으로부터 잔류 층(428)의 최상부(430)까지의 높이이다. 전이 높이(h')는 격자 최상부(432)로부터 격자 최하부(434)까지의 높이이다. 전이 격자 최상부 폭(wt')은 격자 최상부(432)의 폭이고, 전이 격자 최하부 폭(wb')은 격자 최하부(434)의 폭이다. 전이 피치(p')는 격자 최상부(432)의 제1 모서리들(436) 사이의 거리이다. 일 실시예에서, 전방 각도(α') 및 후방 각도(β), 전이 높이(h'), 전이 격자 최상부 폭(wt'), 전이 격자 최하부 폭(wb'), 및 전이 잔류 층 높이(r')는 경화 공정 및 스탬프(410)의 해제로부터 조정된다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 스탬프(410)는, 해제 상태의 나노임프린트 레지스트(408)로부터 기판(404)의 표면(406)의 제2 평면(438)에 대해 해제 각도(
Figure pct00012
'')로 들어올려진다. 일 실시예에서, 스탬프(410)는 해제 각도(
Figure pct00013
'')로 기계 툴에 의해 기계적으로 들어올려진다. 다른 실시예에서, 스탬프(410)는 해제 각도(
Figure pct00014
'')로 수동으로 들어올려진다. 일부 실시예들에서, 해제 각도(
Figure pct00015
'')는 약 0° 내지 약 180°이다. 약 90° 미만의 제2 평면(438)에 대한 해제 각도(
Figure pct00016
'')는 더 높은 격자 밀도를 초래할 것이다. 스탬프(410)가 해제 각도(
Figure pct00017
'')로 들어올려진 후에, 나노임프린트 레지스트(408)의 전방 각도, 후방 각도, 및 치수들이 수정된다. 해제 상태의 나노임프린트 레지스트(408)는, 전방 각도(α'') 및 후방 각도(β''), 전이 높이(h''), 전이 피치(p''), 전이 격자 최상부 폭(wt''), 전이 격자 최하부 폭(wb''), 및 전이 잔류 층 높이(r'')를 갖는 복수의 전이 격자들(412)을 갖는다. 일 실시예에서, 박리하는 것으로부터의 전이 격자들(412)의 전방 각도, 후방 각도, 및 제2 치수들, 및 들어올리는 것으로부터의 전이 격자들(412)의 전방 각도, 후방 각도, 및 제2 치수들은, 박리에서의 수직력이 복수의 전이 격자들(412)에 영향을 미치도록 제어될 수 있으므로 상이하다. 일 실시예에서, 전방 각도(α'') 및 후방 각도(β''), 전이 높이(h''), 전이 격자 최상부 폭(wt''), 전이 격자 최하부 폭(wb''), 및 전이 잔류 층 높이(r'')는 경화 공정 및 스탬프(410)의 해제로부터 조정된다.
동작(305)에서, 나노임프린트 레지스트(408)가 어닐링 공정을 겪게 함으로써 도파관 구조(400)가 형성된다. 어닐링 공정은, 나노임프린트 레지스트(408)를, 나노임프린트 레지스트가 어닐링 상태에 도달할 때까지 적외선(IR) 방사선 또는 자외선(UV) 방사선과 같은 전자기 방사선에 노출시키는 것을 포함한다. 어닐링 상태에서, 나노임프린트 레지스트(408)는 강성이므로, 나노임프린트 레지스트(408)는 가단성이 있지 않고 원소재 상태가 아니다. 나노임프린트 레지스트(408)는, 나노임프린트 레지스트(408)가 어닐링 상태에 대응하는 어닐링 온도에 도달할 때 어닐링 상태에 있다. 일 실시예에서, 어닐링 온도는 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃이다. 어닐링 공정은 나노임프린트 레지스트(408)의 체적을 감소시킨다. 따라서, 해제 각도(
Figure pct00018
')로 스탬프(410)를 박리함으로써 형성되는 도파관 구조(400)는, 도 4e에 도시된 바와 같이, 전방 각도(α1) 및 후방 각도(β1)를 갖는 복수의 격자들(440)을 갖는다. 복수의 격자들(440)은, 높이(h1), 피치(p1), 격자 최상부 폭(wt 1), 격자 최하부 폭(wb 1), 및 잔류 층 높이(r1)를 갖는 제3 치수들을 갖는다. 일 실시예에서, 전방 각도(α1) 및 후방 각도(β1), 높이(h1), 격자 최상부 폭(wt 1), 격자 최하부 폭(wb 1), 및 잔류 층 높이(r1)는 어닐링 공정으로부터 조정된다. 해제 각도(
Figure pct00019
'')로 스탬프(410)를 들어올림으로써 형성되는 도파관 구조(400)는, 도 4f에 도시된 바와 같이, 전방 각도(α2) 및 후방 각도(β2)를 갖는 복수의 격자들(440)을 갖는다. 복수의 격자들(440)은, 높이(h2), 피치(p2), 격자 최상부 폭(wt 2), 격자 최하부 폭(wb 2), 및 잔류 층 높이(r2)를 갖는 제3 치수들을 갖는다. 일 실시예에서, 전방 각도(α2) 및 후방 각도(β2), 높이(h2), 격자 최상부 폭(wt 2), 격자 최하부 폭(wb 2), 및 잔류 층 높이(r2)는 어닐링 공정으로부터 조정된다. 다른 실시예에서, 박리하는 것으로부터의 복수의 격자들(440)의 전방 각도, 후방 각도, 및 치수들, 및 들어올리는 것으로부터의 전이 격자들(412)의 전방 각도, 후방 각도, 및 치수들은 상이하다. 전방 각도(α1), 후방 각도(β1), 전방 각도(α2), 및 후방 각도(β2)는 약 45° 미만이다. 다른 실시예에서, 전방 각도(α1) 및 후방 각도(β1)는 약 32° 내지 약 37°이다. 또 다른 실시예에서, 전방 각도(α2) 및 후방 각도(β2)는 37° 미만, 예컨대, 약 32° 내지 약 37°이다.
다른 실시예에서, 동작(304) 후 및 동작(305) 전에, 도 4g 및 도 4h에 도시된 바와 같이, 재충전(backfill) 물질(401)이 복수의 전이 격자들(412)의 각각의 전이 격자 사이에 증착된다. 물질(401)은, 나노임프린트 레지스트(408)의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 그보다 큰 제2 굴절률을 갖는다. 재충전 물질(401)은, SOG, 유동성 SOG, 유기 나노임프린팅가능, 무기 나노 임프린팅가능, 및 혼성(유기와 무기) 나노임프린팅가능 물질들 중 적어도 하나, 이를테면, SiOC, TiO2, SiO2, VOx, Al2O3, ITO, ZnO, Ta2O5, Si3N4, TiN, 및 ZrO2 함유 물질들 중 적어도 하나를 포함한다. 재충전 물질(401)은, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 공정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, PVD 공정, CVD 공정, FCVD 공정, 또는 ALD 공정을 사용하여 복수의 전이 격자들(412)의 각각의 전이 격자 사이에 증착될 수 있다. 도 4i 및 도 4j에 도시된 바와 같이, 나노임프린트 레지스트(408)는, 실질적으로 매칭하는 제1 굴절률 및 제2 굴절률로 인해 재충전 물질(401)과 함께 어닐링 공정을 겪는다. 재충전 물질(401)은 복수의 전이 격자들(412)에 추가로 응력을 가하여, 스탬프(410)를 박리함으로써 형성되는 도파관 구조(400)의 복수의 격자들(440)의 전방 각도(α1) 및 후방 각도(β1)를 감소시킨다. 재충전 물질(401)은 복수의 전이 격자들(412)에 추가로 응력을 가하여, 스탬프(410)를 들어올림으로써 형성되는 도파관 구조(400)의 전방 각도(α2) 및 후방 각도(β2)를 감소시킨다.
요약하면, 약 45° 미만의 전방 각도들, 약 45° 미만의 후방 각도들, 및 조정된 치수들을 갖는 격자들을 가진 도파관 결합기들을 제조하는 방법들이 본원에서 설명된다. 스탬프는, 경화 공정 및 어닐링 공정으로부터의 나노임프린트 레지스트의 체적의 감소를 고려하고 해제 상태의 나노임프린트 레지스트의 전방 각도, 후방 각도, 및 치수들의 수정을 고려하도록 역 전방 각도(α), 역 후방 각도(β), 및 치수들을 갖는 복수의 역 격자들을 갖는다. 스탬프의 해제 방법 및 해제 각도의 결과로서, 도파관 결합기의 복수의 격자들은, 45° 미만의 전방 각도, 45° 미만의 후방 각도, 및 조정된 치수들을 갖는다.
전술한 내용이 본 개시내용의 예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 도파관 구조 제조 방법으로서,
    기판의 표면 상에 배치된 나노임프린트 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계 ― 상기 스탬프는 복수의 역 격자들을 포함함 ―;
    상기 나노임프린트 레지스트가 경화 공정을 겪게 하는 단계;
    해제 방법을 사용하여 해제 각도(
    Figure pct00020
    )로 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 해제하는 단계; 및
    도파관 구조를 형성하기 위해 상기 나노임프린트 레지스트가 어닐링 공정을 겪게 하는 단계 ― 상기 도파관 구조는 복수의 격자들을 포함함 ― 를 포함하며,
    상기 복수의 역 격자들은,
    상기 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도(α) ― 상기 역 전방 각도(α)는 약 45° 이상임 ―,
    상기 제1 평면에 대한 역 후방 각도(β) ― 상기 역 후방 각도(β)는 약 45° 이상임 ―, 및
    제1 치수들을 갖고,
    상기 복수의 격자들은,
    상기 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전방 각도(α) ― 상기 전방 각도(α)는 약 45° 미만임 ―,
    상기 제2 평면에 대한 후방 각도(β) ― 상기 후방 각도(β)는 약 45° 미만임 ―, 및
    제3 치수들을 갖는, 도파관 구조 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경화 공정은 상기 나노임프린트 레지스트가 해제 상태에 도달할 때까지 상기 나노임프린트 레지스트를 전자기 방사선에 노출시키는 것을 포함하는, 도파관 구조 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스탬프가 단층의 점착-방지 표면 처리 코팅으로 코팅되어 해제 각도(
    Figure pct00021
    ')로 박리함으로써 상기 스탬프가 제거되는, 도파관 구조 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 해제 각도(
    Figure pct00022
    ')로 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 박리하는 상기 해제 방법은 복수의 전이(transition) 격자들을 형성하고,
    상기 복수의 전이 격자들은,
    상기 기판의 표면의 상기 제2 평면에 대한 전이 전방 각도(α');
    상기 제2 평면에 대한 전이 후방 각도(β'); 및
    제2 치수들을 갖는, 도파관 구조 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스탬프는, 해제 각도(
    Figure pct00023
    '')로 상기 스탬프를 해제하기 위해 상기 스탬프에 기계적 강도를 더하기 위한 강성 후면 시트를 포함하는, 도파관 구조 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 해제 각도(
    Figure pct00024
    '')로 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 들어올리는 상기 해제 방법은 복수의 전이 격자들을 형성하고,
    상기 복수의 전이 격자들은,
    상기 기판의 표면의 상기 제2 평면에 대한 전이 전방 각도(α'');
    상기 제2 평면에 대한 전이 후방 각도(β''); 및
    제2 치수들을 갖는, 도파관 구조 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 나노임프린트 레지스트는, 상기 나노임프린트 레지스트가 약 30 ℃ 내지 약 80 ℃의 경화 온도에 도달할 때 해제 상태에 있는, 도파관 구조 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노임프린트 레지스트는, 스핀 온 글래스(SOG; spin on glass), 유동성 SOG, 유기, 무기, 및 혼성(유기와 무기) 나노임프린팅가능 물질들 중 적어도 하나를 포함하는, 도파관 구조 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 나노임프린팅가능 물질들은, 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 및 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들 중 적어도 하나를 포함하는, 도파관 구조 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 나노임프린트 레지스트는 졸-겔 용액을 포함하는, 도파관 구조 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 어닐링 공정은 상기 나노임프린트 레지스트가 어닐링 상태에 도달할 때까지 상기 나노임프린트 레지스트를 전자기 방사선에 노출시키는 것을 포함하는, 도파관 구조 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 나노임프린트 레지스트는, 상기 나노임프린트 레지스트가 약 150 ℃ 내지 약 250 ℃의 어닐링 온도에 도달할 때 어닐링 상태에 있는, 도파관 구조 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 나노임프린트 레지스트는, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 공정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, 물리 기상 증착(PVD) 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 유동성 CVD(FCVD) 공정, 또는 원자 층 증착(ALD) 공정을 사용하여 상기 기판의 표면 상에 증착되는, 도파관 구조 제조 방법.
  14. 도파관 구조 제조 방법으로서,
    기판의 표면 상에 배치된 나노임프린트 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계 ― 상기 스탬프는 복수의 역 격자들을 포함함 ―;
    상기 나노임프린트 레지스트가 해제 상태에 있도록 상기 나노임프린트 레지스트가 경화 공정을 겪게 하는 단계;
    상기 해제 상태의 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 해제하는 단계 ― 상기 스탬프를 해제하는 단계는, 복수의 전이 격자들을 형성하기 위해 해제 각도(
    Figure pct00025
    ')로 상기 해제 상태의 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 박리하는 해제 방법을 사용하는 단계를 포함함 ―; 및
    상기 나노임프린트 레지스트가 어닐링 공정을 겪게 하는 단계 ― 상기 어닐링 공정은, 어닐링 상태의 상기 나노임프린트 레지스트로부터 도파관 구조를 형성하는 것을 포함하고, 상기 도파관 구조는 복수의 격자들을 포함함 ― 를 포함하며,
    상기 복수의 역 격자들은,
    상기 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도(α) ― 상기 역 전방 각도(α)는 약 45° 이상임 ―,
    상기 제1 평면에 대한 역 후방 각도(β) ― 상기 역 후방 각도(β)는 약 45° 이상임 ―, 및
    제1 치수들을 갖고,
    상기 복수의 전이 격자들은,
    상기 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전이 전방 각도(α'),
    상기 제2 평면에 대한 전이 후방 각도(β'), 및
    제2 치수들을 갖고,
    상기 복수의 격자들은,
    상기 기판의 표면의 상기 제2 평면에 대한 전방 각도(α1) ― 상기 전방 각도(α1)는 약 45° 미만임 ―,
    상기 제2 평면에 대한 후방 각도(β1) ― 상기 후방 각도(β1)는 약 45° 미만임 ―, 및
    제3 치수들을 갖는, 도파관 구조 제조 방법.
  15. 도파관 구조 제조 방법으로서,
    기판의 표면 상에 배치된 나노임프린트 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계 ― 상기 스탬프는 복수의 역 격자들을 포함함 ―;
    상기 나노임프린트 레지스트가 해제 상태에 있도록 상기 나노임프린트 레지스트가 경화 공정을 겪게 하는 단계; 및
    상기 해제 상태의 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 해제하는 단계 ― 상기 스탬프를 해제하는 단계는, 복수의 전이 격자들을 형성하기 위해 해제 각도(
    Figure pct00026
    '')로 상기 해제 상태의 상기 나노임프린트 레지스트로부터 상기 스탬프를 들어올리는 해제 방법을 사용하는 단계를 포함함 ―; 및
    상기 나노임프린트 레지스트가 어닐링 공정을 겪게 하는 단계 ― 상기 어닐링 공정은, 어닐링 상태의 상기 나노임프린트 레지스트로부터 도파관 구조를 형성하는 것을 포함하고, 상기 도파관 구조는 복수의 격자들을 포함함 ― 를 포함하며,
    상기 복수의 역 격자들은,
    상기 스탬프의 후면측 표면의 제1 평면에 대한 역 전방 각도(α) ― 상기 역 전방 각도(α)는 약 45° 이상임 ―,
    상기 제1 평면에 대한 역 후방 각도(β) ― 상기 역 후방 각도(β)는 약 45° 이상임 ―, 및
    제1 치수들을 갖고,
    상기 복수의 전이 격자들은,
    상기 기판의 표면의 제2 평면에 대한 전이 전방 각도(α''),
    상기 제2 평면에 대한 전이 후방 각도(β''), 및
    제2 치수들을 갖고,
    상기 복수의 격자들은,
    상기 기판의 표면의 상기 제2 평면에 대한 전방 각도(α2) ― 상기 전방 각도(α2)는 약 45° 미만임 ―,
    상기 제2 평면에 대한 후방 각도(β2) ― 상기 후방 각도(β1)는 약 45° 미만임 ―, 및
    제3 치수들을 갖는, 도파관 구조 제조 방법.
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