KR20220059512A - 도파로 및 도파로 제조 방법 - Google Patents

도파로 및 도파로 제조 방법 Download PDF

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스테픈 메이슨
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Abstract

도파로를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은, 도파로의 표면의 영역에 적어도 대응하는 영역의 표면을 가지고, 제 1 툴 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 형성된 제 1 격자 프로파일을 가지는 상기 제 1 툴 기판을 포함하는 제 1 마스터 격자 툴을 제조하는 단계, 상기 도파로의 표면의 영역에 적어도 대응하는 영역의 표면을 가지고, 제 2 툴 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 형성된 제 2 격자 프로파일을 가지는 상기 제 2 툴 기판을 포함하는 제 2 마스터 격자 툴을 제조하는 단계, 상기 제 1 마스터 격자 툴을 사용하여 상기 제 1 도파로 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 상기 제 1 격자 프로파일을 복제하는 단계, 상기 제 2 마스터 격자 툴을 사용하여 상기 제 2 도파로 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 상기 제 2 격자 프로파일을 복제하는 단계, 제 1 유전체층을 상기 제 1 도파로 기판의 표면 상에 복제된 상기 제 1 격자 프로파일의 선택된 영역에 걸쳐 도포하는 단계, 제 2 유전체층을 상기 제 2 도파로 기판의 표면 상에 복제된 상기 제 2 격자 프로파일의 선택된 영역에 걸쳐 도포하는 단계, 및 라미네이션 재료층(laminating material layer)을 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판 중 적어도 하나에 도포하고, 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판의 표면들을 접합시킴으로써 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판을 중간 라미네이션 층(intermediate lamination layer)에 의하여 결합시키는 단계를 포함한다.

Description

도파로 및 도파로 제조 방법
본 발명은 관련 도파로 및 도파로 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이 시스템, 특히 헤드 마운트 또는 헬멧 마운트 디스플레이 시스템 및 헤드업 디스플레이 시스템이 회절 요소를 포함하는 도파로를 사용하는 것이 점점 일반화되어 가고 있다. 이러한 도파로는: 이미지 소스로부터의 빛을 시청자의 시선으로 보내는 것; 이미지를 포함하는 빛의 퓨필을 빛이 도파로를 통해 전파될 때 일차원 또는 이차원에서 확장하여, 더 사용자가 이미지를 볼 수 있는 눈의 위치의 더 넓은 범위를 제공하는 것; 디스플레이될 이미지가 투명한 도파로를 통해 보는 것처럼 외부 세계의 사용자의 비에 오버레이되어 시청될 수 있도록, 투명 디스플레이 내에서 결합기로서의 역할을 하는 여러 목적을 달성하는 역할을 할 수 있다.
두 개의 또는 세 개의 상이한 회절 격자들이 도파로 내에 임베딩되거나 도파로의 표면 위에 또는 표면에 가깝게 제공되어, 시준된 광을 도파로 안팎으로 커플링하고 빛의 퓨필이 확장되게 할 수 있다. 그러나, 이러한 도파로 및 회절 격자를 높은 이미지 품질을 달성하기 위해 요구되는 공차로 제조하는 것은, 특히 큰 회절 격자를 가지는 큰 도파로가 요구되는 경우에는 어려운 일일 수 있다.
본 발명의 실시예가 이제 첨부된 도면을 참조하여 오직 예를 이용하여 더 상세히 설명될 것이다:
도 1은 마스터 격자 툴을 사용하여 도파로에 대한 회절 격자 프로파일을 제조하기 위한 공지된 방법의 일 예 및 이러한 마스터 격자 툴을 사용하여 제조된 공지된 도파로의 일 예의 표현이다;
도 2는 본 발명에 따른 마스터 격자 툴을 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 프로세스의 일 예의 표현이다;
도 3은 본 발명에 따른, 도 2의 예시적인 마스터 격자 툴을 사용하여 제조된 도파로의 일 예의 표현이다;
도 4는 본 발명에 따른 도파로를 제조하기 위한 본 발명에 따른 프로세스의 일 예의 표현이다; 그리고
도 5는 도 4에 도시된 예시적인 프로세스에 따라 제조된, 본 발명에 따른 도파로의 일 예의 표현이다.
두 개의 메인 회절 격자를 포함하는 투명 도파로를 제조하기 위한 공지된 방법이 도 1을 참조하면 간략하게 설명될 것이다.
처음에 도 1a를 참조하면, 척도에 맞지 않게 단면도로 표시된 예는 상이한 격자 프로파일을 가지는 두 개의 회절 격자 구역을 가지는 도파로를 제조할 때 사용되도록 제조된 마스터 격자 툴(5)의 표현이다. 격자 툴(5)은 두 개의 상이한 마스터 격자(10, 15)를 포함하고, 이들은 통상적으로 별개로 제조되고 단일 격자 툴 기판(20) 상에 장착될 것이다. 두 개의 마스터 격자가 제조된 후 툴 기판(20) 상에 장착되게 하기 위해서는, 이들이 작지 않은 두께를 가질 필요가 있다. 그들의 두께에 의하여 반드시, 특히, 툴 기판(20)의 단일 섹션에 고정될 때 마스터 격자들 사이에 갭(25)을 형성하는 에지를 가지는 두 개의 마스터 격자가 얻어진다.
또한, 도 1a는, 마스터 격자 툴(5)을 유리 베이스층(35)에 도포된 바 있는 UV-경화성 폴리머의 "복제층(replication layer; 30)" 내로 임프린트하는 것을 포함하는, 마스터 격자(10, 15)를 복제하기 위한 하나의 예시적인 방법의 결과의 표현을 도시한다. 도 1a는, 폴리머의 UV 경화 및 마스터 격자 툴(5)의 제거 이후에 복제층(30)내로 각각 임프린트된 마스터 격자 프로파일(10, 15)의 복제본(40, 45)을 남기는 복제층(30)을 도시한다. 이러한 예에서는 세 개인 돌출부 중 하나인 돌출부(50)는 마스터 격자 툴(5)의 마스터 격자(10, 15) 사이의 갭(25)에 대응하며 복제층(30) 내에 남아 있다. 임프린트 이외에, 나노-임프린트 리소그래피를 포함하여, 마스터 격자 프로파일(10, 15)을 복제하기 위한 다른 방법들이 알려져 있다. 그러나, 중앙 돌출부(50)를 포함하는 돌출부들은 결과적으로 얻어지는 복제층(30) 내에 피쳐로서 남아 있을 것이다.
도 1b를 참조하면, 완성된 도파로 구조체가 단면도로 도시되는데, 여기에서 각각의 유전체 재료의 등각 층들(55, 60)이 임프린트된 격자 프로파일(40, 45)에 도포되었다. 복제층(30)에 대해서 사용된 것과 동일하거나 유사한 UV-경화성 폴리머로 제조된 "라미네이션 층(lamination layer; 65)"이 복제층(30)을 덮도록 도포되고, 및 다른 유리층(70)이 라미네이션 층(65)이 그들의 유전체 코팅(55, 60)으로 격자(40, 45)의 프로파일을 완전하게 따라가서 갭을 남기지 않도록 보장하는 어떤 압력 하에서 라미네이션 층(65)에 도포된다. 그러면, 라미네이션 층(65)의 UV-경화성 폴리머가 경화되어 도 1b에 도시되는 구조체가 초래된다.
실무에서는, 복제층(60)의 깊이, 그리고 따라서 복제층 내의 돌출부(50)의 깊이는 약 30-40μm이다. 그러나, 도 1b에 도시되는 도파로 구조체를 통과하여 전파되는 빛에 대한 이러한 돌출부, 예컨대 돌출부(50)의 영향은, 지금부터 도 1c를 참조하여 설명되는 바와 같이 클 수 있다.
도 1c를 참조하면 도 1b의 도파로를 통과하여 전파되는 빛의 일부 예시적인 광로(75, 80, 85)가 도시된다. 경로(80, 85) 중 하나를 따라가는 빛은 제 2 격자(45, 60)에 의해 회절되어, 의도된 바에 따라 도파로로부터 유리층(70)의 표면에 대해 실질적으로 직각으로 나오게 된다. 그러나, 경로(75)를 따라가는 빛은 복제층 내의 돌출부(50)를 통과하고, 복제층(30) 및 라미네이션 층(65) 내에 사용된 재료의 굴절률이 약간 다르기 때문에, 이러한 빛은 궁극적으로 유리층(70)의 표면에 대해 비스듬한 각도로 유리층(70)으로부터 나오게 되어 시청자가 이차 이미지를 보게 한다. 모델링과 실험에 의하여, 복제층(30) 및 라미네이션 층(65)의 재료들의 굴절률들에 +/-0.0003의 차이만 있어도 도파로로부터 나오는 빛에 0.5mR 이상의 편차가 초래될 수 있어서, 시청자가 이차 이미지를 구별하기에 충분한 편차가 된다는 것이 밝혀져 있다. 당업자는 이러한 놀라운 결과를 고려하고, 예를 들어, 복제층(30) 및 라미네이션 층(65)에 대해서 공칭적으로 동일한 재료가 사용되는 경우에도 UV-경화성 폴리머의 굴절률들의 매칭을 달성하는 것이 실무상 획득하기 어려운 것이라는 것을 인식할 것이다. 굴절률의 차이는, 예를 들어 복제층과 라미네이션 층의 동작 온도에 작은 차이가 있기 때문에 발생될 수 있으며, 1 ℃당 +/-0.0001의 굴절률에서의 차이를 초래한다. 더욱이, 예를 들어 전체 두께가 5mm인 도파로의 경우, 마스터 격자 툴(5) 상의 에지에 기인한 복제층에서의 각각의 돌출부는 도파로를 통해서 전파되는 빛의 0.6% 내지 0.8%가 우회되게 한다. 그러므로, 큰 도파로를 제조하기 위한 개선된 방법이 요구된다.
본 발명에 따르면, 제 1 개선예에서, 단일 마스터 격자 툴, 예를 들어 두 개의 상이한 회절 격자에 대한 마스터 격자 프로파일들을 가지는 마스터 격자 툴을 제조하기 위하여 상이한 방법들이 고안되어 왔다. 이러한 방법이 이제 도 2 및 도 3을 참조하여 일 예에서 설명될 것이다.
도 2를 참조하면, 단일 마스터 격자 툴을 제조하기 위한 방법이 도 2a 내지 도 2e에 의해서 다섯 개의 스테이지에서 표현된다.
도 2a에 표현된 제 1 스테이지, 단일 마스터 격자 툴 기판(100)이 포토레지스트층(105)으로 코팅된다.
도 2b에 표현된 제 2 스테이지에서, 포토레지스트층(105)의 제 1 영역(110)을 제외하고 전부를 커버하기 위하여 마스크가 사용된다. 제 1 회절 격자에 대한 무늬 패턴(112)이, 예를 들어 레이저-유발 간섭 패턴을 사용하여 포토레지스트층(105)의 노광된 제 1 영역(110) 내에 기록되는 반면에, 포토레지스트층(105)의 잔여 영역(115)은 마스크에 의해 커버된 상태를 유지한다.
도 2c에 표현된 제 3 스테이지에서, 포토레지스트층(105)의 제 2 영역(120)을 노광하기 위하여 그 외의 마스크가 사용된다. 제 2 회절 격자에 대한 무늬 패턴(122)이, 예를 들어 레이저-유발 간섭 패턴을 사용하여 포토레지스트층(105)의 노광된 제 2 영역(120) 내에 기록되는 반면에, 포토레지스트층(105)의 잔여 영역(125)은 마스크에 의해 커버된 상태를 유지한다.
도 2d에 표현된 제 4 스테이지에서, 포토레지스트층(105)이 현상되고 상기 제 1 영역과 제 2 영역(110, 120) 내의 포토레지스트가, 상기 제 1 및 제 2 격자에 대한 무늬 패턴(112, 122)이 어디에 기록되었는지에 따라서 제거되어, 툴 기판 아래의 대응하는 패턴을 노출시킨다. 그러면, 제 1 및 제 2 마스터 격자 프로파일(130, 135)이 영역(110, 120) 각각 내에서, 포토레지스트(105)가 제거되었던 격자 패턴(112, 122) 각각을 따라서 마스터 툴 기판(100) 내로 에칭된다. 마스터 격자 프로파일(130, 135)은 예를 들어 이온 빔 에칭을 사용하여 에칭될 수 있다. 필요하다면, 요구된 제 1 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)을 툴 기판(100) 내에 생성하기 위해서 노광 및 에칭의 여러 스테이지들이 요구될 수 있다.
도 2e에 표현된 제 5 스테이지에서, 임의의 잔여 포토레지스트(105)가 제거되어 툴 기판(100) 내에 형성된 제 1 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)을 남기게 된다. 이러한 기법의 이론적인 장점은, 격자 프로파일의 임의의 에지가 매우 작아서, 제 1 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)을 UV-경화성 폴리머의 복제층 내로 임프린트하기 위해서, 큰 돌출부가 복제층 내에 남아 있지 않게 된다는 것이다. 그러므로, 도 1c를 참조하여 전술된 문제점이 회피된다.
도 3을 참조하면, 도 2e에 도시되는 단일 마스터 격자 툴을 사용하여 제조된 도파로의 일 예가 단면도로 표현된다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)은, 예를 들어 도파로의 제 1 외부 유리층(145)에 도포된 UV-경화성 폴리머의 층(140) 내에서 엠보싱함으로써 복제층(140)내에 복제된다. 도 1b 및 도 1c에 도시된 종래 기술의 도파로와 달리, 도 2e에 도시되는 단일 마스터 격자 툴로부터의 복제에 의하여 제조된 본 발명에 따른 도파로에서는, 제 1 격자 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)의 에지에 의해 초래된, 복제층(140) 내의 큰 돌출부가 존재하지 않는다.
제 1 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)을 각각의 유전체 코팅(150, 155)으로 코팅한 이후에, 복제층(140)에 대해서 사용된 것과 실질적으로 동일한 UV-경화성 폴리머 재료의 라미네이션 층(160)이 제 1 격자 및 제 2 격자(130, 135)를 커버하도록 도포된다. 우선 UV-경화성 폴리머의 라미네이션 층(160)이 제 2 외부 유리층(165)에 도포되고, 그 후에 이러한 조합이 복제층(140)에 대해서 눌려져서, UV-경화성 폴리머가 코팅된 제 1 및 제 2 격자 프로파일(130, 135)의 전체 표면과 일치하게 접촉하게 하고, 갭을 남기지 않는다. 그러면, 라미네이션 층(160)의 UV-경화성 폴리머가 UV 광으로 경화된다.
본 발명에 따르면, 제 2 개선예에서, 두 개 이상의 회절 격자를 포함하는 도파로를 제조하기 위하여 그 외의 방법이 고안되었다. 이러한 방법이 도 4 및 도 5를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도파로(175), 예를 들어 도 5에 단면도로 도시된 바와 같은 제 1 및 제 2 회절 격자(180, 185) 각각을 포함하는 도파로(175)를 제조하기 위한 방법이 4-스테이지 프로세스로서 도 4a 내지 도 4c에 표현된다.
도 4a에 표현된 제 1 스테이지에서, 제 1 마스터 격자 툴(190) 및 제 2 마스터 격자 툴(195)이 예를 들어 다음 공개 문서에 기술된 바와 같은 기법을 사용하여 각각의 툴 기판(200, 205) 상에 제조된다: Smith, D. J., 등 "Large area pulse compression gratings fabricated onto fused silica substrates using scanning beam interference lithography", 3rd Int'l Conf. Ultrahigh Intens. Lasers: Dev. Sci. Emerg. Appl (2008). 이러한 공개된 기법에 의하여, 또는 다른 공지된 기법에 의하여, 격자 프로파일이 상대적으로 큰 영역, 특히 제 1 및 제 2 마스터 격자 프로파일(210, 215)이 각각의 툴 기판(200, 205)의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 형성되게 하기에 충분히 큰 영역에 걸쳐서 형성될 수 있다. 툴 기판(200, 205)은 적어도 제조될 도파로(175)의 표면의 영역에 해당하는 영역을 가진다.
도 2를 참조하여 전술된 것과 유사한 이러한 하나의 기법에 따르면, 우선 포토레지스트층이 제 1 및 제 2 툴 기판(200, 205) 각각의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐서 도포된다. 제 1 마스터 격자 프로파일(210)에 대응하는 제 1 격자 패턴을 형성하는 레이저-유발 간섭 패턴이, 예를 들어 전술된 논문에 따른 스캐닝에 의하여, 제 1 툴 기판(200)에 적용된 포토레지스트의 영역 전체에 걸쳐서 생성되고 기록된다. 이와 유사하게, 제 2 마스터 격자 프로파일(215)에 대응하는 제 2 격자 패턴을 형성하는 레이저-유발 간섭 패턴이, 예를 들어 같은 기법에 의하여, 제 2 툴 기판(200)에 적용된 포토레지스트의 영역의 실질적으로 전체에 걸쳐서 생성되고 기록된다. 그러면 포토레지스트가 현상되어, 제 1 격자 및 제 2 격자 패턴에 따라서 포토레지스트를 제거하여 아래에 있는 제 1 툴 및 제 2 툴 기판(200, 205)의 대응하는 노광 패턴을 각각 초래한다. 그러면 에칭 기법, 예를 들어 이온-빔 에칭이 제 1 및 제 2 마스터 격자 프로파일(210, 215)을 아래에 있는 제 1 및 제 2 툴 기판(200, 205)의 노광된 제 1 및 제 2 격자 패턴들 내로 에칭하기 위하여 사용된다. 그러면, 임의의 잔여 포토레지스트가 제 1 및 제 2 툴 기판(200, 205)으로부터 제거되어, 제 1 및 제 2 마스터 격자 툴(190, 195)의 제조를 완료한다.
도 4b에 표현된 제 2 스테이지에서, 제 1 마스터 격자 툴(190)의 제 1 마스터 격자 프로파일(210)이, 예를 들어 도 1a를 참조하여 설명된 기법들 중 하나를 사용하여, 도파로(175)의 제 1 외부 유리층(225)에 도포된 제 1 복제층(220) 내에 복제된다. 이러한 하나의 기법에서, 제 1 마스터 격자 툴(190)의 격자 프로파일(210)은, 제 1 외부 유리층(225)에 도포된 UV-경화성 폴리머의 층(220)을 포함하는 제 1 복제층(220)의 전체 영역에 걸쳐서 엠보싱에 의하여 복제될 수 있다. 이와 유사하게, 제 2 마스터 격자 툴(195)의 제 2 마스터 격자 프로파일(215)은, 예를 들어 제 1 복제층(220)에 대한 것과 동일한 기법을 사용하여, 제 2 복제층(230), 예를 들어 도파로(175)의 제 2 외부 유리층(235)에 도포된 UV-경화성 폴리머의 층(230)의 전체 영역에 걸쳐서 엠보싱에 의하여 복제된다.
도 4c에 표현된 제 3 스테이지에서, 제 1 회절 격자(180)의 의도된 영역에 대응하는 제 1 격자 프로파일(210)의 영역(240)이 유전체 재료의 층(255)으로 코팅된다. 이와 유사하게, 제 2 회절 격자(185)의 의도된 영역에 대응하는 제 2 격자 프로파일(215)의 영역(245)이 유전체 재료의 층(260)으로 코팅된다.
제 4 스테이지에서, 제 1 및 제 2 복제층(220, 230) 내에 형성된 격자 프로파일(210, 215) 중 하나 또는 양자 모두를 커버하도록, 제 1 및 제 2 복제층(220, 230)에 대해서 사용된 것과 실질적으로 동일한 UV-경화성 폴리머의 라미네이션 층(250)을 도포함으로써 도파로가 조립된다. 그러면, 제 1 복제층(220) 및 제 1 외부 유리층(225) 및 제 2 복제층(230) 및 제 2 외부 유리층(235)의 어셈블리가 압력을 받으면서 합쳐져서, UV-경화성 폴리머의 라미네이션 층(250)을 제 1 및 제 2 복제층(220, 230) 사이에 샌드위치한다. 그러면, UV-경화성 폴리머의 층(250)이 두 개의 복제층(220, 230) 사이의 공간을 채워서 갭을 남기지 않게 된다. 그러면, 라미네이션 층(250)을 형성하는 폴리머가 경화되고, 도파로(175)의 제조가 실질적으로 완료된다.
유전체 재료 내에 코팅되지 않았던 제 1 및 제 2 격자 프로파일(210, 215)의 영역은 각각의 복제층(220, 230) 및 라미네이션 층(250)의 재료들 사이에 직접적인 계면을 형성한다. 복제층 및 라미네이션 층(220, 230, 250) 내에 사용된 폴리머의 굴절률들이 실질적으로 매칭되기 때문에, 이러한 계면은 도파로(175)를 통과하여 전파되는 빛에 회절 효과를 거의 가지지 않을 것이다. 제 1 및 제 2 회절 격자(180, 185)를 각각 형성하도록 의도된, 유전체층(255, 260)에 의하여 코팅된 구역의 회절 효율은 훨씬 더 높을 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 전술된 본 발명에 따른 제 1 예의 경우, 복제층(220, 230) 중 어느 부분도 라미네이션 층(250) 내로 실질적으로 돌출되지 않고, 따라서 도 1c를 참조하여 전술된 선행 기술의 도파로의 문제점을 피하게 된다.
도 2 및 도 3을 참조하여 전술된 것들과 비교할 때, 도 4 및 도 5에 따라서 도파로(175)를 제조하기 위한 방법의 하나의 장점은, 동일한 격자 프로파일(210, 215)을 가지지만 다른 회절 격자 구성을 가지는 도파로를 제조하기 위하여 동일한 마스터 격자 툴(190, 195)이 사용될 수 있다는 것이다. 이것은 유전체층(255, 260)이, 회절 격자 구역(180, 185)이 규정된 복제된 격자 프로파일(210, 215)의 선택된 영역(240, 245)에 도포된 경우에만 그러하다. 즉, 도파로(175) 내의 상이한 크기, 형상 및 위치의 회절 격자(180, 185)는 동일한 마스터 격자 툴(190, 195)로부터 복제된 격자 프로파일(210, 215)을 사용하여, 단지 유전체 코팅(255, 260)을 복제된 격자 프로파일(210, 215)의 상이한 영역에, 두 개의 복제된 격자 구조체(220, 225, 230, 235)를 함께 라미네이션하기 이전에 도포함으로써 제조될 수 있다.
일부 예들에서, 도파로 마스터 격자 임프린트 툴을 제조하는 방법이 설명된다. 이러한 방법은: 기판을 적어도 하나의 포토레지스트층으로 코팅하는 단계; 제 1 회절 격자 마스터 프로파일을 적어도 하나의 포토레지스트층의 제 1 영역 상에 노광하는 단계; 제 2 회절 격자 마스터 프로파일을 적어도 하나의 포토레지스트층의 제 2 영역 상에 선택적으로 노광하는 단계; 및 기판을 처리하여 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일을 형성하는 단계를 포함하고, 제 1 회절 격자 프로파일 및 제 2 회절 격자 프로파일 각각은 에지 기판 및 각각의 격자 프로파일 사이에 기판 표면에 실질적으로 수직인 에지를 포함하고, 에지들 각각은 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일의 최대 깊이와 실질적으로 동일한 높이이다.
일부 예들에서, 이러한 방법은, 기판을 에칭하여 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일을 형성하는 단계; 및 적어도 하나의 포토레지스트층을 기판으로부터 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 제 1 회절 프로파일 마스터 패턴은 제 2 회절 격자 마스터 프로파일과 다를 수 있다.
일부 예들에서, 도파로를 제조하기 위한 마스터 격자 임프린트 툴이 설명된다. 마스터 격자 툴은: 기판; 기판의 제 1 영역에 에칭된 제 1 회절 격자 프로파일; 및 기판의 제 2 영역에 에칭된 제 2 회절 격자 프로파일을 포함하는데, 제 1 회절 격자 프로파일 및 제 2 회절 격자 프로파일 각각은 기판 및 각각의 격자 프로파일 사이에 기판 표면에 실질적으로 수직인 에지를 포함하고, 에지들 각각은 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일의 최대 깊이와 실질적으로 동일한 높이이다.
일부 예들에서, 기판 및 각각의 격자 프로파일 사이의 에지는 25 밀리미터 미만이다.
일부 예들에서, 적어도 두 개의 회절 격자 프로파일을 포함하는 도파로를 제조하기 위한 방법이 설명된다. 이러한 방법은: 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 도파로 마스터 회절 임프린트 툴을 사용하여 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일을 복제함으로써 제 1 회절 격자 프로파일 및 제 2 회절 격자 프로파일을 형성하는 단계 - 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일은 동일한 프로세스 단계에서 임프린트됨 -; 및 적어도 하나의 유전체층을 제 1 회절 격자 패턴 및 제 2 회절 격자 패턴 위에 도포하는 단계를 포함한다.
일부 예들에서, 제 1 회절 격자 프로파일 및 제 2 회절 격자 프로파일은 입력 격자 및 출력 격자 중 적어도 하나를 포함한다.
일부 예들에서, 도파로는 일부 예들에 따른 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 도파로는: 기판; 제 1 회절 격자 프로파일; 및 제 2 회절 격자 프로파일을 포함하는데, 제 1 회절 격자 프로파일 및 제 2 회절 격자 프로파일 각각은 기판 및 각각의 격자 프로파일 사이에 기판 표면에 실질적으로 수직인 에지를 포함하고, 에지들 각각은 제 1 회절 격자 마스터 프로파일 및 제 2 회절 격자 마스터 프로파일의 최대 깊이와 실질적으로 동일한 높이이다.
본 명세서에서 설명되는 예들은 본 발명의 예시적인 예들로서 이해되어야 한다. 추가적인 실시형태 및 실시예들이 예상된다. 임의의 하나의 실시예 또는 실시형태와 관련하여 설명된 임의의 특징은 홀로 또는 다른 피쳐와의 조합에서 사용될 수 있다. 또한, 임의의 하나의 실시예 또는 실시형태에 관련된 임의의 특징도 실시예들 또는 실시형태들 중 다른 것들의 하나 이상의 특징과 조합되어, 또는 실시예들 또는 실시형태들 중 그 외의 것들과의 임의의 조합으로도 사용될 수 있다. 더 나아가, 본 명세서에서 설명되지 않은 균등물 및 변경예도 역시 청구항에 규정된 본 발명의 범위 내에서 채용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 도파로를 제조하기 위한 방법으로서,
    (i) 제 1 툴 기판을 포함하는 제 1 마스터 격자 툴을 제조하는 단계 - 상기 제 1 툴 기판은 도파로의 표면의 영역에 적어도 대응하는 영역의 표면을 가지고 상기 제 1 툴 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 형성된 제 1 격자 프로파일을 가짐 -;
    (ii) 제 2 툴 기판을 포함하는 제 2 마스터 격자 툴을 제조하는 단계 - 상기 제 2 툴 기판은 상기 도파로의 표면의 영역에 적어도 대응하는 영역의 표면을 가지고 제 2 툴 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 형성된 제 2 격자 프로파일을 가짐 -;
    (iii) 상기 제 1 마스터 격자 툴을 사용하여 상기 제 1 도파로 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 상기 제 1 격자 프로파일을 복제하는 단계;
    (iv) 상기 제 2 마스터 격자 툴을 사용하여 상기 제 2 도파로 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 상기 제 2 격자 프로파일을 복제하는 단계;
    (v) 제 1 유전체층을 상기 제 1 도파로 기판의 표면 상에 복제된 상기 제 1 격자 프로파일의 선택된 영역에 걸쳐 도포하는 단계;
    (vi) 제 2 유전체층을 상기 제 2 도파로 기판의 표면 상에 복제된 상기 제 2 격자 프로파일의 선택된 영역에 걸쳐 도포하는 단계; 및
    (vii) 라미네이션 재료(laminating material)의 층을 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판 중 적어도 하나에 도포하고, 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판의 표면들을 접합시킴으로써 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판을 중간 라미네이션 층(intermediate lamination layer)에 의하여 결합시키는 단계를 포함하는, 도파로 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    (i) 및 (ii)에서 상기 제 1 마스터 격자 툴과 상기 및 제 2 마스터 격자 툴을 제조하는 것은,
    (a) 상기 제 1 툴 기판과 상기 제 2 툴 기판 각각의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 포토레지스트층을 도포하는 것;
    (b) 상기 포토레지스트의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 상기 제 1 격자 프로파일에 대응하는 제 1 격자 패턴을 기록하도록, 상기 제 1 툴 기판에 도포된 포토레지스트를 노광하는 것;
    (c) 상기 포토레지스트의 실질적으로 전체 영역에 걸쳐 상기 제 2 격자 프로파일에 대응하는 제 2 격자 패턴을 기록하도록, 상기 제 2 툴 기판에 도포된 포토레지스트를 노광하는 것;
    (d) 상기 제 1 툴 기판과 상기 제 2 툴 기판 각각에 도포된 포토레지스트를 현상함으로써, 상기 제 1 격자 패턴과 상기 제 2 격자 패턴 각각에 대응하는 패턴들 내의 포토레지스트를 제거하는 것;
    (e) 상기 제 1 격자 패턴에 따라서 상기 제 1 격자 프로파일을 상기 제 1 툴 기판 내에 에칭하고, 상기 제 2 격자 패턴에 따라서 상기 제 2 격자 프로파일을 상기 제 2 툴 기판 내로 에칭하는 것; 및
    (f) 상기 제 1 툴 기판과 상기 제 2 툴 기판 상에 잔류하는 포토레지스트층 중 임의의 포토레지스트층을 제거하는 것을 포함하는, 도파로 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    (b) 및 (c)에서 상기 제 1 격자 패턴과 상기 제 2 격자 패턴을 기록하는 것은,
    스캐닝 빔 간섭 리소그래피 방법을 사용하여 상기 제 1 격자 패턴과 상기 제 2 격자 패턴에 대응하는 간섭 패턴을 생성함으로써, 상기 제 1 툴 기판과 상기 제 2 툴 기판 각각에 도포된 포토레지스트층을 노광하는 것을 포함하는, 도파로 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (iii) 및 (iv)에서 상기 제 1 격자 프로파일과 상기 제 2 격자 프로파일을 복제하는 것은,
    상기 제 1 격자 프로파일과 상기 제 2 격자 프로파일을, 상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판에 도포된 제 1 복제층과 제 2 복제층 내에 각각 복제하는 것을 포함하는, 도파로 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 복제층과 상기 제 2 복제층 중 적어도 하나는 UV-경화성 폴리머층을 포함하는, 도파로 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중간 라미네이션 층은,
    상기 제 1 복제층과 상기 제 2 복제층 중 적어도 하나를 형성하기 위하여 사용되는 UV-경화성 폴리머와 실질적으로 동일한 굴절률을 가지는 UV-경화성 폴리머층을 포함하는, 도파로 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판 중 적어도 하나는 유리층을 포함하는, 도파로 제조 방법.
  8. 도파로로서,
    제 1 도파로 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 복제된 제 1 회절 격자 프로파일을 가지는 상기 제 1 도파로 기판;
    제 2 도파로 기판의 표면의 실질적으로 전부에 걸쳐 복제된 제 2 회절 격자 프로파일을 가지는 상기 제 2 도파로 기판;
    상기 제 1 회절 격자 프로파일의 선택된 영역에 도포된 제 1 유전체층;
    상기 제 2 회절 격자 프로파일의 선택된 영역에 도포된 제 2 유전체층; 및
    상기 제 1 도파로 기판의 표면을 상기 제 2 도파로 기판의 표면과 결합시키는 중간 라미네이션 층을 포함하는, 도파로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 도파로는,
    상기 제 1 도파로 기판과 상기 제 2 도파로 기판 중 적어도 하나의 표면에 걸쳐 도포된 복제층을 포함하고,
    상기 제 1 회절 격자 프로파일과 상기 제 2 회절 격자 프로파일 중 적어도 하나는 각각의 복제층 내에 복제된, 도파로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복제층은 UV-경화성 폴리머층을 포함하는, 도파로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중간 라미네이션 층은 상기 복제층에 대해서 사용된 폴리머와 실질적으로 동일한 굴절률을 가지는 UV-경화성 폴리머층을 포함하는, 도파로.
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