KR20230104728A - 구조적 및 굴절률 그라데이션을 갖는 광학 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

구조적 및 굴절률 그라데이션을 갖는 광학 디바이스 및 그 제조 방법 Download PDF

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다이후아 장
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Abstract

본 개시내용은 일반적으로 등급화된 굴절률(graduated refractive index)을 갖는 기판을 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 도파관 구조를 형성하는 방법은 헤드를 갖는 애플리케이터로부터 기판 상에 형성된 복수의 격자 구조들을 향해 플라즈마를 배출하는 단계를 포함한다. 플라즈마는 헤드에서 대기압에서 형성된다. 방법은 복수의 격자 구조들로부터 격자 재료를 제거함으로써 플라즈마로 복수의 격자 구조들의 깊이를 변화시키는 단계를 더 포함한다.

Description

구조적 및 굴절률 그라데이션을 갖는 광학 디바이스 및 그 제조 방법
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 등급화된 굴절률(graduated refractive index)을 갖는 기판을 형성하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
[0002] 가상 현실은 일반적으로 사용자가 명백한 물리적 존재를 갖는 컴퓨터 생성 시뮬레이션 환경(computer generated simulated environment)인 것으로 간주된다. 가상 현실 경험은 3D로 생성될 수 있으며, 실제 환경을 대체하는 가상 현실 환경을 디스플레이하기 위해 안경 또는 근안 디스플레이 패널을 갖는 다른 웨어러블 디스플레이 디바이스들, 예컨대 렌즈들과 같은 헤드 장착형 디스플레이(HMD)로 관찰될 수 있다.
[0003] 그러나, 증강 현실은 사용자가 여전히 주변 환경을 보기 위해 안경 또는 다른 HMD 디바이스의 디스플레이 렌즈들을 통해 볼 수 있지만, 또한 디스플레이를 위해 생성되고 환경의 일부로서 나타나는 가상 객체들의 이미지들을 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. 증강 현실은 오디오 및 햅틱 입력들과 같은 임의의 유형의 입력뿐만 아니라, 사용자가 경험하는 환경을 향상시키거나 증강시키는 가상 이미지들, 그래픽들, 및 비디오도 포함할 수 있다. 부상하는 기술로서, 증강 현실에 대한 많은 도전과제들 및 설계 제약들이 있다.
[0004] 광학 디바이스들은 이미지들의 오버레이를 돕기 위해 사용된다. 생성된 광은 광이 도파관을 나갈 때까지 도파관을 통해 전파되고, 주변 환경 상에 오버레이된다. 도파관은 다수의 디바이스 구조들, 예를 들어 격자들을 포함한다. 출력 신호에서의 신호 손실을 감소시킬 때 직면하는 도전과제들 중에는 시각적 관찰자에 대해 충분한 선명도를 갖는 이미지들을 디스플레이하는 것이 있다. 이러한 도전과제를 해결하는 종래의 접근법들은 출력 신호의 광학 특성들을 튜닝하기 위해 격자들 또는 캡슐화 층의 두께를 변경하는 것을 포함한다. 그러나, 종래의 접근법들은 도파관(디스플레이)에 대해 요구되는 광학 성능을 획득하기 위해 다수의 프로세스 챔버들을 요구하는 다수의 프로세스 단계들을 요구하며, 이는 생산을 증가시키고 수율을 감소시킨다.
[0005] 따라서, 개선된 도파관을 위한 시스템들 및 방법들이 여전히 필요하다.
[0006] 기판의 표면에 걸쳐 등급화된 굴절률 또는 깊이들을 갖는 제어된 별개의 영역들에 다차원 리세스 피처들을 형성하기 위한 방법 및 장치가 본원에 개시된다. 일례에서, 도파관 구조를 형성하는 방법은 기판 위의 격자 층에 복수의 채널들을 형성하는 단계를 포함한다. 각각의 채널은 복수의 격자 구조들의 일부를 부분적으로 정의한다. 방법은 헤드를 갖는 애플리케이터로부터 복수의 격자 구조들을 향해 플라즈마를 배출하는 단계를 포함한다. 플라즈마는 헤드에서 대기압에서 형성된다. 추가적으로, 방법은 복수의 격자 구조들로부터 격자 재료를 제거함으로써 플라즈마로 복수의 격자 구조들의 깊이를 변화시키는 단계를 포함한다. 깊이의 변화는 복수의 격자 구조들의 굴절률의 변화에 대응한다.
[0007] 다른 예에서, 광학 프로세싱 시스템은 헤드를 갖는 애플리케이터를 포함한다. 헤드는 내부에 플라즈마를 형성하도록 구성된다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 명령어들을 저장한다. 명령어들은 프로세서에 의해 실행될 때 방법이 애플리케이터에서 수행되게 한다. 방법은 기판 위의 격자 층에 복수의 채널들을 형성하는 단계를 포함한다. 각각의 채널은 복수의 격자 구조들의 일부를 부분적으로 정의한다. 방법은 헤드를 갖는 애플리케이터로부터 복수의 격자 구조들을 향해 플라즈마를 배출하는 단계를 더 포함한다. 플라즈마는 헤드에서 대기압에서 형성된다. 방법은 복수의 격자 구조들로부터 격자 재료를 제거함으로써 플라즈마로 복수의 격자 구조들의 깊이를 변화시키는 단계를 포함한다. 깊이의 변화는 복수의 격자 구조들의 굴절률의 변화에 대응한다.
[0008] 또 다른 예에서, 광학 프로세싱 시스템은 플라즈마를 형성하도록 구성된 애플리케이터를 포함한다. 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 명령어들을 저장한다. 명령어들은 프로세서에 의해 실행될 때 방법이 애플리케이터에서 수행되게 한다. 방법은 대기압에서 애플리케이터에서 플라즈마를 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 기판 위의 격자 층에 복수의 채널들을 형성하는 단계를 더 포함한다. 각각의 채널은 복수의 격자 구조들의 일부에 의해 부분적으로 정의된다. 또한, 방법은 복수의 격자 구조들로부터 격자 재료를 제거함으로써 복수의 격자 구조들의 굴절률을 변경하는 단계를 포함한다. 굴절률은 복수의 격자 구조들의 깊이의 변화에 대응한다. 격자 재료는 플라즈마에 의해 제거된다.
[0009] 위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명이 본원의 예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 예들 중 일부가 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부 도면들은 예들만을 예시하고, 따라서 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 첨부 도면들은 다른 균등하게 유효한 예들을 가능하게 한다.
[0010] 도 1은 복수의 디바이스 구조들을 갖는 광학 디바이스의 개략적인 평면도이다.
[0011] 도 2는 도 1의 기판의 증착 및 에칭의 상이한 스테이지들의 일례의 흐름도이다.
[0012] 도 3은 라인 A-A를 따라 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 기판에 들어가고 나가는 광의 프로파일을 결정하도록 구성된 측정 기구의 개략적인 측면도이다.
[0013] 도 4는 도 1에 도시된 기판을 프로세싱하기에 적합한 환경 내에 배치된 애플리케이터를 도시한다.
[0014] 도 5a-5b는 오버레이어의 증착 및 에칭의 상이한 스테이지들 동안의 오버레이어의 개략적인 단면도들이다.
[0015] 도 6a-6d는 굴절 바디의 증착 및 에칭의 상이한 스테이지들 동안 다양한 굴절률들을 갖는 굴절 바디의 개략적인 단면도들이다.
[0016] 도 7a-7c는 도 4에 도시된 애플리케이터의 헤드의 대안적인 예들이다.
[0017] 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 공통 특징들인 동일한 요소들을 지시하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일례의 요소들 및 특징들은 추가 언급 없이 다른 예들에 유익하게 통합될 수 있는 것으로 고려된다.
[0018] 등급화된 굴절률을 갖는 기판을 형성하기 위한 장치 및 방법이 본원에 개시된다. 측정 시스템은 광학 디바이스에 들어가는 광의 양을 결정하기 위해 사용된다. 일례에서, 광학 디바이스는 도파관 결합기에서와 같이, 입력 결합 영역, 중간 영역, 및 일정량의 광이 나가기 위한 출력 결합 영역을 갖는다. 다른 예에서, 측정 시스템은 복수의 광학 구조들을 갖는 메타 표면을 갖는 도파관과 같이, 평평한 광학 디바이스에 들어가는 광의 양을 결정한다. 측정 시스템은 광학 디바이스에 들어가는 광 및 광학 디바이스를 나가는 광의 프로파일을 결정한다. 입력 광 및 출력 광 각각은 불균일한 광 강도들을 포함하는 프로파일을 형성한다. 광이 이동하여 광학 디바이스의 내부 표면들을 따라 반사됨에 따라, 광은 격자와의 회절을 통해 광학 디바이스의 내부 표면들을 통해 빠져나갈 수 있다. 따라서, 광이 중간 결합 또는 출력 결합을 나갈 때, 격자 구조의 표면에 걸친 강도 프로파일은 광이 이동하는 거리가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 출력 프로파일은 사람의 눈으로 직접 회절하여 광학 디바이스의 성능의 표시의 역할을 한다. 따라서, 디바이스 구조들, 즉 격자들의 에지들에서 흐릿한 이미지들이 증가할 수 있다. 실제 광 프로파일을 나타내는 데이터는 메모리에 저장되고, 균일한 광 프로파일을 생성할 2차원 표면 프로파일을 생성하는 데 사용된다.
[0019] 본원에 개시된 장치 및 방법은 헤드를 갖는 애플리케이터로부터 기판 상에 배치된 복수의 격자 구조들을 향해 플라즈마를 배출하는 단계를 포함한다. 플라즈마는 헤드에서 대기압에서 형성된다. 일례에서, 재료 층은 기판을 오버레이한다. 플라즈마는 재료 층의 부분들 또는 복수의 격자 구조들의 일부와 반응하고 그에 따라 그들을 제거할 수 있는 반응물을 내부에 갖는다. 추가적으로, 방법은 복수의 격자 구조들로부터 재료를 제거함으로써 플라즈마로 복수의 격자 구조들의 깊이를 변경하는 단계를 포함한다. 애플리케이터는 기판에 대해 이동가능하고, 따라서 플라즈마 헤드는 재료 층 위 또는 복수의 격자 구조들 위를 포함하여 기판의 표면의 상이한 별개의 영역들 위에 포지셔닝될 수 있다. 재료 층의 별개의 부분들은 재료의 일부를 제거하고, 그에 의해 재료의 표면의 내측으로 3차원 리세스를 형성하기 위해 플라즈마에 의해 에칭된다.
[0020] 본원에 개시된 바와 같이, 2차원 표면 프로파일을 생성하는 단계는 도파관 결합기의 격자들의 높이를 변경하기 위해 격자들을 에칭하는 단계를 포함할 수 있다. 대안적으로, 2차원 표면 프로파일을 생성하는 단계는 캡슐화 층과 같은 오버레이어를 증착하는 단계를 포함한다. 다른 예에서, 2차원 표면 프로파일을 생성하기 위해 에칭 및 증착이 사용된다. 캡슐화 층을 증착하거나 격자들을 에칭하는 종래의 접근법들은 에칭, 증착, 및/또는 포토리소그래피를 수행하기 위해 하나 이상의 프로세싱 챔버들의 사용을 포함한다. 대기압 플라즈마 제트(APPJ)를 이용함으로써, 광학 디바이스에 걸친 격자 깊이, 격자 굴절률, 및 캡슐화 두께의 정밀한 제어가 종래의 접근법들에 의해 달성가능하지 않은 방식으로 획득된다. 광학 디바이스의 회절 효율은 본원에 개시된 바와 같이 오버레이어의 2차원 표면 프로파일 또는 광학 디바이스의 격자들의 2차원 표면 프로파일을 수정함으로써 증가된다. 유리하게는, 2차원 표면 프로파일은 APPJ로 에칭 및 증착함으로써 높은 스루풋에서 그리고 대기압에서 달성될 수 있다.
[0021] 도 1은 복수의 디바이스 구조들을 갖는 광학 디바이스(101)의 개략적인 평면도이다. 본원에 설명된 기판(100)은 일례로 도파관인 것이 이해되어야 한다. 위에 언급된 바와 같이, 광학 디바이스(101)는 복수의 디바이스 구조들을 갖는 메타 표면과 같은 평평한 광학 디바이스이다. 다른 예에서, 광학 디바이스(101)는 복수의 디바이스 구조들을 갖는 증강 현실 도파관 결합기와 같은 도파관 결합기이다. 디바이스 구조들은 1μm 미만의 임계 치수들과 같은 서브미크론 치수들, 예를 들어 나노 크기의 치수들을 갖는 나노 구조들이다. 기판(100)은 복수의 격자들(108)에 의해 정의되는 입력 결합 영역(102), 복수의 격자들(110)에 의해 정의되는 중간 영역(104), 및 복수의 격자들(112)에 의해 정의되는 출력 결합 영역(106)을 포함한다. 입력 결합 영역(102)은 마이크로디스플레이로부터 강도를 갖는 입사 광 빔들(가상 이미지)을 수신한다. 복수의 격자들(108)의 각각의 격자는 입사 빔들을 복수의 모드들로 분할하고, 각각의 빔은 모드를 갖는다.
[0022] 0차 모드(T0) 빔들은 기판(100)(즉, 도파관 결합기)에서 다시 굴절되거나 손실되고, 양의 1차 모드(T1) 빔들은 기판(100)을 통해 중간 영역(104)에 결합되고, 음의 1차 모드(T-1) 빔들은 기판(100)에서 T1 빔들과 반대 방향으로 전파된다. 입사 빔들은 가상 이미지를 중간 영역(104)으로 지향시키기 위해 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할된다. 입사 빔을 입사 빔들의 모든 강도를 갖는 T1 빔들로 분할하는 한 가지 접근법은 T-1 빔들 및 T0 빔들을 억제하기 위해 복수의 격자들(108)의 각각의 격자의 경사각을 최적화하는 것이다. T1 빔들은 T1 빔들이 중간 영역(104)에서 복수의 격자들(110)과 접촉할 때까지 기판(100)을 통해 내부 전반사(TIR)를 겪는다. 입력 결합 영역(102)의 일부는 입력 결합 영역(102)의 인접 부분으로부터의 격자들(108)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(108)을 가질 수 있다.
[0023] T1 빔들은 복수의 격자들(110) 중의 격자와 접촉한다. T1 빔들은 기판(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들이 복수의 격자들(110) 중의 다른 격자와 접촉할 때까지 중간 영역(104)에서 TIR을 겪는 T1 빔들, 및 기판(100)을 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들로 분할된다. 중간 영역(104)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은 기판(100)을 통해 중간 영역(104)에 결합되는 T1 빔들의 강도가 고갈되거나, 중간 영역(104)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 중간 영역(104)의 단부에 도달할 때까지 복수의 격자들(110) 중의 격자들과 계속 접촉한다. 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도를 제어하여, 사용자의 관점에서 마이크로디스플레이로부터 생성되는 가상 이미지의 시야를 변조하고, 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 증가시키기 위해, 복수의 격자들(110)은 기판(100)을 통해 중간 영역(104)에 결합되는 T1 빔들을 제어하도록 튜닝되어야 한다. 기판(100)을 통해 중간 영역(104)에 결합되는 T1 빔들을 제어하는 하나의 접근법은 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도를 제어하기 위해 복수의 격자들(110)의 각각의 격자의 경사각을 최적화하는 것이다. 중간 영역(104)의 일부는 중간 영역(104)의 인접 부분으로부터의 격자들(110)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다. 또한, 격자들(110)은 격자들(108)의 경사각들과 상이한 경사각들을 가질 수 있다.
[0024] 기판(100)을 통해 출력 결합 영역(106)에 결합된 T-1 빔들은 T-1 빔들이 복수의 격자들(112) 중의 격자와 접촉할 때까지 기판(100)에서 TIR을 겪고, T-1 빔들은 기판(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들이 복수의 격자들(112) 중의 다른 격자와 접촉할 때까지 출력 결합 영역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들, 및 기판(100) 밖으로 결합되는 T-1 빔들로 분할된다. 출력 결합 영역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들은 기판(100)을 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들의 강도가 고갈되거나 출력 결합 영역(106)을 통해 전파되는 나머지 T1 빔들이 출력 결합 영역(106)의 단부에 도달할 때까지 복수의 격자들(112) 중의 격자들과 계속 접촉한다. 복수의 격자들(112)은 사용자의 관점에서 마이크로디스플레이로부터 생성되는 가상 이미지의 시야를 더 변조하고 사용자가 가상 이미지를 볼 수 있는 시야각을 더 증가시키도록 기판(100) 밖으로 결합되는 T-1 빔들의 강도를 제어하기 위해 기판(100)을 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들을 제어하도록 튜닝되어야 한다. 기판(100)을 통해 출력 결합 영역(106)에 결합되는 T-1 빔들을 제어하는 하나의 접근법은 시야를 더 변조하고 시야각을 증가시키기 위해 복수의 격자들(112)의 각각의 격자의 경사각을 최적화하는 것이다. 중간 영역(104)의 일부는 중간 영역(104)의 인접 부분으로부터의 격자들(110)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다. 또한, 격자들(112)은 격자들(108) 및 격자들(110)의 경사각들과 상이한 경사각들을 가질 수 있다.
[0025] 기판(100)의 재료는 실리콘(Si), 실리콘 이산화물(Si02), 유리, 플라스틱, 폴리카보네이트, 및 사파이어 함유 재료들 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 일부 실시예들에서, 기판(100)은 도핑된 유리를 포함한다. 기판(100)은 비정질 유전체들, 비정질이 아닌 유전체들, 결정질 유전체들, 실리콘 산화물, 폴리머들, 및 이들의 조합들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는 다른 적합한 재료들을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 예들에서, 기판은 투명 재료를 포함한다. 적합한 예들은 산화물, 황화물, 인화물, 텔루르화물, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 일례에서, 기판은 실리콘(Si), 실리콘 이산화물(Si02), 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), 사파이어, 및 고굴절률 유리와 같은 고굴절률 투명 재료들을 포함한다. 예를 들어, 기판(100)은 란탄(La), 지르코늄(Zr), 아연(Zn) 등과 같은 헤비 도펀트(heavy dopant)로 도핑된 유리를 포함한다. 기판(100)의 재료들은 롤링가능하고 유연한 특성들을 더 가질 수 있다. 일례에서, 기판(100)의 재료는 약 1.5 내지 약 2.4의 굴절률을 갖는 재료들을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 기판(100)은 약 1.7 내지 약 2.4의 굴절률을 갖는 도핑된 고굴절률 기판일 수 있다.
[0026] 중간 영역(104)의 일부는 중간 영역(104)의 인접 부분으로부터의 격자들(110)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(110)을 가질 수 있다. 또한, 격자들(110)은 격자들(108)의 경사각들과 상이한 경사각들을 가질 수 있다. 출력 결합 영역(106)의 일부는 출력 결합 영역(106)의 인접 부분으로부터의 격자들(112)의 경사각과 상이한 경사각을 갖는 격자들(112)을 가질 수 있다. 또한, 격자들(112)은 격자들(108) 및 격자들(110)의 경사각들과 상이한 경사각들을 가질 수 있다.
[0027] 격자들(108, 110, 또는 112)의 깊이는 본원에 설명된 예들에서 입력 결합 영역(102), 중간 영역(104), 및/또는 출력 결합 영역(106)에 걸쳐 변화할 수 있다. 일부 예들에서, 격자들(108, 110, 또는 112)의 깊이는 격자 영역에 걸쳐 매끄럽게 변화한다. 일례에서, 격자들(108, 110, 또는 112)의 깊이는 격자 영역에 걸쳐 약 10nm 내지 약 500nm의 범위일 수 있다. 일례에서 격자 영역은 주어진 측면에서 대략 20mm 내지 대략 50mm의 범위일 수 있다. 따라서, 일례로서, 격자들의 깊이의 변화의 각도는 .0005도 정도일 수 있다.
[0028] 격자들(108, 110 또는 112)의 굴절률은 본원에 설명된 예들에서 입력 결합 영역(102), 중간 영역(104) 및/또는 출력 결합 영역(106)에 걸쳐 변화할 수 있다. 일부 예들에서, 격자들(108, 110 또는 112)의 굴절률은 격자 영역에 걸쳐 매끄럽게 변화한다. 일례에서, 격자들(108, 110 또는 112)의 굴절률은 격자 영역에 걸쳐 약 1.3 내지 2.5의 범위일 수 있다. 격자 영역은 일례에서 약 20mm 내지 약 50mm의 범위일 수 있다.
[0029] 도 2는 대기압에서 기판, 예를 들어 도 1의 기판(100) 상에 배치된 재료들을 에칭하고 증착하는 방법(200)의 흐름도이다. 기판 상에 배치된 재료들을 에칭하고 증착하기 위한 방법(200)의 상이한 스테이지들이 도 2-6d에 예시되어 있다.
[0030] 방법(200)은 도 3에 예시된 바와 같이, 도파관의 메트릭들이 결정되는 동작(204)에서 시작한다. 도 3은 도 1에 도시된 기판(100)에 인접한 측정 기구(300)의 개략적인 측면도이고, 그 단면이 라인 A-A를 따라 취해진 것으로 도시되어 있다. 측정 기구(300)는 기판(100)에 들어가고 나가는 광(312)의 신호(304)를 송신 및 수신한다. 측정 기구(300)는 입력 결합 영역(102)에 들어가는 광(312)의 강도, 및 중간 영역(104) 및 출력 결합 영역(106) 각각을 나가는 광(312)의 강도를 결정한다. 본원에서, 격자들(308)은 도 1에 도시된 격자들(108, 110 또는 112) 중 하나 이상을 지칭한다. 본원에 설명된 다른 예들과 조합될 수 있는 일례에서, 디바이스 구조들의 영역들은 제1 격자, 제2 격자 및 제3 격자와 같은 하나 이상의 격자들(308)에 대응한다. 격자들(308)은 또한 다른 예에서, 메타 표면 상에 배치될 때 복수의 디바이스 구조들로 지칭될 수 있다. 격자들(308)은 기판(100) 상에 형성되고, 격자들(308)은 그들 사이에 형성된 복수의 채널들(320)을 갖는다. 입력 결합 영역(102)의 격자들(308)에 들어가는 광(312)의 강도의 프로파일(316)이 결정된다. 프로파일(316)은 또한 중간 영역(104) 및 출력 결합 영역(106) 각각의 격자들(308)을 나가는 광(312)의 강도에 대응하는 데이터를 포함한다. 격자들(308)은 실질적으로 균일하다. 프로파일(316)의 광 강도는 불균일한데, 이는 광 강도가 중간 영역(104) 및 출력 결합 영역(106)의 길이에 걸쳐 감소되기 때문이다. 일례에서, 측정 기구(300)는 레이저와 같은 광학 측정 디바이스이다. 일례에서, 격자들(308)은 아래에 더 상세히 논의되는 리소그래피 및 건식 에칭 프로세스에 의해 생성된다.
[0031] 동작(208)에서, 결정된 메트릭들은 정정되고, 플라즈마(424)를 형성하도록 구성된 애플리케이터(404) 내로 로딩된다. 도 4는 도 1에 도시된 기판(100)을 프로세싱하기에 적합한 환경(401) 내에 배치된 애플리케이터(404)를 도시한다. 애플리케이터(404)는 제어기(428)에 결합된다. 일례에서, 하나 이상의 송신 라인들(452)은 제어기(428)를 바디(412)에 접속한다. 측정 기구(300)에 의해 생성된 프로파일(316)은 제어기(428)에 업로드되는 타겟 프로파일을 생성하기 위해 사용된다. 타겟 프로파일은 프로파일(316) 내의 불균일들을 정정한다. 타겟 프로파일은 격자들(308)의 굴절률 및 구조적 상세들을 나타내는 데이터를 포함한다.
[0032] 애플리케이터(404)는 헤드(408) 및 바디(412)를 포함한다. 바디(412)는 하나 이상의 송신 라인들(452)을 통해 전원(420)에 전기적으로 결합된다. 전원(420)은 접지된다. 가스 소스(416)는 바디(412)에 유체 결합되고, 바디(412)의 내부 공간에 가스를 제공하도록 구성된다. 일례에서, 바디(412)의 내부 공간에 제공되는 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2), 산소(02), 또는 수소(H2) 중 하나 이상이다. 애플리케이터의 DC 전력은 약 5 kV 내지 약 15 kV, 예컨대 약 10 kV 또는 12 kV이다. 다른 예에서, 애플리케이터(404)의 DC 전력은 약 10 kHz 내지 약 100 kHz이다. RF 전력은 약 300 와트 내지 약 5 GHz, 예컨대 약 1 GHz, 또는 약 2 GHz로 인가된다.
[0033] 일례에서, 방법(200)은 기판(100)의 격자들(308)이 대기압에서 에칭되는 동작(212)으로 진행한다. 플라즈마 전력, 헤드로부터 기판까지의 거리, 및 기판에 대한 상대적인 헤드 속도는 타겟 프로파일을 생성할 수 있는 파라미터들이다. 일례에서, 거리(456)는 약 0.5mm 내지 약 10mm이다. 다른 예에서, 거리(456)는 약 1.5mm 내지 약 7mm, 예컨대 약 6mm이다. 또 다른 예에서, 거리(456)는 약 2.0mm 내지 약 5.5mm, 예컨대 약 5mm이다. 다른 예에서, 거리(456)는 약 3.5mm 내지 약 4.5mm, 예컨대 약 3.75mm 또는 약 4.25mm이다. 기판(100)에 대한 헤드(408) 사이의 상대적인 속도는 약 1mm/s 내지 약 30mm/s, 예컨대 약 2.5mm/s, 또는 약 3.25mm/s이다. 본원의 개시내용의 다른 예에서, 상대적인 속도는 약 5mm/s 내지 약 25mm/s, 예컨대 약 17mm/s 또는 약 20.5mm/s이다. 또 다른 예에서, 상대적인 속도는 약 7.5mm/s 내지 약 15mm/s, 예컨대 약 10mm/s 또는 약 12.5mm/s이다.
[0034] 일례에서, 플라즈마(424)는 애플리케이터(404)의 바디(412) 내로 가스가 도입될 때 환경(401)에서 형성된다. 이온들은 전원(420)의 인가에 의해 플라즈마(424) 내에서 가스가 해리될 때 생성된다. 이온들은 기판(100)을 향해 배출되고, 격자들(308)과의 충돌 시에, 이온들은 격자들(308)로부터 분자들을 제거한다. 애플리케이터(404)의 헤드(408)로부터 기판(100)까지의 거리(456)는 타겟 프로파일의 파라미터들에 의해 제어된다. 기판(100)까지의 거리(456)는 타겟 프로파일이 달성될 때까지 격자들(308)의 부분들을 제거하도록 제어된다. 타겟 프로파일은 입력 프로파일(444) 및 출력 프로파일(448) 각각 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 일례에서, 애플리케이터(404)는 대기압 플라즈마 제트(APPJ)이다.
[0035] 광(312)이 입력 결합 영역(102)에 들어갈 때, 광(312)이 기판(100)의 길이(460)를 이동함에 따라, 광(312)이 기판(100)의 최상부 표면과 최하부 표면 사이에서 반사된다. 기판(100)의 길이(460)를 따른 광(312)의 강도는 입력 결합 영역(102)으로부터의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 출력 프로파일(448)은 광 프로파일(454)이 격자들(308)에 걸쳐 균일할 수 있게 하며, 따라서 격자들(308)의 주변 근처에서 블러(blur) 또는 다른 시각적 결함들을 감소시킨다. 따라서, 출력 프로파일(448)은 중간 영역(104) 및 출력 결합 영역(106)의 회절 효율을 증가시킨다.
[0036] 제어기(428)는 애플리케이터(404)의 바디(412), 가스 소스(416), 또는 전원(420)에 결합된 적어도 하나 이상의 전극들(도시되지 않음)에 시그널링한다. 제어기(428)는 서로 결합되는 프로세서(432), 메모리(436), 및 지원 회로들(440)을 포함한다. 프로세서(432)는 각각이 산업 환경에서 사용될 수 있는 임의의 형태의 범용 마이크로프로세서 또는 범용 중앙 프로세싱 유닛(CPU), 예컨대 프로그래밍가능한 로직 제어기(PLC), 감독 제어 및 데이터 취득(SCADA) 시스템들, 또는 다른 적절한 산업용 제어기 중 하나일 수 있다. 메모리(436)는 비일시적이며, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소와 같은 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 메모리(436)는, 프로세서(432)에 의해 실행될 때, 방법(200)의 실행을 용이하게 하는 명령어들을 포함한다. 메모리(436) 내의 명령어들은 본 개시내용의 방법을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 제품의 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 어느 하나를 따를 수 있다. 예시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 (i) 정보가 영구적으로 저장되는 기입불가능 저장 매체들(예를 들어, CD-ROM 드라이브에 의해 판독가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들, 또는 임의의 유형의 고체 상태 비휘발성 반도체 메모리와 같은 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들); 및 (ii) 변경가능한 정보가 저장되는 기입가능 저장 매체들(예를 들어, 하드 디스크 드라이브 또는 임의의 유형의 고체 상태 랜덤 액세스 반도체 메모리)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 컴퓨터 판독가능 저장 매체들은 본원에 설명된 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독가능 명령어들을 담고 있을 때 본 개시내용의 예들이다. 동작(212)은 도 3에 도시된 바와 같이 아래에 상세히 개시되는 동작(216)으로 직접 진행될 수 있다. 또 다른 예에서, 방법(200)은 동작(208)으로부터 동작(216)으로 진행한다.
[0037] 동작(216)에서, 도 5a에 도시된 바와 같이, 오버레이어(500)가 대기압에서 기판(100) 위에 증착된다. 실질적으로 평평한 표면(504)을 갖는 오버레이어(500)는 기판(100) 위에 원하는 두께로 증착된다. 일례에서, 오버레이어(500)는 캡슐화 층이다. 캡슐화 층은 다양한 유전 상수들 및 굴절률들의 금속들 및 유전체들과 같은 재료들을 포함한다. 캡슐화 층은 기판(100) 상의 글레어(glare) 또는 반사를 감소시킨다. 오버레이어(500)는 깊이(512) 및 특정된 길이(460)로 증착될 수 있다.
[0038] 오버레이어(500)는 일례에서 FCVD, PVD 또는 스핀 코팅 방법들 중 하나로 격자들(308)에 도포된다. 다른 예에서, 오버레이어(500)를 증착하기 위해 애플리케이터(404)에 의해 환경(401)에서 플라즈마(424)가 형성된다. 오버레이어(500)는 플라즈마(424)로 전구체를 기화시킴으로써 형성된다. 오버레이어(500)에 대한 예시적인 재료들은 폴리이미드들, 폴리이미드 블렌드들, 금속-유기 폴리이미드 블렌드들, 금속 산화물들, 금속 질화물들, Al2O3, SiO2, TiO, TaO, AlN, SiN, SiOxNx, TiN, TaN, 기판(100) 또는 격자들(308) 중 임의의 것을 형성하는 재료들 중 임의의 것 중 적어도 하나를 포함한다.
[0039] 일례에서, 본원에서의 오버레이어(500)는 격자들(308)을 따른 회절 효율에 대한 제어를 가능하게 한다. 오버레이어(500)의 낮은 굴절률 콘트라스트(예를 들어, 약 0.2 이하)는 캡슐화되지 않은 격자들(즉, 오버레이어(500)가 없는 격자들)에 비해 회절 효율을 감소시킨다. 오버레이어(500)를 갖지 않는 디바이스 구조들은 표면에 접촉하는 공기(즉, 1의 굴절률)에 의해 둘러싸일 수 있거나, 낮은 굴절률(예를 들어, 약 0.2 보다 큰 굴절률 콘트라스트)을 갖는 글로벌 캡슐화제를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 격자들(308)의 회절 효율은 약 2.5% 이하, 대안적으로 약 1% 내지 약 50%, 예컨대 약 1% 내지 약 40%, 예컨대 약 1% 내지 약 30%, 예컨대 약 1% 내지 약 20%, 예컨대 약 1% 내지 약 10%, 예컨대 약 1% 내지 약 5%, 예컨대 약 1% 내지 약 2.5%, 대안적으로 약 2.5% 내지 약 5%, 대안적으로 약 5% 내지 약 10%, 대안적으로 약 10% 내지 약 20%, 대안적으로 약 20% 내지 약 30%, 대안적으로 약 30% 내지 약 40%, 또는 대안적으로 약 40% 내지 약 50%일 수 있다.
[0040] 오버레이어(500)는 약 1.6 내지 약 2.4, 예를 들면 약 1.7 내지 약 2.3, 예를 들면 약 1.8 내지 약 2.2, 예를 들면 약 1.8 내지 약 2, 예를 들면 약 1.9 내지 약 2, 또는 예를 들면 약 1.95 내지 약 2의 굴절률을 갖는다. 대안적으로, 오버레이어(500)는 약 2 내지 약 2.2, 예를 들면 약 2 내지 약 2.1, 예를 들면 약 2 내지 약 2.05, 예를 들면 약 2, 또는 대안적으로 약 1.8 내지 약 1.85의 굴절률을 갖는다. 다른 예에서, 오버레이어(500)는 약 1.85 내지 약 1.9, 대안적으로 약 1.9 내지 약 1.95, 대안적으로 약 1.95 내지 약 1.96, 대안적으로 약 1.96 내지 약 1.97, 또는 대안적으로 약 1.97 내지 약 1.98의 굴절률을 갖는다. 또 다른 예에서, 오버레이어(500)는 약 1.98 내지 약 1.99, 대안적으로 약 1.99 내지 약 2, 대안적으로 약 2 내지 약 2.01, 대안적으로 약 2.01 내지 약 2.02, 또는 대안적으로 약 2.02 내지 약 2.03의 굴절률을 갖는다. 오버레이어(500)의 다른 예시적인 굴절률은 약 2.03 내지 약 2.04, 대안적으로 약 2.04 내지 약 2.05, 대안적으로 약 2.05 내지 약 2.1, 대안적으로 약 2.1 내지 약 2.2, 또는 대안적으로 약 1.95 내지 약 2.05이다.
[0041] 다른 예에서, 오버레이어(500)는 마스크 층이다. 마스크는 포토레지스트, 하드 마스크 재료 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 포토레지스트는 포지티브-톤 포토레지스트 및/또는 네거티브-톤 포토레지스트일 수 있고, 각각은 화학적으로 증폭된 반응을 겪을 수 있다. 마스크 층은 일례에서 유기 폴리머 재료이다. 다른 불소 함유 폴리머들을 포함하는 다른 적합한 재료들이 마스크를 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 마스크는 포지티브 또는 네거티브 톤 포토레지스트, 금속 함유 하드마스크, 탄소 함유 하드마스크, 유기 평탄화 층(OPL), 및 다른 적합한 하드마스크 재료들 중 적어도 하나일 수 있다.
[0042] 다른 예에서, 오버레이어(500)는 그레이스케일 레지스트 또는 그레이스케일 마스크이다. 그레이스케일 레지스트는 기판(100)의 원하는 깊이 및 형상을 생성하기 위해 임의의 패턴으로 증착될 수 있다. 그레이스케일 리소그래피라고도 알려진 그레이-톤 리소그래피를 사용하여 다양한 깊이의 격자들(308)이 생성될 수 있다. 그레이스케일 리소그래피는 광학 그레이-톤(또는 그레이스케일) 마스크를 사용하여 포토레지스트 층에 3차원 마이크로 구조들을 생성하는 데 사용되는 1-단계 프로세스이다. 그레이스케일 마스크들은 깊이-변조된 격자들(308)을 생성하기 위해 다양한 양들의 광이 통과하게 한다. 그레이스케일 리소그래피를 사용하여 깊이-변조된 격자들(308)을 생성하는 것은 더 적은 프로세싱 동작들을 허용하고 표면 프로파일(508)의 웨지 해상도(wedge resolution)를 증가시킨다. 일례로서, 표면 프로파일(508)은 오목 또는 볼록 패턴을 가질 수 있다. 다른 예에서, 1차원 또는 2차원 그레이스케일 마스크 패턴이 격자들(308)의 격자 높이를 성형하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로, 격자들(308) 각각은 평평한 표면(504)에 대해 측정된 각도(520)를 가질 수 있다. 각도(520)는 예를 들어 약 0도 내지 약 70도이다.
[0043] 도 5b에 도시된 바와 같이, 오버레이어(500)의 부분들은 동작(220)에서 애플리케이터로부터의 플라즈마(424)로 에칭함으로써 제거된다. 표면 프로파일(508)은 오버레이어(500) 또는 기판(100)의 굴절률에 대응한다. 표면 프로파일(508)은 깊이(512), 표면 각도(516) 및 길이(460) 파라미터들을 포함한다. (도 4에 도시된 바와 같은) 애플리케이터(404)의 헤드(408)로부터 기판(100)까지의 거리(456)와 같은 추가적인 파라미터들은 표면 프로파일(508)이 달성될 때까지 오버레이어(500)를 에칭하도록 제어된다. 위에서 언급된 바와 같이, 기판(100)의 길이(460)에 대한 애플리케이터(404)의 플라즈마 전력 및 속도와 같은 파라미터들의 조정은 또한 표면 프로파일(508)을 생성하도록 조정될 수 있다. 일례에서, 표면 프로파일(508)은 기판(100)에 대해 선형 또는 비선형 기울기들(즉, 비선형 그라데이션)을 갖는 부분들을 포함할 수 있다. 추가적으로, 표면 프로파일(508)은 기판(100)에 대해 진동하는 몇몇 부분들을 포함할 수 있다.
[0044] 동작(224)에서, 굴절 바디(600)는 대기압에서 기판(100) 상에 증착된다. 굴절 바디(600)는 평평한 표면(601)을 갖고, 제1 굴절 층(604) 및 제2 굴절 층(608)을 포함한다. 제2 굴절 층(608)은 단일 피처로서 도시되지만, 제2 굴절 층(608)은 추가적인 굴절 층들을 포함할 수 있다. 따라서, 제2 굴절 층(608)은 상이한 굴절률들을 갖는 추가적인 개별 층들을 포함할 수 있다. 따라서, 제1 굴절 층(604)으로부터 제2 굴절 층(608)으로의 굴절 바디(600)의 조성의 변화는 점진적이다. 달리 말하면, 굴절 바디(600)는 별개의 또는 가시적인 층들이 제1 굴절 층(604)과 제2 굴절 층(608) 사이에서 관찰되지 않도록 증착된다. 유리하게는, 굴절 바디(600)의 굴절률은 굴절 바디(600)의 두께와 무관하게 점진적으로 변조된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 굴절 바디(600)의 굴절률들은 기판(100)의 길이(460)를 따라 변조된다. 다른 예에서, 굴절 바디(600)의 굴절률들은 길이(460)에 수직인 방향으로 변조된다. 굴절 바디(600)의 회절 효율은 굴절 층들(604, 608)의 증착 동안 상이한 재료들을 도포함으로써 수정된다.
[0045] 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 굴절 층(604)은 제2 굴절 층(608)에 접촉하고 인접하여 증착된다. 도 6a-6d는 상이한 굴절률들을 갖는 오버레이어의 증착 및 제거 동안의 기판(100)의 개략적인 단면도들이다.
[0046] 가스 소스(416)로부터의 하나 이상의 가스들은 애플리케이터(404)를 사용하여 기판(100) 상에 굴절 바디(600)(즉, 제1 굴절 층(604) 및 제2 굴절 층(608))를 증착하기 위해 환경(401) 내로 유동된다. 예시적인 전구체 가스들은 질소 가스(N2), 이산화질소(N02), 불소 가스(F2), 산소 가스(02), 수소 가스(H2), 증기 형태의 H20, 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 및 이산화탄소(C02), 아르곤(Ar), 및 헬륨(He)을 포함한다.
[0047] 제1 굴절 층(604)은 졸-겔 용액 또는 나노 입자 용액일 수 있다. 제1 용액은 실리콘 이산화물(Si02), 실리콘 옥시카바이드(SiOC), 지르코늄 이산화물(Zr02), 및/또는 티타늄 이산화물(Ti02)을 포함할 수 있다. 제1 용액 내의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제1 굴절률을 야기하도록 제어된다. 예를 들어, 제1 용액은 TiO2　대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2의 제1 비율을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, Si02를 위한 졸-겔 전구체들은 테트라메틸 오소실리케이트(TMOS), 메틸-트리-메톡시-실란(MTMS), 및 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)를 포함할 수 있다.
[0048] 제2 굴절 층(608)은 제2 용액을 포함할 수 있다. 제2 용액은 졸-겔 용액 또는 나노 입자 용액일 수 있다. 제2 용액은 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2를 포함할 수 있다. 제2 용액 내의 SiO2, SiOC, ZrO2, 및/또는 TiO2의 비율들은 제2 굴절률을 야기하도록 제어된다. 제2 굴절률은 제1 굴절률과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 용액은 제1 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 제2 굴절률을 야기하기 위해 제1 비율보다 높은 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2의 비율을 갖는 제2 비율을 포함할 수 있거나, 제2 비율은 제1 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 제2 굴절률을 야기하기 위해 제1 비율보다 낮은 TiO2 대 SiO2, SiOC, 및/또는 ZrO2의 비율을 가질 수 있다.
[0049] 제1 굴절 층은 제1 재료를 포함할 수 있고, 후속 굴절 층은 제1 재료와 상이한 제2 재료를 포함할 수 있다. 등급화된 반사 방지 코팅(ARC)과 같은 다양한 유전 상수들 및 굴절률들의 금속들 및/또는 유전체들의 일련의 굴절 층들은 글레어, 반사, 또는 블러를 감소시킨다. 캡슐화 층의 굴절률은 약 2.0 초과로부터 약 1.47까지 튜닝될 수 있다. 굴절 바디(600)의 굴절률에 대한 예시적인 범위들은 약 1.5 내지 약 2.0, 예를 들어 약 1.75일 수 있다. 또 다른 예에서, 굴절 바디(600)의 굴절률은 약 1.0 내지 약 1.5, 예를 들어 약 1.47일 수 있다. 또 다른 예에서, 굴절 바디(600)의 굴절률은 약 1.0 내지 약 1.5, 예를 들어 약 1.48 또는 약 1.49; 또는 약 1.0 내지 약 1.5, 예를 들어 약 1.47일 수 있다.
[0050] 제1 굴절 층 및 후속 굴절 층(들), 예컨대 제2 굴절 층 각각은 약 1.6 내지 약 2.4, 예를 들어 약 1.7 내지 약 2.3, 예를 들어 약 1.8 내지 약 2.2, 예를 들어 약 1.8 내지 약 2, 예를 들어 약 1.9 내지 약 2, 예를 들어 약 1.95 내지 약 2의 굴절률을 가질 수 있다. 대안적으로, 오버레이어(500)는 약 2 내지 약 2.2, 예를 들어 약 2 내지 약 2.1, 예를 들어 약 2 내지 약 2.05, 예를 들어 약 2, 대안적으로 약 1.8 내지 약 1.85의 굴절률을 갖는다. 다른 예에서, 오버레이어(500)는 약 1.85 내지 약 1.9, 대안적으로 약 1.9 내지 약 1.95, 대안적으로 약 1.95 내지 약 1.96, 대안적으로 약 1.96 내지 약 1.97, 대안적으로 약 1.97 내지 약 1.98의 굴절률을 갖는다. 또 다른 예에서, 오버레이어(500)는 약 1.98 내지 약 1.99, 대안적으로 약 1.99 내지 약 2, 대안적으로 약 2 내지 약 2.01, 대안적으로 약 2.01 내지 약 2.02, 대안적으로 약 2.02 내지 약 2.03의 굴절률을 갖는다. 오버레이어(500)의 다른 예시적인 굴절률은 약 2.03 내지 약 2.04, 대안적으로 약 2.04 내지 약 2.05, 대안적으로 약 2.05 내지 약 2.1, 대안적으로 약 2.1 내지 약 2.2, 대안적으로 약 1.95 내지 약 2.05이다.
[0051] 도 6b에 도시한 다른 예에서, 오버레이어(500)는 굴절 바디(600) 위에 그리고 그와 접촉하여 형성된다. 오버레이어(500)는 애플리케이터(404)를 사용하여 굴절 바디(600)와 접촉하여 그리고 그 위에 증착된 마스크 층일 수 있다. 굴절률 패턴은 타겟 프로필과 매칭되도록 제어기(428) 내로 프로그래밍된다. 개구들(612)은 오버레이어(500)를 통해 형성되어, 굴절 바디(600)의 평평한 표면(601)의 일부를 노출시킨다. 위에 동작(216)에서 설명된 바와 같이, 오버레이어(500)는 FCVD, PVD, 스핀 코팅에 의해 증착되거나, 환경(401)에서 애플리케이터(404)로부터 점화된 플라즈마(424)에 의해 증착될 수 있다. 일례에서, 리소그래피는 패턴을 굴절 바디(600) 내로 전사하기 위해 수행된다. 마스크 층의 재료는 포토레지스트, Si02, Cr과 같은 임의의 하드 마스크 재료를 포함한다.
[0052] 동작(228)에서, 애플리케이터(404)를 사용하여 굴절 바디(600)가 에칭된다. 위에서 동작(212) 또는 동작(220)에서 설명된 바와 같이, 에칭 프로세스가 수행되어, 굴절 바디(600)의 부분들을 제거하고, 그에 의해 도 6c에 도시된 바와 같이, 다양한 굴절률들의 등급화된 굴절 격자들(616)을 형성할 수 있다. 따라서, 격자들(308)은 제1 굴절 층(604) 및 제2 굴절 층(608)의 부분들을 포함한다. 제2 굴절 층(608)은 다양한 굴절률들의 추가의 개별 층들을 포함할 수 있다. 언급된 바와 같이, 격자들(308) 각각은 평평한 표면(601)에 대해 측정된 각도(520)를 가질 수 있다. 각도(520)는 예를 들어 약 0도 내지 약 80도, 예컨대 약 70도일 수 있다. 다른 예에서, 각도(520)는 약 5도 내지 약 65도, 예컨대 약 45도, 또는 약 55도이다.
[0053] 도 6d에 도시된 바와 같이, 변조 굴절률을 갖는 표면 프로파일(620)이 굴절 바디(600)에 형성된다. 표면 프로파일(620)은 위에서 설명된 타겟 프로파일에 기초한다. 플라즈마(424)는 표면 프로파일(620)을 굴절 바디(600)의 평평한 표면(601) 내로 에칭하기 위해 이용된다. 굴절 바디(600)는 제1 굴절 층(604) 및 제2 굴절 층(608)을 포함한다. 표면 프로파일(620)은 깊이(512), 표면 각도(516), 및 길이(460) 파라미터들을 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 애플리케이터(404)의 헤드(408)로부터 기판(100)까지의 거리(456), 플라즈마 전력, 및 기판(100)의 길이(460)에 대한 애플리케이터(404)의 속도는 또한 표면 프로파일(620)을 생성하기 위해 조정될 수 있다. 표면 프로파일(620)은 선형 또는 비선형 기울기들을 갖는 부분들을 포함할 수 있고, 기판(100)에 대하여 진동하는 몇몇 부분들을 포함할 수 있다. 일례에서, 표면 프로파일(620)은 소수성인 부분 및 친수성인 다른 부분을 포함한다. 일례에서, 굴절 바디(600)는 동작(224)에서 증착되고, 오버레이어(500)는 동작(216)에서 증착된다. 이어서, 방법(200)은 오버레이어(500)가 에칭되는 동작(220)으로 진행할 수 있다. 개구들(612)은 포토리소그래피를 통해 오버레이어(500)에 형성된다. 이어서, 방법은 굴절 바디(600)가 에칭되는 동작(228)으로 진행한다. 일례에서, 등급화된 굴절 격자들(616)은 도 6c에 도시된 바와 같이 형성된다. 다른 예에서, 표면 프로파일(620)은 도 6d에 도시된 바와 같이 형성된다. 또한, 또 다른 예에서, 굴절 바디(600)는 도 6a에 도시된 바와 같이 굴절 바디(600)가 또는 도 5a-5b에 도시된 바와 같이 오버레이어(500)가 증착되는 것과 실질적으로 동일한 방식으로 표면 프로파일(620)로 증착된다.
[0054] 동작(232)에서, 방법(200)은 일례에서 동작(212)로 복귀한다. 일례에서, 격자들(308)은 에칭되고, 다른 예에서 등급화된 굴절 격자들(616)은 에칭된다. 방법(200)은 격자들(308)이 타겟 프로파일에 도달하여 균일한 광 프로파일(454)을 생성할 때까지 반복된다. 다른 예에서, 방법(200)은 타겟 프로파일이 달성되고 균일한 광 프로파일(454)이 등급화된 굴절 격자들(616)을 나갈 때까지 반복된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 다른 예들에서, 동작(216) 또는 동작(224)은 동작(232)으로 진행할 수 있다.
[0055] 또 다른 예에서, 방법(200)은 동작(232)에서 직접 동작(224)으로 복귀하고, 제2 굴절 층(608)의 후속 층이 증착된다. 방법(200)은 굴절 바디(600)가 원하는 굴절률을 가질 때까지 반복된다. 또 다른 예에서, 방법(200)은 동작(232)에서 오버레이어(500)의 다른 부분이 표면 프로파일(508)을 갖도록 에칭되는 동작(220)으로 복귀한다. 방법(200)은 오버레이어(508)가 원하는 표면 프로파일(508)을 가질 때까지 반복된다. 방법(200)은 또한 또 다른 예에서, 굴절 바디(600)가 원하는 표면 프로파일(620)을 가질 때까지 반복될 수 있다.
[0056] 도 7a-6c는 도 4에 도시된 애플리케이터(404)의 헤드(408)의 대안적인 예들이다. 일례에서, 헤드(408)는 도 7a에 도시된 바와 같이 플라즈마(424)의 제트가 배출되는 개구(716)를 갖는 노즐(704)이다. 다른 예에서, 헤드(408)는 직사각형 개구(720)를 갖는 사변형 헤드(708)이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 사변형 헤드(708)는 실질적으로 직사각형 둘레를 갖지만, 이러한 배열로 제한되지 않는다. 다른 예에서, 사변형 헤드(708)는 실질적으로 정사각형이다. 또 다른 예에서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 헤드(408)는 어레이(712)이고, 어레이(712)는 n×m개의 개구들(716)을 갖는다. 개구들(716)의 4×5 어레이(712)가 비제한적인 예에서 도시된다. 본원의 개시내용은 그러한 배열로 제한되지 않고, 개구들(716)의 5×4, 2×3, 또는 5×9 어레이와 같이 n의 값이 m의 값과 동일하지 않은 어레이들을 포함한다. 예시적인 어레이들(712)은 또한, n의 값이 m의 값과 동일한 정사각형 어레이들, 예컨대 개구들(716)의 3×3, 5×5, 또는 10×10 어레이를 포함한다. 노즐(704), 사변형 헤드(708), 및 어레이(712) 각각은 본원에 개시된 바와 같이 타겟 프로파일을 달성하기 위해 방법(200)과 함께 이용될 수 있다.
[0057] 본원에서는 등급화된 굴절률을 갖는 기판을 형성하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 유리하게는, 격자 깊이, 격자 굴절률 및 도파관에 걸친 캡슐화 두께의 정밀한 제어가 얻어진다. 전술한 것은 특정 예들에 관한 것이지만, 다른 예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 안출될 수 있고, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 도파관 구조를 형성하는 방법으로서,
    헤드를 갖는 애플리케이터(applicator)로부터 기판 상에 형성된 복수의 격자 구조들을 향해 플라즈마를 배출하는 단계 ― 상기 플라즈마는 대기압에서 상기 헤드에서 형성됨 ―; 및
    상기 복수의 격자 구조들로부터 격자 재료를 제거함으로써 상기 플라즈마로 상기 복수의 격자 구조들의 깊이를 변화시키는 단계를 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마로 전구체를 기화시킴으로써 상기 격자 구조들 위에 그리고 상기 격자 구조들과 접촉하여 오버레이어(overlayer)를 증착하는 단계를 더 포함하고, 상기 오버레이어는 포토레지스트 층, 캡슐화 층, 또는 증착 층 중 적어도 하나인,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    대기압에서 상기 애플리케이터의 상기 헤드에서 형성된 플라즈마를 사용하여 상기 오버레이어의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 격자 구조들의 깊이를 변화시키는 단계는 상기 기판의 제1 단부로부터 상기 기판의 제2 단부로 경사지는 단계를 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 도파관 구조의 굴절률은 상기 복수의 격자 구조들의 깊이에 대해 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 선형으로 변하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 도파관 구조의 굴절률은 상기 복수의 격자 구조들의 깊이에 대해 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 비선형으로 변하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 도파관 구조의 굴절률은 상기 복수의 격자 구조들의 깊이에 대해 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부로 진동하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 격자 구조들에 대해 상기 애플리케이터의 헤드를 이동시키는 표면 프로파일을 생성하는 단계; 및
    타겟 프로파일을 나타내는 데이터에 기초하여, 상기 복수의 격자 구조들로부터 격자 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 오버레이어의 표면 프로파일은 플라즈마 전력, 상기 애플리케이터의 헤드로부터 상기 기판의 표면까지의 거리, 또는 상기 기판의 표면에 대한 헤드 속도 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 변화되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 격자 구조들에 대해 상기 애플리케이터의 헤드를 이동시키는 표면 프로파일을 생성하는 단계; 및
    타겟 프로파일을 나타내는 데이터에 기초하여, 상기 격자 구조들 위에 재료를 증착하는 단계를 더 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  11. 도파관 구조를 형성하는 방법으로서,
    헤드를 갖는 애플리케이터로부터 기판 상에 형성된 복수의 격자 구조들을 향해 플라즈마를 배출하는 단계 ― 상기 플라즈마는 대기압에서 상기 헤드에서 형성됨 ―; 및
    상기 플라즈마로 전구체를 기화시킴으로써 상기 복수의 격자 구조들 위에 층을 증착하는 단계를 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 층의 표면 프로파일은 플라즈마 전력, 상기 애플리케이터의 헤드로부터 상기 기판의 표면까지의 거리, 또는 상기 기판의 표면에 대한 헤드 속도 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 변화되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 층은 질소 가스(N2), 이산화질소(N02), 불소 가스(F2), 산소 가스(02), 수소 가스(H2), 증기 형태의 H20, 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 및 이산화탄소(C02), 아르곤(Ar), 및 헬륨(He) 중 하나 이상을 포함하는 그룹으로부터 선택된 상기 전구체로부터 형성되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 증착된 층의 원하는 표면 프로파일을 생성하기 위해 대기압에서 상기 애플리케이터로부터의 플라즈마를 사용하여 상기 층의 부분들을 제거하는 단계를 더 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 층의 원하는 표면 프로파일은 플라즈마 전력, 상기 애플리케이터의 헤드로부터 상기 기판의 표면까지의 거리, 또는 상기 기판의 표면에 대한 헤드 속도 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 변화되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  16. 도파관 구조를 형성하는 방법으로서,
    헤드를 갖는 애플리케이터로부터 기판을 향해 플라즈마를 배출하는 단계 ― 상기 플라즈마는 대기압에서 상기 헤드에서 형성됨 ―;
    상기 플라즈마로 전구체를 기화시킴으로써 상기 기판 위에 하나 이상의 굴절 층들을 증착하는 단계;
    상기 하나 이상의 굴절 층들 상에 오버레이어를 증착하는 단계; 및
    상기 오버레이어를 통해 하나 이상의 굴절 층들을 에칭함으로써 굴절 격자 구조를 형성하는 단계를 포함하는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 굴절 격자 구조 내에 복수의 격자들 및 복수의 채널들을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 격자들 및 복수의 채널들은 상기 하나 이상의 굴절 층들에서 상기 채널들을 에칭함으로써 형성되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 전구체는 질소 가스(N2), 이산화질소(N02), 불소 가스(F2), 산소 가스(02), 수소 가스(H2), 증기 형태의 H20, 메탄(CH4), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4), 및 이산화탄소(C02), 아르곤(Ar), 및 헬륨(He) 중 하나 이상을 포함하는 그룹으로부터 선택되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 복수의 격자들의 깊이의 변화는 상기 굴절 격자 구조의 제1 단부로부터 제2 단부로 선형으로 변화하는 기울기를 갖는 표면 프로파일을 갖는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 굴절 격자 구조 내에 복수의 격자들 및 복수의 채널들을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 격자들 및 복수의 채널들은 상기 하나 이상의 굴절 층들에서 상기 채널들을 에칭함으로써 형성되고, 상기 복수의 격자들은 상기 기판에 대해 약 5도 내지 약 65도의 각도로 형성되는,
    도파관 구조를 형성하는 방법.
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