KR20240070686A - 광도파로 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
광도파로 제조 방법이 개시되는데, 이 방법은, 복수의 개별적 도파로 구조가 각인된 매스터 템플릿을 수신하는 단계, 상기 매스터 템플릿을 경화성 매스터 템플릿 스탬프재로 코팅하는 단계, 매스터 템플릿 스탬프를 형성하기 위해 상기 매스터 템플릿 스탬프재를 경화시키는 단계, 상기 매스터 템플릿 스탬프를 상기 매스터 템플릿으로부터 분리시키는 단계, 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들을 형성하기 위해 상기 매스터 템플릿 스탬프를 각인가능한 코팅을 가지는 하나 이상의 제1 기판들 상에 각인시키는 단계 - 각각의 매스터 템플릿 복제 상에는 복수의 개별적 도파로 구조 복제가 각인되어 있음 -, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들을 경화시키는 단계, 상기 매스터 템플릿 스탬프를 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들로부터 분리시키는 단계, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 하나를 경화성 가공 스탬프재로 코팅하는 단계, 광도파로들을 제조하기 위한 가공 스탬프를 형성하기 위해 상기 가공 스탬프재를 경화시키는 단계, 및 상기 매스터 템플릿 복제를 상기 가공 스탬프로부터 분리시키는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은, 일반적으로 나노임프린트 리소그래피 방법들에 관한 것으로, 상세하게는 증강 현실 장치들을 위한 광도파로들의 제조에 관한 것이다.
추가의 광을 공급함으로써 사용자의 실세계에 대한 인지를 증강시키기 위해 증강 현실 시스템들이 사용자의 머리에 착용될 수 있다. 공지의 헤드 마운티드 시스템들(head-mounted systems)은 안경들 및 헬멧 구조들을 포함한다. 또한 증강 현실 시스템들은, 자동차들, 트럭들 또는 항공기 조정석들에서와 같이 차량들에서 구현될 수 있는 헤드업 디스플레이들(head-up displays)을 포함한다.
증강 현실 광이 도파로 구조를 이용하여 사용자들에게 제공될 수 있다. 프로젝터로부터의 광을 도파로에 결합시키기 위해 도파로들 상에 또는 그들에 회절 격자들이 위치된다. 도파로로부터 그리고 사용자를 향해 광을 결합시키기 위해 추가의 회절 격자 구조가 사용될 수 있다. 유사한 결과들을 생성하기 위해 다른 증강 현실 기술들이 사용될 수 있다. 이러한 응용들에서 도파로들 또는 프리즘들과 같은 광 소자들은 전형적으로 투명해서, 사용자가 프로젝터로부터의 광 뿐만 아니라 그들의 외부 환경으로부터의 광을 볼 수 있다.
도파로들은 전형적으로 나노임프린트 복제 프로세스들(nanoimprint replication processes)및 직접 에칭(direct etching)을 이용하여 제조되는 회절 격자 구조체들을 포함한다. 이러한 격자 구조체들은 (메사들(mesas)이라고도 알려진) 복수의 잇날 또는 핀일 수 있고, 유리 또는 실리콘과 같은 기판 상에서 낮은 지수 물질, 높은 지수 물질 또는 낮은 및 높은 지수 물질들의 조합으로 형성될 수 있다.
공지의 제조 방법들은, 도파로 매스터 패턴들을 만들기 위해 리소그래피, 에칭 및 임프린팅 기법들을 이용하고, 도파로 격자, 도파로 구조를 형성하기 위해 또는 후속의 에칭 처리를 통해 도파로 격자들을 생성하기 위해 에칭 매스크를 형성하기 위해 임프린트 복제(imprint replication)를 수행하기 위해 매스터 패턴들을 이용하는 것을 수반한다. 도파로들을 생성하기 위해 사용되는 임프린팅 기법들은 회절 격자들을 위한 세부 나노구조들을 효과적으로 복제할 수 있는 나노임프린트 리소그래피를 포함한다.
본 발명의 목적은 세부 회절 격자 도파로 구조들의 효과적인 나노복제(nanoreplication)를 유지하면서 제조 방법들의 능력을 개선하는 것이다.
본 발명의 측면에 따르면, 광도파로 제조 방법이 제공된다. 본 방법은, 복수의 개별적 도파로 구조가 각인된(imprinted) 매스터 템플릿(master template)을 수신하는 단계, 상기 매스터 템플릿을 경화성 매스터 템플릿 스탬프재(stamp material)로 코팅하는 단계, 매스터 템플릿 스탬프를 형성하기 위해 상기 매스터 템플릿 스탬프재를 경화시키는 단계, 상기 매스터 템플릿 스탬프를 상기 매스터 템플릿으로부터 분리시키는 단계, 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들(master template copies)을 형성하기 위해 상기 매스터 템플릿 스탬프를 각인가능한 코팅을 가지는 하나 이상의 제1 기판들 상에 각인시키는 단계 - 각각의 매스터 템플릿 복제 상에는 복수의 개별적 도파로 구조 복제가 각인되어 있음 -, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들을 경화시키는 단계, 상기 매스터 템플릿 스탬프를 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들로부터 분리시키는 단계, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 하나를 경화성 가공 스탬프재로 코팅하는 단계, 광도파로들을 제조하기 위한 가공 스탬프(working stamp)를 형성하기 위해 상기 가공 스탬프재를 경화시키는 단계, 및 상기 매스터 템플릿 복제를 상기 가공 스탬프로부터 분리시키는 단계를 포함한다.
이러한 방식으로, 생산 광도파로들(production optical waveguides)을 형성하기 위해 사용되는 가공 스탬프들이 매스터 템플릿의 복제로부터 만들어진다. 공지의 생산 프로세스들에서, 가공 스탬프는 매스터 템플릿으로부터 직접 형성된다. 그러나, 임프린팅 기법들이 매스터 템플릿 및/또는 가공 스탬프의 품질이 사용에 따라 열화되게 야기한다는 점이 발견되었다. 그러하기에, 매스터 템플릿의 복제로부터 가공 스탬프를 형성하는 것이 복수의 임프린트에 따라 일어날 수 있는 나노복제 열화 효과들을 최소화하면서 매스터 템플릿의 수명을 보장하기 위한 최적의 밸런스를 제공한다는 점이 발견되었다. 이는 단일의 매스터 템플릿으로부터의 생산량을 증가시킬 뿐만 아니라 제조 비용을 낮춘다.
매스터 템플릿 복제 상에 각인된(임프린트된) 상기 복수의 개별적 도파로 구조의 각각은 상기 매스터 템플릿 상의 상기 복수의 개별적 도파로 구조 복제의 각각과 실질적으로 동일하다. 그럼에도 불구하고, 스탬프로부터의 각인된 구조 또는 나노구조는, 스탬프가 생성된 원래의 구조 또는 나노구조와 비교할 때 결함들 또는 부조화(inconsistencies)를 종종 포함할 수 있다. 현재의 모니터링 기법들 및 생산 방법들로 인해, 각인된 구조의 모양 편차는 최종 제품(광도파로)이 제조될 때까지 쉽게 검출가능하지 않을 수 있다. 스탬프에서의 몰드 구조/모양이 변형되어 저품질의 광도파로들이 생산되기 전까지 - 이 경우에는 생산 웨이퍼에서의 도파로 구조들 및/또는 개별적 도파로의 광학적 성능이 매스터 템플릿에서의 원래의 도파로 구조와 상당히 다름 - 가공 스탬프가 100회까지 (전형적으로 50에서 100 사이의 회수까지)사용될 수 있음이 또한 발견되었다. 따라서, 매스터 템플릿의 생상 효율을 최적화하기 위해, 생산 도파로들을 만들기 위해 사용되는 가공 스탬프들이 매스터 템플릿의 복제로부터 형성될 수 있음이 유리하게 발견되었다.
바람직하게, 본 방법은, 광도파로 웨이퍼를 형성하기 위해 상기 가공 스탬프를 각인가능한 코팅을 가지는 제2 기판 상에 각인시키는 단계 - 상기 광도파로 웨이퍼 상에는 복수의 광도파로가 각인되어 있음 -, 상기 광도파로 웨이퍼를 경화시키는 단계, 상기 가공 스탬프를 상기 광도파로 웨이퍼로부터 분리시키는 단계, 및 각각의 광도파로를 상기 복수의 광도파로로부터 분리시키기 위해 상기 광도파로 웨이퍼를 절단하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방식으로, 광도파로들이 형성되고 추가의 스태킹 또는 어셈블리(stacking or assembly)를 위해 웨이퍼들로부터 절단된다. 예를 들어, 광도파로들은 증강 현실 디스플레이 시스템을 구축하기 위해 조립될 수 있다.
바람직하게, 본 방법은 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나를 광학적으로 시험하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방식으로, 광도파로들의 생산 중에 광학 성능을 모니터하고 예측하기 위해 매스터 템플릿 복제가 광학적으로 시험되고 품질 평가될 수 있다. 매스터 템플릿 복제는 비파괴적 시험 기법들을 이용하여 광학적으로 시험될 수 있다. 광학적 시험은 품질 제어 모니터링 단계를 제공하기 위해 광도파로 제조 방법에서의 인라인 생산 단계로서 수행될 수 있다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나는 실질적으로 광학적으로 투명한 재료로 만들어진다. 이러한 방식으로, 매스터 템플릿 복제가 광학적으로 기능적이고 생산 광도파로들에 대한 광학적 성능 결과들을 제공하기 위해 시험될 수 있다. 광학적 시험은, 생산 광도파로의 성능을 변화시키기 위해 조정되거나 수정될 수 있는 도파로 구조의 결함들 또는 불완전함들 또는 특징들을 밝혀낼 수 있다. 바람직하게, 매스터 템플릿 복제는 광고분자로 코팅된 유리 기판을 포함한다. 다시 말해서, 실질적으로 광학적으로 투명한 물질은 광고분자로 코팅된 유리 기판일 수 있다.
바람직하게, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나는 실리콘 기판을 포함한다. 바람직하게, 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나는 나노복제를 위한 고분자 물질을 포함한다. 나노복제를 위한 고분자 물질은 광학적 시험을 위해 사용되는 다른 고분자 물질일 수 있다. 다시 말해서, 나노복제 고분자 물질은 위에서 기술한 광고분자와 다를 수 잇다. 이러한 방식으로, 매스터 템플릿 복제가 양호한 나노복제 특성들을 가지는 물질에서 형성될 수 있다. 이러한 복제는 광학적으로 기능적이지 않을 수 있다. 전형적으로 나노구조들을 유지하는데 있어 더욱 강건한 공지의 물질들이 사용될 수 있다.
바람직하게, 본 방법은, 상기 복수의 개별적 도파로 구조 복제 중의 적어도 하나에서의 모양을 제어하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방식으로, 도파로 구조의 임계 나노구조 치수들(critical nanostructure dimensions)이, 각각의 도파로 구조에 있어서의 특유의 피쳐들(specific features)의 크기를 증가시키거나 감소시키기 위해 다양한 방식들로 조정되거나 제어될 수 있다. 바람직하게, 모양 또는 임계 나노구조 치수들을 제어하는 것은 코팅 피착 기법 및/또는 플라즈마 처리 기법을 포함한다. 예를 들어, 격자 나노구조들의 특정 임계 치수들(critical dimensions)을 감소시키기 위해 플라즈마 처리가 사용될 수 있다. 대안적으로, 고분자 수축을 보상하기 위해 피착 기법들이 사용될 수 있다. 숙련된 자가 쉽게 이용가능한 다른 나노구조 치수 제어 기법들이 매스터 템플릿 복제들에서의 도파로 격자 나노구조의 모양을 제어하기 위해 또한 사용될 수 있다. 본 방법은 임계 나노구조 치수들을 제어하기 위해 플라즈마 처리를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 스탬프들의 고품질의 분리를 보장하기 위해 매스터 템플릿들 및 매스터 템플릿 복제들 상에 부착방지층(anti-stick layer)이 제공될 수도 있다.
바람직하게, 본 방법은 부착방지층을 적용하는 단계를 더 포함한다. 부착방지층(ASL)은 분리 이벤트가 있을 때(예를 들어, 스탬프 또는 몰드 구조를 경화된 물질로부터 분리할 때) 기술된 스테이지들의 임의의 것에서 사용될 수 있다. ASL은 2개의 구조들 간의 부드러운 분리를 조장한다. 모(parent) 구조(예를 들어, 템플릿 구조 또는 스탬프 구조)는, 경화성 물질이 그 위에 적용되기 전에 또는 경화성 물질로 각인되기 전에, 부착방지층으로 코팅될 수 있다.
바람직하게, 매스터 템플릿은 또한 스텝 앤드 리피트 나노임프린트 프로세스(step and repeat nanoimprint process)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 도파로 구조가 단일의 웨이퍼 상에 제공되도록, 웨이퍼의 표면이 최적으로 활용될 수 있다. 스텝 앤드 리피트 프로세스는 단일의 도파로 매스터 스탬프(즉, 단일의 도파로 구조를 위한 스탬프)를 사용하고 매스터 템플릿(즉, 복수의 도파로 구조를 포함하는 매스터 스텝 앤드 리피트 템플릿)을 형성하기 위해 각인가능한 물질로 코팅된 웨이퍼의 표면에 걸쳐서 단일의 도파로 매스터 스탬프를 복수 회 각인시킨다.
이제 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면들을 참조로 단지 예로서 기술될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 광도파로 격자 나노구조들의 서로 다른 프로파일들의 개략적인 표현들을 도시한다.
도 2는 스텝 앤드 리피트 매스터 템플릿을 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 3a는 매스터 템플릿으로부터 템플릿 스탬프를 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 3b는 매스터 템플릿 스탬프를 이용하여 매스터 탬플릿 복제를 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 3c는 매스터 템플릿 복제로부터 가공 스탬프를 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 4a는 가공 스탬프를 이용하여 광도파로들을 제조하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 4b는 광도파로들을 제조하는 다른 개략적인 표현을 도시한다.
도 4c는 생산 광웨이퍼(production optical wafer)로부터 절단된 광도파로들의 개략적인 표현을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 가공 스탬프를 생성하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 1a 및 도 1b는 광도파로 격자 나노구조들의 서로 다른 프로파일들의 개략적인 표현들을 도시한다.
도 2는 스텝 앤드 리피트 매스터 템플릿을 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 3a는 매스터 템플릿으로부터 템플릿 스탬프를 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 3b는 매스터 템플릿 스탬프를 이용하여 매스터 탬플릿 복제를 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 3c는 매스터 템플릿 복제로부터 가공 스탬프를 형성하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 4a는 가공 스탬프를 이용하여 광도파로들을 제조하는 개략적인 표현을 도시한다.
도 4b는 광도파로들을 제조하는 다른 개략적인 표현을 도시한다.
도 4c는 생산 광웨이퍼(production optical wafer)로부터 절단된 광도파로들의 개략적인 표현을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 가공 스탬프를 생성하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
여기에 제공된 방법들은 격자 구조들의 구조적 열화를 줄일 뿐만 아니라 제조 비용 및 단계들을 상당히 줄임으로써 나노임프린트 리소그래피 프로세스들에 의해 광도파로들을 제조하는 효율을 개선한다.
도 1a 및 도 1b는 서로 다른 예시적인 광도파로 격자 프로파일들을 도시한다. 도 1a는 투명 기판(102) 및 기판(102) 상에 형성된 격자 구조(104)를 가지는 광도파로(100)를 도시한다. 수지 잔존층(resin remnant layer)(도시되지 않음)이 격자 구조 아래에 또한 제공될 수 있다. 격자 구조(104)는 광을 광도파로(100)로 입력하고 및/또는 출력하도록 구성된 회절 격자일 수 있고, 격자 구조(104)는 인커플링된(incoupled) 또는 아웃커플링된(outcoupled) 광을 조작하기 위해 마이크로미터 및 나노미터 범위의 구조적 피쳐들(structural features)을 가진다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 광도파로(150)는, 회절 격자의 기술 분야에 숙련된 자에게 명백한 바와 같은 복수의 피쳐를 가지는 기판(152) 상의 격자 구조(154)를 가질 수 있다.
광도파로들(100, 150)은 나노임프린팅 및/또는 에칭 프로세스들을 이용하여 형성될 수 있는데, 여기서는 매스크 층들 및 패턴 또는 스택 층들이 격자들의 모양 및 구조를 제어하기 위해 사용된다. 매스크 층은 메탈 또는 메탈 옥사이드 또는 티타늄 나이트라이드 또는 탄탈륨 나이트라이드와 같은 메탈 나이트라이드 또는 카본 또는 화학적 기상 증착, 물리적 기상 피착 또는 원자층 피착과 같은 박막 피착 기법을 이용하는 다른 에치 저항성 물질(etch-resistant material)로부터 만들어질 수 있다.
격자 구조들이 나노임프린팅을 이용하여 생성된다면, 패턴/스택 층들은 높은 굴절 지수를 가지는 임프린트가능한 레지스트 물질(imprintable resist material)로 만들어질 수 있다.
하드 매스터(hard master)는 전형적으로 광도파로들(100, 150)을 위해 사용되는 것들 보다 더욱 강건한 물질들로 만들어질 수 있고 광학적으로 기능적이거나 투명하지 않을 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이 광도파로들을 제조하기 위한 나노임프린트 리소그래피와 같은 임프린트 복제 프로세스들(imprint replication processes)에서 하드 매스터들 또는 매스터 패턴들이 사용된다.
도 2는 스텝 앤드 리피트(SnR) 매스터 템플릿의 개략적인 표현을 도시하는데, 여기서 (하드 매스터 템플릿의 인버스(inverse)인) 단일의 광도파로 격자 구조의 스텝 앤드 리피트 스탬프(200)는 단계별로 웨이퍼(202)에 걸쳐 반복적으로 각인된다(임프린트된다). 이는 스텝 앤드 리피트(SnR) 나노임프린트 리소그래피 프로세스로서 알려져 있다. 웨이퍼(202)는 기판층, 프라이머층 및 임프린트 레지스트층을 가지는 스핀 코팅된 웨이퍼이다. 임프린트 레지스트는, 임프린트 레지스트층 내에서 스텝 앤드 리피트 스탬프(200)의 인버스 또는 음각 복제를 생성하기 위해 변형될 수 있는 경화성 모노머 또는 고분자 물질이다. 임프린트 레지스트층을 경화시키기 위해(굳히기 위해) 열 또는 UV 광이 임프린트 레지스트층에 적용된다. 다른 적절한 코팅된 웨이퍼들이 본 기술 분야에 숙련된 자에게 명백할 것이다.
스텝 앤드 리피트 나노임프린트 리소그래피 프로세스에서, 스텝 앤드 리피트 스탬프(200)가 각인되고 열 및/또는 UV 광에 의해 경화되고 웨이퍼(202)를 광도파로 구조의 경화된 임프린트들(204)로 덮기 위해 웨이퍼(202) 상에서 복수 회 분리된다. 웨이퍼(202) 상에서 최대 개수의 경화된 임프린트들(204)을 최적으로 활용하고 배열하여 각인된 웨이퍼(206)을 제공하기 위해 이러한 스텝 앤드 리피트 프로세스가 웨이퍼(202)의 표면에 걸쳐서 반복된다. 도 2는 또한 각인된 웨이퍼(206)의 예시적인 상면도를 도시한다. 각인된 웨이퍼(206)는 복수의 개별적 도파로 구조가 위에 각인된 SnR 매스터 템플릿이다. 웨이퍼 상에서의 각인된 구조들의 개수는, 숙련된 자에 의해 인식되는 바와 같이 격자 구조 및/또는 웨이퍼의 크기에 따라 변할 수 있다.
이러한 특정의 예에서, 각인된 웨이퍼(206)는 전형적으로 광학적으로 기능적이지 않은데, 여기서는 사용되는 임프린트 레지스트 물질이 광도파로 구조의 상세 구조를 유지하기 위해 의도된 최적의 나노복제 특성들을 가지도록 선택된다. 대안적으로, 각인된 웨이퍼(206)는, 광학적 시험이 웨이퍼(206) 상에서의 각인된 개별적 격자 구조들(204)의 광학적 성능을 결정하도록 하기 위해 광학적으로 기능적이거나 실질적으로 투명할 수 있다.
도 3a는 단계들(302, 304)을 가지는 프로세스(300)을 개략적인 형태로 예시하는데, 여기서 복수의 개별적 도파로 구조(308)를 가지는 매스터 템플릿(306)이 매스터 템플릿 스탬프(310)를 형성하기 위해 사용된다. 매스터 템플릿(306)은 도 2를 참조하여 기술된 것과 같이 하드 매스터 템플릿 또는 SnR 매스터 템플릿이고, 매스터 템플릿(306)의 상면도가 도 3a에 또한 도시되어 있다.
단계(302)에서, 경화성 템플릿 스탬프 재료(312)가 매스터 템플릿(308) 위에 적용된다. 이는 스핀 코팅 방법 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 방법들에 의해 이루어질 수 있다. 스탬프재(312)가 템플릿(306) 위에 적용됨에 따라, 도파로 구조들(308) 간의 임의의 보이드들(voids) 또는 공간들(spaces) 위로 흐르고 이들을 채워서 도파로 구조들의 모양의 몰드(mould) 또는 인버스 복제(inverse copy)를 형성하게 된다. 단계(302)에서 보는 바와 같이, 적용되는 템플릿 스탬프재(312)의 높이는 도파로 구조들(308)의 최대 높이를 초과하여, 도파로 구조들(308)에 의해 성형되지 않는(unshaped) 미리 결정된 두께(314) 또는 템플릿 스탬프재(312)의 층이 있게 된다. 템플릿 스탬프재(312)의 성형되지 않은 두께는, 도파로 구조들(308)의 몰드가 형성되는 기저층(316)을 제공한다.
단계(304)에서, 제1 기판(320)이 경화성 템플릿 스탬프재(312)에 적용된다. 이 예에서, 제1 기판(32)은 경화성 템플릿 스탬프재(312)와 접촉하게 되는 가요성 포일(flexible foil)이다. 제1 기판은 또한 유리 또는 실리콘과 같은 강성 물질 또는 심지어 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS)과 같은 반강성 물질일 수 있다. 열 및/또는 UV 광(318)이 경화성 템플릿 스탬프재(312) 및 제1 기판(320)에 적용되어 이 물질을 경화시키고 굳힌다. 경화 후에는, 경화성 템플릿 스탬프재(312)이 경화된 템플릿 스탬프재로 굳혀진다.
제1 기판(320) 및 경화된 템플릿 스탬프재(312)은 매스터 템플릿 스탬프(310)를 함께 형성하는데, 이는, 도 3b를 참조하여 설명되는 바와 같이 매스터 템플릿(306)의 하나 이상의 복제들을 생성하기 위해 사용된다. 매스터 템플릿 스탬프(310)는 복수의 개별적 몰드 구조(322)를 가지는데, 이는 매스터 템플릿(306)의 복수의 개별적 도파로 구조(308)의 인버스 복제들이다.
도 3b는 단계들(332, 334, 336)을 가지는 프로세스(330)를 개략적인 형태로 예시하는데, 여기서는 복수의 개별적 몰드 구조(322) 또는 스탬프 구조들을 가지는 매스터 템플릿 스탬프(310)가 매스터 템플릿 복제(338)를 형성하기 위해 사용된다.
단계(332)에서, 매스터 템플릿 스탬프(310)가 각인가능한 코팅(342)(임프린트 레지스트층)을 가지는 제2 기판(340)으로 낮춰져서, 단계(334)에서 몰드 구조들(322)가 개별적 도파로 구조들(308)의 도파로 구조 복제들(344)를 형성하기 위해 각인가능한 코팅(342)에 각인되게 된다. 이는, 매스터 템플릿 스탬프(310)가 스탬프(310)의 경화된 스탬프재(312)의 기저층(316)까지 각인가능한 코팅(342) 내로 가압된다는 것을 의미한다. 단계(334)에서 보는 바와 같이, 각인가능한 코팅(342)의 높이는 몰드 구조들(322)의 높이 보다 전형적으로 더 커서, 매스터 템플릿 스탬프(310)가 제2 기판(340)에 대해(against) 가압될 때 변형되지 않는 각인가능한 코팅(342)의 미리 결정된 두께(346)가 있게 된다.
몰드 구조들(322)을 각인가능한 코팅(342) 내로 각인한(임프린팅한) 후에, 각인가능한 코팅(342)을 경화시키고 굳히기 위해 열 및/또는 UV 광(348)이 제2 기판(340)에 적용된다. 굳혀진 각인가능한 코팅의 변형되지 않은 두께는, 도파로 구조들(308)의 각인된 복제들(344)이 제공되는 기저층(350)을 제공한다.
단계(336)에서 매스터 템플릿 스탬프(310)는 각인된 제2 기판으로부터 분리되어, 매스터 템플릿 복제(338)를 제공한다. 도 3b는 매스터 템플릿 복제(338)의 상면도를 또한 도시한다. 매스터 템플릿 복제(338)는, 매스터 템플릿(306)의 복수의 개별적 도파로 구조(308)와 실질적으로 동일한 모양을 가지는 복수의 개별적 도파로 구조(344)를 가진다. 본 개시에 따르면, 매스터 템플릿 복제(338)는 도 3c를 참조하여 설명되는 바와 같이 생산 가공 스탬프(production working stamp)를 생성하기 위해 사용된다.
하나 보다 더 많은 개수의 매스터 템플릿 복제들(338)이 생성되는 경우, 매스터 템플릿 복제들의 적어도 하나는 생산 가공 스탬프를 형성하기 위해 사용되고, 매스터 템플릿 복제들의 다른 하나는, 도파로 나노구조들이 적절히 복제되었음을 보장하기 위해 품질 제어를 위해 광학적으로 시험될 수 있다. 각각의 매스터 템플릿 복제는, 그것이 가공 스탬프를 생성하기 위해 사용되기 전에 광학적으로 평가될(qualified) 수 있다. 생산 가공 스탬프를 형성하기 위해 사용되는 매스터 템플릿 복제는 광학적으로 기능적이지 않고 최적의 나노복제 특성들을 나타내는 (즉, 나노구조 디테일들로의 전달을 유지하기 위한 강건한 기계적 및 물리적 특성들(robust mechanical and physical properties to maintain the transference to nanostructure details)을 가지는) 낮은 굴절 지수 물질들로 만들어질 수 있는 반면, 광학적으로 시험될 매스터 템플릿 복제는, 광학적 시험이 개별적 격자 구조들의 광학적 성능을 결정하게 하도록 실질적으로 광학적으로 투명한 물질들을 이용하여 만들어질 것임을 이해하여야 한다.
도 3c는 단계들(362, 364)를 가지는 프로세스(360)를 개략적인 형태로 예시하는데, 여기서는 매스터 템플릿 복제(338)가 증강 현실 시스템을 위한 생산 광도파로 구조들을 생성하기 위해 사용되는 가공 스탬프(366)를 형성하기 위해 사용된다. 가공 스탬프(366)의 형성은 매스터 템플릿 스탬프(310)의 형성과 유사한 프로세스를 따른다는 점을 인식하여야 한다.
단계(362)에서, 경화성 가공 스탬프재(368)이 매스터 템플릿 복제(338) 위에 적용되어 매스터 템플릿 복제(338)의 도파로 구조들(344)의 모양의 인버스 복제를 형성하게 된다. 경화성 가공 스탬프재(368)은, 각인된 도파로 구조들(344)의 세부 구조를 유지하도록 의도된 최적의 나노복제 특성들을 가지도록 선택된다.
경화성 가공 스탬프재(368)는, 그 높이가 도파로 구조들(344)의 최대 높이를 초과하도록 적용되고 도파로 구조들(344)의 모양을 취하지 않는 가공 스탬프재(368)의 층(370)을 제공한다. 가공 스탬프재(368)의 정형화되지 않은 층은 따라서 도파로 구조들(344)의 몰드 구조들(376)이 형성되는 기저층(372)을 제공한다.
단계(364)에서, 제3 기판이 경화성 가공 스탬프재(368)에 본딩된다. 이 예에서, 제3 기판(378)은, 경화 후에 경화된 스탬프재(368)를 매스터 템플릿 복제(338)로부터 들어올리거나 아니면 분리하기 위해 경화성 스탬프재(368)에 적용되는 가요성 포일이다. 또한 제3 기판은 유리 또는 실리콘과 같은 강성 물질 또는 심지어 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 반강성 물질일 수 있다. 그 다음 이 물질을 경화시키고 굳히기 위해 가공 스탬프재(368)에 열 및/또는 UV 광(374)이 적용된다. 경화 후에, 가공 스탬프재(368)는 경화된 템플릿 스탬프재로 굳혀진다.
제3 기판(378) 및 경화된 가공 스탬프재(368)는, 도 4를 참조하여 설명되는 바와 같이 하나 이상의 생산 광도파로들을 생성하기 위해 사용되는 복수의 몰드 구조들(376)을 가지는 가공 스탬프(366)를 함께 형성한다.
도 4a 및 도 4b는 하나 이상의 생산 광웨이퍼들(400)을 형성하기 위한 가공 스탬프(366)의 사용을 개략적인 형태로 예시한다. 이 프로세스는 도 3b와 관련하여 위에서 기술된 것과 유사한데, 여기서는 매스터 템플릿 스탬프(310)이 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들(338)을 형성하기 위해 사용되고, 여기서는 가공 스탬프(366)의 몰드 구조들(376)이 각인가능한 코팅(404)을 가지는 웨이퍼 또는 기판(402)에 대해 가압되어 열 및/또는 UV 광에 의해 각인가능한 코팅(404)을 경화시키고 복수의 개별적 도파로 구조들(404)을 가지는 생산 광웨이퍼(400)를 제공하기 위해 가공 스탬프(366)를 분리시킨다. 도 4c는 생산 광웨이퍼(400)로부터 절단되는(410) 개별적 광도파로들(408)의 개략적인 표현을 도시한다.
도 5는 광도파로 가공 스탬프를 제조하기 위한 방법(500)을 설명한다.
단계(505)에서, 매스터 템플릿이 수신된다. 매스터 템플릿은 그 표면 상에서 복수의 개별적 도파로 구조를 가지고 있고 단일의 도파로 구조의 복수의 반복 복제를 가지는 SnR 매스터 템플릿일 수 있다.
단계(510)에서, 매스터 템플릿이 경화성 템플릿 스탬프재로 코팅된다. 매스터 템플릿을 코팅한 후에, 단계(515)에서 경화성 템플릿 스탬프재를 굳히기 위해 템플릿 스탬프재가 열 및/또는 UV 광에 의해 경화되고, 단계(520)에서 매스터 템플릿 스탬프가 매스터 탬플릿으로부터 분리된다.
그 후, 단계(525)에서, 매스터 템플릿 스탬프는 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들(예를 들어, SnR 매스터 템플릿 복제들)을 형성하기 위해 각인가능한 코팅을 가지는 하나 이상의 기판들(예를 들어, 임프린트 레지스트 스핀 코팅된 웨이퍼들) 상에 각인되고, 단계(530)에서 하나 이상의 기판들의 각인된 각인가능한 코팅을 굳히기 위해 경화된다. 매스터 템플릿 스탬프는 단계(535)에서 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들로부터 분리된다.
단계(540)에서, 매스터 템플릿 복제들의 하나가 경화성 가공 스탬프재로 코팅되고, 단계(545)에서 경화되고, 단계(550)에서 매스터 템플릿 복제가 경화된 가공 스탬프로부터 분리된다. 그 후, 본 기술 분야에 숙련된 자에게 명백한 바와 같이 가공 스탬프는 광도파로들을 제조하기 위해 사용된다.
Claims (12)
- 광도파로 제조 방법으로서,
복수의 개별적 도파로 구조가 각인된(imprinted) 매스터 템플릿(master template)을 수신하는 단계,
상기 매스터 템플릿을 경화성 매스터 템플릿 스탬프재(stamp material)로 코팅하는 단계,
매스터 템플릿 스탬프를 형성하기 위해 상기 매스터 템플릿 스탬프재를 경화시키는 단계,
상기 매스터 템플릿 스탬프를 상기 매스터 템플릿으로부터 분리시키는 단계,
하나 이상의 매스터 템플릿 복제들(master template copies)을 형성하기 위해 상기 매스터 템플릿 스탬프를 각인가능한 코팅을 가지는 하나 이상의 제1 기판들 상에 각인시키는 단계 - 각각의 매스터 템플릿 복제 상에는 복수의 개별적 도파로 구조 복제가 각인되어 있음 -,
상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들을 경화시키는 단계,
상기 매스터 템플릿 스탬프를 상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들로부터 분리시키는 단계,
상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 하나를 경화성 가공 스탬프재로 코팅하는 단계,
광도파로들을 제조하기 위한 가공 스탬프(working stamp)를 형성하기 위해 상기 가공 스탬프재를 경화시키는 단계, 및
상기 매스터 템플릿 복제를 상기 가공 스탬프로부터 분리시키는 단계를 포함하는 광도파로 제조 방법. - 제1항에 있어서,
광도파로 웨이퍼를 형성하기 위해 상기 가공 스탬프를 각인가능한 코팅을 가지는 제2 기판 상에 각인시키는 단계 - 상기 광도파로 웨이퍼 상에는 복수의 광도파로가 각인되어 있음 -,
상기 광도파로 웨이퍼를 경화시키는 단계,
상기 가공 스탬프를 상기 광도파로 웨이퍼로부터 분리시키는 단계, 및
각각의 광도파로를 상기 복수의 광도파로로부터 분리시키기 위해 상기 광도파로 웨이퍼를 절단하는 단계를 더 포함하는 광도파로 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나를 광학적으로 검사하는 단계를 더 포함하는 광도파로 제조 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나는 실질적으로 광학적으로 투명한 물질로 만들어지는, 광도파로 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 매스터 템플릿 복제는 광고분자로 코팅된 유리 기판을 포함하는, 광도파로 제조 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나는 실리콘 기판을 포함하는, 광도파로 제조 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 매스터 템플릿 복제들 중의 적어도 하나는 나노 복제(nano-replication)를 위한 고분자 물질을 포함하는, 광도파로 제조 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 개별적 도파로 구조 복제 중의 적어도 하나에서의 모양을 제어하는 단계를 더 포함하는 광도파로 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 모양을 제어하는 단계는 코팅 피착 기법을 포함하는, 광도파로 제조 방법. - 제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 모양을 제어하는 단계는 플라즈마 처리를 적용하는 단계를 더 포함하는, 광도파로 제조 방법. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
부착방지층(anti-sticking layer)을 적용하는 단계를 더 포함하는, 광도파로 제조 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 매스터 템플릿은 스텝 앤드 리피트 나노임프린트 프로세스(step and repeat nanoimprint process)에 의해 형성되는, 광도파로 제조 방법.
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