特許 7599520 可変的な高さで傾斜した格子の方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】可変的な高さで傾斜した格子の方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20241206BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20241206BHJP

【ＦＩ】

G02B5/18

G02B5/00 Z

【請求項の数】 15

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023089554

(22)【出願日】2023-05-31

(62)【分割の表示】P 2021500857の分割

【原出願日】2019-07-01

(65)【公開番号】P2023123458

(43)【公開日】2023-09-05

【審査請求日】2023-06-20

(31)【優先権主張番号】62/700,756

(32)【優先日】2018-07-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】エヴァンズ， モーガン

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー ティマーマン タイセン， ラトガー

【審査官】森内 正明

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－７９０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－２４６５１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／００ － ５／１３６

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｇ０２Ｂ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波路において利用するための構造であって、
格子層が設けられた基板であって、前記格子層には陥凹構造が形成されており、前記陥凹構造は、
第１の末端、
第２の末端、及び
前記第１の末端から前記第２の末端へと変化する深さ
を含む、基板と、
前記陥凹構造の下方の前記格子層内に形成された複数のチャネルであって、各チャネルが複数の格子構造の一部分を部分的に画定し、前記複数のチャネルの底端が同一平面上にあり、前記複数の格子構造の上面が同一平面上にあり且つ前記陥凹構造の前記変化する深さを部分的に画定し、前記複数の格子構造の深さが、前記陥凹構造により画定された前記第１の末端から前記第２の末端へと変化し、前記複数の格子構造のそれぞれが、前記基板に垂直な平面に対して２５度と４５度との間の角度にある、複数のチャネルと
を含む、構造。

【請求項2】

前記複数の格子構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと線形的に変化する、請求項１に記載の構造。

【請求項3】

各格子構造は、深さが５ｎｍと７００ｎｍの間である、請求項１に記載の構造。

【請求項4】

前記格子層は、屈折率が１．３以上の光透過性材料から形成される、請求項１に記載の構造。

【請求項5】

導波路において利用するための構造であって、
格子層が設けられた基板と、
前記格子層に形成された陥凹部であって、深さが第１の方向、第２の方向及び第３の方向において変化し、三次元形状を画定する陥凹部と、
前記陥凹部の下方の前記格子層において形成された複数のチャネルであって、各チャネルが、複数の格子構造の一部分を部分的に画定し、前記複数のチャネルの底端が同一平面上にあり、前記複数の格子構造の深さが、前記陥凹部により画定されるように前記第１の方向、前記第２の方向及び前記第３の方向において変化し、前記複数の格子構造のそれぞれが、前記基板に垂直な平面に対して２５度と４５度との間の角度にある、複数のチャネルと
を備える、構造。

【請求項6】

前記陥凹部が鞍点形状をしている、請求項５に記載の構造。

【請求項7】

前記陥凹部が正の曲率を有する、請求項５に記載の構造。

【請求項8】

前記陥凹部が負の曲率を有する、請求項５に記載の構造。

【請求項9】

前記格子層は、屈折率が１．３以上の光透過性材料から形成される、請求項５に記載の構造。

【請求項10】

各格子構造は、深さが５ｎｍと７００ｎｍの間である、請求項５に記載の構造。

【請求項11】

導波路において利用するための構造であって、
格子層が設けられた基板であって、前記格子層には陥凹構造が形成されており、前記陥凹構造は、
第１の末端、
第２の末端、及び
前記第１の末端から前記第２の末端へと変化する深さ
を含む、基板と、
前記陥凹構造の下方の前記格子層内に形成された複数のチャネルであって、各チャネルが複数の格子構造の一部分を部分的に画定し、前記複数のチャネルの底端が同一平面上にあり、前記複数の格子構造の深さが、前記陥凹構造により画定されて、前記第１の末端から前記第２の末端へと非線形的に変化し、前記複数の格子構造のそれぞれが、前記基板に垂直な平面に対して２５度と４５度との間の角度にある、複数のチャネルと
を含む、構造。

【請求項12】

前記複数の格子構造の前記深さが、前記第１の末端から前記第２の末端へと変動する、請求項１１に記載の構造。

【請求項13】

前記陥凹構造の前記深さが、第１の方向及び第２の方向に変化して、湾曲した形状を画定する、請求項１１に記載の構造。

【請求項14】

各格子構造は、深さが５ｎｍと７００ｎｍの間である、請求項１１に記載の構造。

【請求項15】

前記格子層が、１．３以上の屈折率を有する光透過材料から形成されている、請求項１１に記載の構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、表示装置での利用のための方法及び装置に関する。より詳細には、本開示は、導波路において利用するための格子構造を開示する。

【背景技術】

【0002】

仮想現実は、概して、ユーザがあたかもそこに物理的に存在している、コンピュータが生成したシミュレート環境であると考えられる。仮想現実体験は、３Ｄで生成して、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）で、例えば、実際の環境に取って代わる仮想環境を表示するための、レンズとしてのニアアイディスプレイパネルを有する眼鏡又は他のウェアラブルディスプレイデバイスで見ることが可能である。

【0003】

しかしながら拡張現実では、ユーザが、眼鏡又は他のＨＭＤ装置のディスプレイレンズを通じて実際の周囲環境を未だ見ることが可能であるが、さらに加えて、表示のために生成され実際の環境の一部として出現する仮想物体の画像も見ることが可能な体験が可能となる。拡張現実は、音声入力及び触覚入力といった任意の種類の入力、並びに、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像及び映像を含むことが可能である。新たな技術として、拡張現実には多くの課題及び設計上の制約が存在する。

【0004】

１つのこのような課題は、ユーザの様々な視点から十分な鮮明度を保ちながら、周囲環境に重ねられた仮想画像を表示することである。例えば、ユーザの片目の位置が、表示されている仮想画像と精確に合っていない場合には、ユーザは、歪んだ又は不鮮明な画像を見る可能性があり、又は、画像全体が見れない可能性がある。さらに、画像がぼやけていて、最適ではない視野角からは、所望の解像度を下回っている可能性がある。

【0005】

従って、拡張現実表示装置を製造するための改良された方法に対する必要性が存在する。

【発明の概要】

【0006】

本開示は、概して、表示装置での利用のための方法及び装置に関する。より詳細には、本開示は、導波路において利用するための格子構造を開示する。

【0007】

一実施形態において、導波路において利用するための格子構造が提供される。本構造は、格子層が設けられた基板を有する。格子層には、第１の末端及び第２の末端を含む陥凹部が形成されている。陥凹部は、深さが第１の末端から第２の末端へと変化する。複数のチャネルが格子層において形成される。各チャネルが、複数の格子構造の一部分を部分的に画定する。複数の格子構造はまた、深さが、陥凹部により画定された第１の末端から第２の末端へと変化する。

【0008】

他の実施形態において、導波路において使用するための構造が提供される。本構造は、格子層が設けられた基板を含む。陥凹部が、格子層において第１の方向及び第２の方向において形成される。陥凹部は、深さが第１の方向及び第２の方向において変化し、三次元形状を画定する。複数のチャネルが、格子層において形成される。各チャネルが、複数の格子構造の一部分を部分的に画定する。複数の格子構造はまた、深さが、陥凹部により画定されるように第１の方向及び第２の方向において変化する。

【0009】

さらに別の実施形態において、格子構造を形成する方法が提供される。本方法は、格子層において陥凹部を形成することと、格子層の上にハードマスク及びフォトレジストスタックを形成することと、フォトレジストスタックをエッチングすることと、格子層において複数の格子構造を形成することを含む。

【0010】

本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、それらの実施形態の一部が添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、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、本開示は他の同等に有効な実施形態を許容しうることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本明細書に記載の一実施形態に係る表示装置の概略的な断面図を示す。

【図2】本明細書に記載の一実施形態に係るくさび形状の陥凹構造が形成された導波路の一部分の拡大断面図である。

【図3】フォトレジストスタックが形成された図２の導波路の拡大断面図である。

【図4】パターニングされたハードマスクが形成された図３の導波路の拡大断面図である。

【図5】格子構造が形成された図４の導波路の拡大断面図である。

【図6】一実施形態による、導波路を作製する方法のフロー図である。

【図7A】本明細書に記載の複数の実施形態に係る陥凹構造の形状の例の拡大断面図である。

【図7B】本明細書に記載の複数の実施形態に係る陥凹構造の形状の例の拡大断面図である。

【図7C】本明細書に記載の複数の実施形態に係る陥凹構造の形状の例の拡大断面図である。

【図8A】本明細書に記載の一実施形態に係る陥凹構造の三次元形状の斜視図である。

【図8B】本明細書に記載の一実施形態に係る陥凹構造の三次元形状の斜視図である。

【図8C】本明細書に記載の一実施形態に係る陥凹構造の三次元形状の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

理解を容易にするために、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参照番号を使用している。１の実施形態の要素及び特徴は、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うると想定されている。

【0013】

格子構造を備えた装置、及び格子構造を形成する方法が開示される。格子構造は、格子層における陥凹部を含む。複数のチャネルが格子層において形成され、格子層における傾斜した格子構造を画定する。陥凹部、及び傾斜した格子構造が、選択的なエッチングプロセスを用いて形成される。

【0014】

図１は、表示装置１００において実装された導波路１０４の概略的な断面図である。表示装置１００は、拡張現実、仮想現実、拡張現実と仮想現実が混ざり合い又は溶け合った現実の用途、及び、ハンドヘルドの表示デバイスといった他の表示用途のために構成されている。

【0015】

表示装置１００は、例えばユーザの視点１０１から周囲環境１３０を見るユーザのために、導波路１０４介した周囲環境１３０のシースルー（ｓｅｅ－ｔｈｒｏｕｇｈ）観視のために、導波路１０４を利用する。表示装置１００に実装されたときには、導波路１０４の第１の表面１２２が、ユーザの眼１１１の近傍に配置され、当該目１１１に対向している。導波路１０４の第２の表面１２４が、第１の表面１２２の反対側に配置されており、周囲環境１３０の近傍にあって当該周囲環境１３０に対向している。平面的なものとして図示されているが、導波路１０４は、望まれる用途に従って、湾曲してよく又は角度が付けられていてよいと考えられる。

【0016】

表示装置１００は、生成された仮想画像の光線１２０を導波路１０４内へと方向付けるための画像マイクロディスプレイ１２８をさらに備える。仮想画像の光線１２０は、導波路１０４内を伝播する。一般に、導波路１０４は、入力カップリング領域１０６と、導波路領域１０８と、出力カップリング領域１１０とを含む。入力カップリング領域１０６は、画像マイクロディスプレイ１２８から光線１２０（仮想画像）を受信し、光線１２０は、導波路領域１０８を介して出力カップリング領域１１０へと進み、そこで、ユーザの視点１０１及び視野によって、周囲環境１３０に重なった仮想画像の可視化が可能となる。画像マイクロディスプレイ１２８は、ケイ素マイクロディスプレイ上の液晶といった、高解像度表示生成器であり、仮想画像の光線１２０を導波路１０４内に投影する。

【0017】

導波路１０４は、入力格子構造１１２、及び出力格子構造１１４を含む。入力格子構造１１２は、導波路１０４上の、入力カップリング領域１０６に対応する領域内に形成されている。出力格子構造１１４は、導波路１０４上の、出力カップリング領域１１０に対応する領域に形成されている。入力格子構造１１２及び出力格子構造１１４は、導波路１０４内での光の伝播に影響を与える。例えば、入力格子構造１１２は、光線１２０といった画像マイクロディスプレイ１２８からの光を入射（ｃｏｕｐｌｅ：結合）し、出力格子構造は、その光をユーザの眼１１１へと出射する（ｃｏｕｐｌｅ ｏｕｔ）。

【0018】

例えば、入力格子構造１１２は、ユーザの眼１１１で表示される仮想画像の視野に影響を与える。出力格子構造１１４は、収束されて導波路１０４から出射される光線１２０の量に影響を与える。加えて、出力格子構造１１４は、ユーザの視点１０１からの仮想画像の視野を変えて、画像マイクロディスプレイ１２８の仮想画像をユーザが見ることが可能な視野角を広げる。他の例において、格子構造（図示せず）も、入力カップリング領域１０６と出力カップリング領域１１０との間の導波路領域１０８において形成される。追加的に、所望の格子構造がそれぞれに形成された複数の導波路１０４が、表示装置１００を形成するために利用可能である。

【0019】

図２は、格子構造２８０（図５）をそこに形成するための導波路２００の拡大部の断面図である。本例において、導波路２００は基板２０２を有し、基板２０２にはエッチング止め層２０４が形成されている。基板２０２は、ケイ素といった光透過性材料で作製される。エッチング止め層２０４は、基板２０２の上に形成されている。エッチング止め層２０４は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセス、物理的気相堆積（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ）プロセス、又はスピンオン（ｓｐｉｎ－ｏｎ）プロセスによって形成される。エッチング止め層２０４は、とりわけ、窒化チタン、窒化タンタルといった、エッチングプロセスに対して耐性がある材料で作製される。

【0020】

格子層２０６が、エッチング止め層２０４の上に形成される。格子層２０６は、光透過性材料で形成される。一例において、格子層２０６は、窒化ケイ素又は酸化ケイ素といったケイ素ベースの材料、又は、酸化チタンといったチタンベースの材料で作製される。格子層２０６の材料は、約１．３以上といった、例えば１．５さえ上回る高い屈折率を有する。一般に、格子層２０６は、厚さが約１ミクロン未満、例えば約１５０ミクロンと約７００ミクロンとの間である。例えば、格子層２０６は、厚さが、約２００ｎｍから約６００ｎｍの間、例えば、約３００ｎｍから約５００ｎｍの間、例えば、約４００ｎｍである。

【0021】

格子層２０６が形成された後で、陥凹部２２０が格子層２０６において形成される。陥凹部２２０は、任意の適切な陥凹構造及び形状をしていてよく、くさび形状、錐台形状、又は、円錐形状等であってよいが、これらに限定されない。図２に図示するように、陥凹部２２０は、平面的で不等辺のくさび形状の構造をしており、第１の末端２３０と第２の末端２３２との間の長さＬを有する。陥凹部２２０の深さＤは、第１の末端２３０から第２の末端２３２へと増大する。即ち、陥凹部２２０の深さＤは、第１の末端２３０において最小であり、第２の末端２３２において最大である。深さＤは、約０ｎｍから約７００ｎｍの範囲、例えば約１００ｎｍと約６００ｎｍとの間、例えば約２００ｎｍと約５００ｎｍとの間の範囲にある。例えば、深さＤは、約３００ｎｍと約４００ｎｍとの間であり、例えば約３５０ｎｍである。図２の実施形態において、長さＬは、深さＤと比較して実質的により大きい。例えば、長さＬは約２５ｍｍであるが、第１の末端２３０での深さＤは、約０ｎｍと約５０ｎｍとの間であり、第２の末端２３２での深さＤは、約２５０ｎｍと約７００ｎｍとの間である。従って、陥凹部２２０は、陥凹部２２０の表面と、格子層２０６の表面２０６ａにより画定される平面と、の間で測定される角度θとして示される、実質的に浅い傾斜部である。本例において、角度θは１度より小さく、例えば、０．１度より小さく、約０．０００５度等である。陥凹部２２０の傾きは、ここでは明確にするために、誇張された角度θで示される。

【0022】

一例において、陥凹部２２０は、格子層２０６の領域を選択的にエッチングすることにより形成される。例えば、陥凹部２２０の第１の部分２２０ａが、格子層２０６を遅いエッチング速度及び／又は低出力でエッチングすることにより形成される。第２の部分２２０ｂが、格子層２０６を、部分２２０ａよりも上げたエッチング速度及び／又は出力でエッチングすることにより形成される。同様に、第３の部分２２０ｃが、格子層２０６を、部分２２０ａ、２２０ｂよりも速いエッチング速度及び／又は高い出力でエッチングすることにより形成される。ここでは、図示するために、３つの部分が利用されている。しかしながら、任意の所望の数の部分を、陥凹部２２０を形成するため利用し、１回の作業ステップ、又は複数のステップでエッチングしうる。さらに、エッチングは、滑らかに増大する間隔（即ち、エッチング速度及び／又は出力）で行うことが可能であり、これにより、陥凹部２２０は滑らかな表面を有する。一例において、格子構造２８０のための領域が、例えば、マスク（例えば、フォトリソグラフィーマスク、若しくは近接マスク）、又はエッチングビームを利用することで、陥凹部２２０の形成前に画定される。外形が滑らかな陥凹部２２０を形成することが、粗い（即ち、階段状等の）構造と比較して光線の回折及び投影をより良好に制御することで、画質を向上させる。従って、格子構造２８０全体で出射される光の出力が、著しくより均一である。

【0023】

図３は、フォトレジストスタック（積層体）２５０が形成された導波路２００の一区分である。コンフォーマルなハードマスク２０８が、格子層２０６の上に形成されている。ハードマスク２０８は、例えば、化学気相堆積プロセスを用いて窒化チタンから作製される。一例において、ハードマスク２０８は、厚さが約３０ｎｍと約５０ｎｍの間、例えば、約３５ｎｍと約４５ｎｍの間である。フォトレジストスタック２５０は、底面反射防止膜（ＢＡＲＣ：ｂａｃｋ ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）２１０、ケイ素反射防止膜（ＳｉＡＲＣ：ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｔｉ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ）２１２、及び、フォトレジスト２１４を含む。ＢＡＲＣ２１０は、スピンオンプロセスを用いて形成され、これにより、ＢＡＲＣ２１０の上面２１０ａが、実質的に平坦（即ち、基板２０２の表面２０２ａに対して平行）である。ＢＡＲＣ２１０を形成するためにスピンオンプロセスを利用することで、ＢＡＲＣ２１０を平坦化するためにエッチングプロセス又は研磨プロセスが必要ではなく、これにより、薄いＢＡＲＣ２１０及び／又はその下にある格子層２０６をオーバーエッチングし又は損傷を与える可能性が無くなる。

【0024】

次に、ＳｉＡＲＣ２１２が、ＢＡＲＣ２１０の上に形成される。ＳｉＡＲＣ２１２は、例えば化学気相堆積プロセス又はスピンオンプロセスを用いて、ケイ素ベースの材料から形成される。フォトレジスト２１４が、ＳｉＡＲＣ２１２の上に形成される。フォトレジスト２１４は、例えば、フォトリソグラフィープロセスを用いて、ポリマー材料から形成される。一例において、フォトレジスト２１４が、スピンオンコーティングを用いて形成され、１つ以上の格子線が露光されて、フォトレジスト２１４が現像される。フォトレジスト２１４が形成された後で、フォトレジストスタック２５０が、エッチングプロセスを用いてパターニングされる。ＢＡＲＣ２１０及びＳｉＡＲＣ２１２によるパターニングは例示的な方法であると理解されたい。ここでは、他のパターニング方法も利用されうる。パターニング方法は、一般に、パターニングされる構造の大きさ及び形状に関連して選択される。

【0025】

図４は、図３のフォトレジストスタック２５０がエッチングされ除去された後の導波路２００の断面図である。フォトレジストスタック２５０をエッチングすることで、図４に示すようにハードマスク２０８がパターニングされる。ハードマスク２０８は、図５に示す傾斜した格子構造２８０を形成するためのパターンガイドとして機能する。傾斜した格子構造２８０は、格子層２０６の範囲内に形成された１つ以上のチャネル２７０の間で画定される。チャネル２７０を形成するために、格子層２０６が再び、選択的なエッチングプロセスを用いてエッチングされる。一例において、傾斜した格子構造２８０が、くさび形状の陥凹部２２０を形成するために利用されたプロセスと類似したプロセスを用いて、しかし逆の順序で形成される。例えば、第３の部分２２０ｃに対応する領域が、遅いエッチング速度及び／又は低出力でエッチングされる。第２の部分２２０ｂに対応する領域が、第３の部分２２０ｃよりも速いエッチング速度及び／又は高い出力でエッチングされる。第１の部分２２０ａに対応する領域が、部分２２０ｂ、２２０ｃよりも速いエッチング速度及び／又は高い出力でエッチングされる。一例において、エッチング止め層２０４が、傾斜した格子構造２８０の画定を改善するためにエッチングされる。傾斜した格子構造２８０が形成された後で、ハードマスク２０８が、エッチングプロセスを用いて、任意選択的に除去される。

【0026】

各傾斜した格子構造２８０が、深さｄを有して形成される。例えば、傾斜した格子構造２８０は、深さｄが約５ｎｍと約７００ｎｍとの間、約１００ｎｍと約６００ｎｍとの間、例えば約５００ｎｍでありうる。傾斜した格子構造２８０の深さは、ユーザへの画像の投影のための所望の波長（即ち、色彩）に従って選択される。図５の実施形態において、傾斜した格子構造の深さｄは、（透視で示される）陥凹部２２０の第１の末端２３０から第２の末端２３２へと減少する。各傾斜した格子構造２８０の上面２８０ａが、陥凹部２２０の傾斜に対応する角度が付けられた平面２９０を画定する。追加的に、各傾斜した格子構造２８０は、エッチング止め層２０４の表面２０４ａに対して垂直な平面に対して測定された角度φを有しうる。角度φは、例えば約０度と約７０度との間、例えば約２５度と約４５度との間、例えば約３５度である。本明細書に記載の格子構造２８０を形成することで、所望の画像面に向かう光の回折及び投影が改良されるため、導波路２００によって投影される画像の鮮明度が実質的に改善される。傾斜した格子構造２８０の形状を制御することで、様々な波長（即ち、様々な色彩）の回折の変化が、画質を改善するために制御される。傾斜した格子構造２８０によりもたらされる制御の向上に因り、光学効率（即ち、ユーザの視点への所望の波長の投影）が大幅に改善される。さらに、望まれない波長の投影が低減され、従って、投影される画像の鮮明度及び画質が上がる。

【0027】

図２～図５では、平面的で傾斜した、くさび形状の陥凹部２２０が示されている。しかしながら、本明細書に記載のエッチングプロセスによって、有利に、陥凹部２２０が、１つ以上の方向において、傾斜及び／又は湾曲を有することが可能となる。従って、陥凹部２２０は、先に記載したように、任意の適切な形状を有しうる。図７Ａ～図７Ｃは、陥凹部２２０のために利用することが可能な形状の他の例を示している。例えば、図７Ａは、導波路７００の格子層７０６における、実質的に二等辺三角形状の陥凹部７２０を示している。陥凹部７２０は、各周辺領域７２０ａ、７２０ｂから中央領域７２０ｃに向かって延在する２つの平面的な傾斜部を有する。図７Ｂは、導波路７３０の格子層７３６における他の陥凹部７５０を示している。陥凹部７５０は、湾曲した凹面状の構造をしており、周辺領域７５０ａ、７５０ｂでは深さＤが浅く、中央領域７５０ｃにおいて深さが増大する。一例において、陥凹部７５０は、放物線状の形状をしている。例えば、深さＤは、周辺領域７５０ａ、７５０ｂから中央領域７５０ｃへと非線形的に増大する。図７Ｃは、導波路７６０の格子層７６６における他の陥凹部７８０を示している。陥凹部７８０は、深さＤが第１の末端７８０ａから第２の末端７８０ｂへと変動し、従って、陥凹部７８０の周期的な深さＤのパターンを形成する。深さＤが線形的に、のこぎり歯状に変動する陥凹部７８０が示されている。しかしながら、深さＤは非線形的に変化し、これにより、陥凹部２２０は深さＤが波状に変動しうることが考えられる。陥凹部、例えば陥凹部７２０、７５０、及び７８０ｃの深さＤは、陥凹部の長さＬにわたって、第１の末端（即ち、７２０ａ、７５０ａ、７８０ａ）から第２の末端（即ち、７２０ｂ、７５０ｂ、７８０ｂ）へと線形的又は非線形的に変化しうる。

【0028】

他の例において、陥凹部２２０は、三次元形状を有する。即ち、深さが、図８Ａ～図８Ｃの例に示すように、１つ以上の方向に、例えば２つの方向（即ち、第１の方向Ｘ、及び、第２の方向Ｙ）に変化する。図８Ａは、鞍点形状に湾曲している（即ち、双曲放物面形状をしている）陥凹部８２０を示している。図８Ｂは、正の曲率を有する楕円放物面の形状をした陥凹部８５０を示している。図８Ｃは、負の曲率を有する楕円放物面の形状をした陥凹部８８０を示している。陥凹部の三次元形状は、図８Ａ～図８Ｃの例には限定されない。他の所望の形状、例えば、とりわけ、正の曲率又は負の曲率を有する平方領域における放物面、楕円面、及び、線形状に傾斜した形状もここでは考えられ、利用されうる。これらの場合には、陥凹部の深さが、Ｘ方向とＹ方向の両方において変化する。従って、傾斜した格子構造の上面、例えば図５の上面２８０ａは、陥凹部の湾曲の形状により規定されるように曲線状をしている。陥凹部の形状及び／又は深さは、Ｘ方向及びＹ方向における変化に限定されない。例えば、陥凹部の深さは、３つの方向、４つの方向、又はそれ以上の方向において変化しうる。さらに加えて、本明細書ではデカルト座標系を用いて図示したが、くさび形状の構造は、他の座標系を用いて、例えば、極座標系、円筒座標系、又は、球面座標系を用いて形成されうる。本明細書の実施形態は、有利に、陥凹部のための所望の形状を形成するために利用されうる。

【0029】

図６は、導波路における格子構造、例えば、傾斜した格子構造２８０を形成する方法６００を示すフローチャートである。導波路は、一般に、基板上に形成される。一例において、基板は、ケイ素ベースのガラス基板であり、任意選択的なエッチング止め層及び格子層がその上に形成される。他の例において、基板は、エッチング止め層が無いガラス基板である。このようなケースでは、基板は、当該基板上に直接的に形成された格子層及び格子構造として機能する。工程６０２において、陥凹部が、任意選択的なエッチング止め層の上の格子層において形成される。一例において、陥凹部が、先に記載したように、基板の領域を選択的に処理するエッチングプロセスを用いて形成される。工程６０４において、コンフォーマルなハードマスクが、格子層の上に堆積させられる。底面反射防止膜（ＢＡＲＣ）と、ケイ素反射防止膜（ＳｉＡＲＣ）と、フォトレジストと、を含むフォトレジストスタックが、ハードマスクの上に形成される。底面反射防止膜が、スピンオン技術を用いて形成され、これにより、当該膜の表面が実質的に平面的である。

【0030】

工程６０６において、フォトレジストスタックがエッチングされて、ハードマスク上に所望のパターンが形成される。工程６０８において、ハードマスク及び格子層が、選択的なエッチングプロセスを用いてエッチングされて、先に記載したように、格子層において格子構造を形成する。工程６１０において、存在するときには、エッチング止め層が任意選択的にエッチングされ、格子構造の形状の画定が改善される。工程６１２において、ハードマスクが、例えばエッチングプロセスを用いて、任意選択的に除去される。

【0031】

本明細書に記載の実施形態を利用することで、傾斜した格子構造を有する導波路が形成される。傾斜した格子構造は、導波路を透過する光をより良好に収束して方向付け、従って、投影される画像の鮮明度を改善することで、導波路の機能を改善する。傾斜した格子構造によって、所望の画像面に投影される光の波長に対する改善された制御がもたらされる。導波路によって出射される光の出力の均一性が、著しくより均一である。本明細書に記載の実施形態は、導波路を形成するために利用される層に損傷を与えうる制作プロセス、例えば機械的な研磨を無くすことで、導波路の制作をさらに改善する。さらに、本明細書に記載の実施形態によって、格子が二次元又は三次元の形状を有することが可能となり、このことにより、より範囲が広い用途において導波路を利用することが可能となる。

【0032】

以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図8C】