▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-28
(54)【発明の名称】金属化された高指数ブレーズ回折格子インカプラー
(51)【国際特許分類】
G02B 5/18 20060101AFI20241018BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20241018BHJP
【ＦＩ】
G02B5/18
G02B27/02 Z
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024521268
(86)(22)【出願日】2022-09-22
(85)【翻訳文提出日】2024-05-30
(86)【国際出願番号】 US2022044319
(87)【国際公開番号】W WO2023064077
(87)【国際公開日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】63/256,068
(32)【優先日】2021-10-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】ヤン， チエンチー
(72)【発明者】
【氏名】バルガヴァ， サマース
(72)【発明者】
【氏名】セル， デービッド
【テーマコード（参考）】
2H199
2H249
【Ｆターム（参考）】
2H199CA53
2H199CA66
2H199CA67
2H199CA82
2H249AA03
2H249AA13
2H249AA37
2H249AA44
2H249AA50
2H249AA60
2H249AA62
2H249AA63
2H249AA64
2H249AA65
2H249AA66
(57)【要約】
光学デバイス構造用の複数の回折格子を形成する方法が提供される。該方法は、高屈折率材料と金属コーティングを利用する。
【選択図】図１Ｂ
【選択図】図１Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のブレーズド構造を備える導波路であって、前記複数のブレーズド構造は、２．０以上の屈折率を有する回折格子材料を含む回折格子材料層、及び
前記回折格子材料層のパターニングされた表面に形成された金属コーティングを含む、導波路。
【請求項2】
前記回折格子材料は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、又はそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の導波路。
【請求項3】
前記金属コーティングは、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる、請求項２に記載の導波路。
【請求項4】
前記金属コーティングは、前記回折格子材料層をコンフォーマルに被覆する、請求項３に記載の導波路。
【請求項5】
前記金属コーティングは、前記回折格子材料層上にブランケットコーティングを形成する、請求項３に記載の導波路。
【請求項6】
前記複数のブレーズド構造の少なくとも１つは、垂直方向に対して約５０度から約８０度のブレーズ角を形成する第１のブレーズド面を有する、請求項１に記載の導波路。
【請求項7】
前記複数のブレーズド構造のうちの前記少なくとも１つは、前記第１のブレーズド面の反対側の第２のブレーズド面を更に有し、前記第２のブレーズド面は、垂直方向から約０度から約４０度のブレーズ角を形成する、請求項６に記載の導波路。
【請求項8】
前記回折格子材料層の下面に隣接して配置されるマイクロディスプレイを更に備え、前記下面は前記パターニングされた表面の反対側にある、請求項１に記載の導波路。
【請求項9】
導波路を形成する方法であって、２．０以上の屈折率を有する回折格子材料の層を堆積させること、
第１のブレーズ角を有する第１のブレーズド面と第２のブレーズ角を有する第２のブレーズド面とを含むパターニングされた表面を形成するために、前記回折格子材料の前記層をパターニングすること、及び
前記パターニングされた表面に金属からなる金属コーティングを堆積させることを含む、方法。
【請求項10】
前記回折格子材料は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、又はそれらの組み合わせから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記金属コーティングは、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記回折格子材料の前記層をパターニングすることは、ナノインプリントプロセスを実行することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記ナノインプリントプロセスは、前記回折格子材料の前記層上にレジストを堆積させること、
前記回折格子材料の部分を露出させるために前記レジストをパターニングすること、及び
前記回折格子材料の露出された前記部分を通してエッチングすることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記回折格子材料の前記露出された部分を通してエッチングすることは、前記回折格子材料の前記露出された部分に入射するイオンビームを向けることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記回折格子材料の前記層をパターニングすることは、フォトリソグラフィプロセスを実行することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項16】
前記回折格子材料の前記層を堆積させることは、物理的気相堆積（PVD）プロセス、化学気相堆積（CVD）プロセス、プラズマ化学気相堆積（PECVD）プロセス、原子層堆積（ALD）プロセス、インクジェット印刷プロセス、又は三次元（３Ｄ）印刷プロセスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項17】
導波路を形成する方法であって、第１のブレーズ角を有する第１のブレーズド面と第２のブレーズ角を有する第２のブレーズド面とを含むパターニングされた表面を形成するために、基板をパターニングすること、及び
前記パターニングされた表面に金属コーティングを堆積させることを含む、方法。
【請求項18】
前記基板は、シリコン（Si）、二酸化ケイ素（SiO2）、ゲルマニウム（Ge）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、サファイア、高屈折率ガラスなどの高指数透明材料、又はそれらの組み合わせから選択される材料を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記金属コーティングは、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記基板をパターニングすることは、ナノインプリントプロセスを実行することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001] 本開示の実施形態は、広くは、方法に関し、特に、複数の回折格子を形成する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
[0002] 仮想現実は、概して、ユーザが見かけ上の物理的存在を有する、コンピュータが生成したシミュレートされた環境であると考えられている。仮想現実体験は、三次元（３Ｄ）で生成されることが可能であり、実際の環境を置換する仮想現実環境を表示するためのレンズとしてニアアイディスプレイパネルを有する、眼鏡又はその他のウエアラブルディスプレイデバイスといったヘッドマウントディスプレイ（HMD）を用いて視認され得る。
【0003】
[0003] しかし、拡張現実は、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して周囲環境を依然として見ることができるが、表示のために生成され、環境の一部として現れる仮想物体の画像も見ることができる体験を可能にする。拡張現実は、任意の種類のインカップリング（音響インカップリング及び触覚インカップリングなど）に加えて、ユーザが体験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィックス、及びビデオも含み得る。
【0004】
[0004] 仮想画像は、周囲環境に重ね合わされ、ユーザに拡張現実体験を提供する。画像のオーバーレイを支援するために導波路（waveguides）が使用される。生成された光は、その光が導波路から出て周囲環境に重ね合わされるまで、導波路を通して伝搬される。幾つかの設計では、複数の導波路が、重ねられるか又は別様に組み合わされて、光学デバイス（ディスプレイレンズなど）を形成する。導波路又は導波路コンバイナの各々は、種々の回折格子領域を有する基板を含む。
【0005】
[0005] 現在の回折格子設計と既知の材料とによる導波路ディスプレイの課題のうちの幾つかには、低い光学効率、迷光、ゴースト画像、小さな視野（FOV）が含まれる。加えて、同じ基板上に最新の回折格子を製造するのは時間がかかるプロセスである。
【0006】
[0006] したがって、改善された回折格子設計、及び改善された回折格子設計のための方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0007】
[0007] 本開示の実施形態は、広くは、方法に関し、特に、複数の回折格子を形成する方法に関する。
【0008】
[0008] 一態様では、導波路が提供される。導波路は、複数のブレーズド構造を含む。複数のブレーズド構造は、２．０以上の屈折率を有する回折格子材料を含む回折格子材料層を含む。複数のブレーズド構造は、回折格子材料層のパターニングされた表面に形成された金属コーティングを更に含む。
【0009】
[0009] 複数の実施形態は、以下のうちの１以上を含み得る。回折格子材料は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、又はそれらの組み合わせから選択される。金属コーティングは、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる。金属コーティングは、回折格子材料層をコンフォーマルに被覆する。金属コーティングは、回折格子材料層上にブランケットコーティングを形成する。複数のブレーズド構造の少なくとも１つは、垂直方向に対して約５０度から約８０度のブレーズ角を形成する第１のブレーズド面を有する。複数のブレーズド構造のうちの少なくとも１つは、第１のブレーズド面の反対側の第２のブレーズド面を更に有し、第２のブレーズド面は、垂直方向から約０度から約４０度のブレーズ角を形成する。導波路は、回折格子材料層の下面に隣接して配置されるマイクロディスプレイを更に含み、下面はパターニングされた表面の反対側にある。
【0010】
[0010] 別の一態様では、導波路を形成する方法が提供される。該方法は、２．０以上の屈折率を有する回折格子材料の層を堆積させることを含む。該方法は、第１のブレーズ角を有する第１のブレーズド面と第２のブレーズ角を有する第２のブレーズド面とを含むパターニングされた表面を形成するために、回折格子材料の層をパターニングすることを更に含む。
該方法は、パターニングされた表面に金属からなる金属コーティングを堆積させることを更に含む。
該方法は、パターニングされた表面に金属からなる金属コーティングを堆積させることを更に含む。
【0011】
[0011] 複数の実施形態は、以下のうちの１以上を含み得る。回折格子材料は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、又はそれらの組み合わせから選択される。金属コーティングは、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる。回折格子材料の層をパターニングすることは、ナノインプリントプロセスを実行することを含む。ナノインプリントプロセスは、回折格子材料の層上にレジストを堆積させること、回折格子材料の部分を露出させるためにレジストをパターニングすること、及び回折格子材料の露出された部分を通してエッチングすることを含む。回折格子材料の露出された部分を通してエッチングすることは、回折格子材料の露出された部分に入射するイオンビームを向けることを含む。回折格子材料の層をパターニングすることは、フォトリソグラフィプロセスを実行することを含む。回折格子材料の層を堆積させることは、物理的気相堆積（PVD）プロセス、化学気相堆積（CVD）プロセス、プラズマ化学気相堆積（PECVD）プロセス、原子層堆積（ALD）プロセス、インクジェット印刷プロセス、又は三次元（３Ｄ）印刷プロセスを含む。
【0012】
[0012] 更に別の一態様では、導波路を形成する方法が提供される。該方法は、第１のブレーズ角を有する第１のブレーズド面と第２のブレーズ角を有する第２のブレーズド面とを含むパターニングされた表面を形成するために、基板をパターニングすることを含む。該方法は、パターニングされた表面に金属コーティングを堆積させることを更に含む。
【0013】
[0013] 複数の実施形態は、以下のうちの１以上を含み得る。基板は、シリコン（Si）、二酸化ケイ素（SiO2）、ゲルマニウム（Ge）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、サファイア、高屈折率ガラスなどの高指数（すなわち、高屈折率の）透明材料、又はそれらの組み合わせから選択される材料を含む。金属コーティングは、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる。基板をパターニングすることは、ナノインプリントプロセスを実行することを含む。
【0014】
[0014] 別の一態様では、非一時的なコンピュータ可読媒体が、複数の指示命令を記憶している。該指示命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに上述の装置及び／又は方法の工程を実行させる。
【0015】
[0015] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、複数の実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、添付の図面が本開示の典型的な実施形態のみを例示しており、よって本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1A】[0016] 本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナの斜視前面図を示す。
【図1D】[0018] 本開示の１以上の実施形態によるブレーズド構造の概略断面図を示す。
【図2】[0019] 本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナを製造するための方法のフロー図を示す。
【図4】[0021] 本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナを製造するための別の方法のフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0017】
[0023] 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、追加の記述がなくても、他の複数の実施形態に有益に組み込むことができると考えられている。
【0018】
[0024] 本開示の実施形態は、広くは、方法に関し、特に、複数の回折格子を形成する方法に関する。本開示の様々な実施形態の完全な理解をもたらすために、特定の詳細が以下の説明及び図１～図５Ｄで提示される。導波路ディスプレイ及び回折格子に関連付けられることが多い周知の構造及びシステムを説明する他の詳細は、様々な実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるため、以下の開示では提示されない。
【0019】
[0025] 図に示す詳細、寸法形状、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実施形態の例示に過ぎない。したがって、他の複数の実施形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法形状、角度、及び特徴を有し得る。加えて、本開示の更なる複数の実施形態は、以下で説明される詳細のうちの幾つかがなくても実施可能である。
【0020】
[0026] 回折導波路ディスプレイは、光を導波路に結合させるために回折格子を利用する。典型的には、これらの回折格子が、パターニングされた低指数（例えば、ｎ＜２．０）ポリマー材料に基づく。現在の設計及び材料を使用する導波路ディスプレイの主たる課題には、低い光学効率、迷光、ゴースト画像、及び小さな視野（FOV）が含まれる。他の複数の実施形態と組み合わされ得る本開示の幾つかの実施形態では、金属で被覆された高指数材料（ｎ＞＝２．０）ブレーズド回折格子が提供される。これらの金属で被覆された高指数材料ブレーズド回折格子は、例えば、入力カップリング回折格子として使用され得、高いインカップリング効率と導波路ディスプレイの高い画質とを持ち、これらは、光学効率、迷光、及びゴースト画像の測定によって定量化され得る。したがって、迷光やゴースト画像の原因となり得る光エンジンへの光の逆回折を大幅に低減できる。加えて、これらの金属で被覆された高指数材料ブレーズド回折格子は、大きな入射角に対する光学効率を向上させ得る。それによって、FOVも拡大され得る。
【0021】
[0027] 図１Ａは、本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナ１００の斜視前面図を示す。以下で説明される導波路コンバイナ１００は、例示的な導波路コンバイナであると理解されたい。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、導波路コンバイナ１００が、拡張現実導波路コンバイナである。導波路コンバイナ１００は、（図１Ｃで示されているように）基板上に配置された複数の回折格子構造１０２、又は（図１Ｂで示されているように）基板に直接パターニングされた複数の回折格子構造１０２を含む。導波路コンバイナ１００は、複数の回折格子構造１０２の上に配置された金属コーティング１２０を更に含む。図１Ｂで示されているように、複数の回折格子構造１０２は、基板（例えば、基板１０１）に直接パターニングされる。図１Ｃで示されているように、複数の回折格子構造１０２は、基板１０１の上面１１３に形成された回折格子材料層１１４内に形成される。デバイス構造１０２は、サブミクロン寸法（例えば、１μm未満の限界寸法などのナノサイズ寸法）を有するナノ構造であり得る。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、回折格子構造１０２の領域が、１以上の回折格子１０４（第１の回折格子１０４ａ、第２の回折格子１０４ｂ、及び第３の回折格子１０４ｃなど）に対応する。
【0022】
[0028] 本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、導波路コンバイナ１００が、少なくとも、入力カップリング回折格子に対応する第１の回折格子１０４ａと出力カップリング回折格子に対応する第３の回折格子１０４ｃとを含む、導波路コンバイナである。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る一実施形態による導波路コンバイナ１００は、中間回折格子に対応する第２の回折格子１０４ｂを含み得る。
【0023】
[0029] 図１Ｂ及び図１Ｃは、複数の回折格子構造１０２の概略断面図である。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、回折格子構造１０２が、ブレーズド構造１０６ａ～１０６ｄ（集合的に１０６）である。本明細書で説明される方法２００及び方法４００は、ブレーズド構造１０６を形成する。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、回折格子構造１０２が、導波路コンバイナ（例えば、導波路コンバイナ１００）のブレーズド構造１０６である。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る一実施形態による導波路コンバイナ１００は、回折格子１０４のうちの少なくとも１つにおいてブレーズド構造１０６を含み得る。
【0024】
[0030] 図１Ｄは、本開示の１以上の実施形態によるブレーズド構造１０６の概略断面図を示す。図１Ｄを参照すると、ブレーズド構造１０６は、第１のブレーズド面１０８、第１のブレーズド面１０８の反対側の第２のブレーズド面１１２、上面１２６、上面１２６の反対側の下面１２８、回折格子深さ「ｈ」、上幅「Ｔｗ」、下幅「Ｂｗ」、及び線幅「ｄ」を含む。回折格子深さ「ｈ」は、約１０ナノメートルから約５００ナノメートル、例えば、約５０ナノメートルから約８０ナノメートル、又は約２０ナノメートルから約４０ナノメートルであり得る。第１のブレーズド面１０８は、ブレーズ角「Ａ」を形成する。ブレーズ角「Ａ」は、垂直方向に対して約５０度から約８０度、例えば、垂直方向から約６０度から約７０度であり得る。第２のブレーズド面１１２は、ブレーズ角「Ｂ」を形成する。ブレーズ角「Ｂ」は、垂直方向から約０度から約４０度、例えば、垂直方向から約１０度から約３０度であり得る。トップデューティーサイクルは、（上幅Ｔｗ／回折格子周期）として規定される。トップデューティーサイクルは、約０％から約４０％、例えば、約１０％から約２０％であり得る。ボトムデューティサイクルは、（下幅Ｂｗ／回折格子周期）として規定される。ボトムデューティサイクルは、約５５％から約１００％、例えば、約６０％から約８０％であり得る。
【0025】
[0031] 本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、２つ以上のブレーズド構造１０６のブレーズ角「Ａ」及び／又は「Ｂ」が異なっている。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズド構造１０６のブレーズ角「Ａ」及び／又は「Ｂ」が同じである。本明細書で説明される他の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、２つ以上のブレーズド構造１０６の深さｈが異なっている。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズド構造１０６の深さｈが同じである。
【0026】
[0032] 図１Ｂを参照すると、線幅「ｄ」は、隣接するブレーズド構造１０６の第１のブレーズド面１０８の間の距離に対応する。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズド構造１０６の線幅「ｄ」が異なっている。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、２つ以上のブレーズド構造１０６の線幅「ｄ」が同じである。
【0027】
[0033] 基板１０１はまた、約１００から約３，０００ナノメートルの１以上の波長などの、所望の波長又は波長範囲の適切な量の光を透過するように選択されてもよい。非限定的に、幾つかの実施形態では、基板１０１が、光スペクトルのIRからUV領域の約５０％以上から約１００％を透過するように構成される。基板１０１は、所望の波長又は波長範囲内の光を適切に透過し得、（ブレーズド構造１０６が回折格子材料層１１４内に形成されたときに）本明細書で説明されるブレーズド構造１０６用の適切な支持体として働き得ることを条件として、任意の適切な材料から形成されてよい。基板の選択は、非限定的に、非晶質誘電体（amorphous dielectric）、非晶質でない誘電体（non-amorphous dielectric）、結晶性誘電体、酸化ケイ素、ポリマー、及びこれらの組み合わせを含む、任意の適切な材料の基板を含んでよい。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、基板１０１が透明な材料を含む。適切な複数の例には、酸化物、硫化物、リン化物、テルル化物、又はこれらの組み合わせが含まれ得る。一実施例では、基板１０１が、シリコン（Si）、二酸化ケイ素（SiO2）、ゲルマニウム（Ge）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、サファイア、高屈折率ガラスなどの高指数透明材料、又はそれらの組み合わせを含む。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、基板１０１が、本明細書で説明されるように、高屈折率回折格子材料を含む。
【0028】
[0034] 他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、回折格子材料層１１４が、２．０以上の屈折率を有する高屈折率回折格子材料である。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、回折格子材料層１１４が、非限定的に、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、ゲルマニウム、酸炭化ケイ素（SiOC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、バナジウム（IV）酸化物（VOx）、酸化アルミニウム（Al2O3）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（AZO）、インジウム-スズ酸化物（ITO）、二酸化スズ（SnO2）、酸化亜鉛（ZnO）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、二酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、ニオブ-ゲルマニウム（Nb3Ge）、スタンナートカドミウム（Cd2SnO4）、又は炭窒化ケイ素（SiCN）含有材料のうちの１以上を含む。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る他の複数の実施形態では、回折格子材料層１１４の材料が、２．０以上、例えば、約２．０から約２．６５、例えば、約２．０から約３．８などの屈折率を有する。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る他の複数の実施形態では、回折格子材料層１１４の材料が、約３．５と約４．０の間の屈折率を有する。
【0029】
[0035] 金属コーティング１２０は、複数の回折格子構造１０２の上面１２６に堆積される。より具体的には、金属コーティング１２０が、複数のブレーズド構造１０６の上面１２６、第１のブレーズド面１０８、及び第２のブレーズド面１１２、並びに基板１０１の上面１１３（露出している場合）に堆積される。金属コーティング１２０は、任意の適切な形状であり得る。他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、金属コーティング１２０が、ブレーズド構造１０６の上又はブレーズド構造１０６上にコンフォーマルなコーティングを形成する。他の複数の実施形態と組み合わされ得る他の複数の実施形態では、金属コーティング１２０が、ブランケットコーティングを形成するか、又はブレーズド構造１０６によって画定されたパターンをオーバーフィル（overfill）する。金属コーティング１２０は、動作スペクトルにおける金属の表皮厚さ（skin depth）よりも大きい厚さを有する。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、金属コーティング１２０が、約１０ナノメートルから約１００ナノメートル、例えば、約５０ナノメートルから約８０ナノメートル、又は約２０ナノメートルから約４０ナノメートルの厚さを有する。
【0030】
[0036] 本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、金属コーティング１２０が、１以上の金属を含み、１以上の金属からなり、又は１以上の金属から本質的になる。金属コーティング１２０は、非限定的に、透明な導電性材料（例えば、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、若しくはドープ酸化亜鉛）、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせを含む。
【0031】
[0037] 一実施例では、ブレーズド構造１０６が、酸化チタンである回折格子材料層１１４を含み、金属コーティング１２０はアルミニウムである。波長は５２０ナノメートル（緑色光）であり、回折格子周期は３５５ナノメートルであり、上幅「Ｔｗ」は約３０ナノメートルであり、下幅「Ｂｗ」は約３５５ナノメートルであり、ブレーズ角「Ａ」は７０度であり、ブレーズ角「Ｂ」は１０度である。
【0032】
[0038] 図１Ｂ及び図１Ｃで示されているように、画像面内に仮想画像を形成するための光１４２を生成するマイクロディスプレイ生成器１４０が、図１Ｃで示されているように基板１０１（存在する場合）に隣接して配置され得るか、又は図１Ｂで示されているように下面１２８に隣接して配置され得る。マイクロディスプレイ生成器１４０は、シリコン上の液晶画像生成器、又は他の高解像度画像生成器であり得る。マイクロディスプレイ生成器１４０によって生成された光１４２は、複数の回折格子構造１０２によって変調される。
【0033】
[0039] 図２は、本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナ（例えば、導波路コンバイナ１００）を製造するための方法２００のフロー図を示す。図３Ａ～図３Ｅは、本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナの製造の様々な段階の概略断面図を示す。図３Ａ～図３Ｅと併せて方法２００の工程が説明されるが、該方法の工程を任意の順序で実行するように構成された任意のシステムが、本明細書で説明される複数の実施形態の範囲内に入ることを当業者は理解するであろう。方法２００は、複数の指示命令を含むコンピュータ可読媒体としてのコントローラ及び／又は二次コントローラに記憶され得るか又はそれらによってアクセス可能であり、該指示命令は、コントローラ及び／又は二次コントローラのCPUによって実行されたときに、システムに方法２００を実行させる。
【0034】
[0040] 方法２００は、工程２１０において開始し、回折格子材料層（例えば、回折格子材料層１１４）が堆積される。回折格子材料層１１４は、基板（例えば、基板１０１）（存在する場合）上に堆積され得る。回折格子材料層１１４の堆積のための任意の適切な方法が使用され得る。適切な薄膜堆積方法の複数の例には、物理的気相堆積（PVD）プロセス（例えば、イオンビームスパッタリング、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着）、化学気相堆積（CVD）プロセス、プラズマ化学気相堆積（PECVD）プロセス、原子層堆積（ALD）プロセス、インクジェット印刷プロセス、又は三次元（３Ｄ）印刷プロセスが含まれる。
【0035】
[0041] 該方法は、工程２２０で続けられ、ブレーズド構造１０６を形成するために、格子材料層１１４がパターニングされる。図３Ｂを参照すると、パターニングされたレジスト３１０が、回折格子材料層１１４の上に形成される。パターニングされたレジスト３１０は、回折格子材料層１１４の表面３１６の上に配置された複数のレジスト構造３３０a～３３０ｄ（集合的に３３０）にパターニングされたレジスト材料３２０を含む。パターニングされたレジスト３１０のレジスト材料３２０は、回折格子材料層１１４のエッチング化学に基づいて選択される（ブレーズド構造１０６を形成するために、回折格子材料層１１４がエッチングされる複数の実施形態では）。一実施形態では、レジスト材料３２０が、感光性材料である。それによって、パターニングされたレジスト３１０は、フォトリソグラフィ若しくはデジタルリソグラフィなどのリソグラフィプロセスによって、又はレーザーアブレーションプロセスによってパターニングされて、複数のレジスト構造３３０を形成し得る。一実施形態では、レジスト材料３２０が、インプリント可能な材料であり、パターニングされたレジスト３１０が、ナノプリントプロセスによってパターニングされて、複数のレジスト構造３３０を形成し得る。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る別の一実施形態では、レジスト材料３２０が、ハードマスク材料であり、パターニングされたレジスト３１０が、１以上のエッチングプロセスを介してパターニングされて、複数のレジスト構造３３０を形成する。回折格子材料層１１４の表面３１６の４つのレジスト構造３３０ａ～３３０ｄ及び３つの露出された部分３３２ａ～３３２ｃ（集合的に３３２）のみが図示されているが、導波路コンバイナ１００用の所定の設計に応じて所望の数のブレーズド構造１０６が形成されるように、パターニングされたレジスト３１０の全体がエッチングされ得る。
【0036】
[0042] 工程２２０は、回折格子材料層１１４に入射するイオンビームを向けることを更に含む。工程２２０は、イオンビームエッチングや集束イオンビームエッチングなどを含み得る。工程２２０では、回折格子材料層１１４が、回折格子材料層１１４の表面法線に対するビーム角度でイオンビームに曝露される。本明細書で説明される他の複数の実施形態と組み合わされ得る一実施形態では、基板１０１の表面法線に対するビーム角度が、約１０度から約８０度である。ビームは、レジスト構造３３０に選択的なデバイスエッチング化学を有する。すなわち、回折格子材料層１１４の露出された部分３３２は、レジスト構造３３０よりも速い速度で除去される。図３Ｃを参照すると、ビームは、回折格子材料層１１４の露出された部分３３２をエッチングして、ブレーズド構造１０６を画定する第１のブレーズド面１０８と第２のブレーズド面１１２のうちの少なくとも一方を形成する。次いで、図３Ｄで示されているように、レジスト構造３３０は除去される。
【0037】
[0043] 工程２３０では、図３Ｅで示されているように、金属コーティング１２０がブレーズド構造１０６の上に形成されて、金属化された高指数ブレーズド回折格子構造３５０を形成する。金属コーティング１２０は、ブレーズド構造１０６の露出面を被覆する。金属コーティング１２０は、任意の適切な形状であり得る。他の複数の実施形態と組み合わされ得る幾つかの実施形態では、金属コーティング１２０が、ブレーズド構造１０６の上又はブレーズド構造１０６上にコンフォーマルなコーティングを形成する。他の複数の実施形態と組み合わされ得る他の複数の実施形態では、金属コーティング１２０が、ブランケットコーティングを形成するか、又はブレーズド構造１０６によって画定されたパターンをオーバーフィルする。金属コーティング１２０は、動作スペクトルにおける金属の表皮厚さよりも大きい厚さを有する。
【0038】
[0044] 金属コーティング１２０の堆積のための任意の適切な方法が使用され得る。適切な薄膜堆積方法の複数の例には、物理的気相堆積（PVD）（例えば、イオンビームスパッタリング、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着）、化学気相堆積（CVD）、プラズマ化学気相堆積（PECVD）、原子層堆積（ALD）、インクジェット印刷、又は三次元（３Ｄ）印刷が含まれる。
【0039】
[0045] 工程２３０後に、金属化された高指数ブレーズド回折格子構造３５０が、更なる処理を受け得る。
【0040】
[0046] 図４は、本開示の１以上の実施形態による導波路コンバイナを製造するための別の方法４００のフロー図を示す。方法４００は、複数のブレーズド構造１０６が基板１０１にパターニングされることを除いて、方法２００と同様である。図５Ａ～図５Ｄは、方法４００による導波路コンバイナの様々な段階の概略断面図を示す。
【0041】
[0047] 方法４００は、工程４１０で続けられ、ブレーズド構造１０６を形成するために、基板１０１がパターニングされる。図５Ａを参照すると、パターニングされたレジスト３１０が、基板１０１の上面１１３に形成される。パターニングされたレジスト３１０は、上面１１３の部分５３２ａ～５３２ｃ（集合的に５３２）を露出させる。工程４１０は、基板１０１の露出された部分５３２に入射するイオンビームを向けることを更に含む。図５Ｂを参照すると、ビームは、基板１０１の露出された部分３３２をエッチングして、ブレーズド構造１０６を画定する第１のブレーズド面１０８と第２のブレーズド面１１２のうちの少なくとも一方を形成する。次いで、図５Ｃで示されているように、レジスト構造３３０は除去される。
【0042】
[0048] 工程４２０では、図５Ｄで示されているように、金属コーティング１２０が、ブレーズド構造１０６の上に形成されて、金属化されたブレーズド回折格子構造５５０を形成する。工程４２０後に、金属化されたブレーズド回折格子構造５５０が、更なる処理を受け得る。
【0043】
[0049] まとめると、金属被覆高屈折率材料（ｎ＞＝２．０）ブレーズド回折格子、及びその形成方法が提供される。これらの金属で被覆された高屈折率材料ブレーズド回折格子は、例えば、入力カップリング回折格子として使用され得、高いインカップリング効率と導波路ディスプレイの高い画質とを持ち、これらは、光学効率、迷光、及びゴースト画像の測定によって定量化され得る。高屈折率材料は、より高い平均回折効率をサポートすることができ、これは、より高いインカップリング効率につながり得る。高屈折率材料は、より均一な（より平坦な）角度拡散の効率をサポートすることができ、これは、より高い輝度均一性につながる。加えて、これらの金属で被覆された高指数材料ブレーズド回折格子は、大きな入射角に対する光学効率を向上させ得る。それによって、FOVも拡大され得る。
【0044】
[0050] 本明細書で説明される実施形態及び全ての機能的動作は、デジタル電子回路において、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、若しくはハードウェア（この明細書で開示されている構造的手段及びその構造的等価物を含む）において、又はこれらの組合せにおいて実装され得る。本明細書で説明される実施形態は、データ処理装置（例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータ）によって実行されるため、又はかかるデータ処理装置の動作を制御するための１以上の非一時的なコンピュータプログラム製品（すなわち、機械可読記憶デバイスにおいて有形に具現化される１以上のコンピュータプログラム）として実装され得る。
【0045】
[0051] 本明細書で説明される処理及び論理フローは、入力データで動作し出力を生成することによって機能を実施するために１以上のコンピュータプログラムを実行する、１以上のプログラム可能プロセッサによって実施され得る。処理及び論理フローは、特殊用途論理回路（例えば、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)、またはASIC(特定用途向け集積回路)）によって実施されることも可能であり、かつ、装置が、かかる特殊用途論理回路として実装されることも可能である。
【0046】
[0052] 「データ処理装置」という用語は、１つのプログラム可能プロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを例として含む、データを処理するための全ての装置、デバイス、及び機械を包含する。装置は、ハードウェアに加えて、問題になっているコンピュータプログラムの実行環境を作り出すコード（例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はこれらの１以上の組み合わせを構成するコード）を含むことができる。コンピュータプログラムを実行するのに適しているプロセッサには、例として、汎用と専用の両方のマイクロプロセッサ、及び任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１以上のプロセッサが含まれる。
【0047】
[0053] コンピュータプログラム指示命令及びデータを記憶するのに適したコンピュータ可読媒体は、全ての形態の不揮発性のメモリ、媒体、及びメモリデバイスを含む。かかるメモリ、媒体、及びメモリデバイスは、例としては、半導体メモリデバイス（EPROM、EEPROM、及びフラッシュメモリデバイスなど）、磁気ディスク（内蔵ハードディスク又は着脱可能ディスクなど）、光磁気ディスク、並びにCD ROMディスク及びDVD-ROMディスクを含む。プロセッサ及びメモリは、特殊用途論理回路によって補足すること、又は特殊用途論理回路に組み込むことができる。
【0048】
[0054] 本開示の要素、又は、それらの例示的な態様若しくは（１以上の）実施形態を紹介する場合、冠詞「a」、「an」、「the」、及び「said」は、要素が１以上存在することを意味することが意図されている。
【0049】
[0055] 備える（comprising）」、「含む（including）」、及び「有する（having）」という表現は、包括的であるように意図されており、列挙された要素以外に追加の要素があり得ることを意味する。
【0050】
[0056] 前述されたことは本開示の複数の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる複数の実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなしに考案されてよく、その範囲は以下の特許請求の範囲によって規定される。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図3E】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【手続補正書】
【提出日】2024-06-03
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のブレーズド構造を備える導波路であって、前記複数のブレーズド構造は、回折格子材料を含む回折格子材料層、及び
前記回折格子材料層のパターニングされた表面に形成された金属コーティングを含む、導波路。
【請求項2】
前記回折格子材料は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、又はそれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の導波路。
【請求項3】
前記金属コーティングは、透明な導電性材料、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる、請求項２に記載の導波路。
【請求項4】
前記金属コーティングは、前記回折格子材料層をコンフォーマルに被覆する、請求項３に記載の導波路。
【請求項5】
前記金属コーティングは、前記回折格子材料層上にブランケットコーティングを形成する、請求項３に記載の導波路。
【請求項6】
前記複数のブレーズド構造の少なくとも１つは、垂直方向に対して約５０度から約８０度のブレーズ角を形成する第１のブレーズド面を有する、請求項１に記載の導波路。
【請求項7】
前記複数のブレーズド構造のうちの前記少なくとも１つは、前記第１のブレーズド面の反対側の第２のブレーズド面を更に有し、前記第２のブレーズド面は、垂直方向から約０度から約４０度のブレーズ角を形成する、請求項６に記載の導波路。
【請求項8】
前記回折格子材料層の下面に隣接して配置されるマイクロディスプレイを更に備え、前記下面は前記パターニングされた表面の反対側にある、請求項１に記載の導波路。
【請求項9】
導波路を形成する方法であって、回折格子材料の層を堆積させること、
第１のブレーズ角を有する第１のブレーズド面と第２のブレーズ角を有する第２のブレーズド面とを含むパターニングされた表面を形成するために、前記回折格子材料の前記層をパターニングすること、及び
前記パターニングされた表面に金属からなる金属コーティングを堆積させることを含む、方法。
【請求項10】
前記回折格子材料は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素（SiC）、酸化チタン（TiOx）、TiOxナノ材料、二酸化チタン（TiO2）、五酸化タンタル（Ta2O5）、窒化ケイ素（Si3N4）、シリコンリッチSi3N4、水素ドープSi3N4、ホウ素ドープSi3N4、酸化ハフニウム（HfO2）、酸化スカンジウム（Sc2O3）、酸化ニオブ（NbOx）、酸化ニオブ（Nb2O5）、又はそれらの組み合わせから選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記金属コーティングは、インジウム-スズ酸化物（ITO）、フッ素ドープ酸化スズ（FTO）、ドープ酸化亜鉛、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記回折格子材料の前記層をパターニングすることは、ナノインプリントプロセスを実行することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記ナノインプリントプロセスは、前記回折格子材料の前記層上にレジストを堆積させること、
前記回折格子材料の部分を露出させるために前記レジストをパターニングすること、及び
前記回折格子材料の露出された前記部分を通してエッチングすることを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記回折格子材料の前記露出された部分を通してエッチングすることは、前記回折格子材料の前記露出された部分に入射するイオンビームを向けることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記回折格子材料の前記層をパターニングすることは、フォトリソグラフィプロセスを実行することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項16】
前記回折格子材料の前記層を堆積させることは、物理的気相堆積（PVD）プロセス、化学気相堆積（CVD）プロセス、プラズマ化学気相堆積（PECVD）プロセス、原子層堆積（ALD）プロセス、インクジェット印刷プロセス、又は三次元（３Ｄ）印刷プロセスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項17】
導波路を形成する方法であって、第１のブレーズ角を有する第１のブレーズド面と第２のブレーズ角を有する第２のブレーズド面とを含むパターニングされた表面を形成するために、基板をパターニングすること、及び
前記パターニングされた表面に金属コーティングを堆積させることを含む、方法。
【請求項18】
前記基板は、シリコン（Si）、二酸化ケイ素（SiO2）、ゲルマニウム（Ge）、シリコンゲルマニウム（SiGe）、サファイア、高屈折率ガラスなどの高指数透明材料、又はそれらの組み合わせから選択される材料を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記金属コーティングは、透明な導電性材料、銀、アルミニウム、金、又はそれらの組み合わせからなる、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
前記基板をパターニングすることは、ナノインプリントプロセスを実行することを含む、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】