阅读说明：本技术 用于产生高折射率波导的方法 (Method for producing high refractive index waveguide ) 是由 罗格·梅耶·蒂默曼·蒂杰森 史蒂文·韦尔韦贝克 约瑟夫·R·约翰逊 于 2018-07-11 设计创作，主要内容包括：本文描述的实施方式整体涉及一种波导和一种产生波导的方法。在一个实施方式中,本文公开了一种形成波导的方法。形成反转母衬底,所述反转母衬底具有从所述反转母衬底延伸的多个凸起。在所述反转母衬底的顶表面上形成高折射率材料。在所述高折射率材料的顶表面上设置玻璃层。从所述高折射率材料移除所述反转母衬底。(Embodiments described herein relate generally to a waveguide and a method of producing a waveguide. In one embodiment, a method of forming a waveguide is disclosed herein. Forming an inverted mother substrate having a plurality of protrusions extending therefrom. A high refractive index material is formed on a top surface of the inverted mother substrate. A glass layer is disposed on a top surface of the high index material. Removing the inverted mother substrate from the high refractive index material.)

用于产生高折射率波导的方法

背景

领域

本公开内容的实施方式整体涉及用于图案化衬底的方法和设备。更具体地，本公开内容的实施方式涉及一种用于图案化衬底的产生波导的方法。

背景技术

光刻术广泛地用来制造半导体器件和显示装置，诸如制造液晶显示器(LCD)。通常使用大面积衬底来制造LCD。LCD、或平板常用于有源矩阵显示器，诸如计算机、触摸面板装置、个人数字助理(PDA)、手机、电视监视器和类似物。一般来说，平板可以包括形成夹在两个板之间的像素的液晶材料的层。当跨液晶材料施加来自电源的功率时，可以在像素位置处控制通过液晶材料的光量，从而使得能够生成图像。

通过物理接触进行的图案转移是一种用来图案化衬底(包括大面积衬底)的技术。形成波导，并且然后将波导物理地施加到衬底。波导允许光进出光学玻璃/材料。

如前所述，存在对用于在衬底上产生精确并且有成本效益的图案的改善的技术的持续需求。

发明内容

本文描述的实施方式整体涉及一种波导和一种产生波导的方法。在一个实施方式中，本文公开了一种形成波导的方法。形成反转母衬底，所述反转母衬底具有从所述反转母衬底延伸的多个凸起。在所述反转母衬底的顶表面上形成高折射率材料。在所述高折射率材料的顶表面上设置玻璃层。从所述高折射率材料选择性地移除所述反转母衬底。

在另一个实施方式中，本文公开了一种形成波导的方法。形成反转子衬底，所述反转子衬底具有从所述反转子衬底延伸的多个凸起的图案。形成所述反转子衬底包括形成反转母衬底，所述反转母衬底具有从所述反转母衬底延伸的多个凸起的图案。所述反转母版(master)的图案与所述反转子衬底的图案大体上等同。在所述反转子衬底的顶表面上形成高折射率材料。在所述高折射率材料的顶表面上设置玻璃层。从所述高折射率材料选择性地移除所述反转子衬底。

在另一个实施方式中，本文公开了一种波导。所述波导包括玻璃层和材料。所述玻璃层具有至少1.4的折射率。所述材料形成在所述玻璃层的顶表面上。所述材料具有至少1.5的折射率。而且所述材料具有在所述材料中蚀刻的图案。

附图详细说明

为了能够详细地理解本发明的上述特征的方式，可以通过参考实施方式得到以上简要概述的本发明的更特定的描述，其中一些实施方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出本发明的典型的实施方式，并且因此不视为对本发明的范围的限制，因为本发明可以允许其他等效实施方式。

图1示出根据一个实施方式的形成波导的方法。

图2A至图2E示出根据一个实施方式的处于图1的方法的不同阶段的波导的侧视横截面图。

图3示出根据一个实施方式的形成波导的方法。

图4A至图4I示出根据一个实施方式的处于图3的方法的不同阶段的波导的侧视横截面图。

为了便于理解，已经尽可能使用相同的参考数字标示各图共有的相同元件。设想的是，一个实施方式的要素和特征可以有利地并入其他实施方式，而不进一步叙述。

然而，应当注意，附图仅示出本发明的示例性实施方式，并且因此不视为对本发明的范围的限制，因为本发明可以允许其他等效实施方式。

具体实施方式

图1中示出用于形成波导的方法100，图1是示出一个实施方式的流程图，但是所述方法不限于一个实施方式。图2A至图2E示出根据一个实施方式的在使用方法100制造母衬底202的不同阶段期间的波导的横截面图。

在一个实施方式中，母衬底202可以由硅材料形成。在图1的框102处，在硅材料的表面上形成图案204。在所示的实施方式中，母衬底202具有形成在母衬底202的顶表面206中的图案204，如图2B中所示。可以使用蚀刻工艺来将图案204蚀刻到母衬底202中。例如，可以使用可产生非竖直沟槽和/或从母衬底202延伸的伸出物(extrusion)的蚀刻工艺来将图案204蚀刻到母衬底202中。蚀刻工艺在母衬底202中形成图案204，使得形成反转母衬底202。反转母衬底202使得母衬底202包括从母衬底202突出的多个凸起208和延伸到母衬底202中的沟槽209。

在框104处，在母衬底202的顶表面上形成材料210，如图2C中所示。例如，在母衬底202的顶表面206上生长高折射率(高n)材料。在另一个实施方式中，在母衬底202的顶表面206上保形地沉积高折射率(高n)材料。在一些实施方式中，高n材料可以由氧化物形成，诸如举例而言MoO₃、TiO₂、SiO、SiON和类似物。一般来说，材料指标(index)可以具有大于1.55的折射率。在一些实施方式中，材料210可以具有大体上等于玻璃的指标的指标(例如，n≈1.4-1.8)。在其他实施方式中，材料210可以具有大体上大于玻璃的折射率(例如，n＞1.7)。

在框106处，母衬底202可以经历化学机械抛光(CMP)工艺。例如，母衬底202可以经历CMP工艺以平面化材料210的顶表面212。将材料210的顶表面212平面化可以允许到波导的其他部件的更坚固的结合。

在框108处，可以在材料210的顶表面212上设置玻璃材料214。例如，在一个实施方式中，可以将玻璃材料214结合到材料210的顶表面212。在另一个实施方式中，可以在材料210的顶表面212上旋压(spin)玻璃材料214。一般来说，在用于产生波导的常规方法中，由于使用柔软的树脂状材料作为印模材料的常规方法，无法实现玻璃材料214与材料210之间的折射率匹配。通过利用母衬底202而不是柔软的树脂状印模材料，当前方法使得材料210的折射率能够接近(approach)、匹配并且超过玻璃材料214的折射率。

在框110处，将母衬底202从材料210移除。在一个实施方式中，可以通过湿法蚀刻工艺将母衬底202从材料210移除。例如，可以使用KOH将母衬底202从材料210移除，以从材料210选择性蚀刻掉构成母衬底202的硅。在另一个示例中，可以使用干法蚀刻工艺将母衬底202从材料210移除。

在移除母衬底202之后，保留波导230。波导230包括玻璃材料214，玻璃材料214上沉积有材料210。由于反转母衬底202的凸起208和沟槽209，材料210包括在形成在材料210中的图案222。因此，波导230包括高折射率材料210，以前使用常规方法无法获得所述高折射率材料。图案222包括形成在反转母衬底202的凸起208之间的凸起231。当移除凸起208时，在凸起231之间留下沟槽233。因此，图案222与图案204互补。

图3是示出根据一个实施方式的用于形成波导的方法300的一个实施方式的流程图。图4A-图4I示出根据一个实施方式的波导的横截面图。

图4A示出根据一个实施方式的母衬底402的横截面图。母衬底402可以由硅材料形成。在框302处，在母衬底402的表面上形成图案406，如图4B中所示。在所示的实施方式中，母衬底402具有形成在母衬底402的顶表面404中的图案406。可以使用蚀刻工艺来将图案406蚀刻到母衬底402中。蚀刻工艺在母衬底402中形成图案406，使得形成反转母衬底。反转母衬底402使得母衬底402包括从母衬底402突出的多个凸起407。

在框304处，在母衬底402的顶表面404上沉积印模材料408，如图4C中所示。例如，在一个实施方式中，印模材料408可以是柔软的材料，诸如硅树脂(silicone)。在框306处，将印模材料408从母衬底402移除，如图4D中所示。将印模材料408从母衬底402移除，同时将母衬底402的结构保持于适当位置以供后续使用。由于母衬底402的凸起407，在印模材料408中形成倒转图案410。

在框308处，在印模材料408上沉积第二材料，如图4E中所示。例如，在印模材料408的顶表面412上并向形成在第二材料中的倒转图案410中沉积第二材料。这样的沉积产生子衬底414，子衬底414之后可以用来产生波导。在一个实施方式中，第二材料可以是硅基材料，诸如SiO₂、SIN、C或类似物。一般来说，第二材料可以是可于印模材料408上生长、旋压或沉积的任何材料，所述第二材料的刚性足以充当模具，是用于要生长/沉积的高指标材料(high index material)的支架，并且能够相对于高指标材料被选择性蚀刻掉。

在框310处，将印模材料408从子衬底414移除，如图4F中所示。将印模材料408从子衬底414移除暴露从子衬底414的顶表面415延伸的凸起416的倒转图案417。倒转图案417与母衬底402中的图案406等同。因此，子衬底414是母衬底402的一次性版本，而母衬底402可以重复地用来产生后续子衬底。

在框312处，在子衬底414的顶表面上形成材料418，如图4G中所示。例如，在子衬底414的顶表面415上生长高折射率(高n)材料。在另一个示例中，在子衬底414的顶表面415上保形地沉积高折射率(高n)材料。在一些实施方式中，高n材料可以由氧化物形成，诸如举例而言MoO₃、TiO₂、SiO、SiON和类似物。一般来说，材料418指标可以具有大于1.55的折射率。在一些实施方式中，材料418可以具有大体上等于玻璃的折射率的折射率(例如，n≈1.4-1.8)。在其他实施方式中，材料418可以具有大体上大于玻璃的折射率(例如，n＞1.7)。

在框314处，材料418可以可选地经历化学机械抛光(CMP)工艺，如图4H中所示。例如，子衬底414可以经历CMP工艺以平面化材料418的顶表面421。平面化材料418的顶表面421可以允许到波导的其他部件的更坚固的结合。

在框316处，可以在材料418的顶表面421上设置玻璃材料420，如图4H中所示。例如，在一个实施方式中，玻璃材料420可以结合到材料418的顶表面421。在另一个实施方式中，可以将玻璃材料420旋压到材料418的顶表面421上。一般来说，在用于产生波导的常规方法中，由于使用柔软的树脂状材料作为印模材料的常规方法，无法实现玻璃材料420与材料418之间的折射率匹配。通过利用子衬底414而不是柔软的树脂状印模材料，当前方法使得材料418的折射率能够接近、匹配并且超过玻璃材料420的折射率。

在框318处，将子衬底414从材料418移除，如图4I中所示。在一个实施方式中，可以通过湿法蚀刻工艺将子衬底414从材料418移除。例如，可以使用KOH将子衬底414从材料418移除，以从材料418选择性蚀刻掉构成子衬底414的硅。在另一个示例中，可以使用干法蚀刻工艺将子衬底414从材料418移除。

在移除子衬底414之后，保留波导424。波导424包括玻璃材料420，玻璃材料420上沉积有材料418。由于子衬底414的凸起416和沟槽419，材料418包括形成在材料418中的图案422。因此，波导424包括高折射率材料418，以前使用常规方法无法获得所述高折射率材料。图案422包括形成在反转母衬底402的凸起407之间的凸起431。当移除凸起416时，在凸起431之间留下沟槽433。因此，图案422与图案417互补。

在判断320处，确定是否可以制作附加的波导。如果需要附加的波导，那么方法300返回到框304以产生后续子衬底。然而，如果无需附加的波导，那么方法300结束。

尽管前述内容针对是本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设想本发明的其他和进一步的实施方式，并且本发明的范围由所附权利要求书确定。