本发明总体上涉及纳米压印光刻方法，并且特别是用于增强现实设备的光波导的制造。
背景技术：
1、增强现实系统可以穿戴在用户的头部上，以通过提供附加的光来增强用户对真实世界的感知。已知的头戴式系统包括眼镜和头盔结构。增强现实系统还包括可以在车辆中例如在汽车、卡车中或者还在飞行器驾驶舱中实现的平视显示器。
2、可以使用波导结构向用户提供增强现实光。衍射光栅定位在波导上或波导中，以将来自投影仪的光耦合到波导中。然后可以使用另外的衍射光栅结构将光耦合出波导并朝向用户耦合。可以采用其他增强现实技术来产生类似的结果。这些应用中的诸如波导或棱镜的光学部件通常是透明的，使得用户可以观察来自投影仪的光以及来自光学部件的外部环境的光。
3、波导通常包括使用纳米压印复制工艺和直接蚀刻制造的衍射光栅结构。这些光栅结构可以是多个齿或鳍(也称为台面)，并且可以在诸如玻璃或硅的基板上以低折射率材料、高折射率材料或者低折射率材料和高折射率材料的组合形成。
4、已知的制造方法涉及使用光刻、蚀刻和压印技术来制造波导主图案，并且然后使用主图案来执行压印复制以形成波导光栅、波导结构，或者形成用于通过后续的蚀刻工艺来创建波导光栅的蚀刻掩模。用于创建波导的压印技术包括纳米压印光刻，其可以有效地复制用于衍射光栅的详细纳米结构。
5、本发明的目的是提高制造方法的能力，同时保持详细衍射光栅波导结构的有效纳米复制。
技术实现思路
1、根据本发明的一方面，提供了一种光波导制造方法，该方法包括：接收主模板，该主模板具有压印在其上的多个单独波导结构；用可固化的主模板印模材料涂覆主模板；固化主模板印模材料以形成主模板印模；将主模板印模与主模板分离；将主模板印模压印到具有可压印涂层的一个或更多个第一基板上以形成一个或更多个主模板副本，每个主模板副本具有压印在其上的多个单独波导结构副本；固化一个或更多个主模板副本；将主模板印模与一个或更多个主模板副本分离；用可固化的工作印模材料涂覆一个或更多个主模板副本中之一；固化工作印模材料以形成用于制造光波导的工作印模；以及将主模板副本与工作印模分离。
2、以此方式，用于形成生产光波导的工作印模由主模板的副本制成。在已知的生产过程中，工作印模直接由主模板形成。然而，已经发现压印技术使得主模板和/或工作印模质量随着使用而劣化。因此，已经发现从主模板的副本形成工作印模提供了最佳的平衡：确保主模板的寿命，同时使多次压印后可能发生的纳米复制劣化效应最小化。这显著地增加了来自单个主模板的制造产出以及降低了制造成本。
3、压印在主模板副本上的多个单独波导结构中的每一个与主模板上的多个单独波导结构副本中的每一个基本相同。然而，与从其中创建印模的原始结构或纳米结构相比，来自印模的压印结构或纳米结构通常可以包括缺陷或不一致性。由于当前的监测技术和生产方法，压印结构的形状偏差在最终产品(光波导)制造之前可能不容易检测到。
4、还发现，在印模中的模具结构/形状变形使得导致生产出质量差的光波导(即其中生产晶圆中的波导结构和/或单独波导的光学性能明显不同于主模板中的原始波导结构)之前，可以多达一百次(通常在50到100次之间)地使用工作印模。因此，为了优化主模板的生产效率，已经有利地发现，可以从主模板的副本形成用于制造生产波导的工作印模。
5、优选地，方法还包括：将工作印模压印到具有可压印涂层的第二基板上以形成光波导晶圆，光波导晶圆具有压印在其上的多个光波导；固化光波导晶圆；将工作印模与光波导晶圆分离；以及切割光波导晶圆以将每个光波导与多个光波导分离。以此方式，光波导形成并从晶圆上切割，以用于进一步堆叠或组装。例如，可以组装光波导以构造增强现实显示系统。
6、优选地，方法还包括对一个或更多个主模板副本中的至少一个进行光学测试。以此方式，可以对主模板副本进行光学测试和质量评估，以监测和预测生产光波导期间的光学性能。可以使用已知的无损测试技术对主模板副本进行光学测试。光学测试可以作为光波导制造方法中的在线生产步骤来执行，以提供质量控制监测步骤。
7、优选地，一个或多个主模板副本中的至少一个由基本光学透明的材料制成。以此方式，主模板副本具有光学功能并且可以被测试以提供生产光波导的光学性能结果。光学测试可以揭示可以被调整或修改以改变生产光波导的性能的波导结构的缺陷或不完整性或各方面。优选地，主模板副本包括涂覆有光学聚合物的玻璃基板。换句话说，基本光学透明的材料可以是涂覆有光学聚合物的玻璃基板。
8、优选地，一个或更多个主模板副本中的至少一个包括硅基板。优选地，一个或更多个主模板副本中的至少一个包括用于纳米复制的聚合物材料。用于纳米复制的聚合物材料可以是与用于光学测试的不同聚合物材料。换句话说，纳米复制聚合物材料可以不同于上述光学聚合物。以此方式，主模板副本可以以具有良好纳米复制特性的材料形成。该副本可以具有或不具有光学功能。可以使用通常在保持纳米结构方面更耐用的已知材料。
9、优选地，方法还包括控制多个单独波导结构副本中的至少一个中的形状。以此方式，可以以各种方式调整或控制波导结构的形状并且因此调整或控制临界纳米结构尺寸，以增大或减小每个波导结构中的特定特征的尺寸。优选地，控制形状或临界纳米结构尺寸包括涂层沉积技术和/或等离子体处理技术。例如，可以使用等离子体工艺来减小光栅纳米结构的特定临界尺寸。替选地，可以使用沉积技术以补偿聚合物收缩。也可以利用本领域技术人员容易获得的其他纳米结构尺寸控制技术来控制主模板副本中的波导光栅纳米结构的形状。方法可以包括施加等离子体处理以控制临界纳米结构尺寸。还可以在主模板和主模板副本上设置防粘层，以确保印模的高质量分离。
10、优选地，方法还包括施加防粘层。当存在分离事件时(例如当将印模或模具结构与固化材料分离时)，可以在任何所述阶段使用防粘层(asl)。asl层有助于两个结构之间的平滑分离。母结构(例如模板结构或印模结构)可以在可固化材料施加在其上之前或在其压印到可固化材料中之前用防粘层涂覆。
11、优选地，还可以通过分步重复纳米压印工艺形成主模板。以此方式，可以最佳地利用晶圆的表面，使得在单个晶圆上提供多个波导结构。分步重复工艺使用单个波导主印模(即单个波导结构的印模)，并且以逐步的方式在可压印材料涂覆的晶圆的表面上多次压印单个波导主印模以形成主模板(即包括多个波导结构的主分步重复模板)。
1.一种光波导制造方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括对所述一个或更多个主模板副本中的至少一个进行光学测试。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个主模板副本中的至少一个由基本光学透明的材料制成。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述主模板副本包括涂覆有光学聚合物的玻璃基板。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个主模板副本中的至少一个包括硅基板。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述一个或更多个主模板副本中的至少一个包括用于纳米复制的聚合物材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括控制所述多个单独波导结构副本中的至少一个中的形状。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，控制所述形状包括涂层沉积技术。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，控制所述形状还包括施加等离子体处理。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括施加防粘层。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过分步重复纳米压印工艺形成所述主模板。
