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JP7542033B2 - Method for manufacturing a waveguide coupler - Google Patents

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JP7542033B2
JP7542033B2 JP2022117446A JP2022117446A JP7542033B2 JP 7542033 B2 JP7542033 B2 JP 7542033B2 JP 2022117446 A JP2022117446 A JP 2022117446A JP 2022117446 A JP2022117446 A JP 2022117446A JP 7542033 B2 JP7542033 B2 JP 7542033B2
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inverse
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Description

［０００１］ 本開示の実施形態は、概して、拡張現実、仮想現実、及び複合現実のための導波器に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、導波器製造の方法を提示する。 [0001] Embodiments of the present disclosure generally relate to directors for augmented reality, virtual reality, and mixed reality. More specifically, embodiments described herein present methods of director manufacturing.

関連技術の記載
［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環境であると考えられている。仮想現実体験は、３Ｄで生成され、実際の環境に取って代わる仮想現実環境を表示するためのレンズとしての接眼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装置などのヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）で見ることができる。 2. Description of the Related Art Virtual reality is generally considered to be a computer-generated simulated environment in which a user has an apparent physical presence. Virtual reality experiences are generated in 3D and viewed with a head mounted display (HMD) such as glasses or other wearable display devices that have eyepiece display panels as lenses to display the virtual reality environment that replaces the real environment.

［０００３］ しかしながら、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、音声入力及び触覚入力のような任意のタイプの入力、並びにユーザが経験する環境を強化又は拡張する仮想画像、グラフィック及びビデオを含むことができる。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。 [0003] Augmented reality, however, allows for an experience where a user can see the surrounding environment through the display lenses of glasses or other HMD devices, but can also see images of virtual objects that are generated for display and appear as part of the environment. Augmented reality can include any type of input, such as voice input and haptic input, as well as virtual images, graphics, and video that enhance or extend the environment experienced by the user. As an emerging technology, augmented reality presents many challenges and design constraints.

［０００４］ そのような課題の１つは、周囲環境に重ね合わされた仮想画像を表示することである。導波器は、画像の重ね合わせを補助するために使用される。生成された光は、光が導波器から出て周囲環境に重ね合わされるまで、導波器を通って伝搬される。導波器は不均一な特性を有する傾向があるため、導波器の製造は困難になりうる。そのため、当該技術分野で必要とされているのは、改良された拡張導波器とその製造方法である。 [0004] One such challenge is displaying a virtual image superimposed on the surrounding environment. Waveguides are used to aid in the superimposition of the image. Generated light is propagated through the waveguide until the light exits the waveguide and is superimposed on the surrounding environment. Waveguides tend to have non-uniform properties, making them difficult to manufacture. Thus, what is needed in the art are improved enhanced waveguides and methods of manufacture.

［０００５］ 一実施形態では、導波構造の製造方法が提示される。この方法は、レジストにスタンプを刻印することを含む。スタンプは、少なくとも１つのパターン部分を含む凸型導波パターンを有する。刻印は、残留層を有する逆領域（ｉｎｖｅｒｓｅ ｒｅｇｉｏｎ）を含む凹型導波構造を形成する。レジストは、基板の一部分の表面上に配置され、基板は、第１の屈折率を有する。レジストは、基板の表面上で硬化される。スタンプが取り外され、残留層は除去される。コーティングが堆積される。コーティングは、基板の表面の第１の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第２の屈折率を有する。レジストは、領域を含む導波構造から除去される。 [0005] In one embodiment, a method for fabricating a waveguiding structure is presented. The method includes imprinting a stamp into a resist. The stamp has a convex waveguiding pattern including at least one pattern portion. The imprint forms a concave waveguiding structure including an inverse region having a residual layer. The resist is disposed on a surface of a portion of a substrate, the substrate having a first refractive index. The resist is cured on the surface of the substrate. The stamp is removed and the residual layer is removed. A coating is deposited. The coating has a second refractive index that substantially matches or is greater than the first refractive index of the surface of the substrate. The resist is removed from the waveguiding structure including the region.

［０００６］ 別の実施形態では、導波構造の製造方法が提示される。本方法は、第２の屈折率を有するコーティングを、スタンプの凹型導波構造上に堆積させることを含む。第２の屈折率は、基板の第１の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい。凹型導波構造は逆領域を含む。コーティングは平坦化され、基板の一部の表面に接合される。スタンプは、領域を含む導波構造を形成するために取り外される。 [0006] In another embodiment, a method for fabricating a waveguiding structure is presented. The method includes depositing a coating having a second refractive index onto a recessed waveguiding structure of a stamp. The second refractive index substantially matches or is greater than a first refractive index of the substrate. The recessed waveguiding structure includes an inverted region. The coating is planarized and bonded to a surface of a portion of the substrate. The stamp is removed to form a waveguiding structure including the region.

［０００７］ さらに別の実施形態では、導波構造の製造方法が提示される。この方法は、スタンプの凹型導波構造上に、１．５から２．５の間の第２の屈折率を有するコーティングを堆積させることを含む。コーティングは、凹型導波構造上で実質的に平坦である。第２の屈折率は、基板の１．５から２．５の間の第１の屈折率に実質的に一致するか又はそれより大きい。凹型導波構造は、逆入力カップリング領域と逆出力カップリング領域を含む。コーティングは、基板の一部の表面に接合される。基板の表面には、第１の屈折率及び第２の屈折率に実質的に一致する第３の屈折率を有する光学接着剤が配置されている。領域を有する導波構造を形成するため、スタンプは取り外される。 [0007] In yet another embodiment, a method for fabricating a waveguiding structure is presented. The method includes depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 on a concave waveguiding structure of a stamp. The coating is substantially flat on the concave waveguiding structure. The second refractive index is substantially matched to or greater than a first refractive index between 1.5 and 2.5 of the substrate. The concave waveguiding structure includes a reverse input coupling region and a reverse output coupling region. The coating is bonded to a surface of a portion of the substrate. An optical adhesive having a third refractive index substantially matched to the first and second refractive indices is disposed on the surface of the substrate. The stamp is removed to form a waveguiding structure having a region.

［０００８］ 本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、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、添付の図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容され得ることに留意されたい。 [0008] So that the above-mentioned features of the present disclosure may be understood in detail, a more particular description of the present disclosure briefly summarized above may be obtained by reference to embodiments, some of which are illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the accompanying drawings show only exemplary embodiments and therefore should not be considered as limiting the scope of the present disclosure, as other equally effective embodiments may be permissible.

一実施形態による導波結合器の斜視正面図である。FIG. 2 is a perspective front view of a waveguide coupler according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法の工程を示すフロー図である。1 is a flow diagram illustrating method steps for manufacturing a waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to an embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to an embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法の工程を示すフロー図である。1 is a flow diagram illustrating method steps for manufacturing a waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment. 一実施形態による導波構造の製造方法における導波構造の概略断面図である。1A-1C are schematic cross-sectional views of a waveguide structure in a method for manufacturing the waveguide structure according to one embodiment.

［００１４］ 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、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。 [0014] For ease of understanding, wherever possible, identical reference numbers have been used to designate identical elements common to the figures. It is believed that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated in other embodiments without further description.

［００１５］ 本明細書に記載の実施形態は、導波構造を製造するための方法に関する。本明細書に記載の方法は、無機材料又はハイブリッド（有機及び無機）材料から形成された入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域を有する導波構造の製造を可能にする。 [0015] Embodiments described herein relate to methods for fabricating a waveguiding structure. The methods described herein allow for the fabrication of a waveguiding structure having an input coupling region, a waveguiding region, and an output coupling region formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials.

［００１６］ 図１は、導波結合器１００の斜視正面図である。後述する導波結合器１００は、例示的な導波結合器であることを理解されたい。導波結合器１００は、複数の回折格子１０８によって画定される入力カップリング領域１０２と、導波領域１０４と、複数の回折格子１１０によって画定される出力カップリング領域１０６とを含む。 [0016] FIG. 1 is a perspective front view of a waveguide coupler 100. It should be understood that the waveguide coupler 100 described below is an exemplary waveguide coupler. The waveguide coupler 100 includes an input coupling region 102 defined by a number of diffraction gratings 108, a waveguiding region 104, and an output coupling region 106 defined by a number of diffraction gratings 110.

［００１７］ 入力カップリング領域１０２は、マイクロディスプレイから強い光（仮想画像）の入射ビームを受け取る。複数の回折格子１０８の各回折格子は、入射ビームを各ビームがモードを有する複数のモードに分割する。ゼロ次モード（Ｔ０）ビームは、導波結合器１００内で屈折して戻されるか、又は失われ、正の１次モード（Ｔ１）ビームは、導波結合器１００を通って導波領域１０４から出力カップリング領域１０６まで内部全反射（ＴＩＲ）を受け、また、負の１次モード（Ｔ－１）ビームは、導波結合器１００内をＴ１ビームとは反対の方向に伝播する。Ｔ１ビームは、Ｔ１ビームが出力カップリング領域１０６内の複数の回折格子１１０に接触するまで、導波結合器１００を通って内部全反射（ＴＩＲ）を受ける。Ｔ１ビームは、複数の回折格子１１０の格子に接触し、そこでＴ１ビームは、導波結合器１００内で屈折して戻されるか又は失われるＴ０ビームと、Ｔ１ビームが複数の回折格子１１０の別の格子に接触するまで出力カップリング領域１０６内でＴＩＲを受けるＴ１ビームと、導波結合器１００からアウトカップリングされるＴ－１ビームとに分割される。 [0017] The input coupling region 102 receives an incident beam of intense light (virtual image) from a microdisplay. Each grating of the plurality of diffraction gratings 108 splits the incident beam into a plurality of modes, each beam having a mode. The zero-order mode (T0) beam is refracted back or lost in the waveguide coupler 100, the positive first-order mode (T1) beam undergoes total internal reflection (TIR) through the waveguide coupler 100 from the waveguide region 104 to the output coupling region 106, and the negative first-order mode (T-1) beam propagates in the waveguide coupler 100 in the opposite direction to the T1 beam. The T1 beam undergoes total internal reflection (TIR) through the waveguide coupler 100 until the T1 beam contacts the plurality of diffraction gratings 110 in the output coupling region 106. The T1 beam contacts a grating of the multiple diffraction gratings 110, where it is split into a T0 beam that is refracted back or lost in the waveguide coupler 100, a T1 beam that undergoes TIR in the output coupling region 106 until it contacts another grating of the multiple diffraction gratings 110, and a T-1 beam that is outcoupled from the waveguide coupler 100.

［００１８］ 図２は、図３Ａから図３Ｆに示されたように、導波構造３００の製造方法２００の工程を示すフロー図である。一実施形態では、導波構造３００は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つに対応する。一実施形態では、導波構造３００は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つのマスタに対応する。工程２０１では、凸型導波パターン３１０を有するスタンプ３０８が、基板３０４の一部３０２の表面３０６上に配置されたレジスト３２６の上に刻印（ｉｍｐｒｉｎｔ）され、凹型導波構造３１２が形成される。基板３０４は、第１の屈折率を有する。一実施形態では、基板３０４は、ガラス材料及びプラスチック材料のうちの少なくとも１つを含む。 [0018] FIG. 2 is a flow diagram showing steps of a method 200 for manufacturing a waveguiding structure 300 as shown in FIGS. 3A-3F. In one embodiment, the waveguiding structure 300 corresponds to at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguiding coupler 100. In one embodiment, the waveguiding structure 300 corresponds to a master of at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguiding coupler 100. In step 201, a stamp 308 having a convex waveguiding pattern 310 is imprinted on a resist 326 disposed on a surface 306 of a portion 302 of a substrate 304 to form a concave waveguiding structure 312. The substrate 304 has a first refractive index. In one embodiment, the substrate 304 includes at least one of a glass material and a plastic material.

［００１９］ 図３Ａに示されるように、凸型導波パターン３１０は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つの形成をもたらすために、少なくとも１つのパターン部分３１４を含む。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、凹型導波構造３１２は、しばしば、底面と称される残留層３１８を有する逆領域３１６を含む。一実施形態では、逆領域３１６は、入力カップリング領域１０２の複数の回折格子１０８、出力カップリング領域１０６の複数の回折格子１１０、及び導波領域１０４のうちの少なくとも１つを形成するために、複数の逆回折格子３２０を含む。一実施形態では、逆回折格子３２０は、基板３０４の表面３０６に平行な逆上面３２２、逆側壁面３２４、及び基板３０４の表面３０６に平行な残留層３１８を有する。一実施形態では、逆回折格子３２０の逆側壁面３２４の各々は、基板３０４の表面３０６に垂直に配向される。別の実施形態では、逆回折格子３２０の逆側壁面３２４の各々は、基板３０４の表面３０６に対して角度がつけられている。さらに別の実施形態では、逆側壁面３２４の部分は垂直に配向されており、逆回折格子３２０の逆側壁面３２４の一部は基板３０４の表面３０６に対して角度がつけられている。 3A, the convex waveguide pattern 310 includes at least one pattern portion 314 to effect the formation of at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguide coupler 100. As shown in FIGS. 3A and 3B, the concave waveguide structure 312 includes a reverse region 316 having a residual layer 318, often referred to as a bottom surface. In one embodiment, the reverse region 316 includes a plurality of reverse gratings 320 to form at least one of the plurality of gratings 108 of the input coupling region 102, the plurality of gratings 110 of the output coupling region 106, and the waveguiding region 104. In one embodiment, the reverse grating 320 has a reverse top surface 322 parallel to the surface 306 of the substrate 304, a reverse sidewall surface 324, and a residual layer 318 parallel to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, each of the reverse sidewalls 324 of the reverse grating 320 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, each of the reverse sidewalls 324 of the reverse grating 320 is angled relative to the surface 306 of the substrate 304. In yet another embodiment, a portion of the reverse sidewalls 324 is oriented perpendicular and a portion of the reverse sidewalls 324 of the reverse grating 320 is angled relative to the surface 306 of the substrate 304.

［００２０］ 工程２０２では、基板３０４の表面３０６上のレジスト３２６を硬化させて、レジスト３２６を安定化させる。工程２０３では、スタンプ３０８はレジスト３２６から取り外される。一実施形態では、スタンプ３０８は、逆パターン部分を含む凹型パターンを有する導波マスタから製造される。スタンプ３０８は、導波マスタから成形される。スタンプ３０８は、溶融シリカ又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの半透明材料を含み、赤外線（ＩＲ）放射又は紫外線（ＵＶ）放射などの電磁放射に曝露することによってレジスト３２６を硬化させることができる。一実施形態では、レジスト３２６は、ＰＤＭＳを含むスタンプ３０８によってナノインプリント可能なＵＶ硬化性材料（Ｍｉｃｒｏ Ｒｅｓｉｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手可能なｍｒ－Ｎ２１０など）を含む。一実施形態では、基板３０４の表面３０６は、ＵＶオゾン処理、酸素（Ｏ２）プラズマ処理、又はプライマー（Ｍｉｃｒｏ Ｒｅｓｉｓｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社から入手可能なｍｒ－ＡＰＳ１など）の適用によって、ＵＶ硬化性材料のスピンコーティングのために準備される。代替的に、レジスト３２６を熱硬化させてもよい。別の実施形態では、レジスト３２６は、熱加熱又は赤外線照射加熱を含む溶媒蒸発硬化プロセスによって硬化することができる熱硬化性材料を含む。レジスト３２６は、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積（ＰＶＤ）処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）処理、又は原子層堆積（ＡＬＤ）処理を使用して、表面３０６上に配置することができる。 [0020] In step 202, the resist 326 on the surface 306 of the substrate 304 is cured to stabilize the resist 326. In step 203, the stamp 308 is removed from the resist 326. In one embodiment, the stamp 308 is fabricated from a waveguide master having a concave pattern including an inverse pattern portion. The stamp 308 is molded from the waveguide master. The stamp 308 comprises a semi-transparent material such as fused silica or polydimethylsiloxane (PDMS), and the resist 326 can be cured by exposure to electromagnetic radiation such as infrared (IR) radiation or ultraviolet (UV) radiation. In one embodiment, the resist 326 comprises a UV curable material (such as mr-N210 available from Micro Resist Technology) that can be nanoimprinted with the stamp 308 comprising PDMS. In one embodiment, the surface 306 of the substrate 304 is prepared for spin-coating of a UV curable material by UV ozone treatment, oxygen (O 2 ) plasma treatment, or application of a primer (such as mr-APS1 available from Micro Resist Technology). Alternatively, the resist 326 may be thermally cured. In another embodiment, the resist 326 comprises a thermally curable material that can be cured by a solvent evaporation curing process including thermal heating or infrared radiation heating. The resist 326 can be disposed on the surface 306 using a liquid material injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a dry powder coating process, a screen printing process, a doctor blading process, a physical vapor deposition (PVD) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, a flowable CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process.

［００２１］ 工程２０４では、残留層３１８が除去される。一実施形態では、残留層３１８は、酸素ガス（Ｏ２）含有プラズマ、フッ素ガス（Ｆ２）含有プラズマ、塩素ガス（Ｃｌ２）含有プラズマ、及び／又はメタン（ＣＨ４）含有プラズマを使用して、プラズマ灰化（しばしばプラズマデスカム処理と称される）によって除去することができる。別の実施形態では、残留層３１８が除去されるまで、高周波（ＲＦ）電力がＯ２及びアルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ）などの不活性ガスに印加される。図３Ｃに示すように、逆回折格子３２０は、逆上面３２２から基板３０４の表面３０６まで延在する逆深度３２８、３３０を有する。一実施形態では、逆深度３２８と逆深度３３０とは実質的に同じである。別の実施形態では、逆深度３２８と逆深度３２８とは異なる。 [0021] In step 204, the residual layer 318 is removed. In one embodiment, the residual layer 318 can be removed by plasma ashing (often referred to as plasma descum processing) using an oxygen gas ( O2 ) containing plasma, a fluorine gas ( F2 ) containing plasma, a chlorine gas ( Cl2 ) containing plasma, and/or a methane ( CH4 ) containing plasma. In another embodiment, radio frequency (RF) power is applied to O2 and an inert gas such as argon (Ar) or nitrogen (N) until the residual layer 318 is removed. As shown in FIG. 3C, the inverse grating 320 has inverse depths 328, 330 that extend from the inverse top surface 322 to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, the inverse depths 328 and 330 are substantially the same. In another embodiment, the inverse depths 328 and 330 are different.

［００２２］ 工程２０５では、コーティング３２２が基板３０４の表面３０６上に堆積される。一実施形態では、図３Ｄ及び図３Ｅに示されるように、コーティング３２２は、基板３０４の表面３０６及び凹型導波構造３１２の残りの突起上に堆積される。コーティング３２２は、第１の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第２の屈折率を有する。コーティング３２２は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、流動性ＳＯＧ、ゾルゲル、有機ナノインプリント可能な材料、無機ナノインプリント可能な材料、及びハイブリッドな（有機及び無機）ナノインプリント可能な材料、例えば、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び／又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）含有材料のうちの少なくとも１つなど、のうちの少なくとも１つを含む。コーティング３２２は、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、ＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理、ＦＣＶＤ処理、又はＡＬＤ処理を使用して、表面３０６上に配置することができる。さらに、ＳｉＯＣコーティングなどのコーティング３２２は、ＵＶ硬化又は熱硬化を受けてもよい。図３Ｄに示すように、一実施形態では、過剰なコーティング３２２が存在してもよい。実施形態では、過剰なコーティング３２２は、材料熱リフロー又はエッチングを用いて除去される。図３Ｅに示されるように、コーティング３２２は、凹型導波構造３１２の残りの突起と同一平面上にあるか、又は、凹型導波構造３１２の残りの突起と同じ高さまで基板３０４の上方に延在する。一実施形態では、コーティング３２２は液体で堆積され、過剰なコーティング３２２は機械的な平坦化によって除去される。 [0022] In step 205, a coating 322 is deposited on the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, as shown in Figures 3D and 3E, the coating 322 is deposited on the surface 306 of the substrate 304 and the remaining protrusions of the recessed waveguiding structure 312. The coating 322 has a second refractive index that is substantially matched to or greater than the first refractive index. The coating 322 comprises at least one of spin-on glass (SOG), flowable SOG, sol-gel, organic nanoimprintable material, inorganic nanoimprintable material, and hybrid (organic and inorganic) nanoimprintable material, such as at least one of silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide ( TiO2 ), silicon dioxide ( SiO2 ), vanadium ( IV ) oxide ( VOx ), aluminum oxide ( Al2O3 ), indium tin oxide ( ITO ), zinc oxide ( ZnO ), tantalum pentoxide ( Ta2O5 ), silicon nitride ( Si3N4 ), titanium nitride (TiN), and/or zirconium dioxide ( ZrO2 ) containing materials. The coating 322 can be disposed on the surface 306 using a liquid material injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a dry powder coating process, a screen printing process, a doctor blading process, a PVD process, a CVD process, a FCVD process, or an ALD process. Additionally, the coating 322, such as a SiOC coating, may undergo UV curing or thermal curing. As shown in FIG. 3D, in one embodiment, there may be excess coating 322. In an embodiment, the excess coating 322 is removed using a material thermal reflow or etching. As shown in FIG. 3E, the coating 322 is flush with the remaining protrusions of the concave waveguide structure 312 or extends above the substrate 304 to the same height as the remaining protrusions of the concave waveguide structure 312. In one embodiment, the coating 322 is deposited from a liquid, and the excess coating 322 is removed by mechanical planarization.

［００２３］ コーティング３２２の屈折率は、基板３０４の第１の屈折率と、入力カップリング領域１０２で得られる複数の回折格子１０８及び／又は方法２００によって形成される出力カップリング領域１０６で得られる複数の回折格子１１０などの回折格子の強度と、に基づいて調整される。コーティング３２２の屈折率は、光のインカップリング（入射）及びアウトカップリング（出射）を制御し、導波構造３００を通る光の伝播を促進するため、基板３０４の第１の屈折率及び回折格子の強度に基づいて調整される。例えば、基板３０４の表面３０６の材料は、約１．５から約２．５の間の第１の屈折率を有し、コーティング３２２の材料は、約１．５から約２．５の間の第２の屈折率を有する。基板３０４を製造するために利用される材料及びコーティング３２２の材料の屈折率を一致させることによって、基板３０４の表面３０６とコーティング３２２の材料との間の界面における実質的な光屈折なしに、基板３０４及びコーティング３２２の材料の両方を通る光の伝播が達成されうる。基板３０４を製造するために利用される材料の屈折率がより大きいコーティング３２２の材料を利用することによって、より多くの光が、光受容角度を通って導波構造３００からインカップリング及びアウトカップリングされるであろう。基板３０４及びコーティング３２２の材料は、集合的に導波構造３００を構成する。空気の屈折率（１．０）と比較して、約１．５から約２．５の間の屈折率を有する材料を基板３０４に利用することによって、全内部反射、又は少なくともその高次の反射が達成され、導波構造３００を通る光の伝播が促進される。 [0023] The refractive index of the coating 322 is adjusted based on the first refractive index of the substrate 304 and the strength of a grating, such as the plurality of gratings 108 obtained in the input coupling region 102 and/or the plurality of gratings 110 obtained in the output coupling region 106 formed by the method 200. The refractive index of the coating 322 is adjusted based on the first refractive index of the substrate 304 and the strength of the grating to control the incoupling and outcoupling of light and to facilitate the propagation of light through the waveguiding structure 300. For example, the material of the surface 306 of the substrate 304 has a first refractive index between about 1.5 and about 2.5, and the material of the coating 322 has a second refractive index between about 1.5 and about 2.5. By matching the refractive index of the material used to manufacture the substrate 304 and the material of the coating 322, the propagation of light through both the substrate 304 and the material of the coating 322 can be achieved without substantial light refraction at the interface between the surface 306 of the substrate 304 and the material of the coating 322. By utilizing a material for the coating 322 that has a higher refractive index than the material used to manufacture the substrate 304, more light will be in-coupled and out-coupled from the waveguiding structure 300 through the light acceptance angle. The materials of the substrate 304 and the coating 322 collectively constitute the waveguiding structure 300. By utilizing a material for the substrate 304 that has a refractive index between about 1.5 and about 2.5 compared to the refractive index of air (1.0), total internal reflection, or at least higher orders thereof, is achieved, facilitating the propagation of light through the waveguiding structure 300.

［００２４］ 工程２０６では、レジスト３２６は導波構造３００から除去される。一実施形態では、レジスト３２６は、Ｏ２含有プラズマ、Ｆ２含有プラズマ、Ｃｌ２含有プラズマ、及び／又はＣＨ４含有プラズマを使用するプラズマ灰化によって除去される。別の実施形態では、レジスト３２６が除去されるまで、Ｏ２及びアルゴン（Ａｒ）又は窒素（Ｎ）などの不活性ガスにＲＦ電力が印加される。図３Ｆに示されるように、導波構造３００は、領域３３４を含む。一実施形態では、領域３３４は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つに対応する。領域３３４は、複数の回折格子３３６を含む。一実施形態では、領域３３４は、入力カップリング領域１０２の複数の回折格子１０８、出力カップリング領域１０６の複数の回折格子１１０、及び導波領域１０４のうちの少なくとも１つに対応する複数の回折格子３３６を含む。一実施形態では、回折格子３３６は、基板３０４の表面３０６に平行な上面３３８及び側壁面３４０を有する。一実施形態では、回折格子３３６の側壁面３４０の各々は、基板３０４の表面３０６に対して垂直に配向される。別の実施形態では、回折格子３３６の側壁面３４０の各々は、基板３０４の表面３０６に対して角度が付けられている。さらに別の実施形態では、側壁面３４０の一部は垂直に配向され、回折格子３３６の側壁面３４０の一部は、基板３０４の表面３０６に対して角度が付けられる。一実施形態では、側壁面３４０は、約１５°から約７５°の角度で傾斜している。回折格子３３６は、基板３０４の表面３０６から上面３３８まで延在する深度３４２、３４４を有する。一実施形態では、深度３４２と深度３４４とは実質的に同じである。別の実施形態では、深度３４２と深度３４４とは異なる。 [0024] In step 206, the resist 326 is removed from the waveguide structure 300. In one embodiment, the resist 326 is removed by plasma ashing using an O2- containing plasma, an F2- containing plasma, a Cl2- containing plasma, and/or a CH4 -containing plasma. In another embodiment, RF power is applied to O2 and an inert gas, such as argon (Ar) or nitrogen (N), until the resist 326 is removed. As shown in FIG. 3F, the waveguide structure 300 includes a region 334. In one embodiment, the region 334 corresponds to at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguide coupler 100. The region 334 includes a plurality of diffraction gratings 336. In one embodiment, the region 334 includes a plurality of diffraction gratings 336 corresponding to at least one of the plurality of diffraction gratings 108 of the input coupling region 102, the plurality of diffraction gratings 110 of the output coupling region 106, and the waveguiding region 104. In one embodiment, the grating 336 has a top surface 338 and sidewall surfaces 340 that are parallel to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, each of the sidewall surfaces 340 of the grating 336 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, each of the sidewall surfaces 340 of the grating 336 is angled relative to the surface 306 of the substrate 304. In yet another embodiment, some of the sidewall surfaces 340 are oriented perpendicular and some of the sidewall surfaces 340 of the grating 336 are angled relative to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, the sidewall surfaces 340 are inclined at an angle of about 15° to about 75°. The grating 336 has depths 342, 344 that extend from the surface 306 of the substrate 304 to the top surface 338. In one embodiment, the depths 342 and 344 are substantially the same. In another embodiment, the depths 342 and 344 are different.

［００２５］ 図４は、図５Ａから図５Ｄに示されるように、導波構造５００を製造するための方法４００の工程を示すフロー図である一実施形態では、導波構造５００は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つに対応する。別の実施形態では、導波構造５００は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つのマスタに対応する。工程４０１では、コーティング３２２が、スタンプ３０８の凹型導波構造５１２上に堆積される。図５Ａに示されるように、一実施形態では、堆積されたコーティング３２２は、スタンプ３０８の凹型導波構造５１２に共形である。図５Ｂに示すように、一実施形態では、堆積されたコーティング３２２は、スタンプ３０８の凹型導波構造５１２に対して実質的に平坦である。したがって、任意選択の操作４０２でコーティング３２２を平坦化する必要はない。任意選択の工程４０２では、一実施形態で、コーティング３２２を平坦化することは、重力、熱リフロー、又は化学機械研磨（ＣＭＰ）による機械的平坦化を含む。 [0025] Figure 4 is a flow diagram showing steps of a method 400 for fabricating a waveguiding structure 500, as shown in Figures 5A-5D. In one embodiment, the waveguiding structure 500 corresponds to at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguiding coupler 100. In another embodiment, the waveguiding structure 500 corresponds to at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguiding coupler 100. In step 401, a coating 322 is deposited on the concave waveguiding structure 512 of the stamp 308. As shown in Figure 5A, in one embodiment, the deposited coating 322 is conformal to the concave waveguiding structure 512 of the stamp 308. As shown in Figure 5B, in one embodiment, the deposited coating 322 is substantially planar with respect to the concave waveguiding structure 512 of the stamp 308. Therefore, there is no need to planarize the coating 322 in optional operation 402. In optional step 402, in one embodiment, planarizing the coating 322 includes mechanical planarization by gravity, thermal reflow, or chemical mechanical polishing (CMP).

［００２６］ コーティング３２２が、ＩＲ放射又はＵＶ放射などの電磁放射に曝露されて硬化されうるように、スタンプ３０８は、導波マスタから成形され、溶融シリカ又はＰＤＭＳ材料などの半透明材料から製造されてもよい。一実施形態では、スタンプ３０８は、コーティング３２２の堆積及び平坦化を容易にするように機械的強度を加えるため、ガラスのシートなどの硬い裏打ちシートを含む。 [0026] Stamp 308 may be molded from a waveguiding master and fabricated from a translucent material such as fused silica or a PDMS material so that coating 322 may be cured upon exposure to electromagnetic radiation such as IR or UV radiation. In one embodiment, stamp 308 includes a rigid backing sheet, such as a sheet of glass, to add mechanical strength to facilitate deposition and planarization of coating 322.

［００２７］ コーティング３２２は、ＳＯＧ、流動性ＳＯＧ、ゾルゲル、有機ナノインプリント可能な材料、無機ナノインプリント可能な材料、及びハイブリッドな（有機及び無機）ナノインプリント可能な材料（ＳｉＯＣ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＶＯｘ、Ａｌ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、及びＺｒＯ２含有材料のうちの少なくとも１つなど）のうちの少なくとも１つを含む。コーティング３２２は、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、ＰＶＤ処理、ＣＶＤ処理、ＦＣＶＤ処理、又はＡＬＤ処理を使用して堆積されてもよい。一実施形態では、コーティング材料は、コーティング材料の溶融温度を下げ、かつ平坦化中のコーティング材料の流れを改善できるようにするために、ドーパント材料でドープされる。ドーパント材料は、より低い温度での熱リフローを可能にするリン（Ｐ）含有材料及び／又はホウ素（Ｂ）含有材料を含むことができる。 [0027] The coating 322 comprises at least one of SOG, flowable SOG, sol-gel, organic nanoimprintable material, inorganic nanoimprintable material , and hybrid (organic and inorganic) nanoimprintable material (such as at least one of SiOC, TiO2 , SiO2 , VOx , Al2O3 , ITO, ZnO, Ta2O5 , Si3N4 , TiN, and ZrO2 containing materials). The coating 322 may be deposited using a liquid material injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a dry powder coating process, a screen printing process, a doctor blading process, a PVD process, a CVD process, an FCVD process, or an ALD process. In one embodiment, the coating material is doped with a dopant material to lower the melting temperature of the coating material and enable improved flow of the coating material during planarization. The dopant materials may include phosphorus (P)-containing and/or boron (B)-containing materials that allow for thermal reflow at lower temperatures.

［００２８］ 図５Ａ及び図５Ｂに示したように、凹型導波構造５１２は、逆領域５１６を含む。逆領域５１６は、入力カップリング領域１０２の複数の回折格子１０８、出力カップリング領域１０６の複数の回折格子１１０、及び導波領域１０４のうちの少なくとも１つを形成するため、複数の逆回折格子５２０を含む。一実施形態では、逆回折格子５２０は、スタンプ３０８の底面５２１に平行な逆上面５２２、逆側壁面５２４、及びスタンプ３０８の底面５２１に平行な逆底面５２３を有する。一実施形態では、逆回折格子５２０の逆側壁面５２４の各々は、スタンプ３０８の底面５２１に垂直に配向される。別の実施形態では、逆回折格子５２０の逆側壁面５２４の各々は、スタンプ３０８の底面５２１に対して角度が付けられる。別の実施形態では、逆回折格子５２０は、スタンプ３０８の底面５２１に対して角度付けされた逆ブレーズド面５０２と、スタンプ３０８の底面５２１に対して垂直に配向された逆側壁面５２４とを含むブレーズド逆角度付き回折格子である。さらに別の実施形態では、逆領域５１６は、ブレーズド逆角度付き回折格子と、逆側壁面５２４の一部が垂直に配向され、逆回折格子５２０の逆側壁面５２４の一部がスタンプ３０８の底面５２１に対して角度が付けられた複数の逆回折格子５２０とを含む。図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、逆回折格子５２０は、逆上面５２２からスタンプ３０８の底面５２１に延在する逆深度５２８、５３０を有する。一実施形態では、逆深度５２８と逆深度５３０とは実質的に同じである。別の実施形態では、逆深度５２８と逆深度５３０とは異なる。 5A and 5B, the concave waveguide structure 512 includes a reverse region 516. The reverse region 516 includes a plurality of reverse gratings 520 for forming at least one of the plurality of gratings 108 of the input coupling region 102, the plurality of gratings 110 of the output coupling region 106, and the waveguiding region 104. In one embodiment, the reverse grating 520 has a reverse top surface 522 parallel to the bottom surface 521 of the stamp 308, a reverse sidewall surface 524, and a reverse bottom surface 523 parallel to the bottom surface 521 of the stamp 308. In one embodiment, each of the reverse sidewall surfaces 524 of the reverse grating 520 is oriented perpendicular to the bottom surface 521 of the stamp 308. In another embodiment, each of the reverse sidewall surfaces 524 of the reverse grating 520 is angled with respect to the bottom surface 521 of the stamp 308. In another embodiment, the inverse grating 520 is a blazed inverse angled grating including an inverse blazed surface 502 angled relative to the bottom surface 521 of the stamp 308 and an inverse sidewall surface 524 oriented perpendicular to the bottom surface 521 of the stamp 308. In yet another embodiment, the inverse region 516 includes a blazed inverse angled grating and a plurality of inverse gratings 520 with some of the inverse sidewall surfaces 524 oriented perpendicular and some of the inverse sidewall surfaces 524 of the inverse gratings 520 angled relative to the bottom surface 521 of the stamp 308. As shown in FIGS. 5A and 5B, the inverse grating 520 has an inverse depth 528, 530 extending from the inverse top surface 522 to the bottom surface 521 of the stamp 308. In one embodiment, the inverse depth 528 and the inverse depth 530 are substantially the same. In another embodiment, the inverse depth 528 and the inverse depth 530 are different.

［００２９］ 操作４０３では、図５Ｃに示すように、コーティング３２２は基板３０４の一部３０２の表面３０６に接着される。光学接着剤５０１は、コーティング３２２を基板３０４の表面３０６に接合するために使用される。一実施形態では、光学接着剤５０１は、透明な金属酸化物材料又は透明なアクリルポリマーを含みうる。光学接着剤５０１は、第３の屈折率を有する。 [0029] In operation 403, as shown in FIG. 5C, the coating 322 is adhered to the surface 306 of the portion 302 of the substrate 304. An optical adhesive 501 is used to bond the coating 322 to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, the optical adhesive 501 may include a transparent metal oxide material or a transparent acrylic polymer. The optical adhesive 501 has a third refractive index.

［００３０］ コーティング３２２は、基板３０４の第１の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第２の屈折率を有する。コーティングの第２の屈折率は、基板３０４の第１の屈折率と、入力カップリング領域１０２の結果として得られる複数の回折格子１０８、及び／又は、方法４００によって形成される出力カップリング領域１０６の結果として得られる複数の回折格子１１０などの回折格子の強度と、に基づいて調整される。コーティング３２２の屈折率は、光のインカップリング及びアウトカップリングを制御し、導波構造５００を通る光の伝播を促進するため、基板３０４の第１の屈折率及び回折格子の強度に基づいて調整される。また、光学接着剤５０１は、第１の屈折率及び第２の屈折率と実質的に一致する第３の屈折率を有する。例えば、基板３０４の表面３０６の材料は、約１．５から約２．５の間の第１の屈折率を有し、光学接着剤５０１の材料は、約１．５から約２．５の間の第３の屈折率を有し、コーティング３２２の材料は、約１．５から約２．５の間の第２の屈折率を有する。基板３０４を製造するために利用される材料、光学接着剤５０１の材料、及びコーティング３２２の材料の屈折率を一致させることによって、基板３０４、光学接着剤５０１の材料、及びコーティング３２２の材料を通る光伝播は、基板３０４、光学接着剤５０１の材料、及びコーティング３２２の材料の間の界面で実質的な光の屈折なしに達成されうる。基板３０４を製造するために利用される材料の屈折率よりも大きい屈折率を有するコーティング３２２の材料を利用することによって、より多くの光が、光受容角度を通って導波構造５００からインカップリング及びアウトカップリングされる。空気の屈折率（１．０）と比較して、約１．５から約２．５の間の屈折率を有する材料を、基板３０４及び光学接着剤５０１に利用することにより、内部全反射、又は少なくともその高次の反射が達成され、導波構造５００を通る光の伝播が容易になる。 [0030] The coating 322 has a second refractive index that is substantially matched to or greater than the first refractive index of the substrate 304. The second refractive index of the coating is adjusted based on the first refractive index of the substrate 304 and the strength of the gratings, such as the resulting plurality of gratings 108 in the input coupling region 102 and/or the resulting plurality of gratings 110 in the output coupling region 106 formed by the method 400. The refractive index of the coating 322 is adjusted based on the first refractive index of the substrate 304 and the strength of the gratings to control the incoupling and outcoupling of light and to facilitate the propagation of light through the waveguiding structure 500. Additionally, the optical adhesive 501 has a third refractive index that is substantially matched to the first and second refractive indices. For example, the material of the surface 306 of the substrate 304 has a first refractive index between about 1.5 and about 2.5, the material of the optical adhesive 501 has a third refractive index between about 1.5 and about 2.5, and the material of the coating 322 has a second refractive index between about 1.5 and about 2.5. By matching the refractive indices of the material utilized to manufacture the substrate 304, the material of the optical adhesive 501, and the material of the coating 322, light propagation through the substrate 304, the material of the optical adhesive 501, and the material of the coating 322 may be achieved without substantial light refraction at the interfaces between the substrate 304, the material of the optical adhesive 501, and the material of the coating 322. By utilizing a material of the coating 322 that has a refractive index greater than the refractive index of the material utilized to manufacture the substrate 304, more light is incoupled and outcoupled from the waveguiding structure 500 through the light acceptance angle. By utilizing materials for the substrate 304 and the optical adhesive 501 that have a refractive index between about 1.5 and about 2.5, compared to the refractive index of air (1.0), total internal reflection, or at least higher orders thereof, is achieved, facilitating the propagation of light through the waveguiding structure 500.

［００３１］ 工程４０４では、導波構造５００を形成するため、スタンプ３０８は取り外される。図５Ｄに示されるように、導波構造５００は、領域５３４を含む。一実施形態では、領域５３４は、導波結合器１００の入力カップリング領域１０２、導波領域１０４、及び出力カップリング領域１０６のうちの少なくとも１つに対応する。領域５３４は、複数の回折格子５３６を含む。一実施形態では、複数の回折格子５３６は、入力カップリング領域１０２の複数の回折格子１０８、出力カップリング領域１０６の複数の回折格子１１０、及び導波領域１０４のうちの少なくとも１つに対応する。一実施形態では、回折格子５３６は、基板３０４の表面３０６に平行な上面５３８及び側壁面５４０を有する。一実施形態では、回折格子５３６の側壁面５４０の各々は、基板３０４の表面３０６に対して垂直に配向される。別の実施形態では、回折格子５３６の側壁面５４０の各々は、基板３０４の表面３０６に対して角度が付けられている。別の実施形態では、回折格子５３６は、基板３０４の表面３０６に対して角度が付けられたブレーズ面５０６と、基板３０４の表面３０６に対して垂直に配向された側壁面５４０とを含むブレーズド角度付き回折格子である。さらに別の実施形態では、領域５３４は、ブレーズド角度付き回折格子と、基板３０４の表面３０６に対して回折格子５３６の側壁面５４０の一部が垂直に配向され且つ側壁面５４０の一部が角度が付けられた回折格子５３６を含む。回折格子５３６は、光学接着剤５０１から上面５３８まで延在する深度５４２、５４４を有する。一実施形態では、深度５４２と深度５４４とは実質的に同じである。別の実施形態では、深度５４２と深度５４４とは異なる。 [0031] In step 404, the stamp 308 is removed to form the waveguiding structure 500. As shown in FIG. 5D, the waveguiding structure 500 includes a region 534. In one embodiment, the region 534 corresponds to at least one of the input coupling region 102, the waveguiding region 104, and the output coupling region 106 of the waveguiding coupler 100. The region 534 includes a plurality of diffraction gratings 536. In one embodiment, the plurality of diffraction gratings 536 corresponds to at least one of the plurality of diffraction gratings 108 of the input coupling region 102, the plurality of diffraction gratings 110 of the output coupling region 106, and the waveguiding region 104. In one embodiment, the diffraction grating 536 has a top surface 538 and sidewall surfaces 540 parallel to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, each of the sidewall surfaces 540 of the diffraction grating 536 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, each of the sidewall surfaces 540 of the grating 536 is angled with respect to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, the grating 536 is a blazed angled grating including a blazed surface 506 angled with respect to the surface 306 of the substrate 304 and a sidewall surface 540 oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In yet another embodiment, the region 534 includes a blazed angled grating and a grating 536 in which a portion of the sidewall surface 540 of the grating 536 is oriented perpendicular and a portion of the sidewall surface 540 is angled with respect to the surface 306 of the substrate 304. The grating 536 has a depth 542, 544 extending from the optical adhesive 501 to the top surface 538. In one embodiment, the depth 542 and the depth 544 are substantially the same. In another embodiment, the depth 542 and the depth 544 are different.

［００３２］ 要約すると、導波結合器の製造方法が本明細書に記載されている。本方法は、微細な光回折格子を画定する無機又はハイブリッド（有機及び無機）材料から形成された入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域を有する導波結合器を提供する。導波器を通る光の伝播に適した屈折率を有する回折格子を形成する際に、刻印可能でない有機レジストと比較して、無機又はハイブリッド導波構造は、安定的であり、光吸収損失が低く、導波結合器を通る光の伝播に最適な屈折率を有する。 [0032] In summary, a method for fabricating a waveguide coupler is described herein. The method provides a waveguide coupler having an input coupling region, a waveguiding region, and an output coupling region formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials that define a fine optical grating. In comparison to organic resists that are not imprintable in forming a grating having a suitable refractive index for the propagation of light through the waveguide, the inorganic or hybrid waveguiding structure is stable, has low optical absorption losses, and has an optimal refractive index for the propagation of light through the waveguide coupler.


［００３３］ 上記は、本開示の実施例を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施例及びさらなる実施例が考案されてよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
導波構造の製造方法であって、
少なくとも１つのパターン部分を含む凸型導波パターンを有するスタンプを、第１の屈折率を有する基板の一部の表面上に配置されたレジストに刻印することであって、当該刻印により、残留層を有する逆領域を含む凹型導波構造を形成する、レジストに刻印することと、
前記基板の前記表面上で前記レジストを硬化することと、
前記スタンプを取り外すことと、
前記残留層を除去することと、
前記基板の前記表面の前記第１の屈折率と実質的に一致するか又はそれより大きい第２の屈折率を有するコーティングを堆積することと、
ある領域を含む導波構造を形成するため、前記レジストを除去することと、
を含む、方法。
（態様２）
前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ ２ ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ ｘ ）、酸化アルミニウム（Ａｌ ２ Ｏ ３ ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ ２ Ｏ ５ ）、窒化ケイ素（Ｓｉ ３ Ｎ ４ ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ ２ ）含有材料のうちの少なくとも１つを含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つである、態様１に記載の方法。
（態様４）
前記領域は、前記入力カップリング領域及び前記出力カップリング領域のうちの少なくとも１つの複数の回折格子を含む、態様３に記載の方法。
（態様５）
前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、態様４に記載の方法。
（態様６）
導波構造の製造方法であって、
スタンプの凹型導波構造上に第２の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記第２の屈折率は、基板の第１の屈折率と実質的に一致するか又はそれよりも大きく、前記凹型導波構造は逆領域を含む、コーティングを堆積させることと、
前記コーティングを平坦化することと、
前記コーティングを前記基板の一部の表面に接合することと、
ある領域を含む導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含む、方法。
（態様７）
前記コーティングの前記堆積が、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積（ＰＶＤ）処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）処理、又は原子層堆積（ＡＬＤ）処理を含む、態様６に記載の方法。
（態様８）
前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、二酸化チタン（ＴｉＯ ２ ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ ２ ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ ｘ ）、酸化アルミニウム（Ａｌ ２ Ｏ ３ ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、五酸化タンタル（Ｔａ ２ Ｏ ５ ）、窒化ケイ素（Ｓｉ ３ Ｎ ４ ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、及び／又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ ２ ）含有材料を含む、態様６に記載の方法。
（態様９）
前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つの複数の回折格子を含む、態様６に記載の方法。
（態様１０）
前記コーティングを前記基板の前記表面に接合するために光学接着剤が使用され、前記光学接着剤は、前記第１の屈折率及び前記第２の屈折率に実質的に一致する第３の屈折率を有する、態様６に記載の方法。
（態様１１）
導波構造の製造方法であって、
スタンプの凹型導波構造上に１．５から２．５の間の第２の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記コーティングは、前記凹型導波構造上で実質的に平坦であり、前記第２の屈折率は、基板の１．５から２．５の間の第１の屈折率に実質的に一致するか又はそれよりも大きく、前記凹型導波構造は、逆入力カップリング領域及び逆出力カップリング領域を含む、コーティングを堆積させることと、
前記基板の一部の表面に前記コーティングを接合することであって、前記基板の前記表面には、前記第１の屈折率及び前記第２の屈折率に実質的に一致する第３の屈折率を有する光学接着剤が配置されている、前記コーティングを接合することと、
ある領域を有する導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含む、方法。
（態様１２）
前記光学接着剤が、透明な金属酸化物材料又は透明なアクリルポリマーを含み、前記第３の屈折率が約１．５から約２．５の間である、態様１１に記載の方法。
（態様１３）
前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つの複数の回折格子を含む、態様１１に記載の方法。
（態様１４）
前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、態様１３に記載の方法。
（態様１５）
前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に対して角度が付けられたブレーズド面と、前記基板の前記表面に対して垂直に配向された側壁面と、を含むブレーズド角度付き回折格子である、態様１３に記載の方法。
[0033] While the above is directed to embodiments of the present disclosure, other and further embodiments of the disclosure may be devised without departing from the basic scope thereof, the scope of the disclosure being determined by the claims that follow.
The present application also includes the aspects described below.
(Aspect 1)
1. A method for manufacturing a waveguide structure, comprising the steps of:
imprinting a stamp having a convex waveguide pattern including at least one pattern portion into a resist disposed on a surface of a portion of a substrate having a first refractive index, the imprinting forming a concave waveguide structure including an inverted region having a residual layer;
curing the resist on the surface of the substrate;
Removing the stamp; and
removing the residual layer; and
depositing a coating having a second refractive index substantially matching or greater than the first refractive index of the surface of the substrate;
removing the resist to form a waveguide structure including an area;
A method comprising:
(Aspect 2)
2. The method of claim 1, wherein the coating comprises at least one of silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO2 ) , silicon dioxide (SiO2 ) , vanadium (IV) oxide (VOx ) , aluminum oxide (Al2O3 ) , indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta2O5 ) , silicon nitride ( Si3N4 ) , titanium nitride (TiN), and zirconium dioxide (ZrO2 ) containing materials.
(Aspect 3)
2. The method of claim 1, wherein the region is at least one of an input coupling region, a waveguiding region, and an output coupling region of a waveguide coupler.
(Aspect 4)
4. The method of claim 3, wherein the regions include a plurality of diffraction gratings in at least one of the input coupling region and the output coupling region.
(Aspect 5)
5. The method of claim 4, wherein the plurality of diffraction gratings comprises a top surface parallel to the surface of the substrate and a sidewall surface that is inclined an amount relative to the surface of the substrate.
(Aspect 6)
1. A method for manufacturing a waveguide structure, comprising the steps of:
depositing a coating having a second refractive index on the recessed waveguide structure of the stamp, the second refractive index substantially matching or greater than a first refractive index of the substrate, the recessed waveguide structure including an inverted region;
planarizing the coating; and
bonding the coating to a surface of a portion of the substrate;
removing the stamp to form a waveguiding structure including a region; and
A method comprising:
(Aspect 7)
The method of aspect 6, wherein the deposition of the coating comprises a liquid material injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a dry powder coating process, a screen printing process, a doctor blading process, a physical vapor deposition (PVD) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, a flowable CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process.
(Aspect 8)
7. The method of aspect 6, wherein the coating comprises silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO2 ) , silicon dioxide ( SiO2 ), vanadium (IV) oxide (VOx ) , aluminum oxide (Al2O3 ) , indium tin oxide ( ITO ), zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta2O5 ) , silicon nitride ( Si3N4 ), titanium nitride (TiN), and/or zirconium dioxide (ZrO2 ) containing materials.
(Aspect 9)
7. The method of aspect 6, wherein the region comprises a plurality of diffraction gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler.
(Aspect 10)
7. The method of claim 6, wherein an optical adhesive is used to bond the coating to the surface of the substrate, the optical adhesive having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index.
(Aspect 11)
1. A method for manufacturing a waveguide structure, comprising the steps of:
depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 on a concave waveguide structure of the stamp, the coating being substantially flat on the concave waveguide structure, the second refractive index substantially matching or greater than a first refractive index of a substrate between 1.5 and 2.5, the concave waveguide structure including a reverse input coupling region and a reverse output coupling region;
bonding the coating to a surface of a portion of the substrate, the surface of the substrate having an optical adhesive disposed thereon, the optical adhesive having a third index of refraction substantially matching the first index of refraction and the second index of refraction;
removing the stamp to form a waveguiding structure having an area; and
A method comprising:
(Aspect 12)
12. The method of claim 11, wherein the optical adhesive comprises a transparent metal oxide material or a transparent acrylic polymer, and the third refractive index is between about 1.5 and about 2.5.
(Aspect 13)
12. The method of aspect 11, wherein the region comprises a plurality of diffraction gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler.
(Aspect 14)
14. The method of aspect 13, wherein the plurality of diffraction gratings comprises a top surface parallel to the surface of the substrate and a sidewall surface that is inclined an amount relative to the surface of the substrate.
(Aspect 15)
14. The method of claim 13, wherein the plurality of gratings are blazed angled gratings including a blazed surface that is angled relative to the surface of the substrate and a sidewall surface that is oriented perpendicular to the surface of the substrate.

Claims (14)

導波構造の製造方法であって、
角度が付けられた複数のスタンプ構造を備えた凸型導波パターンを有するスタンプを、第１の屈折率を有する基板の一部の表面上に配置されたレジストに刻印することであって、当該刻印により、残留層を有し、かつ複数の逆回折格子を含む領域を含む凹型導波構造を形成し、角度が付けられた前記スタンプ構造に対応する前記複数の逆回折格子の各々の側壁面の一部は、前記基板の前記表面に対して垂直でない角度が付けられている、レジストに刻印することと、
前記基板の前記表面上で前記レジストを硬化することと、
前記スタンプを取り外すことと、
前記残留層を除去することと、
前記基板の前記表面の前記第１の屈折率と一致するか又はそれより大きい第２の屈折率を有するコーティングを堆積することと、
それぞれが前記基板の前記表面に対して垂直でない角度が付けられた側壁面を有する複数の回折格子を有する領域を含む導波構造を形成することと、
を含み、
前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）含有材料のうちの少なくとも１つを含む、方法。 1. A method for manufacturing a waveguide structure, comprising the steps of:
imprinting a stamp having a convex waveguide pattern with a plurality of angled stamp structures into a resist disposed on a surface of a portion of a substrate having a first refractive index, the imprinting forming a concave waveguide structure having a residual layer and including an area including a plurality of inverse gratings, a portion of a sidewall surface of each of the plurality of inverse gratings corresponding to the angled stamp structures being angled non-perpendicular to the surface of the substrate;
curing the resist on the surface of the substrate;
Removing the stamp; and
removing the residual layer; and
depositing a coating having a second refractive index that matches or is greater than the first refractive index of the surface of the substrate;
forming a waveguiding structure including a region having a plurality of diffraction gratings each having a sidewall surface that is angled non-perpendicular to the surface of the substrate;
Including,
The method, wherein the coating comprises at least one of silicon oxycarbide (SiOC), vanadium (IV) oxide (VO x ), and titanium nitride (TiN) containing materials. 前記領域は、導波結合器の入力カップリング領域、導波領域、及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the region is at least one of an input coupling region, a waveguide region, and an output coupling region of a waveguide coupler. 前記複数の回折格子は、前記入力カップリング領域及び前記出力カップリング領域のうちの少なくとも１つのカップリング領域の複数の回折格子である、請求項２に記載の方法。 The method of claim 2, wherein the plurality of diffraction gratings are a plurality of diffraction gratings in at least one of the input coupling region and the output coupling region. 導波構造の製造方法であって、
異なる深度の複数のスタンプ構造を備えたスタンプの凹型導波構造上に第２の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記第２の屈折率は、基板の第１の屈折率と一致するか又は前記第１の屈折率よりも大きく、前記凹型導波構造は、複数の逆回折格子を含む領域を含み、各逆回折格子は、前記異なる深度の複数のスタンプ構造に対応する異なる逆深度を有している、コーティングを堆積させることと、
前記コーティングを平坦化することと、
前記コーティングを前記スタンプとともに接合することであって、前記コーティングが前記スタンプの上にある状態で前記基板の一部の表面に接合されることと、
それぞれが異なる深度を有する複数の回折格子を含む領域を含む導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことと、
を含み、前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）含有材料のうちの少なくとも１つを含む、方法。 1. A method for manufacturing a waveguide structure, comprising the steps of:
depositing a coating having a second refractive index on a recessed waveguide structure of a stamp with a plurality of stamp structures of different depths, the second refractive index matching or exceeding a first refractive index of a substrate, the recessed waveguide structure including a region including a plurality of inverse gratings, each inverse grating having a different inverse depth corresponding to the plurality of stamp structures of different depths;
planarizing the coating; and
bonding the coating with the stamp, the coating being bonded to a surface of a portion of the substrate while the coating is on the stamp ;
removing the stamp to form a waveguiding structure including regions including a plurality of gratings, each region having a different depth;
wherein the coating comprises at least one of silicon oxycarbide (SiOC), vanadium (IV) oxide (VO x ), and titanium nitride (TiN) containing materials. 前記コーティングの前記堆積が、液体材料注入キャスティング処理、スピンオンコーティング処理、液体スプレーコーティング処理、ドライパウダーコーティング処理、スクリーン印刷処理、ドクターブレーディング処理、物理気相堆積（ＰＶＤ）処理、化学気相堆積（ＣＶＤ）処理、流動性ＣＶＤ（ＦＣＶＤ）処理、又は原子層堆積（ＡＬＤ）処理を含む、請求項４に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the deposition of the coating comprises a liquid material injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a dry powder coating process, a screen printing process, a doctor blading process, a physical vapor deposition (PVD) process, a chemical vapor deposition (CVD) process, a flowable CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process. 前記複数の回折格子は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つのカップリング領域の複数の回折格子である、請求項４に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the plurality of diffraction gratings are a plurality of diffraction gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler. 前記コーティングを前記基板の前記表面に接合するために光学接着剤が使用され、前記光学接着剤は、前記第１の屈折率及び前記第２の屈折率に一致する第３の屈折率を有する、請求項４に記載の方法。 The method of claim 4, wherein an optical adhesive is used to bond the coating to the surface of the substrate, the optical adhesive having a third refractive index that matches the first refractive index and the second refractive index. 導波構造の製造方法であって、
異なる深度の複数のスタンプ構造を含むスタンプの凹型導波構造上に１．５から２．５の間の第２の屈折率を有するコーティングを堆積させることであって、前記コーティングは、前記凹型導波構造上で平坦であり、前記第２の屈折率は、基板の１．５から２．５の間の第１の屈折率に一致するか又は前記第１の屈折率よりも大きく、前記凹型導波構造は、入力カップリング領域及び出力カップリング領域を含み、異なる深度の複数の逆回折格子のそれぞれが異なる逆深度を有し、該逆深度は各逆回折格子の逆上面から、異なる深度の前記複数のスタンプ構造に対応する前記スタンプの底面へ延在する、コーティングを堆積させることと。
前記コーティングを前記スタンプとともに接合することであって、前記コーティングが前記スタンプの上にある状態で前記基板の一部の表面に接合され、前記基板の前記表面には、前記第１の屈折率及び前記第２の屈折率に一致する第３の屈折率を有する光学接着剤が配置されている、前記コーティングを前記スタンプとともに接合することと、
それぞれが異なる深度を有する複数の回折格子を含む領域を有する導波構造を形成するため、前記スタンプを取り外すことであって、該深度は、各回折格子の上面から前記基板の上方に配置された光学接着剤へと延在するものである、前記スタンプを取り外すことと、
を含み、前記コーティングが、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯｘ）、及び窒化チタン（ＴｉＮ）含有材料のうちの少なくとも１つを含む、方法。 1. A method for manufacturing a waveguide structure, comprising the steps of:
depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 on a concave waveguide structure of a stamp including a plurality of stamp structures of different depths, the coating being flat on the concave waveguide structure, the second refractive index matching or greater than a first refractive index between 1.5 and 2.5 of a substrate, the concave waveguide structure including an input coupling region and an output coupling region, each of a plurality of inverse diffraction gratings of different depths having a different inverse depth, the inverse depths extending from an inverse top surface of each inverse diffraction grating to a bottom surface of the stamp corresponding to the plurality of stamp structures of different depths;
bonding the coating with the stamp, the coating being bonded to a surface of a portion of the substrate while on the stamp, the surface of the substrate having an optical adhesive disposed thereon, the optical adhesive having a third index of refraction matching the first index of refraction and the second index of refraction;
removing the stamp to form a waveguiding structure having a region including a plurality of gratings each having a different depth, the depth extending from a top surface of each grating to an optical adhesive disposed above the substrate;
wherein the coating comprises at least one of silicon oxycarbide (SiOC), vanadium (IV) oxide (VO x ), and titanium nitride (TiN) containing materials. 前記光学接着剤が、透明な金属酸化物材料又は透明なアクリルポリマーを含み、前記第３の屈折率が１．５から２．５の間である、請求項８に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the optical adhesive comprises a transparent metal oxide material or a transparent acrylic polymer, and the third refractive index is between 1.5 and 2.5. 前記複数の回折格子は、導波結合器の入力カップリング領域及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つのカップリング領域の複数の回折格子である、請求項８に記載の方法。 The method of claim 8, wherein the plurality of diffraction gratings are a plurality of diffraction gratings in at least one of an input coupling region and an output coupling region of a waveguide coupler. 前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に平行な上面と、前記基板の前記表面に対してある量だけ傾斜した側壁面とを備える、請求項１０に記載の方法。 The method of claim 10, wherein the plurality of diffraction gratings have a top surface parallel to the surface of the substrate and sidewall surfaces that are inclined an amount relative to the surface of the substrate. 前記複数の回折格子は、前記基板の前記表面に対して角度が付けられたブレーズド面と、前記基板の前記表面に対して垂直に配向された側壁面と、を含むブレーズド角度付き回折格子である、請求項１０に記載の方法。 The method of claim 10, wherein the plurality of diffraction gratings are blazed angled diffraction gratings including blazed faces angled relative to the surface of the substrate and sidewall faces oriented perpendicular to the surface of the substrate. 前記複数の逆回折格子の各々が異なる逆深度を有する、請求項１に記載の方法。 The method of claim 1, wherein each of the plurality of inverse gratings has a different inverse depth. 前記複数の回折格子が、前記基板の前記表面に対して角度が付けられた側壁面を備える、請求項４に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the plurality of diffraction gratings have sidewall surfaces that are angled with respect to the surface of the substrate.
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