(57)【要約】  本明細書に記載の実施形態は、導波結合器を製造するための方法に関する。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。一実施形態では、導波構造は、凹型導波路構造を作るために、基板の表面上に配置されたレジスト上に凸型導波パターンを有する刻印スタンプから形成される。無機又はハイブリッド材料が基板上に堆積され、次いでレジストが除去されて、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、導波路領域、及び出力カップリング領域のうちの少なくとも１つに対応する領域を有する導波構造が形成される。【選択図】図５Ｄ
2021504736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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（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つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項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、請求項１に記載の方法。
【請求項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、請求項３に記載の方法。
【請求項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、請求項４に記載の方法。
【請求項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。
【請求項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、請求項６に記載の方法。
【請求項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（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）含有材料を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項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、請求項６に記載の方法。
【請求項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、請求項６に記載の方法。
【請求項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。
【請求項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、請求項１１に記載の方法。
【請求項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、請求項１１に記載の方法。
【請求項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、請求項１３に記載の方法。
【請求項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、請求項１３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、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
［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。
【０００４】
［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。
【発明の概要】
【０００５】
［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。
【０００６】
［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。
【０００７】
［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。
【０００８】
［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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による導波結合器の斜視正面図である。
【図２】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。
【図３Ａ】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。
【図３Ｂ】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。
【図３Ｃ】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。
【図３Ｄ】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。
【図３Ｅ】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。
【図３Ｆ】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。
【図４】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。
【図５Ａ】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。
【図５Ｂ】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。
【図５Ｃ】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。
【図５Ｄ】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［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。
【００１１】
［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。
【００１２】
［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。
【００１３】
［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。
【００１４】
［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。
【００１５】
［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。
【００１６】
［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。
【００１７】
［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。
【００１８】
［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。
【００１９】
［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。
【００２０】
［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。
【００２１】
［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。
【００２２】
［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。
【００２３】
［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。
【００２４】
［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。
【００２５】
［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。
【００２６】
［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。
【００２７】
［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。
【００２８】
［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。
【００２９】
［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。
【図１】
2021504736.tif 000003
【図２】
2021504736.tif 000004
【図３Ａ】
2021504736.tif 000005
【図３Ｂ】
2021504736.tif 000006
【図３Ｃ】
2021504736.tif 000007
【図３Ｄ】
2021504736.tif 000008
【図３Ｅ】
2021504736.tif 000009
【図３Ｆ】
2021504736.tif 000010
【図４】
2021504736.tif 000011
【図５Ａ】
2021504736.tif 000012
【図５Ｂ】
2021504736.tif 000013
【図５Ｃ】
2021504736.tif 000014
【図５Ｄ】
2021504736.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月3日(2020.8.3)
【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】
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ことと、
を含む、方法。
【請求項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（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つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項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、請求項１に記載の方法。
【請求項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、請求項３に記載の方法。
【請求項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、請求項４に記載の方法。
【請求項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。
【請求項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、請求項６に記載の方法。
【請求項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（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）含有材料を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項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、請求項６に記載の方法。
【請求項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、請求項６に記載の方法。
【請求項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。
【請求項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、請求項１１に記載の方法。
【請求項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、請求項１１に記載の方法。
【請求項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、請求項１３に記載の方法。
【請求項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、請求項１３に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
［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３３０とは異なる。
【国際調査報告】
2021504736.tif 000016
2021504736.tif 000017
2021504736.tif 000018
2021504736.tif 000019
2021504736.tif 000020
2021504736.tif 000021
2021504736.tif 000022
2021504736.tif 000023
2021504736.tif 000024
2021504736.tif 000025
2021504736.tif 000026