KR20200075893A - Method of manufacturing waveguide couplers - Google Patents

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KR20200075893A
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룻거 메이어 팀머만 티센
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Abstract

본원에 설명된 실시예들은, 도파관 결합기들을 제조하기 위한 방법들에 관한 것이다. 방법들은, 미세 광 격자들을 정의하는 무기 또는 혼성(유기와 무기) 물질들로 형성되는 입력 결합 구역들, 도파관 구역들, 및 출력 결합 구역들을 갖는 도파관 결합기들을 제공한다. 일 실시예에서, 도파관 구조들은, 기판들의 표면들 상에 배치되는 레지스트들 상에 양의 도파관 패턴들을 갖는 스탬프들을 임프린팅하여 음의 도파관 구조들을 생성하는 것으로부터 형성된다. 유기 또는 혼성 물질들이 기판들 상에 증착되고, 그런 다음, 레지스트들이 제거되어, 무기 또는 혼성(유기와 무기) 물질들로부터 형성되는 입력 결합 구역들, 도파관 구역들, 및 출력 결합 구역들 중 적어도 하나에 대응하는 구역들을 갖는 도파관 구조들이 형성된다.Embodiments described herein relate to methods for manufacturing waveguide couplers. The methods provide waveguide couplers having input coupling regions, waveguide regions, and output coupling regions formed of inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials that define fine light gratings. In one embodiment, waveguide structures are formed from imprinting stamps with positive waveguide patterns on resists disposed on the surfaces of the substrates to produce negative waveguide structures. Organic or hybrid materials are deposited on the substrates, and then resists are removed to form at least one of input bonding regions, waveguide regions, and output bonding regions formed from inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials. Waveguide structures having regions corresponding to are formed.

Description

도파관 결합기들의 제조 방법Method of manufacturing waveguide couplers

본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 증강, 가상, 및 혼합 현실을 위한 도파관들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 설명된 실시예들은, 도파관 제조 방법들을 제공한다.Embodiments of the present disclosure generally relate to waveguides for augmented, virtual, and mixed reality. More specifically, the embodiments described herein provide methods for manufacturing waveguides.

가상 현실은 일반적으로, 사용자가 명백한 물리적 존재를 갖는 컴퓨터 생성 모의 환경인 것으로 간주된다. 가상 현실 경험은 3D로 생성되어 헤드 장착 디스플레이(HMD), 이를테면, 실제 환경을 대체하는 가상 현실 환경을 표시하기 위한 렌즈들로서 근안(near-eye) 디스플레이 패널들을 갖는 안경 또는 다른 웨어러블 디스플레이 디바이스들을 이용하여 보여질 수 있다.Virtual reality is generally considered to be a computer-generated mock environment in which the user has an apparent physical presence. The virtual reality experience is created in 3D using a head mounted display (HMD), such as glasses or other wearable display devices with near-eye display panels as lenses for displaying a virtual reality environment that replaces the real environment. Can be seen.

그러나, 증강 현실은, 사용자가 여전히 주변 환경을 보도록 안경 또는 다른 HMD 디바이스의 디스플레이 렌즈들을 통해 보면서 또한 환경의 일부로서 디스플레이에 생성되어 나타나는 가상 객체들의 이미지들을 볼 수 있는 경험을 가능하게 한다. 증강 현실은, 임의의 유형의 입력, 이를테면, 오디오 및 촉각 입력들뿐만 아니라 사용자가 경험하는 환경을 향상 또는 증강시키는 가상 이미지들, 그래픽들, 및 비디오를 포함할 수 있다. 첨단 기술로서, 증강 현실에는 많은 난제들 및 설계 제약들이 존재한다.However, augmented reality allows the user to experience looking through the display lenses of glasses or other HMD device to still see the surrounding environment and also to view images of virtual objects created and displayed on the display as part of the environment. Augmented reality can include any type of input, such as audio and tactile inputs, as well as virtual images, graphics, and video that enhance or enhance the experience the user experiences. As an advanced technology, there are many challenges and design constraints in augmented reality.

하나의 그러한 난제는, 주변 환경 상에 겹쳐진(overlayed) 가상 이미지를 표시하는 것이다. 겹쳐진 이미지들을 지원하기 위해 도파관들이 사용된다. 생성된 광은, 광이 도파관을 빠져나가 주변 환경 상에 겹쳐질 때까지 도파관을 통해 전파된다. 도파관들을 제조하는 것은, 도파관들이 불균일한 특성들을 갖는 경향이 있기 때문에 난제일 수 있다. 따라서, 개선된 증강 도파관들 및 제조 방법들이 관련 기술분야에 필요하다.One such challenge is to display a virtual image overlaid on the surrounding environment. Waveguides are used to support overlapping images. The generated light propagates through the waveguide until it exits the waveguide and overlaps on the surrounding environment. Manufacturing waveguides can be challenging because waveguides tend to have non-uniform properties. Accordingly, improved augmented waveguides and manufacturing methods are needed in the art.

일 실시예에서, 도파관 구조를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은, 레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계를 포함한다. 스탬프는, 적어도 하나의 패턴 부분을 포함하는 양의 도파관 패턴을 갖는다. 임프린팅하는 단계는, 잔류 층을 갖는 역의(inverse) 구역을 포함하는 음의 도파관 구조를 형성한다. 레지스트는 기판의 일부분의 표면 상에 배치되고, 기판은 제1 굴절률을 갖는다. 기판의 표면 상의 레지스트가 경화된다. 스탬프는 해제되고, 잔류 층은 제거된다. 코팅이 증착된다. 코팅은, 기판의 표면의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 그보다 큰 제2 굴절률을 갖는다. 구역을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 레지스트가 제거된다.In one embodiment, a method of manufacturing a waveguide structure is provided. The method includes imprinting a stamp on the resist. The stamp has a positive waveguide pattern that includes at least one pattern portion. The imprinting step forms a negative waveguide structure that includes an inverse zone with a residual layer. The resist is disposed on the surface of a portion of the substrate, and the substrate has a first refractive index. The resist on the surface of the substrate is cured. The stamp is released and the residual layer is removed. The coating is deposited. The coating has a second refractive index that substantially matches or exceeds the first refractive index of the surface of the substrate. The resist is removed to form a waveguide structure comprising zones.

다른 실시예에서, 도파관 구조를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은, 스탬프의 음의 도파관 구조 상에 제2 굴절률을 갖는 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 제2 굴절률은, 기판의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 그보다 크다. 음의 도파관 구조는 역의 구역을 포함한다. 코팅은 평탄화되고 기판의 일부분의 표면에 접합된다. 구역을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 스탬프가 해제된다.In another embodiment, a method of manufacturing a waveguide structure is provided. The method includes depositing a coating having a second index of refraction on the negative waveguide structure of the stamp. The second refractive index is substantially greater than or equal to the first refractive index of the substrate. The negative waveguide structure includes an inverse zone. The coating is planarized and bonded to the surface of a portion of the substrate. The stamp is released to form a waveguide structure that includes the zone.

또 다른 실시예에서, 도파관 구조를 제조하는 방법이 제공된다. 방법은, 스탬프의 음의 도파관 구조 상에 1.5 내지 2.5의 제2 굴절률을 갖는 코팅을 증착하는 단계를 포함한다. 코팅은, 음의 도파관 구조에 대해 실질적으로 평면이다. 제2 굴절률은, 기판의 1.5 내지 2.5의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 그보다 크다. 음의 도파관 구조는, 역의 입력 결합 구역 및 역의 출력 결합 구역을 포함한다. 코팅은 기판의 일부분의 표면에 접합된다. 기판의 표면에는, 제1 굴절률 및 제2 굴절률과 실질적으로 매칭되는 제3 굴절률을 갖는 광학 접착제가 상부에 배치된다. 구역을 갖는 도파관 구조를 형성하도록 스탬프가 해제된다.In another embodiment, a method of manufacturing a waveguide structure is provided. The method includes depositing a coating having a second refractive index between 1.5 and 2.5 on the negative waveguide structure of the stamp. The coating is substantially planar with respect to the negative waveguide structure. The second refractive index is substantially equal to or greater than the first refractive index of 1.5 to 2.5 of the substrate. The negative waveguide structure includes a reverse input coupling zone and a reverse output coupling zone. The coating is bonded to the surface of a portion of the substrate. On the surface of the substrate, an optical adhesive having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index is disposed thereon. The stamp is released to form a waveguide structure with zones.

본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며, 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 도파관 결합기의 정면 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른, 도파관 구조를 제조하기 위한 방법의 동작들을 예시하는 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3f는 실시예에 따른, 도파관 구조를 제조하기 위한 방법 동안의 도파관 구조의 개략적인 단면도들이다.
도 4는 실시예에 따른, 도파관 구조를 제조하기 위한 방법의 동작들을 예시하는 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5d는 실시예에 따른, 도파관 구조를 제조하기 위한 방법 동안의 도파관 구조의 개략적인 단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 요소들 및 특징들은 추가적인 언급이 없이도 다른 실시예들에 유익하게 포함될 수 있는 것으로 고려된다.In a manner in which the above-mentioned features of the present disclosure can be understood in detail, a more specific description of the present disclosure, briefly summarized above, may be made with reference to the embodiments, and some of these embodiments are attached to the drawings Are illustrated in the field. It should be noted, however, that the appended drawings are merely illustrative of exemplary embodiments and should not be considered as limiting the scope of the present disclosure, but may allow other equally effective embodiments.
1 is a front perspective view of a waveguide coupler according to an embodiment.
2 is a flow diagram illustrating operations of a method for manufacturing a waveguide structure, according to an embodiment.
3A-3F are schematic cross-sectional views of a waveguide structure during a method for manufacturing a waveguide structure, according to an embodiment.
4 is a flow diagram illustrating operations of a method for manufacturing a waveguide structure, according to an embodiment.
5A-5D are schematic cross-sectional views of a waveguide structure during a method for manufacturing a waveguide structure, according to an embodiment.
To facilitate understanding, identical reference numbers have been used where possible to designate identical elements common to the figures. It is contemplated that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated into other embodiments without further recitation.

본원에 설명된 실시예들은, 도파관 구조들을 제조하기 위한 방법들에 관한 것이다. 본원에 설명된 방법들은, 무기 또는 혼성(유기와 무기) 물질들로 형성되는 입력 결합 구역들, 도파관 구역들, 및 출력 결합 구역들을 갖는 도파관 구조들의 제조를 가능하게 한다.Embodiments described herein relate to methods for manufacturing waveguide structures. The methods described herein enable the fabrication of waveguide structures having input coupling regions, waveguide regions, and output coupling regions formed of inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials.

도 1은 도파관 결합기(100)의 정면 사시도이다. 아래에 설명된 도파관 결합기(100)는 예시적인 도파관 결합기라는 것이 이해되어야 한다. 도파관 결합기(100)는, 복수의 격자들(108)에 의해 정의되는 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 복수의 격자들(110)에 의해 정의되는 출력 결합 구역(106)을 포함한다.1 is a front perspective view of the waveguide coupler 100. It should be understood that the waveguide coupler 100 described below is an exemplary waveguide coupler. The waveguide combiner 100 includes an input coupling region 102 defined by a plurality of gratings 108, a waveguide region 104, and an output coupling region 106 defined by a plurality of gratings 110. Includes.

입력 결합 구역(102)은, 마이크로디스플레이로부터 일정 강도를 갖는 입사 광 빔들(가상 이미지)을 수신한다. 복수의 격자들(108)의 각각의 격자는 입사 빔들을 복수의 모드들로 분할하며, 각각의 빔은 모드를 갖는다. 영차 모드(T0) 빔들은 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되고, 양의 1차 모드(T1) 빔들은 도파관 결합기(100)를 통해 도파관 구역(104)에 걸쳐 그를 통해서 출력 결합 구역(106)으로의 내부 전반사(TIR)를 겪고, 음의 1차 모드(T-1) 빔들은 T1 빔들과 반대 방향으로 도파관 결합기(100)에서 전파된다. T1 빔들은, T1 빔들이 출력 결합 구역(106)에서 복수의 격자들(110)과 접촉하게 될 때까지 도파관 결합기(100)를 통해 내부 전반사(TIR)를 겪는다. T1 빔들은 복수의 격자들(110)의 격자와 접촉하며, 여기서, T1 빔들은, 도파관 결합기(100)에서 다시 굴절되거나 손실되는 T0 빔들, T1 빔들이 복수의 격자들(110)의 다른 격자와 접촉할 때까지 출력 결합 구역(106)에서 TIR을 겪는 T1 빔들, 및 도파관 결합기(100)에서 축출되는 T-1 빔들로 분할된다.The input coupling region 102 receives incident light beams (virtual images) having a certain intensity from the microdisplay. Each grating of the plurality of gratings 108 divides the incident beams into a plurality of modes, each beam having a mode. The zero-order mode (T0) beams are refracted or lost again in the waveguide combiner 100, and the positive first-mode (T1) beams span the waveguide region 104 through the waveguide combiner 100, through which the output combine region 106 ) Undergoes total internal reflection (TIR), and the negative primary mode (T-1) beams propagate in the waveguide combiner 100 in the opposite direction to the T1 beams. The T1 beams undergo total internal reflection (TIR) through the waveguide combiner 100 until the T1 beams come into contact with the plurality of gratings 110 in the output coupling region 106. The T1 beams contact the gratings of the plurality of gratings 110, where the T1 beams are T0 beams that are refracted or lost again in the waveguide combiner 100, and the T1 beams are different from the gratings of the plurality of gratings 110 The T1 beams undergoing TIR in the output coupling zone 106 until contact, and the T-1 beams evicted from the waveguide combiner 100 are split.

도 2는, 도 3a 내지 도 3f에 도시된 바와 같은, 도파관 구조(300)를 제조하기 위한 방법(200)의 동작들을 예시하는 흐름도이다. 일 실시예에서, 도파관 구조(300)는, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나에 대응한다. 다른 실시예에서, 도파관 구조(300)는, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나의 마스터에 대응한다. 동작(201)에서, 음의 도파관 구조(312)를 형성하기 위해, 양의 도파관 패턴(310)을 갖는 스탬프(308)가 기판(304)의 부분(302)의 표면(306) 상에 배치되는 레지스트(326) 상에 임프린팅된다. 기판(304)은 제1 굴절률을 갖는다. 일 실시예에서, 기판(304)은 유리 및 플라스틱 물질들 중 적어도 하나를 포함한다.FIG. 2 is a flow diagram illustrating the operations of method 200 for manufacturing waveguide structure 300, as shown in FIGS. 3A-3F. In one embodiment, waveguide structure 300 corresponds to at least one of input coupling zone 102, waveguide zone 104, and output coupling zone 106 of waveguide combiner 100. In another embodiment, the waveguide structure 300 corresponds to a master of at least one of the input coupling region 102, the waveguide region 104, and the output coupling region 106 of the waveguide combiner 100. In operation 201, a stamp 308 with a positive waveguide pattern 310 is disposed on the surface 306 of the portion 302 of the substrate 304 to form a negative waveguide structure 312. Imprinted on resist 326. The substrate 304 has a first refractive index. In one embodiment, the substrate 304 includes at least one of glass and plastic materials.

도 3a에 도시된 바와 같이, 양의 도파관 패턴(310)은, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나의 형성을 초래하는 적어도 하나의 패턴 부분(314)을 포함한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 음의 도파관 구조(312)는, 종종 최하부 표면으로 지칭되는 잔류 층(318)을 갖는 역의 구역(316)을 포함한다. 일 실시예에서, 역의 구역(316)은, 입력 결합 구역(102)의 복수의 격자들(108), 출력 결합 구역(106)의 복수의 격자들(110), 및 도파관 구역(104) 중 적어도 하나를 형성하기 위한 복수의 역의 격자들(320)을 포함한다. 일 실시예에서, 역의 격자들(320)은, 기판(304)의 표면(306)과 평행한 역의 최상부 표면들(322), 역의 측벽 표면들(324), 및 기판(304)의 표면(306)과 평행한 잔류 층(318)을 갖는다. 일 실시예에서, 역의 격자들(320)의 역의 측벽 표면들(324) 각각은 기판(304)의 표면(306)에 수직으로 배향된다. 다른 실시예에서, 역의 격자들(320)의 역의 측벽 표면들(324) 각각은 기판(304)의 표면(306)에 대해 각진다. 또 다른 실시예에서, 기판(304)의 표면(306)에 대해, 역의 격자들(320)의 역의 측벽 표면들(324)의 일부분은 수직으로 배향되고 역의 측벽 표면들(324)의 일부분은 각진다.As shown in FIG. 3A, the positive waveguide pattern 310 results in the formation of at least one of the input coupling region 102, waveguide region 104, and output coupling region 106 of the waveguide combiner 100. It includes at least one pattern portion 314. 3A and 3B, the negative waveguide structure 312 includes an inverse zone 316 with a residual layer 318, often referred to as the bottom surface. In one embodiment, the inverse zone 316 is one of the plurality of gratings 108 of the input coupling zone 102, the plurality of gratings 110 of the output coupling zone 106, and the waveguide zone 104 And a plurality of inverted gratings 320 for forming at least one. In one embodiment, the inverted gratings 320 are of inverse top surfaces 322 parallel to the surface 306 of the substrate 304, inverse sidewall surfaces 324, and of the substrate 304. It has a residual layer 318 parallel to the surface 306. In one embodiment, each of the inverse sidewall surfaces 324 of the inverse gratings 320 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, each of the reverse sidewall surfaces 324 of the reverse gratings 320 is angled relative to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, with respect to the surface 306 of the substrate 304, a portion of the reverse sidewall surfaces 324 of the reverse gratings 320 is oriented vertically and the reverse sidewall surfaces 324 Portions are angled.

동작(202)에서, 기판(304)의 표면(306) 상의 레지스트(326)는 레지스트(326)를 안정화시키기 위해 경화된다. 동작(203)에서, 스탬프(308)가 레지스트(326)로부터 해제된다. 일 실시예에서, 스탬프(308)는, 역의 패턴 부분을 포함하는 음의 패턴을 갖는 도파관 마스터로부터 제조된다. 스탬프(308)는 도파관 마스터로부터 성형된다. 스탬프(308)는, 적외선(IR) 방사선 또는 자외선(UV) 방사선과 같은 전자기 방사선에 대한 노출에 의해 레지스트(326)가 경화될 수 있게 하기 위한 반투명한 물질, 이를테면, 용융 실리카 또는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함한다. 일 실시예에서, 레지스트(326)는, PDMS를 포함하는 스탬프(308)에 의해 나노 임프린팅가능한 UV 경화성 물질(이를테면, 마이크로 레지스트 테크놀로지(Micro Resist Technology)로부터 입수가능한 mr-N210)을 포함한다. 일 실시예에서, 기판(304)의 표면(306)은, UV 오존 처리, 산소(O2) 플라즈마 처리에 의해, 또는 프라이머(이를테면, 마이크로 레지스트 테크놀로지로부터 입수가능한 mr-APS1)의 적용에 의해 UV 경화성 물질의 스핀 코팅을 위한 준비가 된다. 레지스트(326)는 대안적으로 열적으로 경화될 수 있다. 다른 실시예에서, 레지스트(326)는, 열적 가열 또는 적외선 조명 가열을 포함하는 용매 증발 경화 공정에 의해 경화될 수 있는 열 경화성 물질을 포함한다. 레지스트(326)는, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 고정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, 물리 기상 증착(PVD) 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 유동성 CVD(FCVD) 공정, 또는 원자 층 증착(ALD) 공정을 사용하여 표면(306) 상에 배치될 수 있다.In operation 202, the resist 326 on the surface 306 of the substrate 304 is cured to stabilize the resist 326. In operation 203, stamp 308 is released from resist 326. In one embodiment, stamp 308 is made from a waveguide master having a negative pattern that includes an inverse pattern portion. Stamp 308 is molded from the waveguide master. The stamp 308 is a translucent material, such as fused silica or polydimethylsiloxane (PDMS) to allow the resist 326 to be cured by exposure to electromagnetic radiation, such as infrared (IR) radiation or ultraviolet (UV) radiation. ). In one embodiment, the resist 326 includes a nano-imprintable UV curable material (such as mr-N210 available from Micro Resist Technology) by a stamp 308 containing PDMS. In one embodiment, the surface 306 of the substrate 304 is UV by UV ozone treatment, oxygen (O 2 ) plasma treatment, or by application of a primer (such as mr-APS1 available from Micro Resist Technology). Ready for spin coating of curable materials. The resist 326 can alternatively be cured thermally. In another embodiment, resist 326 includes a heat curable material that can be cured by a solvent evaporative curing process including thermal heating or infrared illumination heating. The resist 326 is a liquid material injection casting process, spin-on coating process, liquid spray coating process, dry powder coating fixation, screen printing process, doctor blading process, physical vapor deposition (PVD) process, chemical vapor deposition (CVD) ) Process, flowable CVD (FCVD) process, or atomic layer deposition (ALD) process.

동작(204)에서, 잔류 층(318)이 제거된다. 일 실시예에서, 잔류 층(318)은, 산소 가스(O2) 함유 플라즈마, 플루오린 가스(F2) 함유 플라즈마, 염소 가스(Cl2) 함유 플라즈마, 및/또는 메탄(CH4) 함유 플라즈마를 사용하는, 종종 플라즈마 디스커밍(descumming)으로 지칭되는 플라즈마 애싱에 의해 제거된다. 다른 실시예에서, 잔류 층(318)이 제거될 때까지 무선 주파수(RF) 전력이 O2 및 불활성 가스, 이를테면, 아르곤(Ar) 또는 질소(N)에 인가된다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 역의 격자들(320)은, 역의 최상부 표면들(322)로부터 기판(304)의 표면(306)까지 연장되는 역의 깊이들(328, 330)을 갖는다. 일 실시예에서, 역의 깊이(328) 및 역의 깊이(330)는 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 역의 깊이(328) 및 역의 깊이(330)는 상이하다.In operation 204, the residual layer 318 is removed. In one embodiment, the residual layer 318 may include an oxygen gas (O 2 ) containing plasma, a fluorine gas (F 2 ) containing plasma, a chlorine gas (Cl 2 ) containing plasma, and/or a methane (CH 4 ) containing plasma. Using, it is removed by plasma ashing, often referred to as plasma descumming. In another embodiment, radio frequency (RF) power is applied to O 2 and an inert gas, such as argon (Ar) or nitrogen (N), until residual layer 318 is removed. As shown in FIG. 3C, the inverted gratings 320 have inverse depths 328 and 330 extending from the inverted top surfaces 322 to the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, the inverse depth 328 and the inverse depth 330 are substantially the same. In other embodiments, the inverse depth 328 and the inverse depth 330 are different.

동작(205)에서, 코팅(322)이 기판(304)의 표면(306) 상에 증착된다. 일 실시예에서, 도 3d 및 도 3e에 도시된 바와 같이, 코팅(322)은, 기판(304)의 표면(306), 및 음의 도파관 구조(312)의 나머지 돌출부들 상에 증착된다. 코팅(322)은, 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 그보다 큰 제2 굴절률을 갖는다. 코팅(322)은, 스핀 온 글래스(SOG; spin on glass), 유동성 SOG, 졸-겔, 유기 나노 임프린팅가능, 무기 나노 임프린팅가능, 및 혼성(유기와 무기) 나노 임프린팅가능 물질들 중 적어도 하나, 이를테면, 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 및/또는 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들 중 적어도 하나를 포함한다. 코팅(322)은, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 고정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, PVD 공정, CVD 공정, FCVD 공정, 또는 ALD 공정을 사용하여 표면(306) 상에 배치될 수 있다. 또한, 코팅(322), 이를테면 SiOC 코팅은, UV 경화 또는 열 경화를 겪을 수 있다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 과잉 코팅(322)이 존재할 수 있다. 실시예에서, 과잉 코팅(322)은, 물질 열 리플로우 또는 식각을 사용하여 제거된다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 코팅(322)은, 음의 도파관 구조(312)의 나머지 돌출부들과 동일 평면 상에 있거나, 음의 도파관 구조(312)의 나머지 돌출부들과 동일한 높이까지 기판(304) 위로 연장된다. 일 실시예에서, 코팅(322)은 액체 침착되고, 과잉 코팅(322)은 기계적 평탄화에 의해 제거된다.In operation 205, a coating 322 is deposited on the surface 306 of the substrate 304. In one embodiment, as shown in FIGS. 3D and 3E, a coating 322 is deposited on the surface 306 of the substrate 304 and the remaining protrusions of the negative waveguide structure 312. The coating 322 has a second refractive index that substantially matches or exceeds the first refractive index. The coating 322 includes spin-on-glass (SOG), fluid SOG, sol-gel, organic nanoimprintable, inorganic nanoimprintable, and hybrid (organic and inorganic) nanoimprintable materials. At least one, such as silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), vanadium(IV) oxide (VO x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), indium tin oxide (ITO) ), zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium nitride (TiN), and/or zirconium dioxide (ZrO 2 ). . The coating 322 is a liquid material injection casting process, spin-on coating process, liquid spray coating process, dry powder coating fixation, screen printing process, doctor blading process, PVD process, CVD process, FCVD process, or ALD process Can be placed on surface 306. Also, the coating 322, such as a SiOC coating, may undergo UV curing or thermal curing. 3D, in one embodiment, an overcoat 322 may be present. In an embodiment, excess coating 322 is removed using material thermal reflow or etching. As shown in FIG. 3E, the coating 322 is on the same plane as the remaining protrusions of the negative waveguide structure 312, or up to the same height as the remaining protrusions of the negative waveguide structure 312 to the substrate 304 ). In one embodiment, coating 322 is liquid deposited and excess coating 322 is removed by mechanical planarization.

코팅(322)의 굴절률은, 기판(304)의 제1 굴절률, 및 격자들, 이를테면, 방법(200)에 의해 형성되는 입력 결합 구역(102)의 결과적인 복수의 격자들(108) 및/또는 출력 결합 구역(106)의 결과적인 복수의 격자들(110)의 강도에 기반하여 조정된다. 코팅(322)의 굴절률은, 광의 포획(in-coupling) 및 축출(out-coupling)을 제어하고 도파관 구조(300)를 통한 광 전파를 용이하게 하도록 기판(304)의 제1 굴절률 및 격자들의 강도에 기반하여 조정된다. 예컨대, 기판(304)의 표면(306)의 물질은 약 1.5 내지 약 2.5의 제1 굴절률을 갖고, 코팅(322)의 물질은 약 1.5 내지 약 2.5의 제2 굴절률을 갖는다. 기판(304)을 제조하는 데 활용되는 물질과 코팅(322)의 물질의 굴절률들을 매칭시킴으로써, 기판(304)의 표면(306)과 코팅(322)의 물질 사이의 계면에서의 실질적인 광 굴절이 없는 기판(304) 및 코팅(322)의 물질 둘 모두를 통한 광 전파가 달성될 수 있다. 기판(304)을 제조하는 데 활용되는 물질들의 굴절률들보다 큰 굴절률을 갖는 코팅(322)의 물질을 활용함으로써, 더 많은 광이 광 수용 각도를 통해 도파관 구조(300)로부터 포획 및 축출될 것이다. 기판(304) 및 코팅(322)의 물질은 총괄적으로 도파관 구조(300)를 포함한다. 기판(304)에 대해 약 1.5 내지 약 2.5의 굴절률을 갖는 물질들을 활용함으로써, 공기의 굴절률(1.0)과 비교하여, 내부 전반사 또는 적어도 높은 수준의 내부 전반사가 달성되어 도파관 구조(300)을 통한 광 전파를 용이하게 한다.The index of refraction of the coating 322 is the first index of refraction of the substrate 304, and the gratings, such as the resulting plurality of gratings 108 and/or of the input coupling region 102 formed by the method 200. It is adjusted based on the intensity of the resulting plurality of gratings 110 in the output coupling zone 106. The refractive index of the coating 322 controls the in-coupling and out-coupling of light and the first refractive index of the substrate 304 and the intensity of the gratings to facilitate light propagation through the waveguide structure 300. It is adjusted based on. For example, the material of the surface 306 of the substrate 304 has a first refractive index of about 1.5 to about 2.5, and the material of the coating 322 has a second refractive index of about 1.5 to about 2.5. By matching the refractive indices of the material of the coating 322 and the material utilized to fabricate the substrate 304, there is no substantial light refraction at the interface between the surface 306 of the substrate 304 and the material of the coating 322. Light propagation through both the material of the substrate 304 and the coating 322 can be achieved. By utilizing the material of the coating 322 having a refractive index greater than the refractive indices of the materials utilized to fabricate the substrate 304, more light will be captured and expelled from the waveguide structure 300 through the light receiving angle. The materials of the substrate 304 and the coating 322 collectively include the waveguide structure 300. By utilizing materials having a refractive index of about 1.5 to about 2.5 relative to the substrate 304, compared to the refractive index of air (1.0), total internal reflection or at least a high level of total internal reflection is achieved so that light through the waveguide structure 300 is achieved. It facilitates propagation.

동작(206)에서, 도파관 구조(300)를 형성하도록 레지스트(326)가 제거된다. 일 실시예에서, 레지스트(326)는, O2 함유 플라즈마, F2 함유 플라즈마, Cl2 함유 플라즈마, 및/또는 CH4 함유 플라즈마를 사용하는 플라즈마 애싱에 의해 제거된다. 다른 실시예에서, 레지스트(326)가 제거될 때까지 RF 전력이 O2 및 불활성 가스, 이를테면, 아르곤(Ar) 또는 질소(N)에 인가된다. 도 3f에 도시된 바와 같이, 도파관 구조(300)는 구역(334)을 포함한다. 일 실시예에서, 구역(334)은, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나에 대응한다. 구역(334)은 복수의 격자들(336)을 포함한다. 일 실시예에서, 구역(334)은, 입력 결합 구역(102)의 복수의 격자들(108), 출력 결합 구역(106)의 복수의 격자들(110), 및 도파관 구역(104) 중 적어도 하나에 대응하는 복수의 격자들(336)을 포함한다. 일 실시예에서, 격자들(336)은, 기판(304)의 표면(306)과 평행한 최상부 표면들(338), 및 측벽 표면들(340)을 갖는다. 일 실시예에서, 격자들(336)의 측벽 표면들(340) 각각은 기판(304)의 표면(306)에 수직으로 배향된다. 다른 실시예에서, 격자들(336)의 측벽 표면들(340) 각각은 기판(304)의 표면(306)에 대해 각진다. 또 다른 실시예에서, 기판(304)의 표면(306)에 대해, 격자들(336)의 측벽 표면들(340)의 일부분은 수직으로 배향되고 측벽 표면들(340)의 일부분은 각진다. 일 실시예에서, 측벽 표면들(340)은 약 15 도 내지 약 75 도의 각도로 각진다. 격자들(336)은, 기판(304)의 표면(306)으로부터 최상부 표면들(338)까지 연장되는 깊이들(342, 344)을 갖는다. 일 실시예에서, 깊이(342) 및 깊이(344)는 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 깊이(342) 및 깊이(344)는 상이하다.In operation 206, resist 326 is removed to form waveguide structure 300. In one embodiment, resist 326 is removed by plasma ashing using O 2 containing plasma, F 2 containing plasma, Cl 2 containing plasma, and/or CH 4 containing plasma. In another embodiment, RF power is applied to O 2 and an inert gas, such as argon (Ar) or nitrogen (N), until resist 326 is removed. As shown in FIG. 3F, waveguide structure 300 includes zone 334. In one embodiment, zone 334 corresponds to at least one of input coupling zone 102, waveguide zone 104, and output coupling zone 106 of waveguide coupler 100. Zone 334 includes a plurality of gratings 336. In one embodiment, zone 334 includes at least one of a plurality of gratings 108 of input coupling zone 102, a plurality of gratings 110 of output coupling zone 106, and waveguide zone 104. It includes a plurality of gratings 336 corresponding to. In one embodiment, the gratings 336 have top surfaces 338 parallel to the surface 306 of the substrate 304, and sidewall surfaces 340. In one embodiment, each of the sidewall surfaces 340 of the gratings 336 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, each of the sidewall surfaces 340 of the gratings 336 is angled relative to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, with respect to the surface 306 of the substrate 304, a portion of the sidewall surfaces 340 of the gratings 336 is oriented vertically and a portion of the sidewall surfaces 340 is angled. In one embodiment, sidewall surfaces 340 are angled at an angle from about 15 degrees to about 75 degrees. The gratings 336 have depths 342 and 344 extending from the surface 306 of the substrate 304 to the top surfaces 338. In one embodiment, depth 342 and depth 344 are substantially the same. In other embodiments, depth 342 and depth 344 are different.

도 4는, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같은, 도파관 구조(500)를 제조하기 위한 방법(400)의 동작들을 예시하는 흐름도이다. 일 실시예에서, 도파관 구조(500)는, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및/또는 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나에 대응한다. 다른 실시예에서, 도파관 구조(500)는, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나의 마스터에 대응한다. 동작(401)에서, 스탬프(308)의 음의 도파관 구조(512) 상에 코팅(322)이 증착된다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 증착된 코팅(322)은, 스탬프(308)의 음의 도파관 구조(512)에 형상추종적이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 증착된 코팅(322)은, 스탬프(308)의 음의 도파관 구조(512)에 대해 실질적으로 평면이다. 따라서, 임의적 동작(402)에서 코팅(322)을 평탄화할 필요가 없다. 임의적 동작(402)에서, 일 실시예에서는, 코팅(322)을 평탄화하는 것은, 중력, 열 리플로우, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)에 의한 기계적 평탄화를 포함한다.4 is a flow diagram illustrating the operations of method 400 for manufacturing waveguide structure 500, as shown in FIGS. 5A-5D. In one embodiment, waveguide structure 500 corresponds to at least one of input coupling zone 102, waveguide zone 104, and/or output coupling zone 106 of waveguide combiner 100. In another embodiment, waveguide structure 500 corresponds to at least one master of input coupling zone 102, waveguide zone 104, and output coupling zone 106 of waveguide combiner 100. In operation 401, a coating 322 is deposited on the negative waveguide structure 512 of the stamp 308. As shown in FIG. 5A, in one embodiment, the deposited coating 322 is conforming to the negative waveguide structure 512 of the stamp 308. 5B, in one embodiment, the deposited coating 322 is substantially planar with respect to the negative waveguide structure 512 of the stamp 308. Thus, there is no need to planarize coating 322 in arbitrary operation 402. In the optional operation 402, in one embodiment, planarizing the coating 322 includes mechanical planarization by gravity, thermal reflow, or chemical mechanical polishing (CMP).

스탬프(308)는 도파관 마스터로부터 성형되고, IR 방사선 또는 UV 방사선과 같은 전자기 방사선에 대한 노출에 의해 코팅(322)이 경화될 수 있게 하기 위한 반투명한 물질, 이를테면, 용융 실리카 또는 PDMS로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 스탬프(308)는, 코팅(322)의 증착 및 평탄화를 용이하게 하기 위한 기계적 강도를 더하기 위해, 유리 시트와 같은 강성 후면 시트를 포함한다.The stamp 308 is molded from a waveguide master and can be made of a translucent material, such as fused silica or PDMS, to allow the coating 322 to be cured by exposure to electromagnetic radiation, such as IR radiation or UV radiation. . In one embodiment, stamp 308 includes a rigid back sheet, such as a glass sheet, to add mechanical strength to facilitate deposition and planarization of coating 322.

코팅(322)은, SOG, 유동성 SOG, 졸-겔, 유기 나노 임프린팅가능, 무기 나노 임프린팅가능, 및 혼성(유기와 무기) 나노 임프린팅가능 물질들 중 적어도 하나, 이를테면, SiOC, TiO2, SiO2, VOx, Al2O3, ITO, ZnO, Ta2O5, Si3N4, TiN, 및 ZrO2 함유 물질들 중 적어도 하나를 포함한다. 코팅(322)은, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 고정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, PVD 공정, CVD 공정, FCVD 공정, 또는 ALD 공정을 사용하여 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 코팅 물질은, 코팅 물질의 용융 온도를 낮추고 평탄화 동안의 코팅 물질의 개선된 유동을 허용하기 위해, 도펀트 물질로 도핑된다. 도펀트 물질은, 더 낮은 온도에서의 열 리플로우를 허용하는 인(P) 함유 물질 및/또는 붕소(B) 함유 물질을 포함할 수 있다.The coating 322 is at least one of SOG, flowable SOG, sol-gel, organic nanoimprintable, inorganic nanoimprintable, and hybrid (organic and inorganic) nanoimprintable materials, such as SiOC, TiO 2 , SiO 2 , VO x , Al 2 O 3 , ITO, ZnO, Ta 2 O 5 , Si 3 N 4 , TiN, and ZrO 2 containing materials. The coating 322 is a liquid material injection casting process, spin-on coating process, liquid spray coating process, dry powder coating fixation, screen printing process, doctor blading process, PVD process, CVD process, FCVD process, or ALD process It can be deposited using. In one embodiment, the coating material is doped with a dopant material to lower the melting temperature of the coating material and allow for improved flow of the coating material during planarization. The dopant material can include a phosphorus (P) containing material and/or a boron (B) containing material that allows thermal reflow at lower temperatures.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 음의 도파관 구조(512)는 역의 구역(516)을 포함한다. 역의 구역(516)은, 입력 결합 구역(102)의 복수의 격자들(108), 출력 결합 구역(106)의 복수의 격자들(110), 및 도파관 구역(104) 중 적어도 하나를 형성하기 위한 복수의 역의 격자들(520)을 포함한다. 일 실시예에서, 역의 격자들(520)은, 스탬프(308)의 최하부 표면(521)과 평행한 역의 최상부 표면들(522), 역의 측벽 표면들(524), 및 스탬프(308)의 최하부 표면(521)과 평행한 역의 최하부 표면들(523)을 갖는다. 일 실시예에서, 역의 격자들(520)의 역의 측벽 표면들(524) 각각은 스탬프(308)의 최하부 표면(521)에 수직으로 배향된다. 다른 실시예에서, 역의 격자들(520)의 역의 측벽 표면들(524) 각각은 스탬프(308)의 최하부 표면(521)에 대해 각진다. 다른 실시예에서, 역의 격자들(520)은, 스탬프(308)의 최하부 표면(521)에 대해 각진 역의 블레이징된(blazed) 표면들(502) 및 스탬프(308)의 최하부 표면(521)에 수직으로 배향된 역의 측벽 표면들(524)을 포함하는 블레이징된 역의 각진 격자들이다. 또 다른 실시예에서, 역의 구역(516)은, 블레이징된 역의 각진 격자들 및 복수의 역의 격자들(520)을 포함하며, 스탬프(308)의 최하부 표면(521)에 대해, 역의 격자들(520)의 역의 측벽 표면들(524)의 일부분은 수직으로 배향되고 역의 측벽 표면들(524)의 일부분은 각진다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 역의 격자들(520)은, 역의 최상부 표면들(522)로부터 스탬프(308)의 최하부 표면(521)까지 연장되는 역의 깊이들(528, 530)을 갖는다. 일 실시예에서, 역의 깊이(528) 및 역의 깊이(530)는 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 역의 깊이(528) 및 역의 깊이(530)는 상이하다.5A and 5B, the negative waveguide structure 512 includes an inverse zone 516. The inverse zone 516 forms at least one of a plurality of gratings 108 of the input coupling zone 102, a plurality of gratings 110 of the output coupling zone 106, and a waveguide zone 104. It includes a plurality of inverted grids 520 for. In one embodiment, the inverted gratings 520 are inverted top surfaces 522 parallel to the bottom surface 521 of the stamp 308, inverted sidewall surfaces 524, and stamp 308. Has an inverted bottom surfaces 523 parallel to the bottom surface 521 of. In one embodiment, each of the inverse sidewall surfaces 524 of the inverted gratings 520 is oriented perpendicular to the bottom surface 521 of the stamp 308. In another embodiment, each of the inverse sidewall surfaces 524 of the inverse gratings 520 is angled relative to the bottom surface 521 of the stamp 308. In another embodiment, the inverted gratings 520 are angled inverse blazed surfaces 502 relative to the bottom surface 521 of the stamp 308 and the bottom surface 521 of the stamp 308. ) Are blazed inverted angled gratings comprising inverse sidewall surfaces 524 oriented perpendicular to. In another embodiment, the zone 516 of the station includes angled grids of a blazed station and a plurality of station grids 520, and with respect to the bottom surface 521 of the stamp 308, the station A portion of the inverse sidewall surfaces 524 of the gratings 520 are vertically oriented and a portion of the inverse sidewall surfaces 524 are angled. 5A and 5B, the inverted gratings 520 extend the inverse depths 528 and 530 extending from the inverted top surfaces 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 other embodiments, the inverse depth 528 and the inverse depth 530 are different.

동작(403)에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 코팅(322)은 기판(304)의 부분(302)의 표면(306)에 접합된다. 코팅(322)을 기판(304)의 표면(306)에 접합시키기 위해 광학 접착제(501)가 사용된다. 일 실시예에서, 광학 접착제(501)는, 투명한(transparent) 금속 산화물 물질 또는 투명(clear) 아크릴계 중합체를 함유할 수 있다. 광학 접착제(501)는 제3 굴절률을 갖는다.In operation 403, as shown in FIG. 5C, coating 322 is bonded to surface 306 of portion 302 of substrate 304. 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 contain a transparent metal oxide material or a clear acrylic polymer. The optical adhesive 501 has a third refractive index.

코팅(322)은, 기판(304)의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 그보다 큰 제2 굴절률을 갖는다. 코팅의 제2 굴절률은, 기판(304)의 제1 굴절률, 및 격자들, 이를테면, 방법(400)에 의해 형성되는 입력 결합 구역(102)의 결과적인 복수의 격자들(108) 및/또는 출력 결합 구역(106)의 결과적인 복수의 격자들(110)의 강도에 기반하여 조정된다. 코팅(322)의 굴절률은, 광의 포획 및 축출을 제어하고 도파관 구조(500)를 통한 광 전파를 용이하게 하도록 기판(304)의 제1 굴절률 및 격자들의 강도에 기반하여 조정된다. 또한, 광학 접착제(501)는, 제1 굴절률 및 제2 굴절률과 실질적으로 매칭되는 제3 굴절률을 갖는다. 예컨대, 기판(304)의 표면(306)의 물질은 약 1.5 내지 약 2.5의 제1 굴절률을 갖고, 광학 접착제(501)의 물질은 약 1.5 내지 약 2.5의 제3 굴절률을 갖고, 코팅(322)의 물질은 약 1.5 내지 약 2.5의 제2 굴절률을 갖는다. 기판(304)을 제조하는 데 활용되는 물질, 광학 접착제(501)의 물질, 및 코팅(322)의 물질의 굴절률들을 매칭시킴으로써, 기판(304), 광학 접착제(501)의 물질, 및 코팅(322)의 물질 사이의 계면에서의 실질적인 광 굴절이 없는 기판(304), 광학 접착제(501)의 물질, 및 코팅(322)의 물질을 통한 광 전파가 달성될 수 있다. 기판(304)을 제조하는 데 활용되는 물질들의 굴절률들보다 큰 굴절률을 갖는 코팅(322)의 물질을 활용함으로써, 더 많은 광이 광 수용 각도를 통해 도파관 구조(500)로부터 포획 및 축출될 것이다. 기판(304) 및 광학 접착제(501)의 물질에 대해 약 1.5 내지 약 2.5의 굴절률을 갖는 물질들을 활용함으로써, 공기의 굴절률(1.0)과 비교하여, 내부 전반사 또는 적어도 높은 수준의 내부 전반사가 달성되어 도파관 구조(500)를 통한 광 전파를 용이하게 한다.The coating 322 has a second refractive index that substantially matches or exceeds the first refractive index of the substrate 304. The second index of refraction of the coating is the first index of refraction of the substrate 304, and the resulting plurality of gratings 108 and/or outputs of the gratings, such as the input coupling region 102 formed by the method 400. It is adjusted based on the strength of the resulting plurality of gratings 110 of the joining zone 106. The refractive index of the coating 322 is adjusted based on the first refractive index of the substrate 304 and the intensity of the gratings to control the capture and extraction of light and to facilitate the propagation of light through the waveguide structure 500. Further, the optical adhesive 501 has a third refractive index that substantially matches the first refractive index and the second refractive index. For example, the material of the surface 306 of the substrate 304 has a first refractive index of about 1.5 to about 2.5, the material of the optical adhesive 501 has a third refractive index of about 1.5 to about 2.5, and the coating 322 The material of has a second refractive index of about 1.5 to about 2.5. Substrate 304, material of optical adhesive 501, and coating 322 by matching refractive indexes of material used to fabricate substrate 304, material of optical adhesive 501, and material of coating 322 ), light propagation through the material of the substrate 304, the material of the optical adhesive 501, and the material of the coating 322 without substantial light refraction at the interface between the materials. By utilizing the material of the coating 322 having a refractive index greater than the refractive indices of the materials utilized to fabricate the substrate 304, more light will be captured and expelled from the waveguide structure 500 through the light receiving angle. By utilizing materials having a refractive index of about 1.5 to about 2.5 for the material of the substrate 304 and the optical adhesive 501, compared to the refractive index of air (1.0), total internal reflection or at least a high level of total internal reflection is achieved. Light propagation through the waveguide structure 500 is facilitated.

동작(404)에서, 도파관 구조(500)를 형성하기 위해 스탬프(308)가 해제된다. 도 5d에 도시된 바와 같이, 도파관 구조(500)는 구역(534)을 포함한다. 일 실시예에서, 구역(534)은, 도파관 결합기(100)의 입력 결합 구역(102), 도파관 구역(104), 및 출력 결합 구역(106) 중 적어도 하나에 대응한다. 구역(534)은 복수의 격자들(536)을 포함한다. 일 실시예에서, 복수의 격자들(536)은, 입력 결합 구역(102)의 복수의 격자들(108), 출력 결합 구역(106)의 복수의 격자들(110), 및 도파관 구역(104) 중 적어도 하나에 대응한다. 일 실시예에서, 격자들(536)은, 기판(304)의 표면(306)과 평행한 최상부 표면들(538), 및 측벽 표면들(540)을 갖는다. 일 실시예에서, 격자들(536)의 측벽 표면들(540) 각각은 기판(304)의 표면(306)에 수직으로 배향된다. 다른 실시예에서, 격자들(536)의 측벽 표면들(540) 각각은 기판(304)의 표면(306)에 대해 각진다. 다른 실시예에서, 격자들(536)은, 기판(304)의 표면(306)에 대해 각진 블레이징된 표면들(506) 및 기판(304)의 표면(306)에 수직으로 배향된 측벽 표면들(540)을 포함하는 블레이징된 각진 격자들이다. 또 다른 실시예에서, 구역(534)은, 블레이징된 각진 격자들 및 격자들(536)을 포함하며, 기판(304)의 표면(306)에 대해, 격자들(536)의 측벽 표면들(540)의 일부분은 수직으로 배향되고 측벽 표면들(540)의 일부분은 각진다. 격자들(536)은, 광학 접착제(501)로부터 최상부 표면들(538)까지 연장되는 깊이들(542, 544)을 갖는다. 일 실시예에서, 깊이(542) 및 깊이(544)는 실질적으로 동일하다. 다른 실시예에서, 깊이(542) 및 깊이(544)는 상이하다.In operation 404, stamp 308 is released to form waveguide structure 500. As shown in FIG. 5D, waveguide structure 500 includes zone 534. In one embodiment, zone 534 corresponds to at least one of input coupling zone 102, waveguide zone 104, and output coupling zone 106 of waveguide coupler 100. Zone 534 includes a plurality of gratings 536. In one embodiment, the plurality of gratings 536 includes a plurality of gratings 108 in the input coupling region 102, a plurality of gratings 110 in the output coupling region 106, and a waveguide region 104. It corresponds to at least one. In one embodiment, the gratings 536 have top surfaces 538 parallel to the surface 306 of the substrate 304, and sidewall surfaces 540. In one embodiment, each of the sidewall surfaces 540 of the gratings 536 is oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, each of the sidewall surfaces 540 of the gratings 536 is angled relative to the surface 306 of the substrate 304. In another embodiment, the gratings 536 are blazed surfaces 506 angled relative to the surface 306 of the substrate 304 and sidewall surfaces oriented perpendicular to the surface 306 of the substrate 304. Blazed angled grids comprising 540. In another embodiment, zone 534 includes blazed angled gratings and gratings 536, and with respect to surface 306 of substrate 304, sidewall surfaces of gratings 536 ( A portion of 540) is vertically oriented and a portion of sidewall surfaces 540 are angled. The gratings 536 have depths 542 and 544 extending from the optical adhesive 501 to the top surfaces 538. In one embodiment, depth 542 and depth 544 are substantially the same. In other embodiments, depth 542 and depth 544 are different.

요약하면, 도파관 결합기들을 제조하기 위한 방법들이 본원에 설명된다. 방법들은, 미세 광 격자들을 정의하는 무기 또는 혼성(유기와 무기) 물질들로 형성되는 입력 결합 구역들, 도파관 구역들, 및 출력 결합 구역들을 갖는 도파관 결합기들을 제공한다. 무기 또는 혼성 도파관 구조들은, 도파관들을 통해 광을 전파하기 위한 최적의 굴절률들을 갖는 격자들을 형성하도록 임프린팅가능하지 않은 유기 레지스트들과 비교하여, 안정하고, 낮은 광 흡수 손실을 갖고, 도파관 결합기들을 통해 광을 전파하기 위한 최적의 굴절률들을 갖는다.In summary, methods for manufacturing waveguide couplers are described herein. The methods provide waveguide couplers having input coupling regions, waveguide regions, and output coupling regions formed of inorganic or hybrid (organic and inorganic) materials that define fine light gratings. Inorganic or hybrid waveguide structures are stable, have low light absorption loss, and pass through waveguide couplers, as compared to non-imprintable organic resists to form gratings with optimal refractive indices for propagating light through the waveguides. It has optimal refractive indices for propagating light.

전술한 내용이 본 개시내용의 예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 고안될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.Although the foregoing is directed to examples of the present disclosure, other and additional examples of the present disclosure can be devised without departing from the basic scope of the present disclosure, and the scope of the present disclosure is determined by the following claims. do.

Claims (15)

도파관 구조를 제조하는 방법으로서,
레지스트에 스탬프를 임프린팅하는 단계 ― 상기 스탬프는 적어도 하나의 패턴 부분을 포함하는 양의 도파관 패턴을 갖고, 상기 임프린팅하는 단계는, 잔류 층을 갖는 역의(inverse) 구역을 포함하는 음의 도파관 구조를 형성하고, 상기 레지스트는 기판의 일부분의 표면 상에 배치되고, 상기 기판은 제1 굴절률을 가짐 ―;
상기 기판의 상기 표면 상의 상기 레지스트를 경화시키는 단계;
상기 스탬프를 해제하는 단계;
상기 잔류 층을 제거하는 단계;
상기 기판의 상기 표면의 상기 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 코팅을 증착하는 단계; 및
구역을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 상기 레지스트를 제거하는 단계를 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.A method of manufacturing a waveguide structure,
Imprinting a stamp on the resist, wherein the stamp has a positive waveguide pattern comprising at least one pattern portion, and the imprinting step comprises a negative waveguide comprising an inverse zone with a residual layer. Forming a structure, the resist being disposed on the surface of a portion of the substrate, the substrate having a first refractive index;
Curing the resist on the surface of the substrate;
Releasing the stamp;
Removing the residual layer;
Depositing a coating that substantially matches the first index of refraction of the surface of the substrate or has a second index of refraction greater than the first index of refraction; And
And removing the resist to form a waveguide structure comprising zones. 제1항에 있어서,
상기 코팅은, 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 및 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들 중 적어도 하나를 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.According to claim 1,
The coating is silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), vanadium (IV) oxide (VO x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), indium tin oxide (ITO) , Waveguide structure comprising at least one of zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium nitride (TiN), and zirconium dioxide (ZrO 2 ) containing materials How to manufacture. 제1항에 있어서,
상기 구역은, 도파관 결합기의 입력 결합 구역, 도파관 구역, 및 출력 결합 구역 중 적어도 하나인, 도파관 구조를 제조하는 방법.According to claim 1,
Wherein the zone is at least one of an input coupling zone, a waveguide zone, and an output coupling zone of the waveguide coupler. 제3항에 있어서,
상기 구역은, 상기 입력 결합 구역 및 상기 출력 결합 구역 중 적어도 하나의 복수의 격자들을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.According to claim 3,
Wherein the zone comprises a plurality of gratings of at least one of the input coupling zone and the output coupling zone. 제4항에 있어서,
상기 복수의 격자들은, 상기 기판의 상기 표면과 평행한 최상부 표면들, 및 상기 기판의 상기 표면에 대해 일정 양만큼 경사지는 측벽 표면들을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.According to claim 4,
Wherein the plurality of gratings comprises top surfaces parallel to the surface of the substrate, and sidewall surfaces inclined by a certain amount relative to the surface of the substrate. 도파관 구조를 제조하는 방법으로서,
스탬프의 음의 도파관 구조 상에 제2 굴절률을 갖는 코팅을 증착하는 단계 ― 상기 제2 굴절률은 기판의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 상기 제1 굴절률보다 크고, 상기 음의 도파관 구조는 역의 구역을 포함함 ―;
상기 코팅을 평탄화하는 단계;
상기 코팅을 상기 기판의 일부분의 표면에 접합시키는 단계; 및
구역을 포함하는 도파관 구조를 형성하도록 상기 스탬프를 해제하는 단계를 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.A method of manufacturing a waveguide structure,
Depositing a coating having a second index of refraction on the negative waveguide structure of the stamp, wherein the second index of refraction is substantially equal to or greater than the first index of refraction of the substrate, and the negative waveguide structure is inverse zone Contains ―;
Planarizing the coating;
Bonding the coating to a surface of a portion of the substrate; And
And releasing the stamp to form a waveguide structure comprising zones. 제6항에 있어서,
상기 코팅을 증착하는 단계는, 액체 물질 주입 주조 공정, 스핀-온 코팅 공정, 액체 분무 코팅 공정, 건조 분말 코팅 고정, 스크린 인쇄 공정, 닥터 블레이딩 공정, 물리 기상 증착(PVD) 공정, 화학 기상 증착(CVD) 공정, 유동성 CVD(FCVD) 공정, 또는 원자 층 증착(ALD) 공정을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 6,
The step of depositing the coating includes a liquid material injection casting process, a spin-on coating process, a liquid spray coating process, a fixed dry powder coating, a screen printing process, a doctor blading process, a physical vapor deposition (PVD) process, and a chemical vapor deposition. A method of making a waveguide structure, including a (CVD) process, a flowable CVD (FCVD) process, or an atomic layer deposition (ALD) process. 제6항에 있어서,
상기 코팅은, 규소 옥시카바이드(SiOC), 이산화티타늄(TiO2), 이산화규소(SiO2), 바나듐(IV) 산화물(VOx), 산화알루미늄(Al2O3), 인듐 주석 산화물(ITO), 산화아연(ZnO), 오산화탄탈럼(Ta2O5), 질화규소(Si3N4), 질화티타늄(TiN), 및/또는 이산화지르코늄(ZrO2) 함유 물질들을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 6,
The coating is silicon oxycarbide (SiOC), titanium dioxide (TiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 ), vanadium (IV) oxide (VO x ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), indium tin oxide (ITO) Preparation of waveguide structures comprising zinc oxide (ZnO), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium nitride (TiN), and/or zirconium dioxide (ZrO 2 ) containing materials How to. 제6항에 있어서,
상기 구역은, 도파관 결합기의 입력 결합 구역 및 출력 결합 구역 중 적어도 하나의 복수의 격자들을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 6,
Wherein the zone comprises a plurality of gratings of at least one of an input coupling zone and an output coupling zone of the waveguide combiner. 제6항에 있어서,
상기 코팅을 상기 기판의 상기 표면에 접합시키기 위해 광학 접착제가 사용되고, 상기 광학 접착제는, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률과 실질적으로 매칭되는 제3 굴절률을 갖는, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 6,
A method of making a waveguide structure, 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. 도파관 구조를 제조하는 방법으로서,
스탬프의 음의 도파관 구조 상에 1.5 내지 2.5의 제2 굴절률을 갖는 코팅을 증착하는 단계 ― 상기 코팅은 상기 음의 도파관 구조에 대해 실질적으로 평면이고, 상기 제2 굴절률은, 기판의 1.5 내지 2.5의 제1 굴절률과 실질적으로 매칭되거나 상기 제1 굴절률보다 크고, 상기 음의 도파관 구조는 역의 입력 결합 구역 및 역의 출력 결합 구역을 포함함 ―;
상기 코팅을 상기 기판의 일부분의 표면에 접합시키는 단계 ― 상기 기판의 상기 표면에는, 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률과 실질적으로 매칭되는 제3 굴절률을 갖는 광학 접착제가 상부에 배치됨 ―; 및
구역을 갖는 도파관 구조를 형성하도록 상기 스탬프를 해제하는 단계를 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.A method of manufacturing a waveguide structure,
Depositing a coating having a second refractive index of 1.5 to 2.5 on the negative waveguide structure of the stamp, the coating being substantially planar with respect to the negative waveguide structure, the second refractive index being 1.5 to 2.5 of the substrate A first waveguide structure substantially matching or greater than the first refractive index, the negative waveguide structure comprising an inverse input coupling region and an inverse output coupling region;
Bonding the coating to a surface of a portion of the substrate, on the surface of the substrate, an optical adhesive having a third refractive index substantially matching the first refractive index and the second refractive index is disposed thereon; And
And releasing the stamp to form a waveguide structure with zones. 제11항에 있어서,
상기 광학 접착제는 투명한(transparent) 금속 산화물 물질 또는 투명(clear) 아크릴계 중합체를 포함하며, 상기 제3 굴절률은 약 1.5 내지 약 2.5인, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 11,
The optical adhesive comprises a transparent metal oxide material or a clear acrylic polymer, and the third refractive index is from about 1.5 to about 2.5. 제11항에 있어서,
상기 구역은, 도파관 결합기의 입력 결합 구역 및 출력 결합 구역 중 적어도 하나의 복수의 격자들을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 11,
Wherein the zone comprises a plurality of gratings of at least one of an input coupling zone and an output coupling zone of the waveguide combiner. 제13항에 있어서,
상기 복수의 격자들은, 상기 기판의 상기 표면과 평행한 최상부 표면들, 및 상기 기판의 상기 표면에 대해 일정 양만큼 경사지는 측벽 표면들을 포함하는, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 13,
Wherein the plurality of gratings comprises top surfaces parallel to the surface of the substrate, and sidewall surfaces inclined by a certain amount relative to the surface of the substrate. 제13항에 있어서,
상기 복수의 격자들은, 상기 기판의 상기 표면에 대해 각진 블레이징된(blazed) 표면들 및 상기 기판의 상기 표면에 수직으로 배향된 측벽 표면들을 갖는 블레이징된 각진 격자들인, 도파관 구조를 제조하는 방법.The method of claim 13,
The plurality of gratings are blazed angled gratings having angled blazed surfaces relative to the surface of the substrate and sidewall surfaces oriented perpendicular to the surface of the substrate, the method of manufacturing a waveguide structure .
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