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CN112400132B - 形成光栅构件的方法 - Google Patents

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CN112400132B CN201980044880.3A CN201980044880A CN112400132B CN 112400132 B CN112400132 B CN 112400132B CN 201980044880 A CN201980044880 A CN 201980044880A CN 112400132 B CN112400132 B CN 112400132B
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Abstract

提供了光栅构件及形成方法。在一些实施例中，一种方法包括提供透光衬底以及在所述衬底上形成光栅层。所述方法包括在所述光栅层中形成光栅，其中所述光栅包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于所述衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置。所述光栅的第一侧壁可具有第一角度，且所述光栅的第二侧壁具有不同于所述第一角度的第二角度。改变包括选择性及束角度扩展在内的工艺参数具有改变所述多个成角构件的形状或尺寸的效果。

Description

形成光栅构件的方法
技术领域
本公开涉及光学组件，且更具体来说，涉及用以最优化形成衍射光学组件中的光栅的方式。
背景技术
出于各种优势，一直以来使用例如光学透镜等光学组件来操纵光。近来，已在全息(holographic)及增强/虚拟实境(augmented/virtual reality，AR及VR)装置中使用微衍射光栅。
一种特定的增强/虚拟实境装置是一种穿戴式显示系统，例如被设置成在距离人眼的短距离内显示图像的头戴装置。此种穿戴式头戴装置有时被称为头戴式显示器，且设置有在距用户的眼睛的若干厘米内显示图像的框架。所述图像可为在显示器(例如，微显示器)上的由计算机产生的图像。对光学构件进行排列以将期望图像的光(其中所述光是在显示器上产生的)传输到用户的眼睛，使得所述图像对所述用户来说是可见的。产生图像的显示器可形成光引擎的一部分，因此图像产生准直光束(collimated light beam)，所述准直光束由光学构件引导以提供对用户来说可见的图像。
已使用不同种类的光学构件来将图像自显示器传递到人眼。为在增强实境透镜或组合器中恰当地发挥作用，光栅的几何形状可被设计成实现各种效果。在一些装置中，在透镜的表面上形成多个不同的区(例如，二个或更多个不同的区)，其中在一个区中的光栅几何形状与在其他区中的光栅几何形状不同。举例来说，许多已知的装置包括三个组件：入耦合器(incoupler)、水平扩展器(horizontal expander)以及出耦合器(outcoupler)。为提供该些不同的区，在不同的区中使用不同的蚀刻对光栅进行蚀刻使得光栅的几何形状在不同的区中可不同。由于处理复杂性，实现具有成角光栅的光学构件的最佳参数是未知的。
因此，针对至少上述缺陷提供了本公开。
发明内容
在一个实施例中，提供一种形成光栅构件的方法。所述方法可包括：在衬底顶部提供光栅层；以及在所述光栅层顶部提供硬掩模。所述方法还可包括蚀刻所述光栅层及所述硬掩模以在所述光栅层中形成光栅。所述光栅可包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于所述衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置。所述蚀刻使得图案化硬掩模的宽度比高度减小得更快，以形成所述光栅的具有不同角度的第一侧壁及第二侧壁。
在另一实施例中，一种形成光栅构件的方法可包括：在衬底顶部提供光栅层；以及在所述光栅层顶部提供图案化硬掩模。所述方法还可包括蚀刻所述光栅层及所述硬掩模以在所述光栅层中形成光栅，其中所述光栅包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于所述衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置。所述蚀刻使得所述图案化硬掩模的宽度比高度减小得更快，以形成所述多个成角构件的具有不同角度的第一侧壁及第二侧壁。
在又一实施例中，一种用于形成增强实境/虚拟实境装置的方法可包括：在光栅层顶部提供图案化硬掩模；以及蚀刻所述光栅层及所述硬掩模以在所述光栅层中形成光栅。所述光栅可包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于所述衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置。所述蚀刻使得所述图案化硬掩模的宽度比高度减小得更快，以形成所述多个成角构件的具有不同角度的第一侧壁及第二侧壁。
附图说明
附图示出本公开的示例性方式，包括本公开的原理的实际应用，附图如下所示：
图1A示出根据本公开的实施例一种光栅构件的侧面剖视图。
图1B示出根据本公开的实施例图1A所示光栅构件的俯视平面图。
图2A示出根据本公开的实施例以示意图形式示出的处理设备。
图2B根据本公开的实施例在俯视平面图中示出提取板构件以及衬底。
图3示出根据本公开的实施例，在光栅构件的光栅层中形成的成角结构的侧面剖视图。
图4A到图4D示出根据本公开的实施例在制作光栅时的各种阶段。
图5是根据本公开的实施例，展示成角结构的侧壁的选择性输入对输出角度的曲线图。
图6A到图6D示出根据本公开的实施例，具有不同选择性值的各种成角结构。
图7A是示出根据本公开的实施例的各种离子束角度扩展的侧面剖视图。
图7B是示出根据本公开的实施例，利用图7A所示各种离子束角度扩展形成的多个成角结构的侧面剖视图。
图8示出根据本公开的实施例的流程图。
附图未必是按比例绘制。附图仅为代表性图，而非旨在描绘本发明的具体参数。附图旨在示出本发明的示例性实施例，且因此不应被视为在范围上具有限制性。在附图中，相同的编号表示相同的组件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图来更充分地阐述根据本发明的实施例，在附图中示出了一些实施例。本发明的主题可实施为许多不同的形式，而不应被视为仅限于本文中所述的实施例。提供该些实施例是为了使本发明将为透彻及完整的，且将向所属领域中的技术人员充分地传达所述主题的范围。在附图中，相同的编号在通篇中表示相同的组件。
如本文中所使用，以单数形式叙述且跟在词“一个(a或an)”后面的组件或操作被理解为可能包括多个组件或操作，除非另外指明。此外，本公开所提及的“一个实施例”或“一些实施例”可被解释为包括同样包含所叙述特征的另外实施例的存在。
此外，用语“接近(approximate)”或“近似(approximately)”可在一些实施例中互换使用，并且可使用所属领域中的技术人员可接受的任何相关测量来描述。举例来说，该些用语可用作与参考参数的比较，以指示能够提供预期功能的偏差。尽管并非是限制性的，但与参考参数的偏差可以是例如小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等的量。
本文中的实施例提供新颖的光学构件及系统以及形成光学构件的方法。各种实施例与衍射光学组件相关，其中用语“光栅构件”指具有光栅的装置或部件，包括AR&VR头戴装置、用于AR&VR的目镜、或形成用于目镜(例如，眼镜)的光栅的主站(master)。
图1A示出根据本公开的实施例一种光栅构件100的侧面剖视图。图1B示出光栅构件100的俯视平面图。根据本公开的各种实施例，光栅构件100可用作待被放置在眼镜上或与眼镜一体成型的光栅。光栅构件100包括衬底102以及设置在衬底102上的光栅106。在一些实施例中，衬底102是透光材料，例如已知的玻璃。在一些实施例中，衬底102是硅。在后面的情形中，衬底102是硅，且使用另一工艺来将光栅图案转移到另一光学衬底(例如，玻璃或石英)的表面上的膜。所述实施例并不仅限于此上下文中。光栅106可设置在光栅层107中，如以下进一步阐述。在图1A及图1B所示的实施例中，光栅构件100还包括设置在衬底102与光栅层107之间的蚀刻终止层104。根据本公开的一些实施例，光栅层107可为透光材料，例如氧化硅、氮化硅、玻璃、TiO2或其他材料。
根据本公开的一些实施例，光栅106可包括处于100nm到1000nm范围内的光栅高度H。因此，光栅106可适用于AR&VR设备的目镜。所述实施例并不仅限于此上下文中。根据一些实施例，蚀刻终止层104可为透光材料且可具有10nm到100nm的厚度。所述实施例并不仅限于此上下文中。用于蚀刻终止层104的适当材料的例子包括SiN、SiO2、TiN、SiC以及其他材料。在其中光栅106将被应用于或并入到眼镜的目镜中的实施例中，尤其恰当的材料是透光材料。在其中光栅构件100形成用于制作目镜用光栅的主站的实施例中，蚀刻终止层104不需要为透光的。此外，在一些实施例中可省略蚀刻终止层104。
如在图1A中进一步所示，光栅106可包括被示出为成角结构112的多个成角结构，所述多个成角结构相对于衬底102的平面的垂直线以非零倾斜角设置。成角结构112可包括在一个或多个倾斜光栅场中，所述倾斜光栅一起形成“微透镜”。如下文将更详细地描述，每个成角结构112的侧壁113及115可因对束选择性、束角度扩展、束角度平均值等进行修改而在角度(例如，相对于衬底102的平面的垂直线)及形状上改变。如下文将更详细地描述，每个成角结构112的侧壁113和115的角度可进一步基于成角结构112与形成在成角结构112之上的硬掩模之间的选择性而改变。在本文中所述的选择性可以是形成有成角结构112的光栅层的材料、蚀刻离子的化学特性以及例如束强度、不同气体的相对压力及温度等工具参数的乘积。
在成角结构112之间存在多个沟渠114。成角结构112可被排列成沿第一方向界定均匀或可变高度。在图1A所示的例子中，成角结构112沿与所示笛卡尔坐标系的Y轴平行的方向界定均匀高度，在所述笛卡尔坐标系中第一方向(Y轴)平行于衬底102的平面(在此种情形中为X-Y平面)。在其他实施例中，成角结构112可沿平行于Y轴的方向界定可变高度。
光栅106沿Y方向的宽度可大约为数毫米到数厘米，而光栅高度H可大约为1微米或小于1微米。因此，光栅高度H的变化可介于大约数百纳米或小于数百纳米。光栅高度H或深度d的平滑变化的例子是相邻光栅线之间的光栅高度H或深度d的变化小于10％、小于5％或小于1％。所述实施例并不仅限于此上下文中。因此，在目镜中，光栅高度H可在给定方向上沿目镜的表面在例如数毫米到数厘米的距离上连续地且以不骤然变化的方式变化。更具体来说，在5mm距离上光栅高度H变化50％可引起在具有一微米节距的近似5×103条线上连续地改变光栅高度H。此种变化引起相邻线的相对高度的0.5/5×104或近似0.01％的平均变化。
现在转到图2A，此图示出了以示意图形式示出的处理设备200。处理设备200代表用于蚀刻衬底的一些部分或在衬底上进行沉积以产生例如本公开实施例的光栅的处理设备。处理设备200可为等离子体类的处理系统，所述等离子体类的处理系统具有等离子体室202用于通过所属领域中已知的任意方便方法在其中产生等离子体204。可如图所示提供具有提取孔隙208的提取板206，其中可执行不均匀的蚀刻或不均匀的沉积以反应性地蚀刻或沉积光栅层107(图1A到图1B)。包括例如上述光栅结构的衬底102设置在处理室224中。衬底102的衬底平面由所示笛卡尔坐标系的X-Y平面表示，而衬底102的平面的垂直线沿Z轴(Z方向)放置。
如进一步在图2A中所示，当利用偏压电源220在等离子体室202与衬底102(或衬底台板(substrate platen)214)之间施加电压差时可提取出离子束210，如在已知的系统中。偏压电源220可耦合到处理室224，例如其中处理室224与衬底102保持在相同的电势。
根据各种实施例，可沿垂直线226提取离子束210，或可相对于垂直线226以非零入射角(被示出为φ)提取离子束210。
离子束210内离子的轨迹可彼此平行或可位于窄的角扩展范围(例如，彼此位于10度或小于10度的角扩展范围)内。在其他实施例中，如下文将论述，离子束210内离子的轨迹可例如以扇形形状彼此汇聚或发散。因此，φ的值可表示入射角的平均值，其中轨迹个别地从平均值变化到若干度。在各种实施例中，如在已知的系统中，可提取离子束210作为连续的束或作为脉冲离子束。举例来说，偏压电源220可被配置成在等离子体室202与处理室224之间供应电压差作为脉冲DC电压，其中脉冲电压的电压、脉冲频率及工作周期可彼此独立地进行调整。
在各种实施例中，源222可向等离子体室202供应气体，例如反应气体。依据被提供到等离子体室202的物质的具体组成成分，等离子体204可产生各种蚀刻物质或沉积物质。
在各种实施例中，离子束210可被提供为带状反应离子束，所述带状反应离子束具有沿图2B中所示笛卡尔坐标系的X方向延伸的长轴。通过沿扫描方向230相对于提取孔隙208(且因此相对于离子束210)扫描包括衬底102的衬底台板214，离子束210可蚀刻衬底102或在衬底102上沉积。离子束210可由任意方便的气体混合物(包括惰性气体、反应气体)构成，且在一些实施例中可结合其他气体物质被提供。在特定实施例中，离子束210及其他反应物质可作为蚀刻配方被提供到衬底102以执行对层(例如，光栅层107)的定向反应离子蚀刻。如在所属技术领域中已知，此种蚀刻配方可使用已知的反应离子蚀刻化学物质来蚀刻例如氧化物等材料或其他材料。在其他实施例中，离子束210可由惰性物质形成，其中提供离子束210以在相对于离子束210扫描衬底102时通过物理溅镀蚀刻衬底102(或更具体来说，光栅层107)。
在图2B所示的例子中，将离子束210提供为带状反应离子束，所述带状反应离子束沿X方向延伸到束宽度，其中所述束宽度即使在沿X轴的最宽部分处仍足以暴露出衬底102的整个宽度。示例性束宽度可处于10cm、20cm、30cm或大于30cm的范围内，而沿Y轴的示例性束长度可处于2mm、3mm、5mm、10mm或20mm的范围中。所述实施例并不仅限于此上下文中。
应注意，扫描方向230可表示沿Y轴在两个相对(180度)的方向上扫描衬底102，或仅朝左扫描或仅朝右扫描。如在图2B中所示，离子束210的长轴沿垂直于扫描方向230的X方向延伸。因此，当沿扫描方向230对衬底102进行扫描直至从衬底102的左侧到右侧的充分长度时，整个衬底102可被暴露至离子束210。
在各种实施例中，如以下详细论述，处理设备200可用于形成具有可变特征(例如，角度、厚度及深度)的光栅层。光栅特征可通过利用处理配方相对于离子束210扫描衬底102来实现。简单地说，处理配方可需要改变一组处理参数中的至少一个处理参数，从而具有在扫描衬底102期间改变由离子束210导致的蚀刻速率或沉积速率的效果。此种处理参数可包括衬底102的扫描速率、离子束210的离子能量、当离子束210被提供为脉冲离子束时离子束210的工作周期、离子束210的扩展角度以及衬底102的旋转位置。在本文中的至少一些实施例中，处理配方还可包括光栅层107的材料以及蚀刻离子130的化学特性。在另一些其他实施例中，处理配方可包括光栅层107的起始几何形状(包括尺寸和纵横比)以及蚀刻终止层104的存在(包括预期蚀刻不足蚀刻终止层104还是过蚀刻到蚀刻终止层104中)。所述实施例并不仅限于此上下文。由于由离子束210导致的沉积速率或蚀刻速率可在扫描衬底102期间变化，因此光栅层107的厚度或高度可沿扫描方向(Y轴)变化，从而产生(在以下详细论述的进一步的处理操作之后)如在图1A中所示的所得结构。
现在转到图3，将更详细地阐述通过本文中实施例的蚀刻工艺在光栅层107中形成的一组示例性鳍或成角结构112。成角结构112可通过上述蚀刻工艺中的任一者形成，以制造具有独特位置、形状、三维取向等的成角结构112。在一些例子中，蚀刻工艺能够控制或修改所述一组成角结构112的以下光栅参数中的任一者：节距、硬掩模108厚度及鳍高度。所述蚀刻工艺还能够控制或修改所述一组成角结构112的以下光栅参数中的任一者：鳍厚度CD、角半径β及α、过蚀刻到蚀刻终止层104中、倾侧(heeling)、第一侧壁角度ρ、第二侧壁角度θ及底脚(footing)。在一个非限制性实施例中，基于硬掩模108的选择性及几何形状(例如，高度及宽度)以及光栅层107的几何形状，在每个成角结构112之上的硬掩模108在水平方向上可比在垂直方向上更快得被蚀刻掉，以沿着每个成角结构112形成尖头末端(pointedtip)。
现在转到图4A，此图示出在制作的一个实例处光栅构件100的侧面剖视图。在所示实例中，将具有均匀高度的光栅层107设置在蚀刻终止层104上。已在光栅层107上形成/图案化硬掩模108，例如硬的掩模(hard mask)。硬掩模108可由例如碳、SiO2、SiC、AlOx、ZrOx等材料形成。根据各种实施例，执行定向反应离子蚀刻工艺(directional reactive ionetching process)以蚀刻光栅层107。定向反应离子蚀刻由蚀刻离子130表示。蚀刻化学物质可包括蚀刻离子130以及其他非离子物质，且可根据已知的反应离子蚀刻组成成分进行选择以选择性地蚀刻光栅层107而不蚀刻硬掩模108。举例来说，在一个例子中，可对蚀刻化学物质进行选择以相对于碳选择性地蚀刻SiO2。在其他实施例中，可根据已知的反应离子蚀刻组成成分选择蚀刻化学物质及蚀刻角度，用于选择性地蚀刻光栅层及硬掩模108两者。
可将蚀刻离子130提供为带状反应离子束，其中所述带状反应离子束的离子轨迹相对于垂直线132界定非零倾斜角μ，如图所示。可根据已知的技术例如利用与提取孔隙208相邻的束阻挡器(beam blocker)、沿Y轴调整提取孔隙宽度、以及调整等离子体204内的等离子体条件(包括气体压力)来产生非零入射角，以改变接近提取孔隙208的等离子体鞘边界(plasma sheath boundary)228的曲率。
根据本公开的一些实施例，可计算给定光栅的设计或理论输入值以最优化所述光栅的性能。然后，可使用此光栅外形(grating profile)来编程处理设备200的处理配方，以使用蚀刻离子130产生光栅层107中的光栅外形。
在图4B中，示出了处理光栅构件100的另一实例。在非限制性实施例中，光栅层107已被蚀刻离子130部分蚀刻以开始形成由多个沟渠114隔开的成角结构112。基于硬掩模108的选择性及几何形状、以及硬掩模108的高度“H”或厚度及硬掩模108的宽度“W”，每个成角结构112之上的硬掩模108在水平方向上(由箭头155所示)比在垂直方向上(由箭头157所示)更快得被蚀刻掉。通过此种方式，成角结构112形成有非平行侧壁。蚀刻离子130可进一步加深多个沟渠114，如图4C所示。在非限制性实施例中，成角结构112界定第一侧壁角度ρ及第二侧壁角度θ，其中ρ≠θ。如图所示，在一系列的蚀刻循环中，θ相对于ρ变得越来越大。
尽管图中未示出，但根据各种实施例，用于蚀刻离子130的蚀刻化学物质被安排成使得光栅层107也相对于蚀刻终止层104及硬掩模108被选择性地蚀刻。举例来说，一旦遇到蚀刻终止层104，蚀刻减慢且可方便地终止蚀刻离子130的处理。一旦被形成，成角结构112便界定第一侧壁角度ρ及第二侧壁角度θ。随着光栅层107被蚀刻，硬掩模108也被蚀刻，例如所述两者以<20:1的速率被蚀刻直到硬掩模108消失，如图4D所示。如图所示，角度ρ与角度θ不同，且因此光栅层107的成角结构112的侧面不平行。相反，第一侧壁角度ρ与第二侧壁角度θ随着光栅层107被蚀刻到蚀刻终止层104的顶表面144而有差异。
如在图4D中进一步所示，向蚀刻终止层104中的过蚀刻是最小的，并且邻近蚀刻终止层104的顶表面144的沟渠114是相对平坦/平面的。在所示的实例中，选择性(S)值较低(例如，S＝2)，因此使得第一侧壁141的角度θ与第二侧壁142的角度ρ具有较大的差异。
选择性输入与输出角度ρ与θ之间的关系示出于图5的曲线图250中。在示例性实施例中，增加选择性会使得第一侧壁的角度ρ与第二侧壁的角度θ变得更加平行。在理论例子中，选择性被选择为50，从而使得每个成角构件的侧壁平行或几乎平行。如图所示，当S>10时，第一侧壁的角度ρ与第二侧壁的角度θ变得大致平行。
图6A到图6D所示的实施例展示具有不同选择性值(S)的各种光栅构件。举例来说，对于图6A中的光栅构件300A来说S＝2，对于图6B中的光栅构件300B来说S＝5，对于图6C中的光栅构件300C来说S＝10，且对于图6D中的光栅构件300D来说S＝20。随着选择性增大，成角构件的侧壁变得更加平行。如进一步所示，较高的选择性值使得硬掩模308保持在光栅层307的每个成角结构的顶部。
在另一实施例中，如图7A所示，离子束角度扩展(beam angle spread，BAS)和/或束角度平均值可变化，所述离子束角度扩展和/或束角度平均值影响设置在衬底402上的光栅构件400的光栅层407。举例来说，由蚀刻离子430A表示的定向反应离子蚀刻可以是发散的束扩展(diverging beam spread)，而由蚀刻离子430B表示的定向反应离子蚀刻可以是汇聚的束扩展(converging beam spread)。如图7B所示，通过改变束角度扩展(汇聚或是发散)，每个鳍412的第一侧壁441及第二侧壁442可以是弯曲的或凹陷的。在一些实施例中，每个鳍412的中心部分445分别比上部446及下部447更窄(例如，在+-y方向上)。增加束角度扩展可使得每个鳍412具有更大的曲线。在其他实施例中，将束角度扩展增加太多并同时也选择对蚀刻终止层404进行过蚀刻可导致过弯的鳍和/或沿着下部变薄的鳍。因此，当作为处理配方的一部分一起选择束角度扩展及过蚀刻时，束角度扩展及过蚀刻将被最优化。
根据本公开的额外实施例，可通过执行上述光栅层的处理的变型而轻易地实现制作多个光栅。在一些实施例中，可在一个衬底或多个衬底上预制多个光栅区，其中所述一个或多个衬底放置在衬底台板214上(图2A到图2B)。在特定实施例中，可制作具有多个不同光栅场的衬底，其中成角特征在一个光栅场中的方向不同于在另一光栅场中的方向。通过背景技术，在将多个不同的光栅排列在透明目镜上以形成“微透镜”时，可形成已知的AR目镜。第一光栅可具有从目镜的顶部向底部取向的成角结构，而第二光栅可具有在目镜上从左侧向右侧取向的成角结构。
尽管上述实施例大部分在直接于目镜中形成光栅的上下文中进行了详细论述，但在其他实施例中，可使用与在例如图1A、图1B、图6A和/或图6B中所示者相同的光栅结构形成主站。换句话说，具有或不具有蚀刻终止层及硬掩模的光栅构件或类似的光栅构件(例如，Si芯片)可充当主站以将光栅图案印刻到目镜上的光栅层中或将被应用到目镜。应注意，在其中光栅构件将充当主站的实施例中，衬底、蚀刻终止层(若包括)以及光栅层不需要为透光的。
此外，尽管上述实施例侧重于带状反应离子束来执行处理以及成角蚀刻，但在各种实施例中，可使用例如径向光束(radial beam)等束来执行蚀刻。
此外，本文中的实施例可以是由计算机实施的。举例来说，处理设备200可包括用于执行逻辑运算、计算任务、控制功能等的计算机处理器。在一些实施例中，计算机处理器可以是处理器的构件。计算机处理器可包括一个或多个子系统、构件、模块和/或其他处理器，并且可包括可使用定时器信号操作来锁存数据、推进逻辑状态、同步计算及逻辑运算和/或提供其他定时功能的各种逻辑构件。在运行期间，计算机处理器可接收通过LAN和/或WAN(例如，T1、T3、56kb、X.25)、宽带连接(ISDN、帧中继、ATM)、无线链路(802.11、蓝牙等)等传输的信号。在一些实施例中，可使用例如可信密钥对加密(trusted key-pairencryption)对信号进行加密。不同的系统可使用例如以下不同的通信路径传输信息：以太网或无线网络、直接串行或并行连接、USB、火线
Figure GDA0002879165290000111
或其他专有接口。(火线是苹果计算机公司(Apple Computer,Inc.)的注册商标。蓝牙是蓝牙技术联盟(Special Interest Group，SIG)的注册商标)。
一般来说，计算机处理器执行存储在存储器单元和/或存储系统中的计算机程序指令或代码。举例来说，当执行计算机程序指令时，计算机处理器使处理设备200接收输入(例如，本文中所论述的任何处理参数)，并从计算机处理器提供输出。在一些实施例中，计算机处理器执行并实行处理配方以形成光栅构件100、300A到300D以及400。
在执行计算机程序代码时，计算机处理器可从存储器单元和/或存储系统读取数据和/或将数据写入存储器单元和/或存储系统。存储系统可包括VCR、DVR、RAID阵列、USB硬盘驱动器、光盘记录器、闪存存储装置和/或用于存储和/或处理数据的任何其他数据处理及存储组件。尽管图中未示出，但处理设备200还可包括与计算机基础设施的一个或多个硬件构件通信的I/O接口，以使用户能够与处理设备200(例如，键盘、显示器、照相机等)交互作用。
现在转到图8，将更详细地阐述根据本公开的实施例的方法500。具体来说，在方块502处，提供衬底。在一些实施例中，衬底是硅。在其他实施例中，衬底可以是透明材料(例如，玻璃)。
在方块504处，在衬底之上形成光栅层。在一些实施例中，光栅层可包含透光材料，包括但不限于氧化硅、氮化硅、玻璃或其他材料。在一些实施例中，光栅层形成在蚀刻终止层顶部。所述蚀刻终止层可以是透光材料，并且可具有10nm到100nm的厚度。
在方块506处，在光栅层上形成硬掩模。在一些实施例中，掩模包括线性图案。线性图案可具有沿垂直于第一方向的第二方向或扫描方向延伸的线性掩模组件(linear maskelement)。在其他实施例中，掩模包括非线性图案。举例来说，掩蔽图案(masking pattern)可包括一个或多个弯曲组件。
在方块508处，可在光栅层中形成光栅。在一些实施例中，光栅包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置，从而蚀刻所述光栅层及所述硬掩模以在所述光栅层中形成光栅。所述光栅可包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置。所述蚀刻使得图案化硬掩模的宽度比高度减小得更快，以形成所述光栅的具有不同角度的第一侧壁及第二侧壁。
在一些实施例中，方块508包括通过在光栅层中执行成角反应离子蚀刻来形成光栅。所述成角反应离子蚀刻由带状反应离子束执行，且其中所述衬底使用处理配方沿着相对于所述带状反应离子束的扫描方向被扫描。在一些实施例中，所述带状反应离子束具有汇聚或发散束扩展。
在一些实施例中，可修改处理配方。举例来说，较高的选择性值可在第一侧壁的第一角度与第二侧壁的第二角度之间产生第一差值。较低的选择性值可在第一侧壁的第一角度与第二侧壁的第二角度之间产生第二差值，并且其中第一差值小于第二差值。
所述处理配方可包括多个工艺参数，所述多个工艺参数具有改变所述多个成角构件的形状或尺寸的效果。所述多个处理参数可包括以下中的一者或多者：所述光栅层的材料、相对于所述光栅层及所形成层的化学特性的所述带状反应离子束的化学特性、以及带状反应离子束强度。所述多个处理参数还可包括：用于形成所述带状反应离子束的不同气体的相对压力、形成所述带状反应离子束的温度、带状反应离子束角度、带状反应离子束扩散以及蚀刻终止层的存在。
在其他实施例中，方块508包括在芯片(例如，Si芯片)上形成主光栅，且然后将所述图案转移到所使用的透光衬底。举例来说，使用纳米压印光刻(nano imprintlithography，NIL)工艺将图案从Si芯片转移到光栅层。
综上所述，本文中所述的各种实施例提供形成包括用于AR&VR的目镜的光栅构件、或形成用于AR&VR目镜的光栅的主站的方式。可通过将成角离子直接应用到衬底上和/或应用到用于将图案转移到感兴趣的衬底的掩模上而完成制造。本公开实施例的第一技术优点包括使后处理(post processing)(例如，纳米压印光刻(NIL))最优化，因为一些形状不太适合后续处理。第二技术优点是使光栅的形状及大小最优化，从而转换为光“弯曲”功率(optical“bending”power)。根据本文中的实施例的二维投影系统需要更复杂、更多且更分布式的光学。
本发明的范围不受本文中所述的具体实施例的限制。事实上，通过以上说明及附图，除本文中所述的该些实施例及修改形式以外，本发明的其他各种实施例以及修改形式对所属领域中的普通技术人员来说也将为显而易见的。因此，此类其他实施例及修改形式旨在落于本发明的范围内。此外，已在本文中在特定实施方式的上下文中在特定环境下出于特定目的阐述了本发明。所属领域中的普通技术人员将认识到有用性并非仅限于此，且本发明可在任意数目的环境下出于任意数目的目的有利地实施。因此，以下阐述的权利要求将根据如在本文中阐述的本发明的整个宽度及精神进行解释。

Claims (14)

1.一种形成光栅构件的方法，包括：
在衬底顶部提供光栅层；
在所述光栅层顶部提供图案化硬掩模；以及
对所述光栅层及所述硬掩模进行蚀刻，以在所述光栅层中形成光栅，其中所述光栅包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于所述衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置，并且其中所述蚀刻使得所述成角构件中的每一个的宽度比所述成角构件中的每一个的高度减小得更快，以形成所述光栅的具有不同角度的第一平坦侧壁及第二平坦侧壁。
2.根据权利要求1所述的形成光栅构件的方法，其中形成所述光栅包括蚀刻到所述光栅层中。
3.根据权利要求1所述的形成光栅构件的方法，其中所述蚀刻包括成角反应离子蚀刻。
4.根据权利要求3所述的形成光栅构件的方法，其中所述成角反应离子蚀刻由带状反应离子束执行，其中所述衬底使用处理配方沿着相对于所述带状反应离子束的扫描方向被扫描，并且其中所述带状反应离子束具有束角度平均值及束扩展，所述束扩展为汇聚或发散中的一者。
5.根据权利要求4所述的形成光栅构件的方法，其中所述处理配方包括多个工艺参数，所述多个工艺参数具有改变所述多个成角构件的形状或尺寸的效果。
6.根据权利要求5所述的形成光栅构件的方法，其中所述多个工艺参数包括以下中的一者或多者：所述光栅层的材料、相对于所述光栅层的化学特性及在所述光栅层顶部形成的硬掩模的所述带状反应离子束的化学特性、在所述光栅层之下形成的蚀刻终止层、带状反应离子束强度、用于形成所述带状反应离子束的不同气体的相对压力、形成所述带状反应离子束的温度、带状反应离子束角度及带状反应离子束扩散。
7.根据权利要求1所述的形成光栅构件的方法，其中所述蚀刻使所述图案化硬掩模在所述光栅层被移除到蚀刻终止层的顶表面之前被移除。
8.根据权利要求1所述的形成光栅构件的方法，还包括通过以下方式形成所述光栅：
将图案形成到芯片中；以及
使用纳米压印光刻工艺将所述图案转移到所述光栅层。
9.一种形成光栅构件的方法，包括：
在衬底顶部提供光栅层；
在所述光栅层顶部提供图案化硬掩模；以及
对所述光栅层及所述硬掩模进行蚀刻，以在所述光栅层中形成光栅，其中所述光栅包括多个成角构件，所述多个成角构件相对于所述衬底的平面的垂直线以非零倾斜角设置，并且其中所述蚀刻使得所述成角构件中的每一个的宽度比所述成角构件中的每一个高度减小得更快，以形成所述多个成角构件的具有不同角度的第一平坦侧壁及第二平坦侧壁。
10.根据权利要求9所述的形成光栅构件的方法，其中形成所述光栅包括使用成角反应离子蚀刻而蚀刻到所述光栅层中。
11.根据权利要求10所述的形成光栅构件的方法，其中所述成角反应离子蚀刻由带状反应离子束执行，其中所述衬底使用处理配方沿着相对于所述带状反应离子束的扫描方向被扫描，并且其中所述带状反应离子束具有束角度平均值及束扩展，所述束扩展为汇聚或发散中的一者。
12.根据权利要求11所述的形成光栅构件的方法，其中所述处理配方包括多个工艺参数，所述多个工艺参数具有改变所述多个成角构件的形状或尺寸的效果。
13.根据权利要求12所述的形成光栅构件的方法，其中所述多个工艺参数包括以下中的一者或多者：所述光栅层的材料、相对于所述光栅层的化学特性及在所述光栅层顶部形成的硬掩模的所述带状反应离子束的化学特性、在所述光栅层之下形成的蚀刻终止层、带状反应离子束强度、用于形成所述带状反应离子束的不同气体的相对压力、形成所述带状反应离子束的温度、带状反应离子束角度及带状反应离子束扩散。
14.根据权利要求9所述的形成光栅构件的方法，其中所述蚀刻使所述图案化硬掩模在所述光栅层被移除到蚀刻终止层的顶表面之前被移除。
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