CN111448485A - 高折射率材料的h2辅助的倾斜蚀刻 - Google Patents

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Abstract

公开了用于制造倾斜结构的技术。在一个实施例中，一种在材料层中制造倾斜结构的方法包括：将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中，在反应性离子源发生器中生成包括反应性离子的等离子体，从等离子体中提取至少一些反应性离子以形成朝向材料层的准直的反应性离子束，以及将第二反应性气体注入到材料层上。准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以形成倾斜的表面浮雕结构。在一些实施例中，第一反应性气体包括低分子量气体(例如，H2或He)。在一些实施例中，反应性离子源发生器的内腔的表面层包括氧化物材料(例如，氧化铝或Y2O3)层。

Description

高折射率材料的H2辅助的倾斜蚀刻
背景
人工现实系统(例如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统)通常包括被配置成呈现描绘虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。例如在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)应用中，显示器可以显示虚拟对象或者将现实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在AR系统中，用户可以例如通过透过透明显示眼镜或透镜观看(通常称为光学透视(optical see-through)或者通过观看由照相机捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围环境。
一个示例光学透视AR系统可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以耦合到波导(例如，衬底)中，在波导内传播，并且在不同位置处从波导耦合出去。在一些实现中，可以使用衍射光学元件(例如倾斜的表面浮雕光栅(surface-relief grating))将投影图像的光耦合到波导中或从波导耦合出去。在许多情形中，以期望的速度制造具有期望轮廓(profile)的倾斜的表面浮雕光栅可能是具有挑战性的。
概述
本公开总体上涉及用于制造倾斜结构的技术，且更具体地，涉及用于在诸如二氧化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化铝的各种材料上蚀刻倾斜结构的技术。化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)技术用于蚀刻倾斜结构，例如高度对称的倾斜结构或特殊材料(exoticmaterial)(例如，氮化硅、有机材料或无机金属氧化物)中的倾斜结构。CARIBE工艺(例如，化学化合物、自由基或离子)可以被更精确地控制，以实现倾斜结构的期望的蚀刻选择性、蚀刻速率和轮廓。
在一些实施例中，一种在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的方法包括：将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中，在反应性离子源发生器中生成包括反应性离子的等离子体，从等离子体中提取至少一些反应性离子以形成朝向材料层的准直的反应性离子束，以及将第二反应性气体注入到材料层上。准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以形成倾斜的表面浮雕结构。在一些实施例中，该方法还包括基于倾斜的表面浮雕结构的期望倾斜角来旋转材料层。
在一些实施例中，公开了一种用于在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统。CARIBE系统包括被配置成使用第一反应性气体生成等离子体的反应性离子源发生器，其中等离子体包括反应性离子。CARIBE系统还包括一个或更多个对准的准直器栅格，对准的准直器栅格被配置成提取并加速等离子体中的至少一些反应性离子，以形成朝向材料层的准直的反应性离子束。CARIBE系统还包括气体环(gasring)，该气体环被配置成将第二反应性气体注入到材料层上。准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以在材料层中形成倾斜的表面浮雕结构。在一些实施例中，CARIBE系统包括被配置成保持并旋转衬底的旋转台(rotation stage)。
在一些实施例中，可以将低分子量气体(例如H2气体或氦气气体)添加到离子源发生器中的气体(例如，包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、SF6、CLF3、N2O、N2、O2、SO2、COS等)中，离子源发生器例如是感应耦合等离子体(ICP)腔室(chamber)。H+离子可以在离子源发生器中被生成，并且可以朝向待蚀刻的衬底(例如Si3N4)被加速。进入Si3N4衬底的H+离子可以在衬底中形成SiHxNy，可以通过物理和化学蚀刻以形成挥发性材料(例如SiF4、NF3、HCN)来非常容易地移除SiHxNy。这样，由于较高的蚀刻速率和最小化的蚀刻残留物累积，具有高度对称性的深倾斜结构可以更有效且更精确地被蚀刻在高折射率材料上。
在使用H2辅助的离子束蚀刻的一些实施例中，用于半导体处理的离子源发生器的腔室(即，内腔(internal cavity))的表面层可以用氧化物材料(例如氧化铝或Y2O3)来代替，以避免由在腔室中生成的H+离子进入表面层和/或与表面层反应而引起的表面层的物理和/或化学性质改变。
本概述既不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。前述内容连同其他特征和示例一起将在下面的说明书、权利要求和附图中被更详细地描述。
在所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中，在一个权利要求类别(例如方法)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如系统)中被要求保护。所附权利要求中的从属性或往回引用仅出于形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且可以被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。
在一个实施例中，一种在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的方法包括：将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中；在反应性离子源发生器中生成等离子体，该等离子体包括反应性离子；从等离子体中提取至少一些反应性离子，以形成朝向材料层的准直的反应性离子束；以及将第二反应性气体注入到材料层上，其中，准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层以形成倾斜的表面浮雕结构。
在一个实施例中，方法还包括基于倾斜的表面浮雕结构的期望倾斜角来旋转材料层。
在一个实施例中，第一反应性气体包括CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3、HBr、H2、Ar、He或Ne中的至少一种。
在一个实施例中，材料层包括半导体衬底、SiO2层、Si3N4材料层、氧化钛层、氧化铝层、SiC层、SiOxNy层、无定形硅层、旋涂碳(SOC)层、无定形碳层(ACL)、类金刚石碳(DLC)层、TiOx层、AlOx层、TaOx层或HFOx层。
在一个实施例中，在反应性离子源发生器中生成等离子体包括：向反应性离子源发生器的感应耦合等离子体发生器施加RF信号。
在一个实施例中，从等离子体中提取至少一些反应性离子以形成准直的反应性离子束包括：在邻近反应性离子源发生器的提取栅格上施加提取电压；以及在加速栅格上施加加速电压以提取并加速至少一些反应性离子，其中，提取栅格和加速栅格是对准的；并且其中，加速电压低于提取电压。
在一个实施例中，注入第二反应性气体包括使用气体环(gas ring)将第二反应性气体注入到材料层上。
在一个实施例中，第二反应性气体包括CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3或HBr中的至少一种。
在一个实施例中，方法还包括在使用准直的反应性离子束和第二反应性气体蚀刻材料层之前中和准直的反应性离子束。
在一个实施例中，中和准直的反应性离子束包括将电子束注入到准直的反应性离子束中。
在一个实施例中，倾斜的表面浮雕结构包括倾斜的表面浮雕光栅。
在一个实施例中，倾斜的表面浮雕光栅包括多个脊；并且每个脊的前缘(leadingedge)平行于该脊的后缘(trailing edge)。
在一个实施例中，前缘的倾斜角和后缘的倾斜角关于材料层的表面法线大于30度。
在一个实施例中，倾斜的表面浮雕光栅的深度大于100nm。
在一个实施例中，倾斜的表面浮雕光栅的占空比大于60％。
在一个实施例中，用于在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统包括：反应性离子源发生器，其被配置成使用第一反应性气体生成等离子体，该等离子体包括反应性离子；一个或更多个对准的准直器栅格，其被配置成提取并加速等离子体中的至少一些反应性离子，以形成朝向材料层的准直的反应性离子束；以及气体环，其被配置成将第二反应性气体注入到材料层上，其中，准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以在材料层中形成倾斜的表面浮雕结构。
在一个实施例中，CARIBE系统还包括中和器，该中和器被配置成将电子束注入到准直的反应性离子束中以中和该准直的反应性离子束。
在一个实施例中，CARIBE系统还包括被配置成保持并旋转衬底的旋转台。
在一个实施例中，反应性离子源发生器包括感应耦合等离子体发生器。
在一个实施例中，第一反应性气体包括CF4、CHF3、N2、O2、SF6、H2、Cl2、BCl3、HBr、Ar、He或Ne中的至少一种；并且第二反应性气体包括CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3或HBr中的至少一种。
附图简述
下面参考以下附图详细描述说明性实施例：
图1是根据某些实施例的示例近眼显示器的简化图。
图2是根据某些实施例的示例近眼显示器的横截面视图。
图3是根据某些实施例的示例波导显示器的等轴视图。
图4是根据某些实施例的示例波导显示器的横截面视图。
图5是包括波导显示器的示例人工现实系统的简化框图。
图6示出了根据某些实施例的使用波导显示器的示例光学透视增强现实系统。
图7示出了显示光(display light)和外部光在示例波导显示器中的传播。
图8示出了根据某些实施例的示例波导显示器中的示例倾斜光栅耦合器。
图9A-图9C示出了根据某些实施例的用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例工艺。
图10示出了用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例离子束蚀刻系统。
图11示出了用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)系统。
图12示出了用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例反应性离子束蚀刻(RIBE)系统。
图13示出了根据某些实施例的用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统。
图14A示出了使用RIBE工艺制造的示例倾斜光栅。
图14B示出了使用CAIBE工艺制造的示例倾斜光栅。
图15A示出了根据某些实施例的使用CARIBE工艺制造的示例倾斜光栅。
图15B示出了根据某些实施例的使用CARIBE工艺制造的示例倾斜光栅。
图16是示出根据某些实施例的制造倾斜的表面浮雕结构的示例方法的简化流程图。
图17A示出了根据某些实施例的低折射率衬底上的倾斜光栅的示例。
图17B示出了根据某些实施例的在低折射率衬底上用高折射率材料制造的倾斜光栅的示例。
图17C示出了根据某些实施例的高折射率衬底上的倾斜光栅的示例。
图18A示出了根据某些实施例的使用制造工艺蚀刻倾斜光栅的示例。
图18B示出了根据某些实施例的使用图18A所示的制造工艺蚀刻的倾斜光栅的示例。
图19A示出了根据某些实施例的使用制造工艺在SiON层中制造的倾斜光栅的示例。
图19B示出了根据某些实施例的使用改进的制造工艺在SiON层中制造的倾斜光栅的示例。
图20A示出了根据某些实施例的使用制造工艺在Si3N4层中制造的倾斜光栅的示例。
图20B示出了根据某些实施例的使用改进的制造工艺在Si3N4层中制造的倾斜光栅的示例。
图20C示出了根据某些实施例的使用改进的制造工艺在Si3N4层中制造的倾斜光栅的示例。
图21示出了根据某些实施例的离子束蚀刻系统的示例。
图22是用于实现本文公开的一些示例的示例近眼显示器的示例电子系统的简化框图。
附图仅出于说明的目的而描绘了本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到示出的结构和方法的可选的实施例可以被采用而不偏离本公开的原理和所推崇的益处。
在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用破折号和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各种部件。如果说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。
详细描述
本文公开的技术总体上涉及微型结构或纳米结构制造。更具体地且不受限制地，本申请涉及用于制造微型倾斜结构或纳米倾斜结构的技术。倾斜结构可以在许多光学或电子设备中被使用，以用于操纵光和/或电的行为。例如，在基于波导的人工现实显示设备中使用倾斜光栅可以增加视场、提高亮度效率、并减少显示器伪像(例如，彩虹伪像(rainbowartifact))。为了改善倾斜光栅的性能，也可能需要大的倾斜角(例如，>45°)和/或高的深度。可以通过例如纳米压印光刻(NIL)或蚀刻来制造倾斜光栅。然而，使用NIL技术制造具有大倾斜角的深倾斜结构是困难的，因为例如，分离模具和模制设备可能是困难的，并且可能损坏模制设备。用于半导体制造的蚀刻技术可以用于垂直表面地蚀刻诸如SiO2的材料，但可能不适于制造前缘和后缘之间具有高度对称性的深倾斜结构，特别是在特殊材料(例如，氮化硅、有机材料或无机金属氧化物)或高折射率材料(例如，SiON或Si3N4)中，这是由于例如低蚀刻速率、残留物累积等。
根据某些实施例，倾斜的表面浮雕光栅可以用在一些光学设备(例如人工现实系统中的波导显示器)中，以产生高折射率变化和高衍射效率。使用当前已知的蚀刻工艺(例如离子束蚀刻(IBE)、反应性离子束蚀刻(RIBE)或化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)工艺)可能无法可靠地制造倾斜结构，这些蚀刻工艺通常可以被优化以蚀刻垂直于被蚀刻表面的特征。根据某些实施例，化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)技术可以用于可靠地蚀刻倾斜结构。可以更精确地控制CARIBE工艺参数(例如，包括用于蚀刻的化学成分、自由基和离子)，以实现倾斜结构的期望的蚀刻选择性、期望的蚀刻速率和期望尺寸。
在一些实施例中，可以将低分子量气体(例如H2气体或氦气气体)添加到离子源发生器中的气体(例如，包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、SF6、CLF3、N2O、N2、O2、SO2、COS等)中，离子源发生器例如是感应耦合等离子体(ICP)腔室。H+离子可以在离子源发生器中被生成，并且可以朝向待蚀刻的衬底(例如Si3N4)被加速。进入Si3N4衬底的H+离子可以在衬底中形成SiHxNy，可以通过物理和化学蚀刻以形成挥发性材料(例如SiF4、NF3、HCN)来非常容易地移除SiHxNy。这样，由于较高的蚀刻速率和最小化的蚀刻残留物累积，具有高度对称性的深倾斜结构可以更有效且更精确地被蚀刻在高折射率材料上。
在使用H2辅助的离子束蚀刻的一些实施例中，用于半导体处理的离子源发生器的腔室(即，内腔)的表面层可以用氧化物材料(例如氧化铝或Y2O3)来代替，以避免由腔室中生成的H+离子进入表面层和/或与表面层反应而引起的表面层的物理和/或化学性质改变。
在一些实施例中，发现需要制造用于操纵光和/或电的行为的倾斜结构。倾斜结构的一些好处可以包括光传输的高效率、折射率的大变化等。还发现(关于被蚀刻的表面的平面)平行的倾斜的结构解决了某些应用特有的问题。此外，已经发现可能需要在不同类型的材料(例如，二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氧化铝等)中形成这种类型的倾斜结构。
在以下的描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对公开的示例的透彻理解。然而，将明显的是，各种示例可以在没有这些具体细节的情况下被实施。例如，设备、系统、结构、组件、方法和其他部件可以以框图形式被示出为部件，以避免在不必要的细节上模糊示例。在其他情况下，众所周知的设备、工艺、系统、结构和技术可以在没有必要细节的情况下被示出，以避免模糊示例。附图和描述不意图是限制性的。在本公开中使用的术语和表达被用作描述性术语而非限制性术语，并且这些术语和表达的使用不意图排除所示出和描述的特征的任何等同物或其部分。
图1是根据某些实施例的示例近眼显示器100的简化图。近眼显示器100可以向用户呈现媒体。由近眼显示器100呈现的媒体的示例可以包括一个或更多个图像、视频和/或音频。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)被呈现，该外部设备从近眼显示器100、控制台或两者接收音频信息，并基于音频信息来呈现音频数据。近眼显示器100通常被配置成作为人工现实显示器进行操作。在一些实施例中，近眼显示器100可以作为增强现实(AR)显示器或混合现实(MR)显示器来进行操作。
近眼显示器100可以包括框架105和显示器110。框架105可以耦合到一个或更多个光学元件。显示器110可以被配置成让用户看到由近眼显示器100呈现的内容。在一些实施例中，显示器110可以包括波导显示组件，用于将来自一个或更多个图像的光导向用户的眼睛。
图2是图1所示近眼显示器100的横截面视图200。显示器110可以包括至少一个波导显示组件210。当用户佩戴近眼显示器100时，出射光瞳(exit pupil)230可以位于用户眼睛220所处的位置。出于说明的目的，图2示出了与用户眼睛220和单个波导显示组件210相关联的横截面视图200，但是在一些实施例中，第二波导显示器可以用于用户的第二只眼睛。
波导显示组件210可以被配置成将图像光(例如，显示光)导向位于出射光瞳230处的视窗(eyebox)，并导向用户眼睛220。波导显示组件210可以包括具有一个或更多个折射率的一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)。在一些实施例中，近眼显示器100可以包括在波导显示组件210和用户眼睛220之间的一个或更多个光学元件。
在一些实施例中，波导显示组件210可以包括一个或更多个波导显示器的堆叠，包括但不限于堆叠式波导显示器、变焦波导显示器等。堆叠式波导显示器是多色显示器(例如，红绿蓝(RGB)显示器)，其通过堆叠各自的单色源具有不同颜色的波导显示器来被创建。堆叠式波导显示器也可以是可以被投影在多个平面上的多色显示器(例如，多平面彩色显示器)。在一些配置中，堆叠式波导显示器可以是可以被投影在多个平面上的单色显示器(例如，多平面单色显示器)。变焦波导显示器是可以调节从波导显示器发射的图像光的焦点位置的显示器。在替代实施例中，波导显示组件210可以包括堆叠式波导显示器和变焦波导显示器。
图3是波导显示器300的实施例的等轴视图。在一些实施例中，波导显示器300可以是近眼显示器100的部件(例如，波导显示组件210)。在一些实施例中，波导显示器300可以是可以将图像光导向特定位置的某个其他近眼显示器或其他系统的一部分。
波导显示器300可以包括源组件310、输出波导320和控制器330。出于说明的目的，图3示出了与用户眼睛390相关联的波导显示器300，但在一些实施例中，与波导显示器300分离(或部分地分离)的另一个波导显示器可以向用户的另一只眼睛提供图像光。
源组件310可以生成用于显示给用户的图像光355。源组件310可以生成图像光355并将其输出到位于输出波导320的第一侧面370-1上的耦合元件350。在一些实施例中，耦合元件350可以将来自源组件310的图像光355耦合到输出波导320中。耦合元件350可以包括，例如，衍射光栅、全息光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱柱面元件(prismatic surface element)、和/或全息反射器阵列。输出波导320可以是能够向用户眼睛390输出扩展图像光340的光波导。输出波导320可以在位于第一侧面370-1上的一个或更多个耦合元件350处接收图像光355，并将接收到的图像光355引导至导向元件360。
导向元件360可以将接收到的输入图像光355重定向到去耦元件(decouplingelement)365，使得接收到的输入图像光355可以经由去耦元件365从输出波导320耦合出去。导向元件360可以是输出波导320的第一侧面370-1的一部分或固定到其上。去耦元件365可以是输出波导320的第二侧面370-2的一部分或固定到其上，使得导向元件360与去耦元件365相对。导向元件360和/或去耦元件365可以包括，例如，衍射光栅、全息光栅、表面浮雕光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱柱面元件、和/或全息反射器阵列。
输出波导320的第二侧面370-2可以表示沿x维度和y维度的平面。输出波导320可以包括有助于图像光355的全内反射的一种或更多种材料。输出波导320可以包括，例如，硅、塑料、玻璃和/或聚合物。输出波导320可以具有相对较小的形状因子(form factor)。例如，输出波导320可以沿x维度宽约50mm，沿y维度长约30mm，以及沿z维度厚约0.5mm至1mm。
控制器330可以控制源组件310的扫描操作。控制器330可以确定用于源组件310的扫描指令。在一些实施例中，输出波导320可以将扩展的图像光340输出到用户眼睛390，具有大视场(FOV)。例如，被提供给用户眼睛390的扩展的图像光340可以具有(x和y中的)大约60度或者更大和/或大约150度或更小的对角FOV。输出波导320可以被配置成提供视窗，其长度为大约20mm或更大和/或等于或小于大约50mm；和/或宽度为大约10mm或更大和/或等于或小于大约50mm。
图4是波导显示器300的横截面视图400。波导显示器300可以包括源组件310和输出波导320。源组件310可以根据来自控制器330的扫描指令生成图像光355(例如，显示光)。源组件310可以包括源410和光学系统415。源410可以包括生成相干光或部分相干光的光源。源410可以包括，例如，激光二极管、垂直腔面发射激光器和/或发光二极管。
光学系统415可以包括一个或更多个光学部件，光学部件能够调节来自源410的光。调节来自源410的光可以包括，例如，根据来自控制器330的指令来扩展、准直和/或调整定向。一个或更多个光学部件可以包括一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。从光学系统415(还有源组件310)发射的光可以被称为图像光355或显示光。
输出波导320可以从源组件310接收图像光355。耦合元件350可以将来自源组件310的图像光355耦合到输出波导320中。在耦合元件350包括衍射光栅的实施例中，衍射光栅可以被配置成使得全内反射可以在输出波导320内发生，并且因此耦合到输出波导320中的图像光355可以在输出波导320内(例如，通过全内反射)朝向去耦元件365进行内部传播。
导向元件360可以将图像光355朝向去耦元件365重新定向，用于将图像光的至少一部分从输出波导320耦合出去。在导向元件360是衍射光栅的实施例中，衍射光栅可以被配置成使得入射图像光355以相对于去耦元件365的表面倾斜的角度离开输出波导320。在一些实施例中，导向元件360和/或去耦元件365可以在结构上类似。
离开输出波导320的扩展的图像光340可以沿着一个或更多个维度被扩展(例如，沿着x维度被拉长)。在一些实施例中，波导显示器300可以包括多个源组件310和多个输出波导320。每个源组件310可以发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。每个输出波导320可以堆叠在一起，以输出可以是多色的扩展的图像光340。
图5是包括波导显示组件210的示例人工现实系统500的简化框图。系统500可以包括近眼显示器100、成像设备535和输入/输出接口540，它们各自耦合到控制台510。
如上所述，近眼显示器100可以是向用户呈现媒体的显示器。由近眼显示器100呈现的媒体的示例可以包括一个或更多个图像、视频和/或音频。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)被呈现，该外部设备可以从近眼显示器100和/或控制台510接收音频信息，并基于音频信息来向用户呈现音频数据。在一些实施例中，近眼显示器100可以充当人工现实眼镜。例如在一些实施例中，近眼显示器100可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。
近眼显示器100可以包括波导显示组件210、一个或更多个位置传感器525和/或惯性测量单元(IMU)530。波导显示组件210可以包括诸如波导显示器300的波导显示器，波导显示器300包括如上所述的源组件310、输出波导320和控制器330。
IMU 530可以包括电子设备，该电子设备能够基于从一个或更多个位置传感器525接收的测量信号生成快速校准数据，该快速校准数据指示相对于近眼显示器100的初始位置的近眼显示器100的估计位置。
成像设备535可以根据从控制台510接收的校准参数来生成慢速校准数据。成像设备535可以包括一个或更多个照相机和/或一个或更多个摄像机。
输入/输出接口540可以是允许用户向控制台510发送动作请求的设备。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。
控制台510可以根据从成像设备535、近眼显示器100和输入/输出接口540中的一个或更多个接收的信息来向近眼显示器100提供媒体以呈现给用户。在图5所示的示例中，控制台510可以包括应用储存器545、跟踪模块550和引擎555。
应用储存器545可以存储用于由控制台510执行的一个或更多个应用。应用可以是一组指令，该组指令当由处理器执行时可以生成用于呈现给用户的内容。应用的示例可以包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
跟踪模块550可以使用一个或更多个校准参数来校准系统500，并且可以调整一个或更多个校准参数以减小近眼显示器100的位置确定中的误差。跟踪模块550可以使用来自成像设备535的慢速校准信息来跟踪近眼显示器100的移动。跟踪模块550还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器100的参考点的位置。
引擎555可以执行系统500内的应用，并从跟踪模块550接收近眼显示器100的位置信息、加速度信息、速度信息和/或预测的未来位置。在一些实施例中，引擎555接收的信息可以用于产生信号(例如，显示指令)给波导显示组件210。信号可以确定要呈现给用户的内容的类型。
可以有许多不同的方式来实现波导显示器。例如，在一些实现中，输出波导320可以包括在第一侧面370-1和第二侧面370-2之间的倾斜表面，用于将图像光355耦合到输出波导320中。在一些实现中，倾斜表面可以涂覆有反射涂层，以朝向导向元件360反射光。在一些实现中，倾斜表面的角度可以被配置成使得图像光355可以由于全内反射而被倾斜表面反射。在一些实现中，可以不使用导向元件360，并且可以通过全内反射在输出波导320内引导光。在一些实现中，去耦元件365可以位于第一侧面370-1附近。
在一些实现中，输出波导320和去耦元件365(以及导向元件360，如果使用了的话)对于来自环境的光可以是透明的，并且可以充当光学组合器(optical combiner)，用于组合图像光355和来自近眼显示器100前面的物理、现实世界环境的光。这样，用户可以查看来自源组件310的人工对象的人工图像和物理、现实世界环境中的现实对象的真实图像，这可以被称为光学透视。
图6示出了根据某些实施例的使用波导显示器的示例光学透视增强现实系统600。增强现实系统600可以包括投影仪610和组合器615。投影仪610可以包括光源或图像源612和投影仪光学器件614。在一些实施例中，图像源612可以包括显示虚拟对象的多个像素，例如LCD显示面板或LED显示面板。在一些实施例中，图像源612可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源612可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器和/或发光二极管。在一些实施例中，图像源612可以包括多个光源，每个光源发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施例中，图像源612可以包括光学图案生成器，例如空间光调制器。投影仪光学器件614可以包括一个或更多个光学部件，光学部件可以调节来自图像源612的光，例如对光进行扩展、准直、扫描或者将光从图像源612投影到组合器615。一个或更多个光学部件可以包括，例如，一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。在一些实施例中，投影仪光学器件614可以包括具有多个电极的液体透镜(例如，液晶透镜)，允许扫描来自图像源612的光。
组合器615可以包括输入耦合器630，用于将来自投影仪610的光耦合到组合器615的衬底620中。输入耦合器630可以包括体全息光栅、衍射光学元件(DOE)(例如，表面浮雕光栅)、或折射耦合器(例如，光楔(wedge)或棱镜)。对于可见光，输入耦合器630可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。如本文所使用的，可见光可以指波长在大约380nm至大约750nm之间的光。耦合到衬底620中的光可以通过例如全内反射(TIR)在衬底620内传播。衬底620可以是一副眼镜的镜片的形式。衬底620可以具有平坦或弯曲的表面，并且可以包括一种或更多种类型的介电材料，例如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、晶体或陶瓷。衬底的厚度可以在例如，小于大约1mm至大约10mm或更大的范围内。衬底620对可见光可以是透明的。如果光束能够以高透射率(transmission rate)(例如大于50％、60％、75％、80％、90％、95％或更高)穿过材料，其中一小部分光束(例如少于50％、40％、25％、20％、10％、5％或更少)可以被材料散射、反射或吸收，则该材料对光束可以是“透明的”。透射率(即，透射度(transmissivity))可以由波长范围内的适光加权或未加权的平均透射率来表示，或者由波长范围(例如可见波长范围)内的最低透射率来表示。
衬底620可以包括或者可以耦合到多个输出耦合器640，输出耦合器640被配置成从衬底620提取由衬底620引导并在衬底620内传播的光的至少一部分，并将提取的光660导向增强现实系统600的用户的眼睛690。像输入耦合器630一样，输出耦合器640可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他DOE、棱镜等。输出耦合器640在不同位置处可以具有不同的耦合(例如，衍射)效率。衬底620还可以允许来自组合器615前面的环境的光650以很少损失或没有损失的方式通过。输出耦合器640也可以允许光650以很少的损失通过。例如，在一些实现中，输出耦合器640对于光650可以具有低衍射效率，使得光650可以被折射或者以其他方式以很少的损失通过输出耦合器640。在一些实现中，输出耦合器640对光650可以具有高衍射效率，并且可以以很少的损失将光650衍射到某些期望的方向(即，衍射角)。结果，用户可以观看组合器615前面的环境和由投影仪610投影的虚拟对象的组合图像。
图7示出了包括波导710和光栅耦合器720的示例波导显示器700中入射显示光740和外部光730的传播。波导710可以是平坦或弯曲的透明衬底，其中折射率n2大于自由空间折射率n1(即，1.0)。光栅耦合器720可以包括，例如，布拉格光栅(Bragg grating)或表面浮雕光栅。
入射显示光740可以通过例如，图6的输入耦合器630或上述的其他耦合器(例如，棱镜或倾斜表面)耦合到波导710中。入射显示光740可以通过例如全内反射在波导710内传播。当入射显示光740到达光栅耦合器720时，入射显示光740可以被光栅耦合器720衍射成例如，0阶衍射(即，反射)光742和-1阶衍射光744。0阶衍射可以继续在波导710内传播，并且可以在不同的位置处被波导710的底表面朝向光栅耦合器720反射。-1阶衍射光744可以朝向用户的眼睛从波导710耦合(例如，折射)出去，因为由于-1阶衍射光744的衍射角，在波导710的底表面处可能不满足全内反射条件。
外部光730也可以被光栅耦合器720衍射成例如0阶衍射光732或-1阶衍射光734。0阶衍射光732或-1阶衍射光734可以朝向用户的眼睛从波导710被折射出去。因此，光栅耦合器720可以充当输入耦合器，用于将外部光730耦合到波导710中，并且还可以充当输出耦合器，用于将入射显示光740从波导710耦合出去。这样，光栅耦合器720可以充当组合器，用于组合外部光730和入射显示光740，并将组合的光发送到用户的眼睛。
为了在朝向用户眼睛的期望方向上衍射光，并且对于某些衍射阶获得期望的衍射效率，光栅耦合器720可以包括闪耀光栅(blazed grating)或倾斜光栅，例如倾斜的布拉格光栅或表面浮雕光栅，其中光栅脊(ridge)和槽(groove)可以相对于光栅耦合器720或波导710的表面法线倾斜。
图8示出了根据某些实施例的示例波导显示器800中的示例倾斜光栅820。波导显示器800可以包括波导810(例如衬底620)上的倾斜光栅820。倾斜光栅820可以充当光栅耦合器，用于将光耦合到波导810中或从波导810耦合出去。在一些实施例中，倾斜光栅820可以包括具有周期p的周期性结构。例如，倾斜光栅820可以包括多个脊822和脊822之间的槽824。倾斜光栅820的每个周期可以包括脊822和槽824，槽824可以是空气间隙或填充有折射率为ng2的材料的区域。脊822的宽度与光栅周期p之间的比率可以称为占空比(dutycycle)。倾斜光栅820可以具有例如从大约10％到大约90％或更大的占空比范围。在一些实施例中，占空比可以每周期都变化。在一些实施例中，倾斜光栅的周期p可以在倾斜光栅820上从一个区域到另一个区域变化，或者可以在倾斜光栅820上从一个周期到另一个周期变化(即，啁啾(chirped))。
脊822可以由折射率为ng1的材料制成，例如含硅材料(例如，SiO2、Si3N4、SiC、SiOxNy或无定形硅)、有机材料(例如，旋涂碳(SOC)或无定形碳层(ACL)或类金刚石碳(DLC))、或无机金属氧化物层(例如，TiOx、AlOx、TaOx、HfOx等)。每个脊822可以包括具有倾斜角α的前缘830和具有倾斜角β的后缘840。在一些实施例中，每个脊822的前缘830和后缘840可以彼此平行。换句话说，倾斜角α近似等于倾斜角β。在一些实施例中，倾斜角α可以不同于倾斜角β。在一些实施例中，倾斜角α可以近似等于倾斜角β。例如，倾斜角α和倾斜角β之间的差可以小于20％、10％、5％、1％或更小。在一些实施例中，倾斜角α和倾斜角β的范围可以是例如，从大约30°或更小到大约70％或更大。
在一些实现中，脊822之间的槽824可以涂刷或填充有具有高于或低于脊822材料的折射率的折射率ng2的材料。例如，在一些实施例中，诸如氧化铪(Hafnia)、氧化钛(Titania)、氧化钽(Tantalum oxide)、氧化钨(Tungsten oxide)、氧化锆(Zirconiumoxide)、硫化镓(Gallium sulfide)、氮化镓(Gallium nitride)、磷化镓(Galliumphosphide)、硅(silicon)和高折射率聚合物的高折射率材料可以用于填充槽824。在一些实施例中，诸如氧化硅(silicon oxide)、氧化铝(alumina)、多孔二氧化硅(poroussilica)或氟化低折射率单体(fluorinated low index monomer)(或聚合物)的低折射率材料可以用于填充槽824。结果，脊的折射率和槽的折射率之间的差可以大于0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。
倾斜光栅可以使用许多不同的纳米制造技术来被制造。纳米制造技术通常包括图案化工艺和后图案化(例如，涂刷(over-coating))工艺。图案化工艺可以用于形成倾斜光栅的倾斜脊。可以有许多不同的纳米制造技术用于形成倾斜脊。例如，在一些实现中，可以使用包括倾斜蚀刻的光刻技术来制造倾斜光栅。在一些实现中，可以使用纳米压印光刻(NIL)成型技术来制造倾斜光栅。后图案化工艺可以用于涂刷倾斜脊和/或用折射率不同于倾斜脊的材料填充倾斜脊之间的间隙。后图案化工艺可以独立于图案化工艺。因此，可以在使用任何图案化技术制造的倾斜光栅上使用相同的后图案化工艺。
下面描述的用于制造倾斜光栅的技术和工艺仅用于说明目的，并不意图是限制性的。本领域技术人员将理解，可以对下面描述的技术进行各种修改。例如，在一些实现中，可以省略下面描述的一些操作。在一些实现中，可以执行附加的操作来制造倾斜光栅。本文公开的技术也可以用于在各种材料上制造其他倾斜结构。
图9A-图9C示出了根据某些实施例的通过倾斜蚀刻来制造倾斜的表面浮雕光栅的示例简化工艺。图9A示出了光刻工艺(lithography process)(例如胶光刻工艺(photolithography process))之后的结构900。结构900可以包括可以用作上述波导显示器的波导的衬底910，例如玻璃或石英衬底。结构900还可以包括诸如Si3N4或SiO2的光栅材料层920。衬底910可以具有折射率nwg，并且光栅材料层920可以具有折射率ng1。在一些实施例中，光栅材料层920可以是衬底910的一部分。具有期望图案的掩模层930可以形成在光栅材料层920上。掩模层930可以包括，例如，光致抗蚀剂材料、金属(例如，铜、铬、钛、铝或钼)、金属间化合物(例如，MoSiON)或聚合物。可以通过例如，光学投影或电子束光刻工艺、NIL工艺或多光束干涉工艺形成掩模层930。
图9B示出了倾斜蚀刻工艺(例如干蚀刻工艺(例如，反应性离子蚀刻(RIE)、感应耦合等离子体(ICP)、深硅蚀刻(DSE)、离子束蚀刻(IBE)或IBE的变型))之后的结构940。倾斜蚀刻工艺可以包括一个或更多个子步骤。可以通过例如，旋转结构900并由蚀刻束基于期望的倾斜角蚀刻光栅材料层920来执行倾斜蚀刻。在蚀刻之后，可以在光栅材料层920中形成倾斜光栅950。
图9C示出了移除掩模层930之后的结构970。结构970可以包括衬底910、光栅材料层920和倾斜光栅950。倾斜光栅950可以包括多个脊952和槽954。诸如等离子体或湿法蚀刻的技术可以用于用适当的化学过程来剥离掩模层930。在一些实现中，掩模层930可以不被移除，并且可以用作倾斜光栅的一部分。
随后，在一些实现中，可以执行后图案化(例如，涂刷)工艺，以用折射率高于或低于脊952材料的材料涂刷倾斜光栅950。例如，如上所述，在一些实施例中，诸如氧化铪、氧化钛、氧化钨、氧化锆、硫化镓、氮化镓、磷化镓、硅和高折射率聚合物的高折射率材料可以用于涂刷。在一些实施例中，诸如氧化硅、氧化铝、多孔二氧化硅或氟化低折射率单体(或聚合物)的低折射率材料可以用于涂刷。结果，脊的折射率和槽的折射率之间的差可以大于0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。
图10示出了用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例离子束蚀刻(IBE)系统1000。离子束蚀刻是表面浮雕光栅制造中的一个工艺促成者(enabler)。离子束蚀刻通常使用高度准直且高度定向的离子束来从安装在具有可调整的旋转角度的旋转台上的衬底上物理地研磨材料。
IBE系统1000可以包括离子源发生器1010。离子源发生器1010可以包括用于接收惰性气体(例如氩气)进入离子源发生器1010的腔室的惰性气体入口1020。等离子体可以经由RF感应耦合等离子体(ICP)发生器1030在离子源发生器1010中被生成，其中高能电子可以通过与中性粒子的碰撞来电离注入的惰性气体(例如，氩气)的中性粒子。可以通过撞击电离在离子源发生器1010内生成高密度等离子体1022。高密度等离子体1022可以被认为是中性粒子的海洋，其中，正离子1024和负电子处于电荷平衡。
IBE系统1000还可以包括一个或更多个对准的准直器栅格，用于从在离子源发生器1010内形成的高密度等离子体1022中提取准直的离子束1062。对准的准直器栅格可以以各种方式被实现。例如，如图10所示，对准的准直器栅格可以包括：可以接触高密度等离子体1022并控制其电势的提取栅格1040，以及可以由可调负高压电源驱动以用于加速所提取离子的加速栅格1050。束中和器1060可以设置在对准的准直器栅格附近，并且可以将电子束发射到准直的离子束1062中，以获得与准直的离子束1062相关联的净中性电荷通量，从而防止正电荷在待蚀刻结构上堆积。
高度定向的准直的离子束1062可以从待蚀刻材料层1080上物理地研磨材料，材料层1080例如是半导体晶片、玻璃衬底、Si3N4材料层、氧化钛层、氧化铝层等。材料层1080可以被掩模1082部分覆盖，掩模1082可以通过例如胶光刻工艺形成在材料层1080上。掩模1082可以包括例如光致抗蚀剂材料、金属(例如，铜、铬、铝或钼)、金属间化合物(例如，MoSi2)或聚合物。在一些实施例中，挡板(shutter)1090(或叶片)可以用于控制蚀刻时间和/或蚀刻区域。材料层1080可以安装在旋转台1070上，旋转台1070可以旋转以修改材料层1080关于高度定向的准直的离子束1062的角度。修改材料层1080的角度的能力可以允许在掩模1082上用最小溅射再沉积创建定制的侧壁轮廓。因为IBE机制是纯物理的，所以蚀刻速率可能不像期望的那样快。此外，高能离子(energetic ion)可能导致材料层的化学计量损坏并引入缺陷，从而可能导致蚀刻的倾斜结构的性能下降。
图11示出了用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)系统1100。在化学辅助离子束蚀刻中，反应性物质(例如反应性气体(例如，CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3、HBr等))可以独立于离子束被引入到工艺中。因此，要被蚀刻的材料层可以被物理地和化学地蚀刻。
和IBE系统1000一样，CAIBE系统1100可以包括离子源发生器1110。离子源发生器1110可以类似于上面参照图10描述的离子源发生器1010。离子源发生器1110可以包括用于接收惰性气体(例如氩气)进入离子源发生器1110的腔室的惰性气体入口1120。可以经由RF感应耦合等离子体(ICP)发生器1130在离子源发生器1110内生成等离子体。可以通过撞击电离在离子源发生器1110内生成高密度等离子体1122。一个或更多个对准的准直器栅格可以用于从高密度等离子体1122中提取准直的离子束1162。例如，如图11所示，对准的准直器栅格可以包括：可以接触高密度等离子体1122并控制其电势的提取栅格1140，以及可以由可调负高压电源驱动以用于加速所提取离子的加速栅格1150。束中和器1160可以设置在对准的准直器栅格附近，并且可以将电子束发射到准直的离子束1162中，以获得与准直的离子束1162相关联的净中性电荷通量，从而防止正电荷在待蚀刻结构上堆积。
此外，反应性气体1166(例如，CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2或BCl3或HBr等)可以使用气体环1164被注入到要蚀刻的材料层1180上。通常，反应性气体1166可以在靠近材料层1180的位置处被注入。反应性气体和准直的离子束1162可以到达材料层1180的未被掩模1182覆盖的区域，并且物理地(如在IBE中)和化学地蚀刻未被覆盖的区域。例如，反应性气体CF4可以根据下式对玻璃衬底进行化学蚀刻：
SiO2+CF4→SiF4+CO2。
SiF4和CO2是易挥发的材料，很容易被移除。和IBE系统1000一样，CAIBE系统1100可以包括用于控制蚀刻时间和/或蚀刻区域的挡板1190(或叶片)。材料层1180可以安装在旋转台1170上，旋转台1170可以旋转以修改材料层1180关于高度定向的准直的离子束1162的角度。对于某些材料，与IBE系统相比，CAIBE系统可以提供对蚀刻各向异性(anisotropy)、溅射再沉积和蚀刻速率的附加控制。
图12示出了用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例反应性离子束蚀刻(RIBE)系统1200。反应性离子束蚀刻系统1200可以类似于IBE系统1000，除了反应性气体(例如，CF4、CHF3、N2、O2、SF6等)也可以注入到离子源发生器中以形成反应性离子束，该反应性离子束可以物理地和化学地蚀刻待蚀刻的材料层。
RIBE系统1200可以类似于IBE系统1000，并且可以包括用于生成高密度等离子体1222的离子源发生器1210。离子源发生器1210可以包括气体入口1220，该气体入口1220用于接收反应性气体(例如，CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3或HBr等)以及在一些情形中，接收惰性气体(例如，氩气、氦气或氖气)进入离子源发生器1210的腔室。可以通过离子源发生器1210中的撞击电离、经由RF感应耦合等离子体(ICP)发生器1230生成高密度等离子体1222。一个或更多个对准的准直器栅格可以用于从高密度等离子体1222中提取准直的反应性离子束1262。例如，如图12所示，对准的准直器栅格可以包括：可以接触高密度等离子体1222并控制其电势的提取栅格1240，以及可以由可调负高压电源驱动以用于加速所提取的反应性离子的加速栅格1250。束中和器1260可以设置在对准的准直器栅格附近，并且可以将电子束发射到准直的反应性离子束1262中，以获得与准直的反应性离子束1262相关联的净中性电荷通量，从而防止正电荷在待蚀刻结构上堆积。
准直的反应性离子束1262可以到达材料层1280的未被掩模1282覆盖的区域，并且物理地和化学地蚀刻未被覆盖的区域。和IBE系统1000以及CAIBE系统1100一样，RIBE系统1200还可以包括用于控制蚀刻时间和/或蚀刻区域的挡板1290(或叶片)。材料层1280可以安装在旋转台1270上，旋转台1270可以旋转以修改材料层1280关于高度定向的准直的反应性离子束1262的角度。对于某些材料，与IBE系统相比，RIBE系统可以提供对蚀刻各向异性、溅射再沉积和蚀刻速率的附加控制。
对于许多材料(例如，氮化硅、有机材料或无机金属氧化物)和/或某些期望的倾斜特征(例如，具有基本相等的前缘和后缘的光栅脊)，这些已知的蚀刻工艺(例如IBE工艺、RIBE工艺和CAIBE工艺)可能无法用于可靠地制造倾斜结构。一个原因是这些工艺可能无法提供用于在期望的材料上蚀刻期望的倾斜结构的反应物和/或工艺参数的适当组合。根据某些实施例，化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)工艺可以用于在各种材料上制造倾斜的表面浮雕结构。本文公开的CARIBE工艺可以通过在离子源和气体环中提供适当的化学成分来提供对自由基和离子的更有效的控制，并且因此对于要求更大量化学成分用于蚀刻的材料可以实现改进的轮廓和掩模选择性，并且还可以有助于增加蚀刻停止余量(etch stopmargin)。使用CARIBE工艺，可以在各种材料(包括可能需要更大量化学成分的材料)上更精确地制造倾斜结构的特征。在一些实施例中，本文所述的工艺可以用于在对象上制造光栅，该对象在光由于与光栅的相互作用和/或与光栅相互作用的光之间的干涉而反射、折射和/或衍射时控制光的行为。在一些实施例中，光栅可以是倾斜的，并且对象可以是光学元件，例如用于波导显示器的波导。
图13示出了根据某些实施例的用于制造倾斜的表面浮雕结构的示例化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统1300。CARIBE系统1300可以包括反应性离子源发生器1310。反应性离子源发生器1310可以包括气体入口1320，该气体入口1320用于接收反应性气体(例如，CF4、CHF3、N2、O2、SF6、H2等)以及在一些情形中，接收惰性气体(例如，氩气)进入反应性离子源发生器1310的腔室。可以通过反应性离子源发生器1310中的撞击电离、经由RF感应耦合等离子体(ICP)发生器1330生成高密度等离子体1322。一个或更多个对准的准直器栅格可以用于从高密度等离子体1322中提取准直的反应性离子束1362。例如，如图13所示，对准的准直器栅格可以包括：可以接触高密度等离子体1322并控制其电势的提取栅格1340，以及可以由可调负高压电源驱动以用于加速所提取的反应性离子的加速栅格1350。束中和器1360可以设置在对准的准直器栅格附近，并且可以将电子束发射到准直的反应性离子束1362中，以获得与准直的反应性离子束1362相关联的净中性电荷通量，从而防止正电荷在待蚀刻结构上堆积。
此外，CARIBE系统1300可以包括气体环1364，用于在靠近材料层的位置处将反应性气体1366(例如，CF4、CHF3、N2、O2、SF6等)注入到待蚀刻的材料层上。准直的反应性离子束1362(或中和之后的中性粒子1368)和反应性气体1366可以到达材料层1380的未被掩模1382覆盖的区域，并且由于物理研磨和化学反应，可以物理地和化学地蚀刻未被覆盖的区域。例如，反应性气体CF4可以根据下式对Si3N4层进行化学蚀刻：
Si3N4+4CF3+F→NF3+FCNz+3SiF4，
其中NF3、FCNz和SiF4可以是挥发性材料，并且可以相对容易地被移除以在Si3N4层中形成倾斜结构。在CARIBE工艺中到达材料层1380的束中的中性粒子与离子比可能高于RIBE或CAIBE工艺中的中性粒子与离子比。
CARIBE系统1300可以包括用于控制蚀刻时间和/或蚀刻区域的挡板1390(或叶片)。材料层1380可以安装在旋转台1370上，旋转台1370可以旋转以修改材料层1380关于高度定向的准直的反应性离子束1362的角度。结果，包括多个槽1384和多个脊1386的倾斜结构可以形成在材料层1380中。与IBE、RIBE或CAIBE工艺相比，脊1386的宽度和倾斜角可以被更精确地控制。
图14A示出了使用RIBE工艺制造的示例倾斜光栅1400。可以使用铬掩模在Si3N4层上制造倾斜光栅1400。如上所述，在根据某些实施例的许多应用中，通常希望倾斜光栅的脊的前缘和后缘基本上彼此平行，以实现某些期望的性能。如图14A所示，倾斜光栅1400的脊1410的前缘1412的倾斜角可能与倾斜光栅1400的脊1410的后缘1414的倾斜角非常不同。这可能是由蚀刻工艺期间生成的某些材料(例如，碳)的累积造成的。因此，对于某些应用，使用RIBE工艺制造的倾斜光栅1400可能不具有倾斜光栅的期望特征。
图14B示出了使用CAIBE工艺制造的示例倾斜光栅1450。类似于倾斜光栅1400，可以使用铬掩模在Si3N4层上制造倾斜光栅1450。如图14B所示，倾斜光栅1450的脊1460的前缘1462的倾斜角可能与倾斜光栅1450的脊1460的后缘1464的倾斜角非常不同。这可能是由蚀刻工艺期间生成的某些材料(例如，碳)的累积造成的。因此，对于某些应用，使用CAIBE工艺制造的倾斜光栅1450可能也不具有倾斜光栅的期望特征。
图15A示出了根据某些实施例的使用CARIBE工艺制造的示例倾斜光栅1500。可以使用铬掩模在Si3N4层上制造倾斜光栅1500。如图15A所示，倾斜光栅1500的脊1510的前缘1512的倾斜角可以类似于倾斜光栅1500的脊1510的后缘1514的倾斜角。更具体地，在图15A所示的示例中，前缘1512的倾斜角可以被测量为大约44°，后缘1514的倾斜角可以是大约43°，倾斜光栅1500的占空比可以是大约50％，并且脊1510的深度可以是大约200nm。
图15B示出了根据某些实施例的使用CARIBE工艺制造的另一个示例倾斜光栅1550。也可以使用铬掩模在Si3N4层上制造倾斜光栅1550。如图15B所示，倾斜光栅1550的脊1560的前缘1562的倾斜角可以类似于倾斜光栅1550的脊1560的后缘1564的倾斜角。在图15B所示的示例中，脊1510的深度可以是大约200nm，并且倾斜光栅1550的占空比可以大于80％。换句话说，前缘平行于后缘的窄且深的倾斜槽可以使用本文公开的CARIBE工艺来被制造。
图15A和图15B示出了本文公开的CARIBE工艺可以针对诸如Si3N4的材料实现对称轮廓和目标深度。CARIBE工艺可以用于可靠地制造具有彼此平行或基本平行(例如，倾斜角差小于大约1度、2度、3度、5度或10度)的前缘和后缘的倾斜结构。在一些实施例中，对称轮廓可以导致增强现实系统中使用的波导显示器的输出耦合器的(例如，与使用IBE、RIBE或CAIBE工艺形成的光栅相比)改进的性能。此外，CARIBE工艺可以用于制造深且精确的表面浮雕结构，同时保持前缘和后缘之间的平行关系。
图16是示出根据某些实施例的制造倾斜的表面浮雕结构的示例方法的简化流程图1600。流程图1600中描述的操作仅仅是为了说明的目的，而不意图是限制性的。在各种实现中，可以对流程图1600进行修改以增加附加操作或省略一些操作。可以使用例如上述CARIBE系统1300来执行流程图1600中描述的操作。
在框1610，第一反应性气体可以被注入到反应性离子源发生器(例如图13所示的反应性离子源发生器1310)的腔室中。第一反应性气体可以包括例如CF4、CHF3、N2、O2、SF6、H2、Cl2、BCl3、HBr等。在一些实施例中，惰性气体(例如氩气、氦气或氖气)也可以被注入到反应性离子源发生器中。
在框1620，反应性离子源发生器可以在反应性离子源发生器的腔室中生成高密度等离子体。例如，随时间变化的电流(例如，RF电流信号)可以通过线圈，线圈可以在其周围产生随时间变化的磁场，这又可以在反应性离子源发生器的腔室中感应出电场并导致电子放电。放电的电子可以撞击反应性离子源发生器的腔室中的气体，以生成反应性离子(例如，CF3+和Ar+)。因此，反应性离子源发生器的腔室可以包括中性粒子、离子和电子。
在框1630，反应性离子可以从高密度等离子体中被提取，并且可以被加速以形成朝向待蚀刻材料层的准直的反应性离子束。例如，如上所述，可以使用一个或更多个对准的准直器栅格来提取并加速反应性离子，以形成高度定向、高能量的准直的反应性离子束。在一些实施例中，一个或更多个对准的准直器栅格可以包括：可以接触高密度等离子体并控制其电势的提取栅格，以及可以由可调负高压电源驱动以用于加速离子的加速栅格。
可选地，在框1640，由对准的准直器栅格从反应性离子源发生器提取的准直的反应性离子束可以被电子束中和，以形成准直束，该准直束可以包括中性粒子和/或近似处于电荷平衡的离子和电子。因此，准直束可以是电中性的，从而防止正电荷在待蚀刻的材料层上堆积。
在框1650，可以使用如上所述的气体环将第二反应性气体注入到待蚀刻的材料层上。第二反应性气体可以包括例如CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3、HBr等。第二反应性气体可以在靠近待蚀刻材料层的位置处被注入。
在框1660，准直束和第二反应性气体都可以如上所述物理地研磨和化学地蚀刻材料层。同样如上所述，待蚀刻的材料层(例如硅晶片、玻璃衬底、氧化钛层、氧化铝层或Si3N4材料层)可以安装在旋转台上，旋转台可以基于待蚀刻在材料层上的倾斜结构的期望倾斜角关于准直束的方向旋转。材料层可以被图案化掩模部分地覆盖，该图案化掩模包括与倾斜结构的横截面的期望图案相似的图案。在一些实施例中，挡板或叶片可以用于控制材料层上的蚀刻时间和/或蚀刻区域。
在一些实施例中，使用流程图1600中描述的方法制造的倾斜光栅可以涂刷有折射率不同于光栅材料层的材料。例如，在一些实施例中，诸如氧化铪、氧化钛、氧化钨、氧化锆、硫化镓、氮化镓、磷化镓、硅或高折射率聚合物的高折射率材料可以用于涂刷倾斜光栅和/或填充倾斜光栅的脊之间的间隙。在一些实施例中，诸如氧化硅、氧化铝、多孔二氧化硅或氟化低折射率单体(或聚合物)的低折射率材料可以用于涂刷倾斜光栅和/或填充倾斜光栅的脊之间的间隙。结果，倾斜光栅的脊的折射率和槽的折射率之间的差可以大于0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。
本发明的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是在呈现给用户之前以某种方式被调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容组合的所生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观众产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观众提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。
如上所述，在基于波导的AR显示设备中使用倾斜光栅可以增加视场、提高亮度效率、并减少显示器伪像(例如，彩虹伪像)。为了改善倾斜光栅的性能，也可能需要大的倾斜角(例如，>45°)、前缘和后缘之间的高度对称性和/或高深度。可以通过例如纳米压印光刻(NIL)或蚀刻来制造倾斜光栅。然而，使用NIL技术制造具有大倾斜角的深倾斜结构是困难的，因为例如，分离模具和模制设备可能是困难的，并且可能损坏模制设备。用于半导体制造的蚀刻技术可以用于垂直表面地蚀刻诸如SiO2的材料，但可能不适于制造前缘和后缘之间具有高度对称性的深倾斜结构，特别是在高折射率材料(例如Si3N4或SiON)上，这是由于例如低蚀刻速率、残留物累积等。
根据某些实施例，可以将H2气体添加到离子源发生器中的气体(例如，包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、SF6、CLF3、N2O、N2、O2、SO2、COS等)中，离子源发生器例如是感应耦合的等离子体(ICP)腔室。H+离子可以在离子源发生器中被生成，并且可以朝向待蚀刻的衬底(例如Si3N4)被加速。进入Si3N4衬底的H+离子可以在衬底中形成SiHxNy，可以通过物理和化学蚀刻以形成挥发性材料(例如SiF4、NF3、HCN)来很容易地移除SiHxNy。这样，由于较高的蚀刻速率和最小化的蚀刻残留物累积，具有高度对称性的深倾斜结构可以更有效且更精确地被蚀刻在高折射率材料上。
图17A示出了根据某些实施例的低折射率衬底1710上的倾斜光栅1712的示例。低折射率衬底1710可以是例如折射率为约1.46至约1.5的石英衬底。因此，在低折射率衬底1710上形成的光栅1712可以具有低折射率。如上所述，为了实现更好的性能(例如，高效率)，可能需要具有高折射率的光栅，使得可以在光栅脊和光栅槽之间实现高折射率对比。
图17B示出了根据某些实施例的在低折射率衬底1720上用高折射率材料制造的倾斜光栅1722的示例。低折射率衬底1720可以包括例如折射率是大约1.46至大约1.5的石英衬底。可以在低折射率衬底1720上形成(例如沉积)高折射率材料层，并且可以在高折射率材料层中蚀刻倾斜光栅1722。高折射率材料可以包括，例如，SiON(其可以具有大约1.7的折射率)或Si3N4(其可以具有大约2.1的折射率)。这样，可以在光栅脊和光栅槽之间实现高折射率对比。
图17C示出了根据某些实施例的高折射率衬底1730上的倾斜光栅1732的示例。倾斜光栅1732和衬底1730可以是相同的材料，例如SiON或Si3N4，并且可以具有相同的高折射率。这样，可以在光栅脊和光栅槽之间实现高折射率对比。
然而，在高折射率材料上更有效并更精确地制造具有大深度、大倾斜角以及光栅脊的前缘和后缘之间的高度对称性的倾斜光栅可能是具有挑战性的。例如，使用一些现有技术，蚀刻速率可能较低，可能无法实现大的倾斜角、光栅脊的前缘的倾斜角和后缘的倾斜角可能非常不同、或者光栅脊的前缘的长度(或深度)和光栅脊的后缘的长度(或深度)可能非常不同。
图18A示出了根据某些实施例的使用制造工艺蚀刻倾斜光栅1820的示例。图18A所示的制造工艺可以是物理蚀刻工艺，其中离子或其他粒子可以用于轰击衬底1810或高折射率材料层。掩模1840可以用于在不被蚀刻的区域中阻挡粒子，这可以形成倾斜光栅1820的脊。
如图18A所示，在倾斜光栅1820的脊的一侧(例如，后缘)，如线1830所示，入射粒子可以击中后缘，并且由于入射粒子的撞击，光栅脊表面处的分子或原子1822可以从光栅脊脱离。光栅材料的分子或原子1822可以在一个方向上移动，该方向使得它可以容易地从如图18A所示的光栅脊区域被移除。因此，脱离的分子或原子不会在倾斜光栅的槽的底部累积。然而，在倾斜光栅的脊的另一侧(例如，前缘)，如线1832所示，入射粒子可以击中前缘，并且由于入射粒子的撞击，光栅脊表面处的分子或原子1824可以从光栅脊脱离。然而，由于入射粒子的方向，光栅材料的分子或原子1824还可能被进一步推入光栅脊，或者可能在一个方向从光栅脊被移除，该方向使得分子或原子1824可以在倾斜光栅的槽的底部累积。这样，光栅脊前缘处的蚀刻速率可能较低，和/或从光栅脊的前缘蚀刻的材料可能在倾斜光栅的槽的底部累积，这可能导致前缘的倾斜角或深度不同于后缘的倾斜角或深度。
图18B示出了根据某些实施例的使用图18A所示的制造工艺蚀刻的倾斜光栅1860的示例。倾斜光栅1860可以被制造在衬底1850上，衬底1850可以是诸如SiON的高折射率材料。倾斜光栅1860可以包括多个光栅脊1862和多个光栅槽1864。光栅脊1862可以包括前缘1866和后缘1868。如图18B中的区域1870所示，并且如虚线所示，从光栅脊1862的顶部到相邻光栅槽1864的底部的前缘1866的长度可以比从光栅脊1862的顶部到相邻光栅槽1864的底部的后缘1866的长度短。换句话说，光栅槽1864的底部可能不是平坦的。这种效果是不期望的。
在一些实施例中，H2气体可以被添加到上述离子源发生器中的气体(例如，包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、SF6、CLF3、N2O、N2、O2、SO2、COS等)中，离子源发生器诸如是感应耦合等离子体(ICP)腔室。H+离子可以在离子源发生器中被生成，并且可以朝向待蚀刻的衬底(例如Si3N4或SiON)被加速。进入Si3N4衬底的H+离子可以与衬底材料反应，以根据下式在衬底中形成例如SiHxNy：
Si3N4+H+→SiHxNy，或者
SiON+H+→SiNxNy。
等离子体中的附加离子或反应性气体中的附加气体(例如CF4、CF3+、CHFx +)可以在物理和化学蚀刻期间根据例如下式与SiHxNy反应：
SiHxNv+C/F/N/H→SiF4+NH3+NCN。
SiF4、NH3、HCN可以是挥发性材料(例如气体)，因此可以容易地从光栅区域被移除，而不管它们的移动方向如何。这样，前缘和后缘上的蚀刻速率都可以提高，并且没有或更少的残留材料可以在光栅槽的底部累积。因此，得到的倾斜光栅可以很深，并且在前缘和后缘处具有相似的长度和倾斜角(即，对称)。
在一些实施例中，其他低分子量气体(例如氦气)可以被添加到上述离子源发生器中的气体中，其中氦离子可以被生成，并且可以朝向光栅衬底被加速以与光栅材料反应。
图19A示出了根据某些实施例的使用制造工艺在SiON层中制造的倾斜光栅1900的示例。在制造工艺中，离子源发生器中没有使用H2或氦气。如图所示，光栅槽的底部可能不是平坦的，因此从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的前缘的长度可能比从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的后缘的长度短。
图19B示出了根据某些实施例的使用改进的制造工艺在SiON层中制造的倾斜光栅1950的示例。在改进的制造工艺中，可以在离子源发生器中使用H2气体来生成高速高能H+离子。如图所示，光栅槽的底部可以相对平坦，并且从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的前缘的长度可以类似于从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的后缘的长度。这样，倾斜光栅的前缘和后缘可以更加对称。
图20A示出了根据某些实施例的使用制造工艺在Si3N4层中制造的倾斜光栅2000的示例。在制造工艺中，离子源发生器中没有使用H2或氦气。如图所示，光栅槽的底部可能不是平坦的，因此从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的前缘的长度可能比从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的后缘的长度短。
图20B示出了根据某些实施例的使用改进的制造工艺在Si3N4层中制造的倾斜光栅2010的示例。图20C示出了根据某些实施例的使用改进的制造工艺在Si3N4层中制造的倾斜光栅2020的示例。在改进的制造工艺中，可以在离子源发生器中使用H2气体来生成高速高能H+离子。如图所示，光栅槽的底部可以相对平坦，并且从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的前缘的长度可以类似于从光栅脊的顶部到相邻光栅槽的底部的后缘的长度。这样，倾斜光栅的前缘和后缘可以更加对称。
在一些实施例中，在使用本文公开的技术制造的倾斜光栅中，光栅脊的前缘长度和光栅脊的后缘长度之间的差可以小于光栅脊的后缘长度的25％、20％、10％、5％或更低。
在一些实施例中，蚀刻工艺可以包括多个操作。例如，在一些实施例中，可以首先生成H+或氦离子，并将其用于物理地和化学地蚀刻光栅材料以形成例如SiHxNy。在单独的操作中，可以使用其他反应性气体来物理地和化学地蚀刻SiHxNy材料。在一些实施例中，使用H+离子蚀刻的操作和使用其他反应性气体蚀刻的操作可以在多个循环的每个循环中被执行，以蚀刻倾斜光栅。
在一些实施例中，H2或氦气可以通过例如上述气体环1364被注入。H2或氦气可以与来自离子源发生器的离子碰撞，以生成H+或氦离子。在许多情形中，通过与离子的碰撞生成的H+或氦离子的速度或能量可能不是很高，因此可能不会像在离子源发生器中生成的H+或氦离子那样有效地蚀刻光栅材料。
通常，用于半导体蚀刻的离子源发生器(例如感应耦合等离子体(ICP)腔室)可以包括由石英制成的内腔层。当在离子源发生器中加入H2气体时，腔室中生成的H+离子可以进入石英层和/或与石英层反应，并改变石英层的物理和/或化学性质，这可能导致对石英层的损坏。根据某些实施例，离子源发生器中的石英层可以是替代的氧化物材料(例如氧化铝(Al2O3)或Y2O3)，以便使用如上所述的H2辅助的离子束蚀刻。
图21示出了根据某些实施例的离子束蚀刻系统2100的示例。离子源发生器2100可以包括离子源发生器2110，其可以类似于离子源发生器1010、1110、1210或1310。离子源发生器2110可以包括用于将气体(例如CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、SF6、CLF3、N2O、N2、O2、SO2、COS、H2、He等)接收到离子源发生器2110的腔室中的惰性气体入口2120。可以经由RF感应耦合等离子体(ICP)发生器2130在离子源发生器2110中生成等离子体，其中高能电子可以通过与中性粒子的碰撞来电离注入的惰性气体(例如，H2)的中性粒子。可以通过撞击电离在离子源发生器2110内生成高密度等离子体2122。高密度等离子体2122可以包括处于电荷平衡的正离子2124和负电子。
离子源发生器2110的内腔的表面层2112可以包括氧化物材料层(例如氧化铝(Al2O3)或氧化钇(Y2O3))，使得腔室中生成的H+离子不会进入表面层2112，或者不会与表面层2112反应并改变表面层2112的物理和/或化学性质。因此，表面层2112不会被空腔内部生成的离子损坏。
IBE系统2100还可以包括一个或更多个对准的准直器栅格，用于从在离子源发生器2110内形成的高密度等离子体2122中提取准直的离子束2162。对准的准直器栅格可以以各种方式被实现。例如，如图21所示，对准的准直器栅格可以包括：可以接触高密度等离子体2122并控制其电势的提取栅格2140，以及可以由可调负高压电源驱动以用于加速所提取离子的加速栅格2150。束中和器2160可以设置在对准的准直器栅格附近，并且可以将电子束发射到准直的离子束2162中，以获得与准直的离子束2162相关联的净中性电荷通量，从而防止正电荷在待蚀刻结构上堆积。
图22是用于实现本文公开的一些示例的示例近眼显示器(例如，HMD设备)的示例电子系统2200的简化框图。电子系统2200可以用作上述HMD设备或其他近眼显示器的电子系统。在该示例中，电子系统2200可以包括一个或更多个处理器2210和存储器2220。处理器2210可以被配置成执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如通用处理器或适于在便携式电子设备内实现的微处理器。处理器2210可以与在电子系统2200内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器2210可以通过总线2240与其他示出的部件进行通信。总线2240可以是适于在电子系统2200内传输数据的任何子系统。总线2240可以包括传输数据的附加电路和多条计算机总线。
存储器2220可以耦合到处理器2210。在一些实施例中，存储器2220可以提供短期和长期存储，并且可以被分成若干个单元。存储器2220可以是易失性的(例如静态随机存取存储器(SRAM)和/或动态随机存取存储器(DRAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)。此外，存储器2220可以包括可移动存储设备，例如安全数字(SD)卡。存储器2220可以为电子系统2200提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器2220可以分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以被存储在存储器2220中。指令可以采取可以由电子系统2200可执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，当在电子系统2200上(例如，使用各种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)编译和/或安装时，源代码和/或可安装代码可以采用可执行代码的形式。
在一些实施例中，存储器2220可以存储多个应用模块2222至2224，应用模块2222至2224可以包括任意数量的应用。应用的示例可以包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。这些应用可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用模块2222-2224可以包括要由处理器2210执行的特定指令。在一些实施例中，应用模块2222-2224中的某些应用或部分可以由其他硬件模块2280执行。在某些实施例中，存储器2220可以另外包括安全存储器，该安全存储器可以包括附加的安全控件，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。
在一些实施例中，存储器2220可以包括加载在其中的操作系统2225。操作系统2225可以可操作来启动由应用模块2222-2224提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块2280以及与无线通信子系统2230的接口，无线通信子系统2230可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统2225可以适于在电子系统2200的组件上执行其他操作，包括线程管理(threading management)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。
无线通信子系统2230可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(例如
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设备、IEEE 802.11设备、Wi-Fi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统2200可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统2230的一部分或者作为耦合到系统的任何部分的单独部件的一根或更多根天线2234。根据期望的功能，无线通信子系统2230可以包括单独的收发器，以与基站收发信台和其他无线设备以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(例如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)或无线个域网(WPAN))进行通信。WWAN可以是例如WiMax(IEEE 802.16)网络。WLAN可以是例如IEEE 802.11x网络。WPAN可以是例如蓝牙网络、IEEE 802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合。无线通信子系统2230可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他设备交换数据。无线通信子系统2230可以包括用于使用天线2234和无线链路2232发送或接收数据(例如HMD设备的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统2230、处理器2210和存储器2220可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。
电子系统2200的实施例还可以包括一个或更多个传感器2290。传感器2290可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器(proximitysensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合了加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器、或者可操作来提供感测输出(sensory output)和/或接收感测输入的任何其他类似模块(例如深度传感器或位置传感器)。例如，在一些实现中，传感器2290可以包括一个或更多个惯性测量单元(IMU)和/或一个或更多个位置传感器。IMU可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于HMD设备的初始位置的HMD设备的估计位置。位置传感器可以响应于HMD设备的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于，一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU的误差校正的一种类型的传感器或者其某种组合。位置传感器可以位于IMU的外部、IMU的内部或者这两种位置的某种组合。至少一些传感器可以使用结构化光图案进行感测。
电子系统2200可以包括显示模块2260。显示模块2260可以是近眼显示器，并且可以向用户图形地呈现来自电子系统2200的信息(例如图像、视频和各种指令)。这种信息可以从一个或更多个应用模块2222-2224、虚拟现实引擎2226、一个或更多个其他硬件模块2280、它们的组合或者(例如，通过操作系统2225)用于为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中得到。显示模块2260可以使用液晶显示(LCD)技术、发光二极管(LED)技术(包括例如，OLED、ILED、mLED、AMOLED、TOLED等)、发光聚合物显示(LPD)技术或某种其他显示技术。
电子系统2200可以包括用户输入/输出模块2270。用户输入/输出模块2270可以允许用户向电子系统2200发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块2270可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统2200的任何其他合适的设备。在一些实施例中，用户输入/输出模块2270可以根据从电子系统2200接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。
电子系统2200可以包括照相机2250，照相机2250可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。照相机2250也可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于VR、AR或MR应用。照相机2250可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。在一些实现中，照相机2250可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3D图像。
在一些实施例中，电子系统2200可以包括多个其他硬件模块2280。其他硬件模块2280中的每一个可以是电子系统2200内的物理模块。虽然其他硬件模块2280中的每一个可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块2280中的一些可以被临时配置为执行特定功能或者被临时激活。其他硬件模块2280的示例可以包括，例如，音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(NFC)模块、可充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，可以用软件实现其他硬件模块2280的一个或更多个功能。
在一些实施例中，电子系统2200的存储器2220还可以存储虚拟现实引擎2226。虚拟现实引擎2226可以执行电子系统2200内的应用，并从各种传感器接收HMD设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎2226接收的信息可以用于为显示模块2260产生信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎2226可以为HMD设备生成反映(mirror)用户在虚拟环境中的移动的内容。另外，虚拟现实引擎2226可以响应于从用户输入/输出模块2270接收的动作请求执行应用内的动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉、听觉或触觉反馈。在一些实现中，处理器2210可以包括可以执行虚拟现实引擎2226的一个或更多个GPU。
在各种实现中，上述硬件和模块可以在单个设备上被实现，或者在能够使用有线或无线连接彼此通信的多个设备上被实现。例如，在一些实现中，一些部件或模块(例如GPU、虚拟现实引擎2226和应用(例如，跟踪应用))可以在与头戴式显示设备分离的控制台上被实现。在一些实现中，一个控制台可以连接到或支持一个以上HMD。
在替代配置中，不同的和/或附加的部件可以被包括在电子系统2200中。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上述方式的方式分布在部件当中。例如在一些实施例中，电子系统2200可以被修改为包括其他系统环境，例如AR系统环境和/或MR环境。
上面讨论的方法、系统和设备是示例。各种实施例可以视情况省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在替代配置中，所描述的方法可以以不同于所描述的顺序来被执行，和/或可以添加、省略和/或组合各个阶段。此外，关于某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中被组合。实施例的不同方面和元素可以以相似的方式被组合。此外，技术不断发展，且因此许多元素是示例，并不将本公开的范围限制于那些具体示例。
在描述中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，为了避免模糊实施例，众所周知的电路、过程、系统、结构和技术被示出而没有不必要的细节。此描述仅提供示例实施例，并不意图限制本发明的范围、适用性或配置。相反，实施例的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现各种实施例的使能描述(enabling description)。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在元素的功能和布置方面进行各种改变。
此外，一些实施例被描述为过程，过程被描绘为流程图或框图。尽管每一个都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可以具有图中未包括的附加步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任意组合来实现方法的实施例。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行相关联的任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的计算机可读介质中。处理器可以执行相关联的任务。
对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，还可以使用定制的或专用的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括便携式软件，例如小程序(applet)等)或者两者来实现特定的元素。此外，可以采用到诸如网络输入/输出设备的其他计算设备的连接。
参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施例中，各种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他设备提供指令/代码以供执行。附加地或替代地，机器可读介质可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实现中，计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读介质的常见形式包括例如磁和/或光学介质(例如光盘(CD)或数字多功能盘(DVD))、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存-EPROM、任何其他存储器芯片或盒、下文所述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、应用(App)、子例程、模块、软件包、类、或指令、数据结构或程序语句的任意组合。
本领域的技术人员将理解，用于传送本文描述的消息的信息和信号可以使用各种不同的技术和技艺中的任何一种来表示。例如，在上面的描述中引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片(chip)可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任意组合来表示。
本文使用的术语“和”以及“或”可以包括多种含义，这些含义还被预期至少部分地取决于使用这些术语的上下文。典型地，“或”如果用于关联列表，例如A、B或C，则意在表示A、B和C(此处以包含的意义使用)以及A、B或C(此处以排他的意义使用)。此外，本文使用的术语“一个或更多个”可以用来以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用来描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性的示例，并且要求保护的主题不限于该示例。此外，术语“...中的至少一个(at least one of)”如果用于关联列表，例如A、B或C，则可以被解释为表示A、B和/或C的任意组合，例如A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等。
此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施例，但是应当认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施例可以仅以硬件实现，或者仅以软件实现，或者使用它们的组合来实现。在一个示例中，可以用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实现软件，所述计算机程序代码或指令可由一个或更多个处理器执行，用于执行在本公开中描述的任何或所有步骤、操作或过程，其中计算机程序可以存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以在相同的处理器上或者以任何组合在不同的处理器上被实现。
在设备、系统、部件或模块被描述为被配置为执行某些操作或功能的情况下，可以例如通过设计执行操作的电子电路、通过对可编程电子电路(例如微处理器)进行编程以(例如通过执行计算机指令或代码)执行操作、或者被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核、或者它们的任意组合来完成这种配置。过程可以使用各种技术(包括但不限于用于过程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同的时间使用不同的技术。
因此，说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。然而，将明显的是，在不脱离在权利要求中阐述的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了具体实施例，但是这些实施例并不意图进行限制。各种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的方法，所述方法包括：
将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中，其中，所述第一反应性气体包括低分子量气体；
在所述反应性离子源发生器中生成等离子体，所述等离子体包括反应性离子；
从所述等离子体中提取至少一些所述反应性离子，以形成朝向所述材料层的准直的反应性离子束；以及
将第二反应性气体注入到所述材料层上，
其中，所述准直的反应性离子束和所述第二反应性气体物理地和化学地蚀刻所述材料层，以形成所述倾斜的表面浮雕结构。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述倾斜的表面浮雕结构的期望倾斜角来旋转所述材料层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一反应性气体包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、CLF3、N2O、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3、HBr、H2、Ar、He或Ne中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料层包括半导体衬底、SiO2层、Si3N4材料层、氧化钛层、氧化铝层、SiC层、SiOxNy层、无定形硅层、旋涂碳(SOC)层、无定形碳层(ACL)、类金刚石碳(DLC)层、TiOx层、AlOx层、TaOx层或HFOx层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述等离子体中提取至少一些所述反应性离子以形成所述准直的反应性离子束包括：
在邻近所述反应性离子源发生器的提取栅格上施加提取电压；以及
在加速栅格上施加加速电压以提取并加速至少一些所述反应性离子，
其中，所述提取栅格和所述加速栅格是对准的；并且
其中，所述加速电压低于所述提取电压。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二反应性气体包括CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3或HBr中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述倾斜的表面浮雕结构包括倾斜的表面浮雕光栅。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述倾斜的表面浮雕光栅包括多个脊；并且
每个脊的前缘平行于该脊的后缘。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
所述前缘的倾斜角和所述后缘的倾斜角关于所述材料层的表面法线大于30度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述前缘的长度和所述后缘的长度之间的差小于所述后缘的长度的10％。
11.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述倾斜的表面浮雕光栅的深度大于100nm。
12.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述倾斜的表面浮雕光栅的占空比大于60％。
13.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述第一反应性气体包括H2；
所述反应性离子包括H+离子；
所述材料层包括SiOmNn层或Si3N4层；并且
所述H+离子与所述SiOmNn层或所述Si3N4层反应以形成SiHxNy层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述准直的反应性离子束和所述第二反应性气体与所述SiHxNy层反应以生成SiF4、NH3和HCN气体。
15.一种化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统，用于在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构，所述CARIBE系统包括：
反应性离子源发生器，其被配置成使用第一反应性气体生成等离子体，所述等离子体包括反应性离子，并且所述第一反应性气体包括低分子量气体；
一个或更多个对准的准直器栅格，其被配置成提取并加速所述等离子体中的至少一些所述反应性离子，以形成朝向所述材料层的准直的反应性离子束；以及
气体环，其被配置为将第二反应性气体注入到所述材料层上，
其中，所述准直的反应性离子束和所述第二反应性气体物理地和化学地蚀刻所述材料层，以在所述材料层中形成所述倾斜的表面浮雕结构。
16.根据权利要求15所述的CARIBE系统，其中：
所述反应性离子源发生器包括被配置成封闭所述等离子体的内腔；并且
所述内腔的表面层包括氧化物材料。
17.根据权利要求16所述的CARIBE系统，其中，所述氧化物材料包括Y2O3或氧化铝。
18.根据权利要求15所述的CARIBE系统，还包括：
中和器，其被配置成将电子束注入到所述准直的反应性离子束中以中和所述准直的反应性离子束。
19.根据权利要求15所述的CARIBE系统，其中：
所述反应性离子源发生器包括感应耦合等离子体发生器。
20.根据权利要求15所述的CARIBE系统，其中：
所述第一反应性气体包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、CLF3、N2O、N2、O2、SF6、H2、Cl2、BCl3、HBr、Ar、He或Ne中的至少一种；并且
所述第二反应性气体包括CF4、CHF3、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3或HBr中的至少一种。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11137536B2 (en) 2018-07-26 2021-10-05 Facebook Technologies, Llc Bragg-like gratings on high refractive index material
US11226446B2 (en) 2020-05-06 2022-01-18 Facebook Technologies, Llc Hydrogen/nitrogen doping and chemically assisted etching of high refractive index gratings

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9132352B1 (en) 2010-06-24 2015-09-15 Gregory S. Rabin Interactive system and method for rendering an object
US11226439B2 (en) * 2018-11-09 2022-01-18 Applied Materials, Inc. System and method for forming surface relief gratings
US10598938B1 (en) * 2018-11-09 2020-03-24 Facebook Technologies, Llc Angular selective grating coupler for waveguide display
US10690831B2 (en) * 2018-11-20 2020-06-23 Facebook Technologies, Llc Anisotropically formed diffraction grating device
WO2020131317A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 Applied Materials, Inc. Methods for controlling etch depth by localized heating
CN114945862B (zh) * 2020-10-23 2023-11-10 京东方科技集团股份有限公司 光源模组及其制备方法和显示模组
WO2022146904A1 (en) * 2020-12-30 2022-07-07 Meta Platforms Technologies, Llc Layered waveguide fabrication by additive manufacturing
WO2022261374A1 (en) * 2021-06-10 2022-12-15 Meta Platforms Technologies, Llc Method of etching surface-relief structures
CN113504607B (zh) * 2021-09-09 2021-11-26 泉州市德源轴承实业有限公司 一种基于衍射光波导的玻璃框架结构及其加工方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1228401B1 (en) * 1999-03-11 2005-08-10 Board of Regents, The University of Texas System Step and flash imprint lithography
CN1859959A (zh) * 2003-10-02 2006-11-08 分子制模股份有限公司 单相流体刻印平版印刷方法
CN102645688A (zh) * 2011-02-21 2012-08-22 佳能株式会社 衍射光学元件及其制造方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4595484A (en) 1985-12-02 1986-06-17 International Business Machines Corporation Reactive ion etching apparatus
US5770120A (en) * 1994-12-09 1998-06-23 Olympus Optical Co., Ltd. Method of manufacturing die and optical element performed by using the die
US6238582B1 (en) 1999-03-30 2001-05-29 Veeco Instruments, Inc. Reactive ion beam etching method and a thin film head fabricated using the method
US7052575B1 (en) * 2001-04-30 2006-05-30 Advanced Micro Devices, Inc. System and method for active control of etch process
US20050211547A1 (en) 2004-03-26 2005-09-29 Applied Materials, Inc. Reactive sputter deposition plasma reactor and process using plural ion shower grids
ATE532203T1 (de) 2004-08-27 2011-11-15 Fei Co Lokalisierte plasmabehandlung
US20060127830A1 (en) * 2004-12-15 2006-06-15 Xuegong Deng Structures for polarization and beam control
US7643709B2 (en) 2006-05-12 2010-01-05 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Slanted segmented coupler
US8129283B2 (en) 2007-02-13 2012-03-06 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma processing method and plasma processing apparatus
US8303833B2 (en) 2007-06-21 2012-11-06 Fei Company High resolution plasma etch
CN101551593A (zh) * 2009-04-24 2009-10-07 上海微电子装备有限公司 用于光刻装置的对准系统、光刻装置及其对准方法
US9341843B2 (en) 2010-02-28 2016-05-17 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with a small scale image source
US20150309316A1 (en) 2011-04-06 2015-10-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Ar glasses with predictive control of external device based on event input
US9182596B2 (en) 2010-02-28 2015-11-10 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with the optical assembly including absorptive polarizers or anti-reflective coatings to reduce stray light
US20120196139A1 (en) 2010-07-14 2012-08-02 Christopher Petorak Thermal spray composite coatings for semiconductor applications
US20120177908A1 (en) 2010-07-14 2012-07-12 Christopher Petorak Thermal spray coatings for semiconductor applications
US20160187654A1 (en) 2011-02-28 2016-06-30 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses with a light transmissive wedge shaped illumination system
US10388491B2 (en) * 2011-10-31 2019-08-20 Canon Anelva Corporation Ion beam etching method of magnetic film and ion beam etching apparatus
GB2502818A (en) 2012-06-08 2013-12-11 Nanogan Ltd Epitaxial growth of semiconductor material such as Gallium Nitride on oblique angled nano or micro-structures
CN103762497A (zh) * 2013-11-06 2014-04-30 南京大学 基于重构-等效啁啾和等效半边切趾的dfb半导体激光器及制备方法
JP6230898B2 (ja) 2013-12-13 2017-11-15 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US20150279686A1 (en) 2014-03-31 2015-10-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor processing methods
US20160035539A1 (en) 2014-07-30 2016-02-04 Lauri SAINIEMI Microfabrication
US9478435B2 (en) 2014-08-07 2016-10-25 Tokyo Electron Limited Method for directed self-assembly and pattern curing
WO2016186988A1 (en) * 2015-05-15 2016-11-24 President And Fellows Of Harvard College System and method for wafer-scale fabrication of free standing mechanical and photonic structures by ion beam etching
US9706634B2 (en) 2015-08-07 2017-07-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc Apparatus and techniques to treat substrates using directional plasma and reactive gas
US10073278B2 (en) 2015-08-27 2018-09-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Diffractive optical element using polarization rotation grating for in-coupling
US10388492B2 (en) 2016-04-14 2019-08-20 Fm Industries, Inc. Coated semiconductor processing members having chlorine and fluorine plasma erosion resistance and complex oxide coatings therefor
CN206114936U (zh) * 2016-07-25 2017-04-19 华中科技大学 一种偏振衍射光栅结构及耦合谐振腔

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1228401B1 (en) * 1999-03-11 2005-08-10 Board of Regents, The University of Texas System Step and flash imprint lithography
CN1859959A (zh) * 2003-10-02 2006-11-08 分子制模股份有限公司 单相流体刻印平版印刷方法
CN102645688A (zh) * 2011-02-21 2012-08-22 佳能株式会社 衍射光学元件及其制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.J.ROWE: "《High-reflectivity surface-relief gratings in single-mode optical fibres》", 《IEE PROCEEDINGS-J》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11137536B2 (en) 2018-07-26 2021-10-05 Facebook Technologies, Llc Bragg-like gratings on high refractive index material
US11226446B2 (en) 2020-05-06 2022-01-18 Facebook Technologies, Llc Hydrogen/nitrogen doping and chemically assisted etching of high refractive index gratings

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