CN113039464A - 用于检测斜角表面浮雕格栅的蚀刻深度的系统与方法 - Google Patents

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Abstract

提供光学格栅组件及形成方法。在一些实施例中，一种方法包括提供光学格栅层以及在光学格栅层中形成光学格栅，其中光学格栅包括相对于光学格栅层的平面的垂直线以非零倾斜角设置的多个斜角沟槽。所述方法可还包括将来自光源的光传送至光学格栅层中以及测量以下中的至少一者：光的离开光学格栅层的非绕射部分及光的离开光学格栅层的绕射部分。

Description

用于检测斜角表面浮雕格栅的蚀刻深度的系统与方法
相关申请案的交叉参考
本申请案主张于2018年11月15日提出申请、标题为“用于检测斜角表面浮雕格栅的蚀刻深度的系统与方法(System and Method for Detecting Etch Depth of AngledSurface Relief Gratings)”的美国临时专利申请案第62/767,944号的优先权，且主张于2019年1月4日提出申请、标题为“用于检测斜角表面浮雕格栅的蚀刻深度的系统与方法(System and Method for Detecting Etch Depth of Angled Surface ReliefGratings)”的美国专利申请案第16/240,301号的优先权，且所述美国专利申请案全文并入本案供参考。
技术领域
本发明涉及光学元件，尤其涉及用于最佳地检测斜角表面浮雕格栅的蚀刻深度的方式。
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元件来操纵光。近来，已在全像及扩增/虚拟实境(augmented/virtual reality，AR及VR)装置中使用微绕射格栅。
一种特定的AR及VR装置是穿戴式显示系统，例如被排列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，且设置有在距使用者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)上的由电脑产生的图像。对光学组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)输送至使用者的眼睛，使得所述图像对所述使用者而言为可见。产生图像的显示器可形成光引擎的一部分，使得图像产生准直光束，所述光束由光学组件引导以提供对使用者而言可见的图像。
已使用不同种类的光学组件来将图像自显示器传递至人眼。为在扩增实境透镜或组合器中恰当地发挥作用，可设计光栅的几何形状以达成各种效果。在一些装置中，在透镜的表面上形成多个不同的区域(例如二或更多个不同的区域)，其中一个区域中的格栅几何形状不同于其他区域中的格栅几何形状。
可通过在基板或基板上的薄膜堆叠中直接蚀刻斜角沟槽来生产斜角表面浮雕光学格栅。控制光学格栅的效率的参数中的一者是沟槽深度。然而，蚀刻速率可能例如由于蚀刻源输出的变化、待蚀刻材料的特性的批次间变化(lot to lot variation)、蚀刻装备维护以来的时间以及诸多其他原因等而随时间变化(在各个样品之间、一天天地)。因此，沟槽深度可能不一致，从而导致不当的结果。
因此，针对至少以上缺点，提供本发明。
发明内容
一种形成光学格栅组件的方法可包括提供光学格栅层以及在光学格栅层中形成光学格栅，其中光学格栅包括多个斜角沟槽。所述方法可还包括将来自光源的光传送至光学格栅层中以及测量以下中至少一者：光的离开光学格栅层的非绕射部分及光的离开光学格栅层的绕射部分。
一种形成光学格栅组件的方法可包括提供光学格栅层以及将光传送至光学格栅层中。所述方法可还包括在光行进穿过光学格栅层的同时蚀刻光学格栅层，以形成光学格栅。光学格栅可具有相对于光学格栅层的平面的垂直线以非零倾斜角设置的多个斜角组件。所述方法可还包括在形成光学格栅期间检测以下中的至少一者：光的离开光学格栅层的非绕射部分及光的离开光学格栅层的绕射部分。
一种用于测量光学格栅的性质的系统可包括光源，光源将光传送至光学格栅层中，其中光的非绕射部分继续通过形成于光学格栅层中的光学格栅并在第一离开点处离开光学格栅层。此外，光的绕射部分可在光学格栅处改变方向并在第二离开点处离开光学格栅层。所述系统可还包括至少一个检测器以及处理装置，所述至少一个检测器检测光的非绕射部分及光的绕射部分。处理装置可为可操作用以接收所确定的光的非绕射部分的第一光值及光的绕射部分的第二光值。处理装置可更可操作用以将第一光值及第二光值中的至少一者与预定光值进行比较，其中预定光值与已知的光学格栅沟槽深度相关。处理装置可更可操作用以基于将第一光值和/或第二光值与预定光值进行比较来确定光学格栅的多个斜角沟槽的深度。
附图说明
附图示出本发明的示例性方式，包括本发明的原理的实际应用，附图如下所示：
图1A示出根据本发明实施例的一种光学格栅组件的侧面剖视图。
图1B示出根据本发明实施例的图1A所示光学格栅组件的俯视平面图。
图2A示出根据本发明实施例的以示意形式示出的处理设备。
图2B以俯视平面图示出根据本发明实施例的提取板组件以及基板。
图3示出根据本发明实施例的在光学格栅层中形成的斜角结构的侧面剖视图。
图4示出根据本发明实施例的用于测量光学格栅的性质的系统。
图5A-5B示出根据本发明实施例的在处理期间的光学格栅层。
图6A-6B示出根据本发明实施例的在处理期间的光学格栅层。
图7示出根据本发明实施例的制程流程。
附图未必是按比例绘制。附图仅为代表图，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元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照其中示出了一些实施例的附图来更充分地阐述本发明的实施例。本发明的标的可实施为诸多不同的形式，而不被视为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透彻及完整，且将向本领域技术人员充分地传达所述标的范围。在附图中，相同的编号在通篇中指代相同的元件。
如本文中所使用，除非另外指示，否则以单数形式叙述且跟在词“一(a或an)”后面的元件或操作被理解为可能包括多个元件或操作。此外，本发明所提及的“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附加实施例的存在。
此外，用语“大约”或“大约地”在一些实施例中可互换使用，且可使用本领域技术人员所可接受的任何相对度量来阐述。举例而言，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。尽管为非限制性的，然而与参考参数的偏差可为例如小于1％、小于3％、小于5％、小于10％、小于15％、小于20％等等的量。
本文中的实施例提供新颖的光学组件及系统以及形成光学组件的方法。各种实施例与绕射式光学元件有关，其中用语“光学格栅组件”指代具有光学格栅的装置或部件，包括AR及VR头戴装置、用于AR及VR的目镜或者用于形成用于目镜(例如，眼镜)的光学格栅的母版(master)。
如上所述，光学格栅的蚀刻速率可能由于蚀刻源输出的变化、待蚀刻材料的特性的批次间变化、蚀刻装备维护以来的时间以及诸多其他原因而随时间变化(在各个样品之间、一天天地等)。为解决该些缺陷，本文中的实施例提供一种检测蚀刻的进展以达成更牢固的结果分布的系统及方法。更具体而言，本文中的实施例依赖格栅在格栅正在制作时的光学特性，以检测何时完成格栅形成。
在一些实施例中，格栅可原位用作系统的部分，以监控格栅的演进。光源可经由基板的边缘引入光子。光子向格栅传播，且依赖于内部反射以保持于基板中。在格栅处，光子的与格栅深度有关的部分可被折射，而其余部分则继续行进。对在折射位置及透射位置中检测的光量的检测及比较可提供对随时间增加的沟槽深度的度量。尽管本文中主要使用非绕射光与绕射光之间的相对强度变化作为度量来阐述，然而亦可使用例如空间分布等其他特性。在一些实施例中，视格栅定向而定，经折射光子的检测器可位于台板(platen)内或腔室内，而非附接至台板的周边。
图1A示出根据本发明实施例的光学格栅组件100的侧面剖视图。图1B示出光学格栅组件100的俯视平面图。根据本发明的各种实施例，光学格栅组件100可用作待被放置于眼镜上或与眼镜一体形成的光学格栅。光学格栅组件100包括基板102以及设置于基板102上的光学格栅106。在一些实施例中，基板102是透光材料，例如已知的玻璃。在一些实施例中，基板102是硅。在后一种情形中，基板102是硅，且使用另一制程将格栅图案转移至另一光学基板(例如玻璃或石英)的表面上的膜。所述实施例并不限于此上下文。如以下进一步阐述，光学格栅106可设置于光学格栅层107中。在图1A及图1B所示的实施例中，光学格栅组件100还包括设置于基板102与光学格栅层107之间的蚀刻终止层104。根据本发明的一些实施例，光学格栅层107可为透光材料，例如氧化硅、氮化硅、玻璃、TiO2或其他材料。
根据本发明的一些实施例，光学格栅106可包括处于100纳米(nm)至1000纳米范围内的格栅高度H。因此，光学格栅106可适宜用于AR及VR设备的目镜中。本文中的实施例并不限于此上下文。根据一些实施例，蚀刻终止层104可为透光材料且可具有10纳米至100纳米的厚度。所述实施例并不限于此上下文。用于蚀刻终止层104的合适材料的实例包括SiN、SiO2、TiN、SiC以及其他材料。在其中光学格栅106将被应用于或包括于眼镜的目镜中的实施例中，尤其适宜的材料是透光材料。在其中光学格栅组件100形成用于制作目镜用光学格栅的母版的实施例中，蚀刻终止层104无需为透光的。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，光学格栅106可包括被示出为斜角组件或结构112的多个斜角结构，所述多个斜角结构相对于基板102的平面的垂直线以非零倾斜角设置。斜角结构112可包括于倾斜格栅的一或多个场(field)内，所述倾斜格栅一起形成“微透镜”。如下文将更详细阐述，每一斜角结构112的侧壁113及115的角度(例如，相对于基板102的平面的垂直线)及形状可在束选择性(beam selectivity)、束角展度(beam angle spread)、束角平均值(beam angle mean)等被修改时变化。如下文将更详细阐述，每一斜角结构112的侧壁113及115的角度可基于斜角结构112与形成于斜角结构112之上的硬遮罩之间的选择性而进一步变化。如本文中所使用，选择性可为形成斜角结构112的光学格栅层的材料、蚀刻离子的化学性质(chemistry)以及工具参数(例如束强度、不同气体的相对压力以及温度)的乘积。
在斜角结构112之间的是多个沟槽114。斜角结构112可被排列成沿第一方向界定均匀或可变的高度。在图1A所示实例中，斜角结构112沿平行于所示笛卡尔坐标系的Y轴的方向界定均匀的高度，其中第一方向(Y轴)平行于基板102的平面，即X-Y平面。在其他实施例中，斜角结构112可沿平行于Y轴的方向界定可变高度。所述多个沟槽114可相对于例如基板102的顶表面或光学格栅层107的顶表面等平面的垂直线以非零倾斜角设置。
光学格栅106沿Y方向的宽度可在大约数毫米至数厘米的数量级，而格栅高度H可在大约1微米或小于1微米的数量级。因此，格栅高度H的变化可介于大约数百纳米或小于数百纳米的数量级。格栅高度H或深度d的平滑变化的实例是：相邻格栅线之间的格栅高度H或深度d的变化小于10％、小于5％或小于1％。所述实施例并不限于此上下文。因此，在目镜中，格栅高度H可在给定方向上沿目镜的表面在例如数毫米至数厘米的距离上连续地且以不骤然变化的方式变化。更具体而言，在5毫米距离上格栅高度H变化50％可能需要在大约5x103条具有一微米节距的线上连续地改变格栅高度H。所述变化需要相邻线的相对高度的平均变化为0.5/5x104或大约0.01％。
现在参照图2A，图2A示出以示意形式示出的处理设备200。处理设备200代表用于蚀刻基板的部分或在基板上进行沉积以产生例如本发明实施例的光学格栅的处理设备。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腔室202用于通过此项技术中已知的任意方便方法在其中产生等离子体204。可如所示提供具有提取孔隙208的提取板206，其中可实行非均匀蚀刻或非均匀沉积以反应性地蚀刻或沉积光学格栅层107(图1A-B)。包括例如上述光学格栅结构的基板102设置于处理腔室224中。基板102的基板平面由所示笛卡尔坐标系的X-Y平面表示，而基板102的平面的垂直线沿Z轴(Z方向)放置。
如在图2A中进一步所示，如在已知的系统中一样，当利用偏压电源220在等离子体腔室202与基板102(或基板台板214)之间施加电压差时可提取出离子束210。偏压电源220可耦合至处理腔室224，例如其中处理腔室224与基板102保持于相同的电位。
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展度范围(例如，彼此位于10度或小于10度的角展度范围)内。在其他实施例中，如下文将论述，离子束210内离子的轨迹可彼此例如以扇形收敛或发散。因此，Φ的值可表示入射角的平均值，其中轨迹个别地自平均值变化达若干度。在各种实施例中，如在已知的系统中一样，可提取离子束210作为连续的束或作为脉冲离子束。举例而言，偏压电源220可被配置成在等离子体腔室202与处理腔室224之间供应电压差作为脉冲直流(direct current，DC)电压，其中脉冲电压的电压、脉冲频率及负载循环(duty cycle)可彼此独立地进行调整。
在各种实施例中，源222可向等离子体腔室202供应例如反应气体等气体。依据被提供至等离子体腔室202的物质的具体组成，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)扫描包括基板102的基板台板214，离子束210可蚀刻基板102或在基板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至基板102以实行对层(例如，光学格栅层107)的定向反应离子蚀刻。如在此项技术中已知，此种蚀刻配方可使用已知的反应离子蚀刻化学物质用于对例如氧化物等材料或其他材料进行蚀刻。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扫描基板102时通过物理溅镀蚀刻基板102(或更具体而言，光学格栅层107)。
在图2B所示实例中，离子束210被提供为带状反应离子束，所述带状反应离子束沿X方向延伸至束宽度，其中所述束宽度即使在沿X方向的最宽部分处仍足以暴露于基板102的整个宽度。示例性束宽度可介于10厘米、20厘米、30厘米或大于30厘米范围内，而沿Y方向的示例性束长度可介于2毫米、3毫米、5毫米、10毫米或20毫米范围内。所述实施例并不限于此上下文。
注意，扫描方向230可表示沿Y方向在两个相对(180度)的方向上扫描基板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对基板102进行扫描直至自基板102的左侧至右侧的充分长度时，整个基板102可被暴露至离子束210。
格栅特征可通过使用处理配方相对于离子束210扫描基板102来达成。简言之，处理配方可需要改变一组制程参数中的至少一个制程参数，具有改变例如在扫描基板102期间由离子束210引起的蚀刻速率或沉积速率的效果。此种制程参数可包括基板102的扫描速率、离子束210的离子能量、当作为脉冲离子束提供时离子束210的负载循环、离子束210的扩展角以及基板102的旋转位置。在本文中的至少一些实施例中，处理配方可还包括光学格栅层107的材料及蚀刻离子的化学性质。在又一些其他实施例中，处理配方可包括光学格栅层107的起始几何形状，包括尺寸及纵横比。所述实施例并不限于此上下文。
现在转至图3，将更详细地阐述通过本文中实施例的蚀刻制程在光学格栅层107中形成的一组示例性鳍或斜角结构112。斜角结构112可通过上述蚀刻制程中的任一者形成，以制造具有独特位置、形状、三维定向等的斜角结构112。在一些实例中，蚀刻制程能够控制或修改所述一组斜角结构组112的以下格栅参数中的任一者：节距、硬遮罩108厚度及鳍高度/沟槽深度。蚀刻制程亦能够控制或修改以下格栅参数中的任一者：鳍厚度(CD)、角半径β及α、蚀刻终止层104中的过度蚀刻、横倾(heeling)、第一侧壁角度ρ、第二侧壁角度θ及基脚(footing)。
现在转至图4，将更详细地阐述根据本发明实施例的用于测量光学格栅层305的性质的系统300。光学格栅层305可与图3中所示光学格栅层107相同或相似。尽管为非限制性的，然而系统300可包括光源301，光源301将光303传送至基板或光学格栅层305中。在一些实施例中，光303可为被朝光学格栅307引导的多条射线及光子，其中光学格栅307可蚀刻至光学格栅层305中。如所示，光303的非绕射部分311可继续通过光学格栅307并在第一离开点313处离开光学格栅层305。光303的绕射部分315可撞击光学格栅307并改变方向，从而在第二离开点317处离开光学格栅307。
系统300可还包括接收/检测光303的非绕射部分311的第一检测器321以及接收/检测光303的绕射部分315的第二检测器323。如所示，第一检测器321可位于第一离开点313附近，而第二检测器323可位于第二离开点317附近。在一些实施例中，第一检测器321及第二检测器323可能够分别感测非绕射部分311的强度及绕射部分315的强度。光303的非绕射部分311及绕射部分315可被转换成以规则间隔采样的对应电性信号，并被数字化以产生对应的光强度值(例如以瓦(W)或瓦/平方米(W/m2)为单位)。
如下文将更详细地阐述，光强度值可被传送至被程序化为实行信号分析的处理装置325。在各种实施例中，不同类别的光强度亦可与影响反射光的扫描及感测的其他参数(例如光谱差异)相关联。在所示非限制性实施例中，处理装置325可为可操作用以接收根据光303的非绕射部分311和/或绕射部分315确定的一或多个光值327。在一些实施例中，光值327可为光303的非绕射部分311和/或绕射部分315的光强度。作为另一选择，光值327可为在一时间周期内光303的非绕射部分311的光强度与光303的绕射部分315的强度之间的差。在其他实施例中，光值327可对应于光303的非绕射部分311和/或绕射部分315的空间分布。
处理装置325可进一步可操作用以将光303的非绕射部分311和/或绕射部分315的光值327与预定光值335进行比较。存储于存储体(未示出)中的预定光值335可为多个已知光强度值的一部分，所述多个已知光强度值是先前针对给定光学格栅特性(例如沟槽深度/斜角组件高度)获得或确定的。换言之，对于一系列已知格栅沟槽深度/斜角组件高度337中的每一者，提供对应的光强度。在各种实施例中，预定光值335可为光303的非绕射部分311和/或绕射部分315的已知强度。作为另一选择，预定光值335可为光303的非绕射部分311与绕射部分315之间的已知相对差。
处理装置325可进一步可操作用以基于将所确定光值327与预定光值335进行比较来确定光学格栅307的所述多个斜角组件的深度/高度340。举例而言，当所确定光值327等于或大约等于预定光值335时，所述多个斜角组件的深度/高度340将等于与预定光值335关联的已知格栅沟槽深度/斜角组件高度337。处理装置325可能够例如当光学格栅307被蚀刻时原位确定沟槽的深度。一旦如通过所确定光值327与预定光值335之间的匹配而确定光学格栅307的所述多个斜角组件的格栅沟槽深度/斜角组件高度等于已知格栅沟槽深度/斜角组件高度，则可停止蚀刻光学格栅307。在一些实施例中，处理装置325可向处理设备200(图2A)发送信号，以防止进一步处理光学格栅层305。
如进一步所示，光源301或附加光源(未示出)可将光303传送至测试光学格栅350中。光303的非绕射部分365可继续通过测试光学格栅350并离开光学格栅层305。光303的绕射部分366可撞击测试光学格栅350并改变方向，从而在第二离开点处离开光学格栅307。
第一检测器321或附加检测器(未示出)可接收及检测光303的非绕射部分365，且第二检测器323或附加检测器(未示出)可接收及检测来自测试光学格栅350的光303的绕射部分366。在一些实施例中，第一检测器321及第二检测器323可能够感测光303的非绕射部分365及绕射部分366在到达测试光学格栅350之后的强度。与以上相似，光303的非绕射部分365及绕射部分366可被转换成以规则间隔采样的对应电性信号，并被数字化以产生对应的光强度值(例如以瓦或瓦/平方米为单位)。
如下文将更详细地阐述，对应于测试光学格栅350的光强度值可被传送至被程序化为实行信号分析的处理装置325。在各种实施例中，不同类别的光强度亦可与影响反射光的扫描及感测的其他参数(例如光谱差异)相关联。在所示非限制性实施例中，处理装置325可为可操作用以接收根据与测试光学格栅350交互作用的光303的非绕射部分365和/或绕射部分366确定的一或多个测试光值352。在一些实施例中，测试光值352可为光303的非绕射部分和/或绕射部分的光强度。作为另一选择，测试光值352可为在一时间周期内光303的非绕射部分365的光强度与光303的绕射部分366的强度之间的差。在其他实施例中，测试光值352可对应于与测试光学格栅350交互作用的光303的非绕射部分365和/或绕射部分366的空间分布。
处理装置325可进一步可操作用以将光303的非绕射部分365和/或绕射部分366的测试光值352与预定光值335进行比较。此外，撞击光学格栅307的光303的非绕射部分311和/或绕射部分315的光值327亦可与测试光值352进行比较。处理装置325可进一步可操作用以基于将测试光值352与预定光值335进行比较来确定测试光学格栅350的沟槽的深度/高度354。处理装置325可进一步可操作用以确定光学格栅307的所述多个斜角组件的深度/高度340。所述确定可基于将所确定光值327与以下中的至少一者进行比较：预定光值335、测试光值352和/或测试光学格栅350的沟槽的深度/高度354。当所确定光值327等于或大约等于预定光值335或测试光值352时，所述多个斜角组件的深度/高度340将等于与预定光值335和/或测试光值352关联的已知格栅沟槽深度/斜角组件高度337。因此，处理装置325可例如当光学格栅307和/或测试光学格栅350被蚀刻时原位确定沟槽的深度。一旦如通过所确定光值327与预定光值335和/或测试光值352之间的匹配而确定光学格栅307和/或测试光学格栅350的沟槽的格栅沟槽深度/斜角组件高度等于已知格栅沟槽深度/斜角组件高度，则可停止蚀刻光学格栅307和/或测试光学格栅350。在一些实施例中，处理装置325可向处理设备200(图2A)发送信号，以防止进一步处理光学格栅307和/或测试光学格栅350。
尽管沿光学格栅层305的第一表面360(例如，上表面)示出，然而测试光学格栅350可沿着光学格栅层305的前侧和/或背侧。测试光学格栅350可形成/位于已知位置中(在光学格栅层305上的位置以及相对于光学格栅307的位置)，以使得当装置布局改变时能够更容易地进行测试。
现在转至图5A-5B，将更详细地阐述根据本发明实施例在形成光学格栅307期间光303经由光学格栅层305的传播。如所示，光学格栅层305中设置有形成于其中的光学格栅307。光学格栅307包括多个斜角结构312，所述多个斜角结构312相对于光学格栅层305的平面345(例如，顶表面)的垂直线以非零倾斜角设置。斜角结构312通过在光学格栅层305中蚀刻多个沟槽314而形成。因此，所述多个沟槽314亦可以非零倾斜角设置。在非限制性实施例中，格栅高度H1可在大约0.5微米或小于0.5微米的数量级。
如所示，光303可经由光学格栅层305的侧表面347引入至光学格栅层305中。在一些实施例中，光303沿大约平行于平面345的平面引入。光303可包括经由光学格栅层305传播且在上部内表面349与下部内表面351之间内部反射的多条射线及光子。如所示，光303的非绕射部分311继续通过光学格栅307(例如，在光学格栅307下方)并在第一离开点313处离开光学格栅层305。非绕射部分311可被第一检测器321(图4)识别为具有第一强度I1。同时，光303的绕射部分315在光学格栅307处改变方向并在第二离开点处离开光学格栅层305。绕射部分315可被第二检测器323(图4)识别为具有第二强度I2。
如图5B中所展示，随着对光学格栅307的处理继续，所述多个沟槽314加深，从而使得所述多个斜角结构312的高度H2有效地增加。在一些实施例中，格栅高度H2可在大约0.5微米至1.0微米之间。如所示，光303的非绕射部分311继续通过光学格栅307(例如，在光学格栅307下方)并在第一离开点313处离开光学格栅层305。非绕射部分311可被第一检测器321(图4)识别为具有第三强度I3。同时，光303的绕射部分315在光学格栅307处改变方向并在第二离开点317处离开光学格栅层305。绕射部分315可被第二检测器323(图4)识别为具有第四强度I4。比较如图5A-5B之间所示的对光学格栅层305的处理，H1>H2，因此使得对于非绕射部分311，I3>I1，且对于绕射部分，I4>I2。换言之，随着光学格栅307的沟槽314加深，更多的光303被光学格栅307绕射。如上所述，所述差异可被捕获，并用于以光学方式准确确定沟槽深度。
图6A-6B展示根据本发明各种实施例的各种光源及检测器排列方式。在图6A所示实施例中，来自自由空间的光403被注入至光学格栅层/基板405的光学格栅407中，且一或多个检测器421测量全内反射(total internal reflection，TIR)之后的光传播及经由光学格栅/基板405的传播。在一些非限制性实施方式中，光403相对于光学格栅层405的平面(例如，顶表面411)的垂直线以非零倾斜角(β)被引导至光学格栅407中。在图6B所示实施例中，光403经由光学格栅/基板405的第一侧/边缘413注入，且输出光417被经由光学格栅/基板405的第二侧/边缘415检测。如所示，光学格栅407将第一侧413与第二侧415分隔开。检测器421可被配置成测量绕射输出耦合造成的光“损失”。
举例而言，在其他实施例中，可在制程中的各种其他物理位置或点中获得测量。在第一实例中，测量可在主机上进行。在一些情形中，测量不是在实际的腔室上进行。相反，测量是在外部进行，即在转移腔室中或在单独的测量腔室中进行。在第二实例中，测量可在工厂界面(factory interface，FI)上进行。测量可相似于能够放置于装载口(loadport)或FI一侧的光学计量工具。
现在转至图7，将更详细地阐述根据本发明实施例的方法500。具体而言，在方块502处，提供光学格栅层。在一些实施例中，在基板之上形成光学格栅层。在一些实施例中，光学格栅层可包含光学透明材料，光学透明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，光学格栅层形成于蚀刻终止层顶上。蚀刻终止层可为光学透明材料，且可具有10纳米至100纳米的厚度。
在方块504处，方法500可包括在光学格栅层中形成光学格栅，其中光学格栅包括相对于光学格栅层的平面的垂直线以非零倾斜角设置的多个斜角沟槽。在一些实施例中，所述多个斜角沟槽具有均匀的深度。在一些实施例中，通过在光学格栅层中进行反应离子蚀刻形成所述多个斜角沟槽。在一些实施例中，光学格栅可为测试格栅，而非主动装置的一部分。
在方块506处，方法500可包括将光自光源传送至光学格栅层中。在一些实施例中，随着光学格栅的形成，光被传送至光学格栅层中。
在方块508处，所述方法可还包括测量光的离开光学格栅层的非绕射部分及绕射部分。在一些实施例中，光的非绕射部分及绕射部分由位于光学格栅层边缘附近的一或多个检测器测量。在一些实施例中，在形成光学格栅的同时，连续或周期性地测量光的非绕射部分及绕射部分。
在方块510处，方法500可还包括将预定光值与以下中的至少一者的所检测光值进行比较：光的非绕射部分及光的绕射部分，其中预定光值对应于已知的斜角组件高度。在一些实施例中，所检测光值是光强度。
在方块512处，方法500可还包括基于将所检测光值与预定光值进行比较来确定所述多个斜角组件的高度。
本文中的实施例可为由电脑实施的。举例而言，处理设备200和/或系统300可包括电脑处理器(例如处理装置325)，以实行逻辑运算、计算任务、控制功能等。在一些实施例中，电脑处理器可为处理器的组件。电脑处理器可包括一或多个子系统、组件、模块和/或其他处理器，且可包括可使用时钟信号进行操作以锁存数据、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组件。在操作期间，电脑处理器可接收经由区域网络(localarea network，LAN)和/或广域网络(wide area network，WAN)(例如，T1、T3、56kb、X.25)、宽频连接(整合服务数字网络(integrated services digital network，ISDN)、帧中继(Frame Relay)、非同步传送模式(asynchronous transfer mode，ATM))、无线链路(802.11、蓝牙等)等等传输的信号。在一些实施例中，可使用例如置信密钥对加密(trusted key-pair encryption)来加密信号。不同的系统可使用例如以太网络或无线网络、直接串联或并联连接、通用串列总线(universal serial bus，USB)、
Figure BDA0003057711720000091
或其他专有接口等不同的通讯路径传输信息。(火线是苹果电脑公司(Apple Computer，Inc.)的注册商标。蓝牙是蓝牙特殊利益集团(Speical Interest Group，SIG)的注册商标)。
一般而言，电脑处理器执行存储于存储体单元和/或存储系统中的电脑程序指令或代码。举例而言，当执行电脑程序指令时，电脑处理器使处理设备200接收输入(例如本文中所论述的处理参数中的任一者，并自电脑处理器提供输出。在一些实施例中，电脑处理器执行并施行处理配方以形成光学格栅组件100及光学格栅层305。
当执行电脑程序代码时，电脑处理器可往来于存储体单元和/或存储系统读取和/或写入数据。存储系统可包括卡式录影机(video cassette recorder，VCR)、数字视频录影机(digital video recorder，DVR)、独立磁盘冗余阵列(redundant array ofindependent disks，RAID)阵列、通用串列总线硬盘驱动机、光盘记录器、快闪存储装置和/或用于存储和/或处理数据的任何其他数据处理及存储元件。尽管未示出，然而处理设备200可亦包括与电脑基础设施的一或多个硬体组件通讯的输入/输出(input/ouput，I/O)接口，以使得使用者能够与处理设备200(例如，键盘、显示器、照相机等)互动。
综上所述，本文中所述的各种实施例提供形成光学格栅组件的方法。制造可通过在基板上和/或在用于将图案转移至相关基板的遮罩上直接施加斜角离子来达成。本发明实施例的第一个技术优点包括高效地控制格栅的沟槽深度，乃因格栅可作为系统的一部分原位使用，以监控格栅的演进。本发明实施例的第二个技术优点是使用光学深度检测技术，乃因该些技术侵入性较小且造成的停机时间(downtime)较短。
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，除本文中所述的实施例以外，本发明的其他各种实施例以及修改形式对此项技术中技术人员而言亦将显而易见。因此，此种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。此项技术中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 (15)

1.一种形成光学格栅组件的方法，包括：
提供光学格栅层；
在所述光学格栅层中形成光学格栅，其中所述光学格栅包括多个斜角沟槽；
将来自光源的光传送至所述光学格栅层中；以及
测量以下中的至少一者：所述光的离开所述光学格栅层的非绕射部分及所述光的离开所述光学格栅层的绕射部分。
2.根据权利要求1所述的形成光学格栅组件的方法，还包括：
将预定光值与以下中的至少一者的所检测光值进行比较：所述光的所述非绕射部分及所述光的所述绕射部分，其中所述预定光值对应于已知的斜角沟槽深度；以及
基于所述将所述所检测光值与所述预定光值进行比较来确定所述多个斜角沟槽的深度，其中所述所检测光值是光强度。
3.根据权利要求2所述的形成光学格栅组件的方法，还包括：
在所述光学格栅层中形成测试光学格栅，其中所述光学格栅包括第二多个斜角沟槽；以及
测量以下中的至少一者：所述光的通过所述测试光学格栅的非绕射部分及所述光的在与所述测试光学格栅作用后离开所述光学格栅层的绕射部分。
4.根据权利要求2所述的形成光学格栅组件的方法，还包括在一时间周期内测量所述光的所述非绕射部分的所述光强度与所述光的所述绕射部分的所述强度之间的差。
5.根据权利要求2所述的形成光学格栅组件的方法，其中形成所述光学格栅包括蚀刻所述光学格栅层以形成所述多个斜角沟槽，且其中所述蚀刻包括斜角反应离子蚀刻。
6.根据权利要求1所述的形成光学格栅组件的方法，其中所述多个斜角沟槽相对于所述光学格栅层的平面的垂直线以非零倾斜角设置。
7.根据权利要求1所述的形成光学格栅组件的方法，还包括在蚀刻所述光学格栅的同时测量所述光的所述非绕射部分及所述光的所述绕射部分。
8.根据权利要求1所述的形成光学格栅组件的方法，还包括当达成所述多个斜角沟槽的预定深度时，终止所述蚀刻所述光学格栅层。
9.一种形成光学格栅组件的方法，包括：
提供光学格栅层；
将光传送至所述光学格栅层中；
在所述光穿过所述光学格栅层行进的同时蚀刻所述光学格栅层，以形成光学格栅，所述光学格栅具有相对于所述光学格栅层的平面的垂直线以非零倾斜角设置的多个斜角组件；以及
在形成所述光学格栅期间，检测以下中的至少一者：所述光的离开所述光学格栅层的非绕射部分及所述光的离开所述光学格栅层的绕射部分。
10.根据权利要求9所述的形成光学格栅组件的方法，还包括：
将预定光值与以下中的至少一者的所检测光值进行比较：所述光的所述非绕射部分及所述光的所述绕射部分，其中所述预定光值对应于已知的斜角组件高度；
基于所述预定光值与所检测光值的比较来确定所述多个斜角组件的高度；以及
当所述多个斜角组件的高度大约等于所述已知的斜角组件高度时，终止蚀刻所述光学格栅层。
11.根据权利要求10所述的形成光学格栅组件的方法，还包括在一时间周期内测量所述光的所述非绕射部分的光强度与所述光的所述绕射部分的所述强度之间的差。
12.根据权利要求9所述的形成光学格栅组件的方法，其中所述光相对于所述光学格栅层的平面的垂直线以非零倾斜角直接传送至所述光学格栅层中。
13.根据权利要求12所述的形成光学格栅组件的方法，其中测量所述光的所述非绕射部分，以确定所述光的由于所述光学格栅而损失的量。
14.根据权利要求9所述的形成光学格栅组件的方法，其中所述光的所述非绕射部分继续通过所述光学格栅并在第一离开点处离开所述光学格栅层，且其中所述光的所述绕射部分在所述光学格栅处改变方向并在第二离开点处离开所述光学格栅层。
15.一种用于测量光学格栅的性质的系统，包括：
光源，将光传送至光学格栅层中，其中所述光的非绕射部分继续通过形成于所述光学格栅层中的光学格栅并在第一离开点处离开所述光学格栅层，且其中所述光的绕射部分在所述光学格栅处改变方向并在第二离开点处离开所述光学格栅层；
至少一个检测器，检测所述光的所述非绕射部分及所述光的所述绕射部分；以及
一种处理装置，可操作用以：
接收所述光的所述非绕射部分的第一光值及所述光的所述绕射部分的第二光值；
将所述第一光值及所述第二光值中的至少一者与预定光值进行比较，其中所述预定光值与已知的光学格栅沟槽深度相关；以及
基于所述第一光值及所述第二光值中的至少一者与所述预定光值的比较来确定所述光学格栅的多个斜角沟槽的深度。
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