CN116520644A - 波导组合器的直接蚀刻制造的方法 - Google Patents

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韦恩·麦克米兰
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Abstract

本文所述的实施方式涉及用于利用基板制造波导结构的方法。形成具有由基板形成的输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域的波导结构。所述区域是通过将印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案来形成，所述抗蚀剂安置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板表面上。正波导图案的部分和形成在所述部分下的硬掩模被去除。基板被掩模和蚀刻以在输入耦合区域和输出耦合区域中形成光栅。正波导图案的剩余残留部分和安置在所述剩余残留部分下方的硬掩模被去除以形成波导结构，所述波导结构具有由基板形成的输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域。

Description

波导组合器的直接蚀刻制造的方法
本发明申请是申请号为201880081359.2，申请日为2018年11月13日，名称为“波导组合器的直接蚀刻制造的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容的实施方式通常涉及用于增强、虚拟和混合现实的波导。更特别地，本文所述的实施方式提供了从基板制造波导的方法。
背景技术
虚拟现实通常被认为是计算机产生的模拟环境，其中用户具有明显的物理存在。虚拟现实体验可以三维(three dimensions；3D)产生并使用头戴式显示器(head-mounteddisplay；HMD)查看，所述头戴式显示器诸如具有近眼显示面板(如透镜)的眼镜或其他可穿戴显示装置，以显示替代实际环境的虚拟现实环境。
然而，增强现实技术实现了一种体验，其中用户仍可透过眼镜或其他HMD装置的显示镜头查看周围环境，还可以看到被产生用于显示并作为环境的一部分出现的虚拟物体的图像。增强现实可包括任何类型的输入，诸如音频和触觉输入，以及虚拟图像、图形，和增进或增强用户体验的环境的视频。作为新兴的技术，对于增强现实存在许多挑战和设计约束。
一个这样的挑战是显示覆盖在周围环境上的虚拟图像。波导用于帮助覆盖图像。所产生的光通过波导传播，直到光离开波导并且在周围环境上重叠。因为波导趋于具有不均匀的特性，所以制造波导可能具有挑战性。因此，在本领域中需要改进的增强波导和制造方法。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种用于形成波导结构的方法。所述方法包括将印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案。抗蚀剂被安置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板的一部分的表面上。正波导图案包括一图案，所述图案包括第一多个光栅图案、波导图案，和第二多个光栅图案的至少一个。第一多个光栅图案和第二多个光栅图案的每一个具有残留层和顶部图案表面。执行固化工艺以将正波导图案固化。释放印模。执行第一蚀刻工艺以去除残留层和安置在残留层下方的硬掩模，并且以暴露基板表面。基板被掩模以暴露基板表面的第一未保护区域。执行第二蚀刻工艺达第一预定时间段以形成具有第一深度的第一多个光栅。基板被掩模以暴露基板表面的第二未保护区域。执行第二蚀刻工艺达第二预定时间段以形成具有第二深度的第二多个光栅。顶部图案表面、波导图案，和安置在顶部图案表面与波导图案下方的硬掩模被去除以形成波导结构，所述波导结构包括输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域的至少一个。
在另一实施方式中，提供一种用于形成波导结构的方法。所述方法包括将印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案。抗蚀剂被安置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板的一部分的表面上。正波导图案包括一图案，所述图案包括第一多个光栅图案、波导图案，和第二多个光栅图案的至少一个。第一多个光栅图案和第二多个光栅图案的每一个具有残留层、顶部图案表面，和相对于基板表面倾斜的侧壁图案表面。执行固化工艺以将正波导图案固化。释放印模。执行第一蚀刻工艺以去除残留层和安置在残留层下方的硬掩模，并且以暴露基板表面。基板被掩模以暴露基板表面的第一未保护区域。以预定角度蚀刻达第一预定时间段形成具有第一深度的第一多个成角度的光栅。基板被掩模以暴露基板表面的第二未保护区域。以预定角度蚀刻达第二预定时间段形成具有第二深度的第二多个成角度的光栅；顶部图案表面、波导图案，和安置在顶部图案表面与波导图案下方的硬掩模被去除以形成波导结构，所述波导结构包括输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域的至少一个。
在又一实施方式中，提供一种用于形成波导结构的方法。所述方法包括将印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案，所述抗蚀剂被安置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板表面上，所述正波导图案包括一图案，所述图案包括第一多个光栅图案、波导图案，和第二多个光栅图案的至少一个。第一多个光栅图案和第二多个光栅图案的每一个具有残留层、顶部图案表面，和相对于基板表面倾斜的侧壁图案表面。正波导图案是通过电磁辐射固化而固化。释放印模。残留层是通过等离子体灰化而去除。安置在残留层下方的硬掩模被反应性离子蚀刻以暴露基板表面。基板被掩模以暴露基板表面的第一未保护区域。以预定角度定向反应性离子蚀刻(reactive ion etching；RIE)达第一预定时间段形成具有第一深度的第一多个成角度的光栅。基板被掩模以暴露基板表面的第二未保护区域。以预定角度定向反应性离子蚀刻达第二预定时间段形成第二多个成角度的光栅。基板被掩模以暴露基板表面的第三未保护区域。以预定角度定向反应性离子蚀刻达第三预定时间段形成具有第三深度的第三多个成角度的光栅。顶部图案表面和波导图案是通过等离子体灰化去除。反应性离子蚀刻安置在顶部图案表面与波导图案下方的硬掩模形成波导结构，所述波导结构包括输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域的至少一个。
附图描述
以上简要概述本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式、以及对公开内容的更特定描述，可通过参照实现方式来获得，所述实施方式的一些在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出示例性实施方式并且因此不视为限制本案的范围，因为本案可允许其他同等有效的实施方式。
图1是根据一些实施方式的波导组合器的透视正视图。
图2是示出根据实施方式的用于形成波导结构的方法的操作的流程图。
图3A至图3E是根据实施方式的在制造期间的波导的示意横截面图。
图4A至图4E是根据实施方式的在制造期间的波导的示意横截面图。
图5是示出根据实施方式的用于形成波导结构的方法的操作的流程图。
图6A至图6E是根据实施方式的在制造期间的波导的示意横截面图。
为了促进理解，在可能的情况下，已使用相同的元件符号指定对各图共用的相同元件。可以预期，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文所述的实施方式涉及从基板制造波导结构的方法。形成具有由基板形成的输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域的波导结构。所述区域是通过将印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案来形成，所述抗蚀剂安置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板表面上。正波导图案的部分和安置在所述部分下方的硬掩模被去除。基板被掩模和蚀刻以在输入耦合区域和输出耦合区域中形成光栅。正波导图案的残留部分和安置在所述残留部分下方的硬掩模被去除以形成波导结构，所述波导结构具有由基板形成的输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域。在一个实施方式中，基板包括玻璃和塑料材料的至少一个。在另一实施方式中，基板具有在约1.5与约2.5之间的折射率。
图1是波导组合器100的透视正视图。应将理解，下文所述的波导组合器100是示例性波导组合器。波导组合器100包括由多个光栅108界定的输入耦合区域102、波导区域104，和由多个光栅110界定的输出耦合区域106。
输入耦合区域102从微显示器接收具有一强度的入射光束(虚拟图像)。多个光栅108的每一光栅将入射光束分成多个模式，每个光束具有一模式。零阶模式(T0)光束在波导组合器100中折射回或丢失，正一阶模式(T1)光束经历全内反射(total-internal-reflection；TIR)通过波导组合器100穿过波导区域104至输出耦合区域106，并且负一阶模式(T-1)光束在波导组合器100中以与T1光束相反的方向传播。T1光束经历全内反射(total-internal-reflection；TIR)通过波导组合器100，直到T1光束与输出耦合区域106中的多个光栅110接触为止。T1光束与多个光栅110的一光栅接触，其中T1光束被分成：T0光束，在波导组合器100中折射回或丢失；T1光束，在输出耦合区域106中经历全内反射，直到T1光束与多个光栅110中的另一光栅接触为止；和T-1光束，耦合出波导组合器100。
图2是示出用于形成波导结构的方法200的操作的流程图。在一个实施方式中，波导结构300对应于波导组合器100的输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106的至少一个。在操作201处，将具有负波导图案的印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案，所述抗蚀剂被安置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板的一部分的表面上。负波导图案包括一图案。图案包括输入耦合部分、波导部分，和输出耦合部分的至少一个，以从而形成波导组合器100的输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106的至少一个。图案包括多个光栅图案，所述光栅图案包括残留层和顶部图案表面。在一个实施方式中，图案包括多个光栅图案和波导图案。
在操作202处，执行固化工艺以将负波导图案固化。在操作203处，从抗蚀剂中释放印模。在操作204处，残留层和安置在残留层下方的硬掩模是通过执行第一蚀刻工艺而去除以暴露基板部分的表面。在操作205处，基板被掩模以暴露基板表面的第一未保护区域。在操作206处，具有第一深度的第一多个光栅是通过执行第二蚀刻工艺达第一预定时间段来形成。在一个实施方式中，第一多个光栅是输入耦合区域102的多个光栅108和输出耦合区域106的多个光栅110的至少一个的第一部分。在另一实施方式中，第一多个光栅是输入耦合区域102的多个光栅108和输出耦合区域106的多个光栅110的至少一个。
在操作207处，基板被掩模以暴露基板表面的第二未保护区域。在操作208处，具有第二深度的第二多个光栅是通过执行第二蚀刻工艺达第二预定时间段来形成。在一个实施方式中，第二多个光栅是输入耦合区域102的多个光栅108和输出耦合区域106的多个光栅110的至少一个的第二部分。在另一实施方式中，第二多个光栅是输入耦合区域102的多个光栅108和输出耦合区域106的多个光栅110的至少一个。在操作209处，顶部图案表面、波导图案，和安置在顶部图案表面和波导图案下方的硬掩模被去除以形成波导结构。波导结构包括波导组合器100的输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106的至少一个。
参看图3A至图3E，将关于制造波导结构300更详细地描述压印印模、执行固化工艺、释放印模、执行第一蚀刻工艺、执行第二蚀刻工艺，和去除顶部图案表面、波导图案和硬掩模。
如图3A中所示，将印模326压印到抗蚀剂325中以形成正波导图案313，所述抗蚀剂325被安置在硬掩模303上，所述硬掩模形成在基板301的部分330的表面302上。印模326具有负波导图案312，所述负波导图案包括反向图案331。反向图案331包括输入耦合部分314、反向波导部分316，和反向输出耦合部分318的至少一个。印模326是使用具有主模图案的波导主模制成。在一个实施方式中，主模图案包括主模输入耦合部分、主模波导部分，和主模输出耦合部分的至少一个。印模326是由波导主模模制而成。
印模326可包括半透明材料(诸如，熔融二氧化硅或聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane；PDMS))，以允许在操作202处正波导图案313通过暴露于辐射而固化，所述辐射诸如红外线(infrared；IR)辐射或紫外线(ultraviolet；UV)辐射。在一个实施方式中，抗蚀剂325包含紫外线可固化材料(诸如可从Micro Resist Technology获得的mr-N210)，所述紫外线可固化材料是由包括PDMS的印模326可纳米压印。正波导图案313可替代地在操作202处热固化。在一个实施方式中，准备基板301的表面302用于通过紫外线臭氧处理、氧气(O2)等离子体处理，或通过施加底料(primer)(诸如可从Micro ResistTechnology获得的mr-APS1)旋涂紫外线可固化材料。在另一实施方式中，抗蚀剂325包括热可固化的材料，所述材料可通过溶剂蒸发固化工艺而固化。溶剂蒸发固化工艺可包括热加热或红外线照明加热。抗蚀剂325可使用液体材料浇筑工艺、旋压涂布工艺、液体喷涂工艺、干粉涂布工艺、丝网印刷工艺、刮片(doctor blading)工艺、物理气相沉积(physicalvapor deposition；PVD)工艺、化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)工艺、可流动CVD(flowable CVD；FCVD)工艺，或原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)工艺沉积在表面302上。
正波导图案313包括图案322。图案322包括输入耦合部分315、波导部分317，和输出耦合部分319的至少一个。图案322包括第一多个光栅图案305、波导图案333，和第二多个光栅图案327的至少一个。第一多个光栅图案305和第二多个光栅图案327的每一个具有残留层311(通常称为底部图案表面)、与基板301的表面302平行的顶部图案表面307和垂直于基板301的表面302定向的侧壁图案表面309。
图3B示出在印模323已在操作203处释放之后的示意横截面图。在一个实施方式中，因为印模326可涂布有一单层的抗粘表面处理涂层(诸如氟化涂层)，所以印模326可通过机械工具或通过手剥机械地去除。在另一实施方式中，印模326可包含可溶于水的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)材料，以便通过将印模326溶于水中来去除印模326。在又一实施方式中，印模326包含刚性支撑片，诸如玻璃片以增加机械强度。
图3C是在操作204处，在第一蚀刻工艺去除了残留层311和安置在残留层311下方的硬掩模303并且将基板301的表面302暴露之后的示意横截面图。残留层311可使用含氧气(O2)等离子体、含氟气(F2)等离子体、含氯气(Cl2)等离子体，和/或含甲烷(CH4)等离子体通过等离子体灰化(通常称为等离子体除渣)去除。在一个实施方式中，第一射频(radiofrequency；RF)功率被施加至O2和惰性气体(诸如氩气(Ar)或氮气(N))，直至残留层311被去除为止。安置在残留层311下方的硬掩模303可通过离子蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)，或高度选择性湿法化学蚀刻来去除。例如，硬掩模303可具有包含第一材料的第一层和包含第二材料的第二层，其中第二层形成在第一层上，所述第一层安置在基板301的表面302上。第二层可通过利用第二材料在第一材料和基板301的材料之上的高蚀刻选择性来去除。第一层可通过利用第一材料在基板301的材料之上的高蚀刻选择性来去除。在一个实施方式中，硬掩模303包含安置在含碳层(诸如可从Brewer Science获得的SOC110D)上的含硅层(诸如可从Brewer Science获得的/>HM825-302.6)。安置在残留层311下方的含硅层是使用含F2等离子体通过RIE去除，并且安置在残留层311下方的含碳层是使用含O2等离子体通过RIE去除。在另一实施方式中，硬掩模303包含安置在含二氧化硅(SiO2)层上的含铬层。安置在残留层311下方的含铬层是使用含Cl2等离子体(诸如BCl3)通过RIE去除，并且含二氧化硅层是使用含F2等离子体或含CH4等离子体通过RIE去除。
图3D是在操作205至208之后的示意截面图。在操作205至208处，在基板301被掩模以暴露基板301的表面302的第一未保护区域之后，执行第二蚀刻工艺达第一预定时间段；并且在基板301被掩模以暴露基板301的表面302的第二未保护区域之后，执行第二蚀刻工艺达第二预定时间段。在一个实施方式中，使用腔室安装的蚀刻终点检测系统。掩模基板301可包括将阴影掩模放置与基板301的表面302物理接触，或将光掩模在基板301之上对准以暴露第一未保护区域。在一个实施方式中，阴影掩模是金属并且可重复地使用。
在一个实施方式中，第一未保护区域对应于所得波导结构300的第一区域，并且第二未保护区域对应于所得波导结构300的第二区域。在另一实施方式中，第一未保护区域对应于第一区域和第二区域，并且第二未保护区域对应于第二区域。在一个实施方式中，如图所示，第一区域是输入耦合区域102并且第二区域是输出耦合区域106。在另一实施方式中，图中未示，第一区域和第二区域是输入耦合区域102或输出耦合区域106的区域。第二蚀刻工艺可包括持续第一预定时间段的蚀刻工艺，以形成具有第一深度321的第一多个光栅304，所述蚀刻工艺诸如离子注入、离子蚀刻、RIE、定向RIE(诸如定向带束离子蚀刻)、微喷砂、喷水切割和激光蚀刻。离子注入装置的一个实例是可从加利福尼亚的圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,Calif.)获得的Varian Trident。离子蚀刻可以蚀刻气体存在以提高离子蚀刻速率。
第一多个光栅304进一步包括与基板301的表面302对应的顶表面306和底表面328，和垂直于基板301的表面302定向的侧壁表面308。阴影掩模可被重新定位或者光掩模可被重新对准以暴露第二未保护区域。执行第二蚀刻工艺达第二预定时间段形成具有第二深度323的第二多个光栅310。第二多个光栅310进一步包括顶表面306、底表面328和侧壁表面308。
图3E是在操作209之后形成的波导结构300的示意截面图。在操作309处，顶部图案表面307、波导图案333，和安置在顶部图案表面307与波导图案333下方的硬掩模303(在操作207处)被去除以形成波导结构300，所述波导结构300包括波导组合器100的输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106的至少一个。顶部图案表面307和波导图案333可使用含O2等离子体、含F2等离子体、含Cl2等离子体和/或含CH4等离子体通过等离子体灰化去除。在一个实施方式中，第二射频(radio frequency；RF)功率被施加至O2和惰性气体(诸如氩气(Ar)或氮气(N))，直至顶部图案表面307和波导图案333被去除为止。安置在顶部图案表面307和波导图案333下方的硬掩模303可通过离子蚀刻、RIE，或高度选择性湿法化学蚀刻来去除。在一个实施方式中，硬掩模303包括安置在含碳层上的含硅层。含硅层是使用含F2等离子体通过RIE去除，并且含碳层是使用含O2等离子体通过RIE去除。在另一实施方式中，硬掩模303包含安置在含SiO2层上的含铬层。含铬层是使用含Cl2等离子体通过RIE去除，并且含二氧化硅层是使用含F2等离子体或含CH4等离子体通过RIE去除。在另一实施方式中，不去除硬掩模303，并且硬掩模303包含诸如SiO2和二氧化钛(TiO2)的材料，具有在约1.5和约2.5之间的受控折射率。
由方法200产生的波导结构300具有大体上均匀的折射率。与空气(1.0)的折射率相比，对于基板301利用具有在约1.5和约2.5之间的折射率的材料，实现了全内反射，或至少高程度的全内反射以促进通过波导结构300的光传播。
参看图4A至图4E，将关于制造波导结构400更详细地描述压印印模、执行固化工艺、释放印模、执行第一蚀刻工艺、执行第二蚀刻工艺，和去除顶部图案表面、波导图案和硬掩模。
在操作210处，将印模426压印到抗蚀剂425中以形成正波导图案413，所述抗蚀剂325被安置在硬掩模403上，所述硬掩模形成在基板401的部分430的表面402上。如图4A中所示，印模426具有负波导图案412，所述负波导图案包括反向图案431。反向图案431包括反向输入耦合部分414、反向波导部分416，和反向输出耦合部分418的至少一个。在操作202处，正波导图案413被固化。
正波导图案413包括图案422。图案422包括输入耦合部分415、波导部分417，和输出耦合部分419的至少一个。图案422包括第一多个光栅图案405、波导图案433，和第二多个光栅图案427的至少一个。第一多个光栅图案405和第二多个光栅图案427的每一个具有残留层411(通常称为底部图案表面)、与基板401的表面402平行的顶部图案表面407和相对于基板401的表面402以一量倾斜的侧壁图案表面409。
在操作203处，从抗蚀剂425中释放印模426。在操作204处，残留层411和安置在残留层411下方的硬掩模403是通过执行第一蚀刻工艺而去除以暴露基板401的表面402。
在操作205处，基板401被掩模以暴露基板401的表面402的第一未保护区域。掩模基板401可包括将阴影掩模放置与基板401的表面402物理接触，或将光掩模在基板401之上对准以暴露第一未保护区域。在一个实施方式中，第一未保护区域对应于所得波导结构400的第一区域，并且第二未保护区域对应于所得波导结构300的第二区域。在另一实施方式中，第一未保护区域对应于第一区域和第二区域，并且第二未保护区域对应于第二区域。在一个实施方式中，如图所示，第一区域是输入耦合区域102并且第二区域是输出耦合区域106。在另一实施方式中，图中未示，第一区域和第二区域是输入耦合区域102或输出耦合区域106的区域。在操作206处，以预定角度执行第二蚀刻工艺达第一预定时间段形成具有第一深度421的第一多个光栅404，和相对于基板401的表面402以一量倾斜的侧壁表面408。预定角度可通过计算机模拟确定以将波导结构400的光耦合效率最大化，并且预定角度可在从约15度到约75度之间的范围变化。第一多个光栅404进一步包括与表面平行的顶表面406和与表面302对应的底表面328。
以预定角度蚀刻可包括各种蚀刻工艺，诸如成角度的离子注入、成角度的离子蚀刻，和定向RIE(诸如定向带束离子蚀刻)。成角度的离子注入包括相对于基板401的表面402以预定角度将离子朝向基板401的表面402加速，并且以预定角度用离子轰击基板401以选择性地去除材料以形成第一多个光栅404。在一个实施方式中，在离子产生源附近引入蚀刻气体将提高离子蚀刻速率。成角度的离子注入装置的一个实例是可从Applied Materials,Inc.,Santa Clara,Calif获得的Varian Trident。
在操作207处，基板401被掩模以暴露基板401的表面402的第二未保护区域。阴影掩模可被重新定位或者光掩模可被重新对准以暴露第二未保护区域。在操作208处，具有第二深度423的第二多个成角度的光栅410是通过以预定角度蚀刻达第二预定时间段来形成。第二多个成角度的光栅410进一步包括顶表面406和底表面418，和相对于基板401的表面402以一量倾斜的侧壁表面408。
在操作209处，顶部图案表面407、波导图案433，和安置在顶部图案表面407与波导图案433下方的硬掩模403被去除以形成波导结构400，所述波导结构具有输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106。顶部图案表面407和波导图案433可被去除以形成波导结构400，所述波导结构400包括波导组合器100的输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106的至少一个。在另一实施方式中，不去除硬掩模403，并且硬掩模403包含具有在约1.5和约2.5之间的受控折射率的材料。由方法200产生的波导结构400具有大体上均匀的折射率。
图5是示出用于形成如图6A至图6E中所示的波导结构600的方法500的操作的流程图。在一个实施方式中，波导结构600对应于波导组合器100的输入耦合区域102、波导区域104，和输出耦合区域106的至少一个。在操作501处，将印模626压印到抗蚀剂625中以形成正波导图案613，所述抗蚀剂325被安置在硬掩模603上，所述硬掩模形成在基板601的部分630的表面602上。如图6A中所示，印模626具有包括反向图案631的负波导图案612。反向图案631包括反向输入耦合部分614、反向波导部分616，和反向输出耦合部分618的至少一个。
正波导图案613包括图案622。图案622包括输入耦合部分615、波导部分617，和输出耦合部分619的至少一个。图案622包括第一多个光栅图案605、波导图案633，和第二多个光栅图案627的至少一个。第一多个光栅图案605和第二多个光栅图案627的每一个具有残留层611(通常称为底部图案表面)、与基板601的表面602平行的顶部图案表面607和相对于基板601的表面602以一量倾斜的侧壁图案表面609。
在操作502处，正波导图案613是通过暴露于电磁辐射(诸如红外线(IR)辐射和紫外线(UV)辐射)而固化。在操作503处，从抗蚀剂625中释放印模626。在操作504处，残留层611是通过等离子体灰化去除，直到残留层611被去除为止。在操作505处，安置在残留层611下方的硬掩模603是通过离子蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)，和高度选择性湿法化学蚀刻来去除。
在操作506处，基板601被掩模以暴露基板601的表面602的第一未保护区域。掩模基板601可包括将阴影掩模放置与基板601的表面602物理接触，或将光掩模在基板601之上对准以暴露第一未保护区域。在一个实施方式中，第一未保护区域对应于所得波导结构600的第一区域，第二未保护区域对应于所得波导结构600的第二区域，并且第三未保护区域对应于所得波导结构600的第三区域。在另一实施方式中，第一未保护区域对应于第一区域、第二区域和第三区域，第二未保护区域对应于第二区域和第三区域，并且第三未保护区域对应于第三区域。在一个实施方式中，如图所示，第一区域是输入耦合区域102，并且第二区域和第三区域是输出耦合区域106。在另一实施方式中，图中未示，第一区域、第二区域和第三区域是输入耦合区域102或输出耦合区域106的区域。
在操作507处，在一个实施方式中，具有第一深度621的第一多个光栅604是以预定角度通过定向反应性离子蚀刻(RIE)达第一预定时间段至第一蚀刻深度来形成。第一多个光栅604进一步包括与基板601的表面602平行的顶表面606、对应于基板601的表面602的底表面628，和相对于基板601的表面602以一量倾斜的侧壁表面608。
在操作508处，基板601被掩模以暴露基板601的表面602的第二未保护区域。阴影掩模可被重新定位或者光掩模可被重新对准以暴露第二未保护区域。在一个实施方式中，第二未保护区域对应于输出耦合区域106的第一部分634。在另一实施方式中，第二未保护区域对应于输出耦合区域106的第一部分634和第二部分635。在一个实施方式中，在操作509处，在第一部分634中具有第二深度623的第二多个成角度的光栅610是通过以预定角度定向反应性离子蚀刻达第二预定时间段来形成。第二多个成角度的光栅610进一步包括顶表面606、底表面418，和相对于基板601的表面602以一量倾斜的侧壁表面608。
在操作510处，基板601被掩模以暴露基板601的表面602的第三未保护区域。阴影掩模可被重新定位或者光掩模可被重新对准以暴露第三未保护区域。在一个实施方式中，第三未保护区域对应于输出耦合区域106的第二部分635。在操作511处，具有第三深度629的第三多个成角度的光栅632是通过以预定角度定向反应性离子蚀刻达第三预定时间段来形成。第三多个成角度的光栅632进一步包括与基板601的表面602平行的顶表面606和底表面628，和相对于基板601的表面602以一量倾斜的侧壁表面608。
在操作512处，顶部图案表面607、波导图案633，和安置在顶部图案表面607、波导图案633下方的硬掩模603是通过等离子体灰化去除。在操作513处，安置在顶部图案表面607和波导图案633下方的硬掩模603是通过离子蚀刻、RIE、或高度选择性湿法化学蚀刻来去除以形成波导结构600，所述波导结构具有输入耦合区域102、波导区域104和输出耦合区域106。在另一实施方式中，不去除硬掩模603，并且硬掩模603包含具有在约1.5和约2.5之间的受控折射率的材料。由方法500产生的波导结构600具有大体上均匀的折射率。
总之，本文描述了用于利用基板制造波导结构的方法。利用基板提供具有大体上均匀的折射率的波导结构，所述波导结构具有输入耦合区域、波导区域，和输出耦合区域。与空气(1.0)的折射率相比，对于基板利用具有在约1.5和约2.5之间的折射率的材料，实现了全内反射，或至少高程度的全内反射以促进通过增强结构的光传播。
虽然上文是针对本公开内容的实例，但是可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步实例，并且本公开内容的范围是由以上权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种用于形成波导结构的方法，包含：
通过冲压设置在硬掩模上的抗蚀剂来形成正波导图案，所述硬掩模设置在基板的表面上，并且所述正波导图案包括第一多个光栅图案和第二多个光栅图案；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第一未保护区域；
执行第一蚀刻工艺达第一时间段以形成具有第一深度的第一多个光栅；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第二未保护区域；以及
执行第二蚀刻工艺达第二时间段以形成具有第二深度的第二多个光栅，所述第二深度不同于所述第一深度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一多个光栅图案和所述第二多个光栅图案的每一个具有残留层和顶部图案表面。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包含在形成所述正波导图案后执行残留蚀刻工艺，以去除在所述抗蚀剂的冲压期间留下的所述残留层和设置在所述残留层下方的所述硬掩模，并且以暴露所述基板的所述表面。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包含去除所述抗蚀剂和设置在所述抗蚀剂下方的所述硬掩模以形成波导结构，所述波导结构包含输入耦合区域、波导区域和输出耦合区域中的至少一个。
5.如权利要求1所述的方法，其中冲压所述抗蚀剂包含将印模压印到所述抗蚀剂中并释放所述印模。
6.如权利要求5所述的方法，其中在将所述印模压印到所述抗蚀剂中和释放所述印模之间执行固化工艺。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述抗蚀剂是通过液体材料浇筑工艺、旋压涂布工艺、液体喷涂工艺、干粉涂布工艺、丝网印刷工艺、刮片工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、可流动CVD(FCVD)工艺，或原子层沉积(ALD)工艺沉积在所述基板的所述表面上。
8.一种用于形成波导结构的方法，包含：
将印模压印到抗蚀剂中以形成正波导图案，所述抗蚀剂被设置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板的一部分的表面上，所述正波导图案包含一图案，所述图案包括第一多个光栅图案和第二多个光栅图案，所述第一多个光栅图案和所述第二多个光栅图案的每一个具有残留层、顶部图案表面，和相对于所述基板的所述表面倾斜的侧壁图案表面；
释放所述印模；
执行第一蚀刻工艺以去除所述残留层和设置在所述残留层下方的所述硬掩模，并且以暴露所述基板的所述表面；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第一未保护区域；
以一角度蚀刻达第一时间段以形成具有第一深度的第一多个成角度的光栅；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第二未保护区域；以及
以所述角度蚀刻达第二时间段以形成具有第二深度的第二多个成角度的光栅，所述第二深度不同于所述第一深度。
9.如权利要求8所述的方法，所述方法进一步包含：
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第三未保护区域；和
以所述角度蚀刻达第三时间段以形成具有第三深度的第三多个成角度的光栅。
10.如权利要求9所述的方法，其中具有所述第一深度的所述第一多个成角度的光栅、具有所述第二深度的第二多个成角度的光栅，和具有所述第三深度的第三多个成角度的光栅的每一个包括：
与所述基板的所述表面平行的顶表面；
相对于所述基板的所述表面以一量倾斜的侧壁表面；和
与所述基板的所述表面对应的底表面。
11.如权利要求8所述的方法，所述方法进一步包含去除所述抗蚀剂和设置在所述抗蚀剂下方的所述硬掩模以形成波导结构，所述波导结构包含输入耦合区域、波导区域和输出耦合区域中的至少一个。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述第一蚀刻工艺包含：
使用含氧气(O2)等离子体、含氟气(F2)等离子体、含氯气(Cl2)等离子体和含甲烷(CH4)等离子体的至少一种进行等离子体灰化，直到去除所述残留层为止；和
离子蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)，或高度选择性湿法化学蚀刻设置在所述残留层下方的所述硬掩模。
13.如权利要求8所述的方法，所述方法进一步包含在压印所述印模和释放所述印模之间执行固化工艺以固化所述正波导图案，所述固化工艺包含紫外线(UV)固化、红外线(IR)固化、溶剂蒸发固化或热固化。
14.如权利要求8所述的方法，其中所述抗蚀剂是通过液体材料浇筑工艺、旋压涂布工艺、液体喷涂工艺、干粉涂布工艺、丝网印刷工艺、刮片工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、可流动CVD(FCVD)工艺，或原子层沉积(ALD)工艺沉积在所述基板的所述部分的所述表面上。
15.一种用于形成波导结构的方法，包含：
使用印模将正波导图案形成到抗蚀剂中，所述抗蚀剂被设置在硬掩模上，所述硬掩模形成在基板的表面上，所述正波导图案包含一图案，所述图案包括第一多个光栅图案和第二多个光栅图案的至少一个，所述第一多个光栅图案和所述第二多个光栅图案的每一个具有残留层、顶部图案表面，和相对于所述基板的所述表面倾斜的侧壁图案表面；
电磁辐射固化所述正波导图案；
移除残留层和设置在所述残留层下方的所述硬掩模的部分以暴露所述基板的所述表面；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第一未保护区域；
以一角度定向反应性离子蚀刻(RIE)达第一时间段以形成具有第一深度的第一多个成角度的光栅；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第二未保护区域；
以所述角度定向反应性离子蚀刻达第二时间段以形成具有第二深度的第二多个成角度的光栅，所述第二深度不同于所述第一深度；
将所述基板掩模以暴露所述基板的所述表面的第三未保护区域；以及
以所述角度定向反应性离子蚀刻达第三时间段以形成具有第三深度的第三多个成角度的光栅。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述顶部图案表面与所述基板的所述表面平行。
17.如权利要求15所述的方法，所述方法进一步包含：
通过等离子体灰化去除所述残留层；以及
通过等离子体灰化去除所述顶部图案表面，其中所述等离子体灰化进一步包括使用含氧气(O2)等离子体、含氟气(F2)等离子体、含氯气(Cl2)等离子体和含甲烷(CH4)等离子体的至少一种，直到去除所述残留层为止。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述抗蚀剂是通过液体材料浇筑工艺、旋压涂布工艺、液体喷涂工艺、干粉涂布工艺、丝网印刷工艺、刮片工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、可流动CVD(FCVD)工艺，或原子层沉积(ALD)工艺沉积在所述基板的所述表面上。
19.如权利要求15所述的方法，其中具有所述第一深度的所述第一多个成角度的光栅、具有所述第二深度的第二多个成角度的光栅，和具有所述第三深度的第三多个成角度的光栅的每一个进一步包括：
与所述基板的所述表面平行的顶表面；
相对于所述基板的所述表面以一量倾斜的侧壁表面；和
与所述基板的所述表面对应的底表面。
20.如权利要求15所述的方法，所述方法进一步包含反应性离子蚀刻设置在所述抗蚀剂下方的所述硬掩模以形成波导结构，所述波导结构包括输入耦合区域、波导区域和输出耦合区域中的至少一个。
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