CN117666025A - 衍射光波导的制备方法、衍射光波导以及ar设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种衍射光波导的制备方法，包括：提供一波导基底；在波导基底的表面形成图形化压印胶层；以图形化压印胶层为第一掩模，对波导基底进行第一阶段的刻蚀，以在第一区域形成耦入结构，同时在第二区域形成剩余的图形化压印胶层；利用剩余的图形化压印胶层形成第二掩膜；以第二掩膜为掩模刻蚀波导基底以形成耦出结构；其中，耦出结构的深度大于耦入结构的深度。该方案解决了如何保证波导基底上深度不等的耦入结构和耦出结构成型的同时，满足耦入结构和耦出结构相对位置无明显偏差的要求；且适用于批量制造。

Description

衍射光波导的制备方法、衍射光波导以及AR设备

技术领域

本发明涉及衍射光波导领域，尤其涉及一种衍射光波导的制备方法、衍射光波导以及AR设备。

背景技术

通常，衍射光波导按功能区域划分来看可以分为两个部分：耦入光栅区域和耦出光栅区域，根据不同功能区域的性能要求，耦入光栅区域和耦出光栅区域通常会采用不同形貌的光栅结构。比如，耦入区域有高效耦入的性能需求，通常会选择在耦入光栅区域采用闪耀光栅，耦出区域有均匀耦出的性能需求，通常会选择在耦出光栅区域采用直齿光栅。

根据衍射波导片的设计要求，需要在目标材料上实现耦入耦出深度不等的结构，且要求波导片具有良好的传输效率和一定的光学特性。一般来说，闪耀光栅的制备难度大且工艺过程较为复杂，尤其是在刻蚀赋形时，刻蚀时间越长(或刻蚀深度越深)时，对光栅表面形貌的影响越大。若同步刻蚀形成闪耀光栅和直齿光栅时，受闪耀光栅的刻蚀条件约束，直齿光栅的刻蚀非常受限，尤其是在闪耀光栅和直齿光栅的光栅深度存在差异时影响越明显，而且通常直齿光栅的深度通常要比闪耀光栅的深度更深，这样便无法兼顾闪耀光栅和直齿光栅的性能，导致最终得到的衍射光波导无法达到预期的效果。

现有技术中，通过套刻分别刻蚀形成闪耀光栅和直齿光栅，则容易产生耦入耦出的相对位置偏差，从而影响衍射光波导的整体性能。

因而，开发一种可以保证衍射光波导的耦入耦出深度不等的结构成型，同时满足耦入耦出相对位置无偏差要求的波导的制备工艺，成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。

发明内容

本发明提供一种衍射光波导的制备方法、衍射光波导以及AR设备，以解决如何保证波导基底上深度不等的耦入结构和耦出结构成型的同时，满足耦入结构和耦出结构相对位置无明显偏差的要求的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种衍射光波导的制备方法，包括：

提供一波导基底；

在所述波导基底的一表面形成图形化压印胶层；所述图形化压印胶层包括第一图形化压印结构和第二图形化压印结构；所述第一图形化压印结构形成于所述表面的第一区域，所述第二图形化压印结构形成于所述表面的第二区域；所述第二图形化压印结构的厚度大于所述第一图形化压印结构的厚度；

以所述图形化压印胶层为第一掩模对所述波导基底进行第一阶段的刻蚀，以在所述第一区域的波导基底上形成耦入结构，同时在所述第二区域的波导基底上剩余的图形化压印胶层维持所述第二图形化压印结构的图案；

利用所述剩余的图形化压印胶层形成第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构；

其中，所述第二掩模覆盖所述耦入结构，以保护所述耦入结构在所述第二阶段的刻蚀过程中不被刻蚀，所述耦入结构和所述耦出结构的结构形态不同，所述耦出结构的深度大于所述耦入结构的深度。

可选的，所述耦出结构的刻蚀深度相等，或者所述耦出结构的不同区域的刻蚀深度不相等。

可选的，所述利用所述剩余的图形化压印胶层形成第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构，包括：

形成第一硬掩模层；所述第一硬掩模层形成于所述波导基底的表面，且覆盖所述耦入结构以及所述剩余的图形化压印胶层；

去除所述剩余的图形化压印胶层以及覆盖在所述剩余的图形化压印胶层上的所述第一硬掩模层，以形成所述第二掩模；

以所述第二掩模为掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构。

可选的，所述以所述第二掩模为掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构，包括：以所述第二掩模为掩模对所述波导基底进行第二阶段的第一次刻蚀，以形成刻蚀深度相等的耦出结构；

分N次形成光刻胶层；每次形成的所述光刻胶层覆盖部分所述耦出结构，其中，N为大于或等于1的整数；

在每次形成光刻胶层后，以本次形成的所述光刻胶层和所述剩余的图形化压印胶为掩模，对该次未被覆盖所述光刻胶层的部分耦出结构进行刻蚀，直到第N次刻蚀之后，形成N+1个不同刻蚀区域的所述耦出结构；

去除所述光刻胶和所述第二掩模。

可选的，所述第一硬掩模层的材料是Cr、Al、SiO2或Si3N4。

可选的，所述利用所述剩余的图形化压印胶层形成第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构，包括：

在所述耦入结构的表面形成耦入保护层；

以所述耦入保护层和所述剩余的图形化压印胶层为第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构。

可选的，所述耦入保护层为光刻胶层。

可选的，所述在所述耦入结构的表面形成耦入保护层，包括：

在所述耦入结构所在的区域滴预定量的光刻胶；

在真空和负压条件下，使所述光刻胶均匀流动并覆盖在所述耦入结构的表面；

对所述光刻胶进行固化处理，以形成所述光刻胶层。

可选的，所述耦入保护层的厚度大于所述剩余的图形化压印胶层的厚度。

可选的，所述在所述波导基底的一表面形成图形化压印胶层，具体包括：

提供一压印母版；所述母压印板上设置有第一母版图形结构和第二母版图形结构；其中，所述第一母版图形结构对应于所述耦入结构；所述第二母版图形结构对应于所述耦出结构；

在所述波导基底上涂覆压印胶；

将所述压印母版压印到所述压印胶上，以形成所述图形化压印胶层；其中，所述图形化压印胶层的图形与所述第一母版图形结构和第二母版图形结构的图形相对应；

分离所述压印母版和所述图形化压印胶层。

可选的，所述将所述压印母版压印到所述压印胶上，以形成所述图形化压印胶层，具体包括：

将所述压印母版压印到所述压印胶上；

对所述压印胶进行固化处理，以形成所述图形化压印胶层。

可选的，所述压印胶的厚度适配于所述第一母版图形结构和所述第二母版图形结构中的图形的最大深度。

根据本发明的第二方面，提供了一种衍射光波导，根据本发明第一方面任一项所述的衍射光波导的制备方法制作而成。

根据本发明的第三方面，提供了一种AR设备，包括本发明第二方面提供的所述的衍射光波导。

本发明提供的一种衍射光波导的制备方法，利用波导基底上形成的图形化压印胶层，首先，以图形化压印胶层为第一掩模对波导基底进行第一阶段的刻蚀，以在第一区域形成耦入结构，同时在第二区域形成剩余的图形化压印胶层；其次，本发明提供的技术方案，创造性的提出：利用剩余的图形化压印胶层形成第二掩膜，以保护所述耦入结构；并以第二掩膜为掩模对波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构；本发明通过这两个分步骤，最终可以形成深度不同的耦入结构和耦出结构；且形成的耦出结构和耦入结构的相对位置与预设的相对位置无明显偏差；可见，本发明提供的技术方案解决了如何保证波导基底上深度不等的耦入结构和耦出结构成型的同时，满足耦入结构和耦出结构相对位置无明显偏差的要求；且适用于批量制造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种衍射光波导的制备方法的流程示意图；

图2-11是本发明一具体实施例提供的根据衍射光波导的制备方法制作的不同工艺阶段的器件结构示意图；

图12-13是本发明另一具体实施例提供的根据衍射光波导的制备方法制作的不同工艺阶段的器件结构示意图；

图14是本发明一实施例提供的真空皿的结构示意图；

附图标记说明：

101-波导基底；

1011-耦入结构；

1012、1013-耦出结构；

102-压印胶；

103-图形化压印胶层；

1031-第一图形化压印结构；

1032-第二图形化压印结构；

104-压印母版；

105-剩余的图形化压印胶层；

106-第一硬掩模层；

107-第二掩模；

108-光刻胶层；

109-耦入保护层；

110-真空皿；

1101-真空皿底座；

11011-密封圈；

11012-抽放真空口；

1102-真空皿盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

通常，衍射光波导按功能区域划分来看可以分为两个部分：耦入光栅区域和耦出光栅区域，根据不同功能区域的性能要求，耦入光栅区域和耦出光栅区域通常会采用不同形貌的光栅结构。比如，耦入区域有高效耦入的性能需求，通常会选择在耦入光栅区域采用闪耀光栅，耦出区域有均匀耦出的性能需求，通常会选择在耦出光栅区域采用直齿光栅。

根据衍射波导片的设计要求，需要在目标材料上实现耦入耦出深度不等的结构，且要求波导片具有良好的传输效率和一定的光学特性。一般来说，闪耀光栅的制备难度大且工艺过程较为复杂，尤其是在刻蚀赋形时，刻蚀时间越长(或刻蚀深度越深)时，对光栅表面形貌的影响越大。若同步刻蚀形成闪耀光栅和直齿光栅时，受闪耀光栅的刻蚀条件约束，直齿光栅的刻蚀非常受限，尤其是在闪耀光栅和直齿光栅的光栅深度存在差异时影响越明显，而且通常直齿光栅的深度通常要比闪耀光栅的深度更深，这样便无法兼顾闪耀光栅和直齿光栅的性能，导致最终得到的衍射光波导无法达到预期的效果。

现有技术中，通过套刻分别刻蚀形成闪耀光栅和直齿光栅，则容易产生耦入耦出的相对位置偏差，从而影响衍射光波导的整体性能。

有鉴于此，本申请通过一次压印在波导基底的表面同时形成与预设的耦入结构和预设的耦出结构分别对应的图形，以满足耦入耦出相对位置基本无偏差的要求，同时通过巧妙设置掩膜，分两个阶段进行刻蚀分别形成耦入结构和耦出结构，这样能够实现耦入耦出深度不等的结构。

进一步地，本申请在第一阶段刻蚀形成耦入结构的同时，控制使得在预设的耦出结构的位置处剩余的胶层仍保留有反映耦出结构的图案；然后再利用剩余的胶层形成第二掩模，基于第二掩模对波导基底进行第二阶段的刻蚀形成耦出结构，而且第二掩模覆盖耦入结构，能够保护耦入结构的形貌在第二阶段的刻蚀过程中不被影响。可见，使用本申请提供的方法能保证衍射光波导的耦入结构和耦出结构深度不等的结构成型，同时满足耦入结构和耦出结构的相对位置无偏差要求，且适用于批量制造。

更进一步地，本申请中巧妙地利用溶脱工艺在波导基底上形成硬掩模，从而以硬掩模为掩模刻蚀耦出区域的波导基底以在耦出区域形成深度不同于耦入结构的耦出结构，且相比于现有技术而言，采用该方案形成的耦出结构和耦入结构的相对位置无明显误差。而且，以硬掩模为掩模来刻蚀耦出结构还能在不同区域实现不同的刻蚀深度。

另外，本申请中还可以采用在已经形成的耦入结构的顶端涂覆光刻胶的方式保护耦入结构，以剩余的压印成型的压印胶为掩模，刻蚀耦出区域的波导基底形成耦出结构，也可以达到类似的效果。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

根据本发明的一实施例，提供了一种衍射光波导的制备方法，衍射光波导的制备方法的流程图如图1所示，该方法包括：

S11：提供一波导基底101；

S12：在波导基底101的一表面形成图形化压印胶层；图形化压印胶层包括第一图形化压印结构1031和第二图形化压印结构1032；第一图形化压印结构1031形成于表面的第一区域，第二图形化压印结构1032形成于表面的第二区域；第二图形化压印结构1032的厚度大于第一图形化压印结构1031的厚度；形成图形化压印胶层之后的器件结构如图3所示。

一种实施例中，步骤S12，在波导基底101的一表面形成图形化压印胶层103，具体包括以下步骤S121-S124：

S121：提供一压印母版104；压印母板上设置有第一母版图形结构和第二母版图形结构；其中，第一母版图形结构对应于耦入结构1011；第二母版图形结构对应于耦出结构1012；压印母版104的结构如图4中104所示。

具体的，第一母版图形结构对应于耦入结构1011，第二母版图形结构对应于耦出结构1012，包括：第一母版图形结构的图形对应于预设的耦入结构1011的图形；第二母版图形结构的图形对应于预设的耦出结构1012的图形。其中，图形对应可以是图形一致或者图形互补等。

此外，第一母版图形结构对应于耦入结构1011还可以包括第一母版图形结构的图形深度与耦入结构1011的图形深度一致。

其中，一种优选的实施方式中，第一母版图形结构的厚度是100～500nm，第二母版图形结构的厚度是100～300nm。

一种实施方式中，压印母版104的材料为SiO2，也可以是：SiO2、TiO2、Nb2O5、高折玻璃等；当然也可以是其他材料，本发明并不以此为限。

一种实施方式中，第一母版图形结构和/或第二母版图形结构的截面为四边形或三角形；其他实施方式中，也可以是其他可以实现本发明目的的形状，本发明并不以此为限；任何实现形式均在本发明的保护范围内。

S122：在波导基底101上涂覆压印胶102，如图2所示。优选的，压印胶102的特性应当具有良好的流动性和光敏感性，以及较好的抗干法刻蚀性能；考虑到干法刻蚀中常用半导体刻蚀气体为F基、Cl基气体等，因而在考虑抗干法刻蚀性能时，压印胶102可基于这些刻蚀气体进行选择。

一种实施例中，涂覆的压印胶102的厚度适配于第一母版图形结构和第二母版图形结构中的图形的最大厚度；适配于指的是：压印胶102的厚度大于或等于第一母版图形结构和第二母版图形结构中的图形的最大厚度，以提供足够厚度的压印胶102，使得最终形成的第一图形化压印结构1031和第二图形化压印结构1032的深度和第一母版图形结构和第二母版图形结构的厚度相匹配。实践中，压印胶102的厚度通常是100～1000nm。

一种实施方式中，在波导基底101上涂覆压印胶102时采用的方法是旋涂方式或喷涂方式；其他实施方式中，也可以是其他实现方式，本发明不以此为限。

S123：将压印母版104压印到压印胶102上，以形成图形化压印胶层103；其中，图形化压印胶层103的图形与第一母版图形结构和第二母版图形结构的图形相对应；压印母版104压印到压印胶102上后的器件结构如图4所示。

一种实施例中，步骤S123，将压印母版104压印到压印胶102上，以形成图形化压印胶层103，具体包括以下步骤S1231-S1232：

S1231：将压印母版104压印到压印胶102上。

一种实施方式中，将压印母版104压印到压印胶102上时，采用的方式是：一体化纳米压印工艺。

S1232：对压印胶102进行固化处理，以形成图形化压印胶层103。

一种实施例中，将压印胶102固化时采用的方法是：紫外灯曝光法或热固化技术法；其他实施例中，也可以是其他实现方式，本发明并不以此为限。

S124：分离压印母版104和图形化压印胶层103。分离压印母版104和图形化压印胶层103之后的器件结构如图3所示。

一种实施方式中，分离压印母版104和图形化压印胶层103采用的工艺为脱膜工艺；其他实施方式中，也可以是其他实现方式，本发明并不以此为限。

S13：以图形化压印胶层103为第一掩模对波导基底101进行第一阶段的刻蚀，以在第一区域的波导基底101上形成耦入结构1011，同时在第二区域的波导基底101上剩余的图形化压印胶102维持第二图形化压印结构1032的图案；进行步骤S13之后的器件结构如图5所示。

一种实施方式中，进行第一阶段的刻蚀时采用干法刻蚀；其中采用的刻蚀气体为常用半导体刻蚀气体，如：F基、Cl基气体等。

S14：利用剩余的图形化压印胶层105形成第二掩模107，基于第二掩模107对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012或1013。形成耦出结构1012或1013之后的器件如图8或图11所示(应当注意的是，图8中的器件结构是去除第二掩膜之前的器件结构示意图)。

其中，第二掩模107覆盖耦入结构1011，以保护耦入结构1011在第二阶段的刻蚀过程中不被刻蚀，耦入结构1011和耦出结构1012、1013的结构形态不同，耦出结构1012、1013的深度大于耦入结构1011的深度。

其中，耦出结构1012的刻蚀深度相等，耦出结构1013的不同区域的刻蚀深度不相等。本申请基于硬掩膜材料相较于光刻胶材料的耐刻蚀性，将硬掩膜与光刻胶掩膜配合使用，可以实现耦出结构分区不等深刻蚀。

一种实施方式中，耦入结构1011和/或耦出结构1012、1013的截面为四边形或三角形；其他实施方式中，也可以是其他可以实现本发明目的的形状，本发明并不以此为限；任何实现形式均在本发明的保护范围内。

本发明提供的一种衍射光波导的制备方法，通过在波导基底101上形成图形化压印胶层103，之后分两个分步骤：第一步：在第一区域形成耦入结构1011，具体包括：以图形化压印胶层103为第一掩模，对波导基底101的第一区域进行第一阶段的刻蚀，通过控制刻蚀时间，以使得刻蚀形成耦入结构1011的同时，在第二区域上以形成剩余的图形化压印胶；第二步：利用剩余的图形化压印胶层105形成第二掩膜，以第二掩膜为掩模，以保护耦入结构1011；刻蚀第二区域的波导基底101，以形成耦出结构1012或1013。

由于本发明提供的技术方案，在第一步形成耦入结构1011和剩余的图形化压印胶层105之后；利用剩余的图形化压印胶层105形成第二掩膜，以第二掩膜为掩模第二区域的波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以形成耦出结构1012或1013；可见，在第二掩膜的保护下，耦出结构1012或1013和耦入结构1011的刻蚀深度存在差异时，尤其是当需要形成耦出结构1012或1013的深度大于耦入结构1011的深度时，深度较深的光栅结构的刻蚀不会受到刻蚀深度较浅的光栅结构的限制；这样便可以兼顾深度不同的耦入结构1011和耦出结构1012或1013的刻蚀深度，实现兼顾耦入结构1011和耦出结构1012或1013性能的效果；且使得最终形成的耦出结构1012或1013的深度不同于耦入结构1011的深度的同时，得到的耦出结构1012或1013和耦入结构1011的相对位置与预设的相对位置无明显偏差。

因而，本发明提供的技术方案，解决了如何保证波导基底101上深度不等的耦入结构1011和耦出结构1012或1013成型的同时，满足耦入结构1011和耦出结构1012或1013相对位置无明显偏差的要求，实现了提高衍射光波导的整体性能的技术效果。且适用于批量制造。

请参考图1-图11，下面分两个具体实施例，具体描述基于第二掩模107对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012、1013的具体步骤：

一种具体实施例中，步骤S14，利用剩余的图形化压印胶层105形成第二掩模107，基于第二掩模107对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012、1013，具体包括以下步骤S141-S143：

S141：形成第一硬掩模层106；第一硬掩模层106形成于波导基底101的表面，且覆盖耦入结构1011以及剩余的图形化压印胶层105。

具体地，第一硬掩模层106的材料是Cr、Al、SiO2或Si3N4；当然也可以是其他材料，任何可以实现本发明目的的第一硬掩模层106的实现方式均在本发明的保护范围内，本发明不以此为限。优选的，一种实施方式中，第一硬掩模层106是Al金属薄膜；Al金属薄膜能良好的覆盖在波导基底101的表面，且在剩余的图形化压印胶层105的侧壁尽量避免沉积；避免刻蚀出的耦出结构1012、1013形状发生缺陷，从而制备出具有理想性能的耦出结构1012、1013，形成第一硬掩模层106之后的器件结构如图6所示；

其中，第一硬掩模层106的干法刻蚀的刻蚀速率远小于压印胶102的刻蚀速率；

一种实施方式中，形成第一硬掩模层106时，采用的半导体成膜技术是PVD镀膜工艺，具体采用溅射或蒸发方式；

一种实施方式中，为了有效的保护耦入结构1011，优选的，第一硬掩模层106的厚度是50nm；

S142：去除剩余的图形化压印胶层105，以及覆盖在剩余的图形化压印胶层105上的第一硬掩模层106，以形成第二掩模107，形成第二掩模107之后的器件结构如图7所示；

一种实施方式中，去除剩余的图形化压印胶层105时采用的是溶脱工艺；当然也可以是其他实现形式，任何可以实现本发明目的的去除剩余的图形化压印胶层105的实现形成，均在本发明的保护范围内，本发明并不以此为限。

其中，溶脱工艺的工艺流程具体包括：首先，将步骤S141得到的包括剩余的图形化压印胶层105的器件放入超声槽内；其次，在超声槽内添加有极性强的有机溶液；再次，开启超声，辅助有机溶液溶胀剩余的图形化压印胶层105，直至剩余的图形化压印胶层105完全剥离脱落；最后，采用甩干机将步骤S141得到的包括剩余的图形化压印胶层105的器件清洗烘干，以得到步骤S142的去除剩余的图形化压印胶层105之后的器件；

其中，有机溶剂需满足的条件是：对硬掩模材料基本不具备腐蚀和溶胀作用；一种具体的实施方式中，有机溶剂一般为丙酮或二甲基亚砜等；

S143：以第二掩模107为掩模对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012、1013；形成耦出结构1012、1013之后的器件结构如图8或11所示。

一种实施方式中，进行第二阶段的刻蚀时采用的方式是干法刻蚀的方式。在第二阶段的刻蚀中，进行一次刻蚀，便可刻蚀出刻蚀深度相等的耦出结构1012。进行多次刻蚀，便可刻蚀出不同区域刻蚀深度不等的耦出结构1013。

其中，耦出结构1013内每个刻蚀深度的区域可以包括若干个光栅单元，在这个区域内的刻蚀深度相同。本发明对该光栅单元的数量不作限定。

一种实施例中，在步骤S143中，以第二掩模107为掩模对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012，包括：

以第二掩模107为掩模对波导基底101进行第二阶段的一次刻蚀，形成刻蚀深度相等的耦出结构1012。

一种实施例中，在步骤S143中，以第二掩模107为掩模对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1013，包括：

以第二掩模107为掩模对波导基底101进行第二阶段的第一次刻蚀，以形成刻蚀深度相等的耦出结构1012；

分N次形成光刻胶层108；每次形成的光刻胶层108覆盖部分耦出结构，其中，N为大于或等于1的整数；

在每次形成光刻胶层108后，以本次形成的光刻胶层108和第二掩模107剩余的图形化压印胶为掩模，对该次未被覆盖光刻胶层108的部分耦出结构波导基底101进行刻蚀，直到第N次刻蚀之后，形成N+1个不同刻蚀区域的耦出结构1013；去除光刻胶和第二掩模107。

其中，第二掩模107的材料请参考前述第一硬掩模层106的材料，本申请在此不予赘述。

前述具体实施例中，通过第一阶段的刻蚀在波导基底101上形成耦入结构1011，同时在第二区域的波导基底101上形成剩余的图形化压印胶层105之后，巧妙地通过在波导基底101表面和剩余的图形化压印胶层105表面形成第一硬掩模层106；然后采用溶脱工艺去除剩余的图形化压印胶层105，由于第二硬掩模层可以保护耦入结构1011，因而可以刻蚀出预期的耦出结构1012、1013，避免了在刻蚀第二区域的耦出结构1012、1013时影响第一区域的耦入结构1011，从而分步骤实现耦入结构1011和耦出结构1012、1013的刻蚀；保证了衍射光波导的的深度不等的耦入结构1011和耦出结构1012、1013的成型，同时满足耦入结构1011和耦出结构1012、1013的相对位置无偏差的要求，且适用于批量制造。

请参考图1-5，12-14，根据本发明的另一种具体实施例，步骤S14，利用剩余的图形化压印胶层105形成第二掩模107，基于第二掩模107对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012，具体包括以下步骤S141-S142：

步骤S141：在耦入结构1011的表面形成耦入保护层109；一种具体实施方式中，耦入保护层109为光刻胶层108；形成耦入保护层109之后的器件结构如图12所示；

一种实施例中，步骤S141，在耦入结构1011的表面形成耦入保护层109，具体包括以下步骤S1411-S1413：

步骤S1411：在耦入结构1011所在的区域滴预定量的光刻胶；

步骤S1412：在真空和负压条件下，使光刻胶均匀流动并覆盖在耦入结构1011的表面；

步骤S1413：对光刻胶进行固化处理，以形成光刻胶层108。

一种实施方式中，当形成耦入保护层109为光刻胶层108时，形成形成耦入保护层109时采用的方法是光刻胶真空涂覆法；

采用光刻胶真空涂覆法进行步骤S141，形成耦入保护层109具体包括：

首先在耦入结构1011顶端滴上适量的光刻胶；根据耦入结构1011的大小，滴胶量范围一般为0.1～10ml，水平放置若干分钟；

再将整个器件结构放入专用的水平放置的真空皿110内，并给予真空皿110内部一定的负压，使光刻胶均匀的流入耦入结构1011顶端，且在整个过程不产生气泡；具体包括：将滴胶后的目标材料基片水平放置在真空皿110中，开始第一次抽空真，真空压力小于100Pa，水平静止若干分钟，然后缓慢通入惰性气体(如GN2、Ar等)恢复成大气；进行第二次抽真空，真空压力小于100Pa,水平静止若干分钟后，再缓慢通入惰性气体(如GN2、Ar等)恢复成大气；进行第三次抽真空，真空压力小于100Pa,水平静止若干分钟后，再缓慢通入惰性气体(如GN2、Ar等)恢复成大气。一般来说往复三次抽放真空后，耦入结构1011区域的保护性光刻胶将无气泡，若还有气泡可以再次抽放真空至无气泡；

最后取出该器件，并水平放置于烘箱或热板上进行烘胶，至光刻胶固化；

该真空皿110的材质为有机玻璃，该器皿的具体包括：真空皿盖1102，真空皿底座1101，密封圈11011以及抽放真空口11012；真空皿110的结构如图14所示。

步骤S142：以耦入保护层109和剩余的图形化压印胶层105为第二掩模107，基于第二掩模107对波导基底101进行第二阶段的刻蚀，以在第二区域形成耦出结构1012；

当耦入保护层109为光刻胶层108时，优选的，耦入保护层109的厚度大于剩余的图形化压印胶层105的厚度；通常二者的厚度差控制在1～2um。

步骤S142之后还包括：步骤S143：去除剩余的耦入保护层109，以形成衍射光波导；形成衍射光波导的器件结构如图13所示。

再另外的实施例中，在以硬掩膜107为掩膜刻蚀耦出结构时，也可以在耦入结构1011的表面形成耦入保护层109，具体步骤同S1411-S1413。

其次，根据本发明的一实施例，还提供了一种衍射光波导，根据本发明前述实施例的任一项的衍射光波导的制备方法制作而成。

再次，根据本发明的一实施例，还提供了一种AR设备，包括本发明前述实施例提供的的衍射光波导。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种衍射光波导的制备方法，其特征在于，包括：

提供一波导基底；

在所述波导基底的一表面形成图形化压印胶层；所述图形化压印胶层包括第一图形化压印结构和第二图形化压印结构；所述第一图形化压印结构形成于所述表面的第一区域，所述第二图形化压印结构形成于所述表面的第二区域；所述第二图形化压印结构的厚度大于所述第一图形化压印结构的厚度；

以所述图形化压印胶层为第一掩模对所述波导基底进行第一阶段的刻蚀，以在所述第一区域的波导基底上形成耦入结构，同时在所述第二区域的波导基底上剩余的图形化压印胶层维持所述第二图形化压印结构的图案；

利用所述剩余的图形化压印胶层形成第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构；

其中，所述第二掩模覆盖所述耦入结构，以保护所述耦入结构在所述第二阶段的刻蚀过程中不被刻蚀，所述耦入结构和所述耦出结构的结构形态不同，所述耦出结构的深度大于所述耦入结构的深度。

2.根据权利要求1所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述耦出结构的刻蚀深度相等，或者所述耦出结构的不同区域的刻蚀深度不相等。

3.根据权利要求1所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述利用所述剩余的图形化压印胶层形成第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构，包括：

形成第一硬掩模层；所述第一硬掩模层形成于所述波导基底的表面，且覆盖所述耦入结构以及所述剩余的图形化压印胶层；

去除所述剩余的图形化压印胶层以及覆盖在所述剩余的图形化压印胶层上的所述第一硬掩模层，以形成所述第二掩模；

以所述第二掩模为掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构。

4.根据权利要求3所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述以所述第二掩模为掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构，包括：

以所述第二掩模为掩模对所述波导基底进行第二阶段的第一次刻蚀，以形成刻蚀深度相等的耦出结构；

分N次形成光刻胶层；每次形成的所述光刻胶层覆盖部分所述耦出结构，其中，N为大于或等于1的整数；

在每次形成光刻胶层后，以本次形成的所述光刻胶层和所述剩余的图形化压印胶为掩模，对该次未被覆盖所述光刻胶层的部分所述耦出结构进行刻蚀，直到第N次刻蚀之后，形成N+1个不同刻蚀区域的所述耦出结构；

去除所述光刻胶层和所述第二掩模。

5.根据权利要求3所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述第一硬掩模层的材料是Cr、Al、SiO2或Si3N4。

6.根据权利要求5所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述利用所述剩余的图形化压印胶层形成第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构，包括：

在所述耦入结构的表面形成耦入保护层；

以所述耦入保护层和所述剩余的图形化压印胶层为第二掩模，基于所述第二掩模对所述波导基底进行第二阶段的刻蚀，以在所述第二区域形成耦出结构。

7.根据权利要求6所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述耦入保护层为光刻胶层。

8.根据权利要求7所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述在所述耦入结构的表面形成耦入保护层，包括：

在所述耦入结构所在的区域滴预定量的光刻胶；

在真空和负压条件下，使所述光刻胶均匀流动并覆盖在所述耦入结构的表面；

对所述光刻胶进行固化处理，以形成所述光刻胶层。

9.根据权利要求8所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述耦入保护层的厚度大于所述剩余的图形化压印胶层的厚度。

10.根据权利要求1-9所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述在所述波导基底的一表面形成图形化压印胶层，具体包括：

提供一压印母版；所述母压印板上设置有第一母版图形结构和第二母版图形结构；其中，所述第一母版图形结构对应于所述耦入结构；所述第二母版图形结构对应于所述耦出结构；

在所述波导基底上涂覆压印胶；

将所述压印母版压印到所述压印胶上，以形成所述图形化压印胶层；其中，所述图形化压印胶层的图形与所述第一母版图形结构和第二母版图形结构的图形相对应；

分离所述压印母版和所述图形化压印胶层。

11.根据权利要求10所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述将所述压印母版压印到所述压印胶层上，以形成所述图形化压印胶层，具体包括：

将所述压印母版压印到所述压印胶层上；

对所述压印胶层进行固化处理，以形成所述图形化压印胶层。

12.根据权利要求11所述的衍射光波导的制备方法，其特征在于，所述压印胶层的厚度适配于所述第一母版图形结构和所述第二母版图形结构中的图形的最大深度。

13.一种衍射光波导，其特征在于，根据权利要求1-14任一项所述的衍射光波导的制备方法制作而成。

14.一种AR设备，其特征在于，包括权利要求13所述的衍射光波导。