JP7285251B2 - 高屈折率材料のｈ２補助傾斜エッチング - Google Patents

Description

背景技術
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムなどの人工現実システムは、一般的に、仮想環境において物体を描写する人工画像を提示するように構成されるディスプレイを含む。ディスプレイは、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）アプリケーションにあるように、仮想物体を表示する、または現実物体の画像と仮想物体の画像を組み合わせることができる。例えば、ＡＲシステムにおいて、ユーザは、例えば、透明ディスプレイガラスまたはレンズを通して見ること（光学シースルー方式と称されることが多い）、またはカメラによって取り込まれた周囲環境の表示画像を見ること（ビデオシースルー方式と称されることが多い）によって、仮想物体の画像（例えば、コンピュータ生成画像（ＣＧＩ））と、周囲環境の画像との両方を見ることができる。

１つの例示の光学シースルー方式ＡＲシステムは、導波管ベースの光ディスプレイを使用してよく、この場合、映像の光は導波管（例えば、基板）に結合され、導波管内で伝搬し、種々の場所で導波管から外へ結合され得る。いくつかの実装形態では、映像の光は、傾斜表面レリーフグレーティングなど、回析光学素子を使用して導波管にまたは導波管から外へ結合されてよい。多くの場合、望ましい速度で所望の外形で傾斜表面レリーフグレーティングを作製することは困難である場合がある。

本開示は一般的に、傾斜構造を作製するための技法に関し、より具体的には、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、二酸化チタン、またはアルミナなどのさまざまな材料上で傾斜構造をエッチングするための技法に関する。化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）技法を使用して、高対称性傾斜構造、または特殊材料（例えば、窒化ケイ素、有機材料、または無機金属酸化物）における傾斜構造などの傾斜構造をエッチングする。ＣＡＲＩＢＥプロセス（例えば、化合物、ラジカル、またはイオン）は、傾斜構造の所望のエッチング選択性、エッチング速度、および外形を達成するためにより正確に制御可能である。

いくつかの実施形態では、材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法は、反応性イオン源発生装置に第１の反応性ガスを注入することと、反応性イオン源発生装置において、反応性イオンを含むプラズマを生成することと、材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマから反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことと、第２の反応性ガスを材料層上に注入することと、を含む。平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスは、傾斜表面レリーフ構造を形成するために材料層を物理的と化学的の両方でエッチングする。いくつかの実施形態では、方法は、傾斜表面レリーフ構造の所望の傾斜角度に基づいて材料層を回転させることも含む。

いくつかの実施形態では、材料層において傾斜表面レリーフ構造を作製するための化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システムが開示される。ＣＡＲＩＢＥシステムは、第１の反応性ガスを使用してプラズマを生成するように構成される反応性イオン源発生装置を含み、ここで、プラズマは反応性イオンを含む。ＣＡＲＩＢＥシステムは材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマにおける反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるように構成される１つまたは複数の配列コリメータグリッドも含む。ＣＡＲＩＢＥシステムは、材料層上に第２の反応性ガスを注入するように構成されるガスこんろをさらに含む。平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスは、材料層において傾斜表面レリーフ構造を形成するために材料層を物理的と化学的の両方でエッチングする。いくつかの実施形態では、ＣＡＲＩＢＥシステムは、基板を保持しかつ回転させるように構成される回転ステージを含む。

いくつかの実施形態では、Ｈ_２ガスまたはヘリウムガスなどの低分子量ガスを、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバなどのイオン源発生装置における（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＯ_２、ＣＯＳなどを含む）ガスに加えられてよい。Ｈ^＋イオンは、イオン源発生装置において生成されてよく、Ｓｉ_３Ｎ_４など、エッチングされる基板に向けて加速させてよい。Ｓｉ_３Ｎ_４基板に進入するＨ^＋イオンは基板においてＳｉＨ_ｘＮ_ｙを形成することができ、これは、ＳｉＦ_４、ＮＦ_３、ＨＣＮなど、揮発性材料を形成するために物理および化学エッチングによってはるかに容易に除去され得る。そのように、高対称性を有する深傾斜構造は、より高いエッチング速度およびエッチング残渣の蓄積の最小化により高屈折率材料上により効率的にかつより精確にエッチング可能である。

Ｈ_２補助イオンビームエッチングが使用されるいくつかの実施形態では、半導体加工に使用されるイオン源発生装置のチャンバ（すなわち、内部空洞）の表面層は、酸化アルミニウムまたはＹ_２Ｏ_３などの酸化物材料と置き換えられることで、表面層に進入するおよび／または表面層と反応するチャンバにおいて生成されるＨ^＋イオンによって引き起こされる表面層の物理的性質および／または化学的性質の変化を回避することができる。

この要約は、特許請求される主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図するものでもないし、特許請求される主題の範囲を判断するために分離して使用されることも意図されていない。主題は、本開示の明細書全体の適切な部分、全ての図面またはいずれかの図面、およびそれぞれの特許請求項を参照することにより理解されるものとする。前述の事項については、他の特徴および例と共に、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付の図面においてより詳細に後述される。

本発明による実施形態は、とりわけ、添付の特許請求項に開示され、ここで、１つの特許請求項の分類に述べられる任意の特徴、例えば方法は、別の特許請求項の分類、例えば、システムにおいても特許請求可能である。添付の特許請求の範囲に対する従属関係または参照は、単に形式的な理由で選択されている。しかしながら、添付の特許請求の範囲で選択された従属関係にかかわらず、請求項およびその特徴の任意の組み合わせが、開示され、かつ特許請求できるように、任意の前の請求項（とりわけ、多数項従属）への意図的な参照から生じる任意の主題も特許請求可能である。特許請求可能である主題は、添付の特許請求の範囲に記載される特徴の組み合わせだけでなく、特許請求の範囲における特徴の任意の他の組み合わせも含み、特許請求の範囲に述べられるそれぞれの特徴は他の任意の特徴または特許請求の範囲における他の特徴の組み合わせと組み合わせ可能である。さらに、本明細書に説明されるまたは描写される実施形態および特徴のいずれかは、別々の請求項において、および／または本明細書に説明されるまたは描写される任意の実施形態もしくは特徴と、または添付の特許請求項の特徴のいずれかとの任意の組み合わせにおいて特許請求可能である。

一実施形態では、材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法は、反応性イオン源発生装置に第１の反応性ガスを注入することと、反応性イオン源発生装置において、反応性イオンを含むプラズマを生成することと、材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマから反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことと、第２の反応性ガスを材料層上に注入することと、を含み、ここで、平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスは、傾斜表面レリーフ構造を形成するために材料層を物理的と化学的の両方でエッチングする。

一実施形態では、方法は、傾斜表面レリーフ構造の所望の傾斜角度に基づいて材料層を回転させることをさらに含む。

一実施形態では、第１の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、Ｈ_２、Ａｒ、Ｈｅ、またはＮｅのうちの少なくとも１つを含む。

一実施形態では、材料層は、半導体基板、ＳｉＯ_２層、Ｓｉ_３Ｎ_４材料層、酸化チタン層、アルミナ層、ＳｉＣ層、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ層、非晶質シリコン層、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）層、非晶質炭素層（ＡＣＬ）、ダイアモンド状炭素膜（ＤＬＣ）層、ＴｉＯ_ｘ層、ＡｌＯ_ｘ層、ＴａＯ_ｘ層、またはＨＦＯ_ｘ層を含む。

一実施形態では、反応性イオン源発生装置においてプラズマを生成することは、反応性イオン源発生装置の誘導結合プラズマ発生装置にＲＦ信号を印加することを含む。

一実施形態では、平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマから反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことは、反応性イオン源発生装置に隣接した引き出しグリッドに引き出し電圧を印加することと、反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるために加速グリッドに加速電圧を印加することと、を含み、ここで、引き出しグリッドおよび加速グリッドは配列され、加速電圧は引き出し電圧より低い。

一実施形態では、第２の反応性ガスを注入することは、ガスこんろを使用して材料層上に第２の反応性ガスを注入することを含む。

一実施形態では、第２の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含む。

一実施形態では、方法は、平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスを使用して材料層をエッチングする前に平行反応性イオンビームを中和することをさらに含む。

一実施形態では、平行反応性イオンビームを中和することは、平行反応性イオンビームに電子ビームを注入することを含む。

一実施形態では、傾斜表面レリーフ構造は傾斜表面レリーフ光学グレーティングを含む。

一実施形態では、傾斜表面レリーフ光学グレーティングは複数のリッジを含み、それぞれのリッジのリーディングエッジはリッジのトレーリングエッジに平行である。

一実施形態では、リーディングエッジの傾斜角度およびトレーリングエッジの傾斜角度は、材料層の面法線に対して３０度を上回る。

一実施形態では、傾斜表面レリーフ光学グレーティングの深さは１００ｎｍを上回る。

一実施形態では、傾斜表面レリーフ光学グレーティングのデューティサイクルは６０％を上回る。

一実施形態では、材料層において傾斜表面レリーフ構造を作製するための化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システムは、第１の反応性ガスを使用してプラズマを生成するように構成される反応性イオン源発生装置であって、プラズマは反応性イオンを含む、反応性イオン源発生装置と、材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するためにプラズマにおける反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるように構成される１つまたは複数の配列コリメータグリッドと、材料層上に第２の反応性ガスを注入するように構成されるガスこんろと、を含み、平行反応性イオンビームおよび第２の反応性ガスは、材料層において傾斜表面レリーフ構造を形成するために材料層を物理的と化学的の両方でエッチングする。

一実施形態では、ＣＡＲＩＢＥシステムは、平行反応性イオンビームを中和するために平行反応性イオンビームに電子ビームを注入するように構成される中和装置をさらに含む。

一実施形態では、ＣＡＲＩＢＥシステムは、基板を保持しかつ回転させるように構成される回転ステージをさらに含む。

一実施形態では、反応性イオン源発生装置は誘導結合プラズマ発生装置を含む。

一実施形態では、第１の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｈ_２、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、Ａｒ、Ｈｅ、またはＮｅのうちの少なくとも１つを含み、第２の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含む。

例示的な実施形態について、以下の図を参照して詳細に後述する。

ある特定の実施形態による例示のニアアイディスプレイの簡略図である。 ある特定の実施形態による例示のニアアイディスプレイの断面図である。 ある特定の実施形態による例示の導波管ディスプレイの等角図である。 ある特定の実施形態による例示の導波管ディスプレイの断面図である。 導波管ディスプレイを含む例示の人工現実システムの簡略ブロック図である。 ある特定の実施形態による導波管ディスプレイを使用する例示の光学シースルー拡張現実システムを示す図である。 例示の導波管ディスプレイにおける表示光および外部光の伝搬を示す図である。 ある特定の実施形態による例示の導波管ディスプレイにおける例示の傾斜グレーティング結合器を示す図である。 ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のプロセスを示す図である。 ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のプロセスを示す図である。 ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のプロセスを示す図である。 傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のイオンビームエッチングシステムを示す図である。 傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）システムを示す図である。 傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）システムを示す図である。 ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システムを示す図である。 ＲＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティングを示す図である。 ＣＡＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティングを示す図である。 ある特定の実施形態によるＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティングを示す図である。 ある特定の実施形態によるＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティングを示す図である。 ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製する例示の方法を示す簡略フローチャートである。 ある特定の実施形態による低屈折率基板上の傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による低屈折率基板上の高屈折率材料で作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による高屈折率基板上の傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による作製プロセスを使用して傾斜グレーティングをエッチングする例を示す図である。 ある特定の実施形態による図１８Ａに示される作製プロセスを使用してエッチングされる傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による作製プロセスを使用してＳｉＯＮ層において作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による改良作製プロセスを使用してＳｉＯＮ層において作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による作製プロセスを使用してＳｉ_３Ｎ_４層において作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による改良作製プロセスを使用してＳｉ_３Ｎ_４層において作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態による改良作製プロセスを使用してＳｉ_３Ｎ_４層において作製される傾斜グレーティングの例を示す図である。 ある特定の実施形態によるイオンビームエッチングシステムの例を示す図である。 本明細書に開示される例のいくつかを実装するための例示のニアアイディスプレイの例示の電子システムの簡略ブロック図である。

図は、単に例示の目的で本開示の実施形態を描写している。当業者は、以下の説明から、示される構造および方法の代替的な実施形態が、本開示の記載される原理または利益から逸脱することなく用いられてよいことを容易に認識するであろう。

添付の図において、同様の構成要素および／または特徴は同じ参照ラベルを有してよい。さらに、同じタイプのさまざまな構成要素は、参照ラベルの後に、ダッシュ、および同様の構成要素間で区別する第２のラベルが続くことによって区別され得る。第１の参照ラベルのみが本明細書において使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルかどうかにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のいずれか１つに適用可能である。

本明細書に開示される技法は一般的に、ミクロ構造またはナノ構造製造に関する。より具体的には、限定はされないが、本出願は、ミクロ傾斜構造またはナノ傾斜構造を作製するための技法に関する。傾斜構造は、光および／または電気の挙動を操作するための多くの光学デバイスまたは電子デバイスにおいて使用可能である。例えば、導波管ベースの人工現実ディスプレイデバイスにおいて傾斜グレーティングを使用することによって、視野の改善、輝度効率の増大、および表示アーチファクト（例えば、レインボーアーチファクト）の低減が可能である。大きな傾斜角度（例えば、＞４５度）および／または高深度はまた、傾斜グレーティングの性能の改善に所望される場合がある。傾斜グレーティングは、例えば、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）またはエッチングによって作られ得る。しかしながら、ＮＩＬ技法を使用して大きな傾斜角度を有する深傾斜構造を作ることは困難であるが、これは、例えば、モールドおよびモールドデバイスを分離することが困難である場合があり、モールドデバイスを損傷させる場合があるからである。半導体製造に使用されるエッチング技法を使用して、ＳｉＯ２などの材料を面法線でエッチング可能であるが、例えば、低エッチング速度、残渣の蓄積などにより、とりわけ、特殊材料（例えば、窒化ケイ素、有機材料、または無機金属酸化物）または高屈折率材料（例えば、ＳｉＯＮまたはＳｉ_３Ｎ_４）において、リーディングエッジとトレーリングエッジとの間で高対称性を有する深傾斜構造を作るのに適していない場合がある。

ある特定の実施形態によると、傾斜表面レリーフグレーティングは、高屈折率変化および高回析効率をもたらすために人工現実システムにおける導波管ディスプレイなどのいくつかの光学デバイスにおいて使用されてよい。傾斜構造は、現在の既知のエッチングプロセスを使用して確実に作製されない恐れがあり、これは、一般的に、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、または化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）プロセスなど、エッチングされている表面に垂直であるエッチング特徴に最適化可能である。ある特定の実施形態によると、化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）技法を使用して、傾斜構造を確実にエッチングすることができる。例えば、エッチングに使用される、化学成分、ラジカル、およびイオンを含むＣＡＲＩＢＥプロセスパラメータは、傾斜構造の、所望のエッチング選択性、所望のエッチング速度、および所望の寸法を達成するようにより正確に制御可能である。

いくつかの実施形態では、Ｈ_２ガスまたはヘリウムガスなどの低分子量ガスは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバなどのイオン源発生装置における（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_８、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＯ_２、ＣＯＳなどを含む）ガスに加えられてよい。Ｈ^＋イオンは、イオン源発生装置において生成されてよく、Ｓｉ_３Ｎ_４など、エッチングされる基板に向けて加速され得る。Ｓｉ_３Ｎ_４基板に進入するＨ^＋イオンは基板においてＳｉＨ_ｘＮ_ｙを形成することができ、これは、ＳｉＦ_４、ＮＦ_３、ＨＣＮなど、揮発性材料を形成するために物理および化学エッチングによってはるかに容易に除去され得る。そのように、高対称性を有する深傾斜構造は、より高いエッチング速度およびエッチング残渣の蓄積の最小化により高屈折率材料上により効率的にかつより精確にエッチング可能である。

Ｈ_２補助イオンビームエッチングが使用されるいくつかの実施形態では、半導体加工に使用されるイオン源発生装置のチャンバ（すなわち、内部空洞）の表面層は、酸化アルミニウムまたはＹ_２Ｏ_３などの酸化物材料と置き換えられることで、表面層に進入するおよび／または表面層と反応するチャンバにおいて生成されるＨ^＋イオンによって引き起こされる表面層の物理的性質および／または化学的性質の変化を回避することができる。

いくつかの実施形態では、光および／または電気の挙動を操作するための傾斜構造を作製することは望ましいことが分かる。傾斜構造の利益のいくつかは、光伝送の高効率化および／または屈折率の大きなばらつきなどを含み得る。（表面がエッチングされている平面に対して）平行に傾斜した構造は、ある特定の応用に特有の問題を解決することも分かる。また、種々のタイプの材料（例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、二酸化チタン、アルミナなどのように）でこのタイプの傾斜構造を形成することは望ましい場合があることが分かっている。

以下の説明には、解説の目的で、本開示の例を十分理解してもらうために具体的詳細が示されている。しかしながら、さまざまな例がこれら具体的詳細なく実践可能であることは明らかであろう。例えば、デバイス、システム、構造、アセンブリ、方法、および他の構成要素は、不必要な詳細で例を不明瞭にしないためにブロック図の形態の構成要素として示される場合がある。他の事例では、周知のデバイス、プロセス、システム、構造、および技法は、例を不明瞭にすることを回避するために必要な詳細なく示される場合がある。図および説明は制限することを意図するものではない。本開示で用いられている用語および表現は、説明の条件として使用され、限定するものではなく、示されかつ説明される特徴またはこの一部のいずれの同義語も除外するような用語および表現の使用を意図するものではない。

図１は、ある特定の実施形態による例示のニアアイディスプレイ１００の簡略図である。ニアアイディスプレイ１００はユーザに媒体を提示してよい。ニアアイディスプレイ１００によって提示される媒体の例は、１つまたは複数の画像、ビデオ、および／またはオーディオを含んでよい。いくつかの実施形態では、オーディオは、ニアアイディスプレイ１００、コンソール、またはこの両方からオーディオ情報を受信し、かつオーディオ情報に基づくオーディオデータを提示する外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示されてよい。ニアアイディスプレイ１００は一般的に、人工現実ディスプレイとして動作するように構成される。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は、拡張現実（ＡＲ）ディスプレイまたは複合現実（ＭＲ）ディスプレイとして動作してよい。

ニアアイディスプレイ１００はフレーム１０５およびディスプレイ１１０を含んでよい。フレーム１０５は１つまたは複数の光学素子に結合されてよい。ディスプレイ１１０は、ユーザが、ニアアイディスプレイ１００によって提示されるコンテンツを見るように構成され得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイ１１０は、１つまたは複数の画像からユーザの目に光を配向するための導波管ディスプレイアセンブリを含んでよい。

図２は、図１に示されるニアアイディスプレイ１００の断面図２００である。ディスプレイ１１０は少なくとも１つの導波管ディスプレイアセンブリ２１０に含んでよい。射出瞳２３０は、ユーザがニアアイディスプレイ１００を着用する時ユーザの目２２０が位置付けられる場所に位置し得る。例証の目的で、図２は、ユーザの目２２０および単一の導波管ディスプレイアセンブリ２１０と関連している断面図２００を示すが、いくつかの実施形態では、第２の導波管ディスプレイがユーザの第２の目に使用されてもよい。

導波管ディスプレイアセンブリ２１０は、画像光（すなわち、表示光）を、射出瞳２３０に位置するアイボックスに、およびユーザの目２２０に配向するように構成されてよい。導波管ディスプレイアセンブリ２１０は、１つまたは複数の屈折率を有する１つまたは複数の材料（例えば、プラスチック、ガラスなど）を含んでよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は、導波管ディスプレイアセンブリ２１０とユーザの目２２０との間に１つまたは複数の光学素子を含み得る。

いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイアセンブリ２１０は、積層導波管ディスプレイ、可変焦点導波管ディスプレイなどを含むがこれらに制限されない、積み重ねられた１つまたは複数の導波管ディスプレイを含んでよい。積層導波管ディスプレイは、各単色源が種々の色のものである導波管ディスプレイを積み重ねることによってもたらされた多色ディスプレイ（例えば、赤／緑／青（ＲＧＢ）ディスプレイ）である。積層導波管ディスプレイは、複数の平面上に投影可能である多色ディスプレイ（例えば、複数面有色ディスプレイ）であってもよい。いくつかの構成では、積層導波管ディスプレイは、複数の平面上に投影可能である単色ディスプレイ（例えば、複数面単色ディスプレイ）であってよい。可変焦点導波管ディスプレイは、導波管ディスプレイから放出した画像光の焦点位置を調節可能であるディスプレイである。代替的な実施形態では、導波管ディスプレイアセンブリ２１０は、積層導波管ディスプレイおよび可変焦点導波管ディスプレイを含んでよい。

図３は、導波管ディスプレイ３００の一実施形態の等角図である。いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイ３００は、ニアアイディスプレイ１００の構成要素（例えば、導波管ディスプレイアセンブリ２１０）であってよい。いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイ３００は、画像光を特定の場所に配向することができるいくつかの他のニアアイディスプレイまたは他のシステムの一部であってよい。

導波管ディスプレイ３００は、光源アセンブリ３１０、出力導波管３２０、およびコントローラ３３０を含んでよい。例証の目的で、図３は、ユーザの目３９０と関連している導波管ディスプレイ３００を示すが、いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイ３００と別個のまたは部分的に別個の別の導波管ディスプレイは、画像光をユーザの別の目に与えてよい。

光源アセンブリ３１０は、ユーザに表示するための画像光３５５を生成することができる。光源アセンブリ３１０は、出力導波管３２０の第１の側面３７０－１上に位置する結合要素３５０に画像光３５５を生成しかつ出力してよい。いくつかの実施形態では、結合要素３５０は、画像光３５５を光源アセンブリ３１０から出力導波管３２０に結合してよい。結合要素３５０は、例えば、回析グレーティング、ホログラフィックグレーティング、１つまたは複数の縦続反射器、１つまたは複数のプリズム面要素、および／または一連のホログラフィック反射器を含み得る。出力導波管３２０は、拡張した画像光３４０をユーザの目３９０に出力できる光導波管であってよい。出力導波管３２０は、第１の側面３７０－１に位置する１つまたは複数の結合要素３５０において画像光３５５を受信し、かつ受信した画像光３５５を配向要素３６０にガイドすることができる。

配向要素３６０は、受信した入力画像光３５５を減結合要素３６５に再配向することで、受信した入力画像光３５５は、減結合要素３６５を介して出力導波管３２０から外へ結合可能である。配向要素３６０は、出力導波管３２０の第１の側面３７０－１の一部であってよい、またはこれに取り付けられてよい。減結合要素３６５は、配向要素３６０が減結合要素３６５に対向するように、出力導波管３２０の第２の側面３７０－２の一部であってよい、またはこれに取り付けられてよい。配向要素３６０および／または減結合要素３６５は、例えば、回析グレーティング、ホログラフィックグレーティング、表面レリーフグレーティング、１つまたは複数の縦続反射器、１つまたは複数のプリズム面要素、および／または一連のホログラフィック反射器を含んでよい。

出力導波管３２０の第２の側面３７０－２は、ｘ寸法およびｙ寸法に沿った平面を表すことができる。出力導波管３２０は、画像光３５５の全内部反射を促進することができる１つまたは複数の材料を含んでよい。出力導波管３２０は、例えば、シリコン、プラスチック、ガラス、および／またはポリマーを含んでよい。出力導波管３２０は、比較的小さい形状因子を有することができる。例えば、出力導波管３２０は、ｘ寸法に沿っておよそ５０ｍｍの幅、ｙ寸法に沿って約３０ｍｍの長さ、およびｚ寸法に沿って約０．５～１ｍｍの厚さであってよい。

コントローラ３３０は、光源アセンブリ３１０の走査動作を制御することができる。コントローラ３３０は、光源アセンブリ３１０に対する走査命令を判断してよい。いくつかの実施形態では、出力導波管３２０は、広い視野（ＦＯＶ）を有するユーザの目３９０に拡張した画像光３４０を出力することができる。例えば、ユーザの目３９０に与えられる拡張した画像光３４０は、約６０度以上および／または約１５０度以下の（ｘおよびｙにおける）対角線のＦＯＶを有してよい。出力導波管３２０は、約２０ｍｍ以上および／または約５０ｍｍ以下の長さ、および／または約１０ｍｍ以上および／または約５０ｍｍ以下の幅を有するアイボックスを提供するように構成されてよい。

図４は、導波管ディスプレイ３００の断面図４００である。導波管ディスプレイ３００は光源アセンブリ３１０および出力導波管３２０を含んでよい。光源アセンブリ３１０はコントローラ３３０からの走査命令に従って画像光３５５（すなわち、表示光）を生成してよい。光源アセンブリ３１０は、光源４１０および光学系４１５を含んでよい。光源４１０は、コヒーレントなまたは部分的にコヒーレントな光を生成する光源を含んでよい。光源４１０は、例えば、レーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードを含んでよい。

光学系４１５は、光源４１０からの光を調整することができる１つまたは複数の光学要素を含んでよい。光源４１０からの光を調整することは、例えば、コントローラ３３０からの命令に従って、向きを、拡張する、平行にする、および／または調節することを含んでよい。１つまたは複数の光学要素は、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、鏡、アパーチャ、および／またはグレーティングを含んでよい。光学系４１５（およびまた光源アセンブリ３１０）から放出した光は、画像光３５５または表示光と称される場合がある。

出力導波管３２０は光源アセンブリ３１０から画像光３５５を受信してよい。結合要素３５０は、光源アセンブリ３１０からの画像光３５５を出力導波管３２０に結合してよい。結合要素３５０が回析グレーティングを含む実施形態では、回析グレーティングは、全内部反射が出力導波管３２０内で生じ得るように構成されてよいため、よって、出力導波管３２０に結合される画像光３５５は減結合要素３６５に向けて（例えば、全内部反射によって）出力導波管３２０内部に伝搬し得る。

配向要素３６０は、出力導波管３２０から外に画像光の少なくとも一部分を結合するために減結合要素３６５に向けて画像光３５５を再配向してよい。配向要素３６０が回析グレーティングである実施形態では、回析グレーティングは、入射画像光３５５が、減結合要素３６５の表面に対する傾斜角度で出力導波管３２０を抜けるように構成されてよい。いくつかの実施形態では、配向要素３６０および／または減結合要素３６５は構造的に同様であってよい。

出力導波管３２０を抜ける拡張画像光３４０は、１つまたは複数の寸法に沿って拡張（例えば、ｘ寸法に沿って伸長）可能である。いくつかの実施形態では、導波管ディスプレイ３００は、複数の光源アセンブリ３１０および複数の出力導波管３２０を含んでよい。光源アセンブリ３１０のそれぞれは、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する単色像光を放出してよい。出力導波管３２０のそれぞれは、多色であってよい拡張画像光３４０を出力するために共に積層されてよい。

図５は、導波管ディスプレイアセンブリ２１０を含む例示の人工現実システム５００の簡略ブロック図である。システム５００は、それぞれがコンソール５１０に結合される、ニアアイディスプレイ１００、画像デバイス５３５、および入力／出力インターフェース５４０を含んでよい。

上述されるように、ニアアイディスプレイ１００は、媒体をユーザに提示するディスプレイであってよい。ニアアイディスプレイ１００によって提示される媒体の例は、１つまたは複数の画像、ビデオ、および／またはオーディオを含んでよい。いくつかの実施形態では、オーディオは、ニアアイディスプレイ１００および／またはコンソール５１０からオーディオ情報を受信し、かつオーディオ情報に基づくオーディオデータをユーザに提示し得る外部デバイス（例えば、スピーカおよび／またはヘッドホン）を介して提示されてよい。いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は人工現実眼鏡の機能を果たし得る。例えば、いくつかの実施形態では、ニアアイディスプレイ１００は、コンピュータ生成要素（例えば、画像、ビデオ、音声など）によって物理的な現実世界環境の見える状態を拡張可能である。

ニアアイディスプレイ１００は、導波管ディスプレイアセンブリ２１０、１つまたは複数の位置センサ５２５、および／または慣性計測装置（ＩＭＵ）５３０を含んでよい。導波管ディスプレイアセンブリ２１０は、上述されるように、光源アセンブリ３１０、出力導波管３２０、およびコントローラ３３０を含む導波管ディスプレイ３００などの導波管ディスプレイを含んでよい。

ＩＭＵ５３０は、１つまたは複数の位置センサ５２５から受信される測定信号に基づいてニアアイディスプレイ１００の初期位置に対してニアアイディスプレイ１００の推定位置を指示する高速較正データを生成できる電子デバイスを含み得る。

画像デバイス５３５は、コンソール５１０から受信される較正パラメータに従って低速較正データを生成し得る。画像デバイス５３５は、１つまたは複数のカメラおよび／または１つまたは複数のビデオカメラを含んでよい。

入力／出力インターフェース５４０は、ユーザがアクション要求をコンソール５１０に送ることを可能にするデバイスであってよい。アクション要求は特定のアクションを行う要求であってよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始もしくは終了する、またはアプリケーション内の特定のアクションを行うためのものであってよい。

コンソール５１０は、画像デバイス５３５、ニアアイディスプレイ１００、および入力／出力インターフェース５４０の１つまたは複数から受信される情報に従ってユーザへの提示のためにニアアイディスプレイ１００に媒体を提供してよい。図５に示される例において、コンソール５１０は、アプリケーションストア５４５、追跡モジュール５５０、およびエンジン５５５を含んでよい。

アプリケーションストア５４５は、コンソール５１０による実行のための１つまたは複数のアプリケーションを記憶してよい。アプリケーションは、プロセッサによって実行される時、ユーザへの提示のためのコンテンツを生成してよい命令群を含んでよい。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適したアプリケーションを含んでよい。

追跡モジュール５５０は、１つまたは複数の較正パラメータを使用してシステム５００を較正してよく、ニアアイディスプレイ１００の位置の判断時の誤差を低減するために１つまたは複数の較正パラメータを調節してよい。追跡モジュール５５０は、画像デバイス５３５からの低速較正情報を使用してニアアイディスプレイ１００の移動を追跡してよい。追跡モジュール５５０は、高速較正情報からの位置情報を使用してニアアイディスプレイ１００の基準点の位置を判断してもよい。

エンジン５５５は、システム５００内のアプリケーションを実行してよく、追跡モジュール５５０からニアアイディスプレイ１００の、位置情報、加速情報、速度情報、および／または予測される今後の位置を受信する。いくつかの実施形態では、エンジン５５５によって受信される情報は、導波管ディスプレイアセンブリ２１０に対する信号（例えば、表示命令）を生じさせるために使用されてよい。信号は、ユーザに提示するためのコンテンツのタイプを判断してよい。

導波管ディスプレイを実装するための多くの種々のやり方があり得る。例えば、いくつかの実装形態では、出力導波管３２０は、画像光３５５を出力導波管３２０に結合するために第１の側面３７０－１と第２の側面３７０－２との間に傾斜表面を含んでよい。いくつかの実装形態では、傾斜表面は、配向要素３６０に向けて光を反射させるために反射コーティングでコーティングされてよい。いくつかの実装形態では、傾斜表面の角度は、画像光３５５が全内部反射により傾斜表面によって反射可能であるように構成されてよい。いくつかの実装形態では、配向要素３６０は使用されない場合があり、光は全内部反射によって出力導波管３２０内にガイドされ得る。いくつかの実装形態では、減結合要素３６５は第１の側面３７０－１の近くに位置してよい。

いくつかの実装形態では、出力導波管３２０および減結合要素３６５（ならびに使用される場合、配向要素３６０）は、環境から光を透過させてよく、画像光３５５と、ニアアイディスプレイ１００の正面の物理的な現実世界環境からの光とを組み合わせるための光コンバイナの機能を果たし得る。そのように、ユーザは、光源アセンブリ３１０からの人工物の人工画像と、物理的な現実世界環境における実物体の現実画像との両方を見ることができ、これは光学シースルー方式と称される場合がある。

図６は、ある特定の実施形態による導波管ディスプレイを使用する例示の光学シースルー拡張現実システム６００を示す。拡張現実システム６００はプロジェクタ６１０およびコンバイナ６１５を含んでよい。プロジェクタ６１０は、光源または画像源６１２、およびプロジェクタ光学部品６１４を含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、ＬＣＤディスプレイパネルまたはＬＥＤディスプレイパネルなど、仮想物体を表示する複数の画素を含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、コヒーラントなまたは部分的にコヒーラントな光を生成する光源を含んでよい。例えば、画像源６１２はレーザダイオード、垂直キャビティ面発光レーザ、および／または発光ダイオードを含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、それぞれが、原色（例えば、赤、緑、または青）に対応する単色像光を放出する複数の光源を含んでよい。いくつかの実施形態では、画像源６１２は、空間光変調器などの光学式パターン発生装置を含んでよい。プロジェクタ光学部品６１４は、画像源６１２からの光をコンバイナ６１５に、拡張する、平行にする、走査する、または投影することなど、画像源６１２からの光を調整することができる１つまたは複数の光学要素を含んでよい。１つまたは複数の光学要素は、例えば、１つまたは複数のレンズ、液体レンズ、鏡、アパーチャ、および／またはグレーティングを含んでよい。いくつかの実施形態では、プロジェクタ光学部品６１４は、画像源６１２からの光の走査を可能にする複数の電極を有する液体レンズ（例えば、液晶レンズ）を含んでよい。

コンバイナ６１５は、プロジェクタ６１０からの光をコンバイナ６１５の基板６２０に結合するための入力結合器６３０を含んでよい。入力結合器６３０は、体積ホログラフィックグレーティング、回析光学要素（ＤＯＥ）（例えば、表面レリーフグレーティング）、または屈折結合器（例えば、ウェッジまたはプリズム）を含んでよい。入力結合器６３０は、可視光に対して、３０％、５０％、７５％、９０％を上回る、またはそれ以上の結合効率を有し得る。本明細書で使用されるように、可視光は約３８０ｎｍ～約７５０ｎｍの波長を有する光を指すことができる。基板６２０に結合される光は、例えば、全内部反射（ＴＩＲ）によって基板６２０内で伝搬してよい。基板６２０は、一式の眼鏡のレンズの形態であってよい。基板６２０は、平面または曲面を有することができ、ガラス、石英、プラスチック、ポリマー、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、水晶、またはセラミックなどの１つまたは複数のタイプの誘電材料を含んでよい。基板の厚さは、例えば、約１ｍｍ未満～約１０ｍｍ以上であってよい。基板６２０は可視光を透過させてよい。材料は、光ビームが、例えば、５０％、６０％、７５％、８０％、９０％、９５％より大きい、またはそれ以上の高透過速度で材料を通過できる場合、光ビームを「透過」させることができ、この場合、（例えば、５０％、４０％、２５％、２０％、１０％、５％未満、またはそれ以下の）光ビームのほんの一部分は、材料によって、散乱、反射、または吸収され得る。透過速度（すなわち、透過率）は、波長範囲にわたって明所視で重み付けされたまたは重み付けされない平均透過率、または、可視波長範囲などの波長の範囲にわたる最低透過率のどちらかによって表されてよい。

基板６２０は、基板６２０から基板６２０によってガイドされるおよび基板６２０内で伝搬する光の少なくとも一部分を引き出し、かつ引き出された光６６０を拡張現実システム６００のユーザの目６９０に配向するように構成される複数の出力結合器６４０を含んでよい、またはこれらに結合されてよい。入力結合器６３０のように、出力結合器６４０は、グレーティング結合器（例えば、体積ホログラフィックグレーティングまたは表面レリーフグレーティング）、他のＤＯＥ、プリズムなどを含んでよい。出力結合器６４０は、種々の場所で種々の結合（例えば、回析）効率を有することができる。基板６２０はまた、コンバイナ６１５の正面の環境からの光６５０がほとんどまたは全く損なうことなく通過可能にしてよい。出力結合器６４０はまた、光６５０がほとんど損なうことなく通過可能にし得る。例えば、いくつかの実装形態では、出力結合器６４０は、光６５０がほとんど損なうことなく出力結合器６４０を屈折あるいは通過可能であるように、光６５０に対する低回析効率を有してよい。いくつかの実装形態では、出力結合器６４０は光６５０に対する高回析効率を有してよく、ほとんど損なうことなくある特定の所望の方向（すなわち回析角度）に光６５０を回析させてよい。その結果、ユーザは、コンバイナ６１５の正面の環境、およびプロジェクタ６１０によって投影される仮想物体の画像を組み合わせて見ることが可能になり得る。

図７は、導波管７１０およびグレーティング結合器７２０を含む例示の導波管ディスプレイ７００における入射表示光７４０および外部光７３０の伝搬を示す。導波管７１０は、自由空間の屈折率ｎ_１（すなわち１．０）を上回る屈折率ｎ_２を有する平坦なまたは湾曲した透明基板であってよい。グレーティング結合器７２０は、例えば、ブラッググレーティングまたは表面レリーフグレーティングを含んでよい。

入射表示光７４０は、例えば、図６の入力結合器６３０または上述される他の結合器（例えば、プリズム面または傾斜表面）によって導波管７１０に結合されてよい。入射表示光７４０は、例えば、全内部反射によって導波管７１０内で伝搬してよい。入射表示光７４０がグレーティング結合器７２０に達する時、入射表示光７４０は、グレーティング結合器７２０によって、例えば、０次回析（すなわち、反射）光７４２および１次回析光７４４に回析されてよい。０次回析は、導波管７１０内で伝搬し続ける場合があり、種々の場所でグレーティング結合器７２０に向けて導波管７１０の底面によって反射され得る。１次回析光７４４はユーザの目に向けて導波管７１０から外へ結合（例えば、屈折）されてよいが、これは、全内部反射条件が、１次回析光７４４の回析角度により導波管７１０の底面では満たされない場合があるからである。

外部光７３０はまた、グレーティング結合器７２０によって、例えば、０次回析光７３２または１次回析光７３４に回析されてよい。０次回析光７３２または１次回析光７３４は、ユーザの目に向けて導波管７１０から外へ屈折されてよい。よって、グレーティング結合器７２０は外部光７３０を導波管７１０に結合するための入力結合器の機能を果たし得、また、導波管７１０の外に入射表示光７４０を結合するための出力結合器の機能を果たし得る。そのように、グレーティング結合器７２０は、外部光７３０および入射表示光７４０を組み合わせるためのコンバイナの機能を果たし、かつ組み合わせた光をユーザの目に送ることができる。

ユーザの目に向けた所望の方向で光を回析し、かつある特定の回析次に対して所望の回析効率を達成するために、グレーティング結合器７２０は、傾斜ブラッググレーティングまたは表面レリーフグレーティングなどのブレーズドグレーティングまたは傾斜グレーティングを含んでよく、この場合、グレーティングリッジおよび溝は、グレーティング結合器７２０または導波管７１０の面法線に対して傾けられてよい。

図８は、ある特定の実施形態による例示の導波管ディスプレイ８００における例示の傾斜グレーティング８２０を示す。導波管ディスプレイ８００は、基板６２０など、導波管８１０上の傾斜グレーティング８２０を含んでよい。傾斜グレーティング８２０は、導波管８１０にまたはこの外に光を結合するためのグレーティング結合器８２０の機能を果たし得る。いくつかの実施形態では、傾斜グレーティング８２０は周期ｐによる周期構造を含んでよい。例えば、傾斜グレーティング８２０は、複数のリッジ８２２、およびリッジ８２２間の溝８２４を含んでよい。傾斜グレーティング８２０のそれぞれの周期は、リッジ８２２および溝８２４を含んでよく、これらは、屈折率ｎ_ｇ２によって材料が充填される空隙または領域となり得る。リッジ８２２の幅とグレーティング周期ｐとの間の比率は、デューティサイクルと称される場合がある。傾斜グレーティング８２０は、例えば、約１０％～約９０％以上のデューティサイクルを有し得る。いくつかの実施形態では、デューティサイクルは周期によって異なる場合がある。いくつかの実施形態では、傾斜グレーティングの周期ｐは、傾斜グレーティング８２０上で１エリアから別エリアまでさまざまであり得る、または、傾斜グレーティング８２０上で１周期から別周期までさまざまで（すなわち、チャープされ）得る。

リッジ８２２は、材料（例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、または非晶質シリコン）、有機材料（例えば、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）、非晶質炭素層（ＡＣＬ）、またはダイアモンド状炭素膜（ＤＬＣ））、または、無機金属酸化物層（例えば、ＴｉＯ_ｘ、ＡｌＯ_ｘ、ＴａＯ_ｘ、ＨｆＯ_ｘなど）を含有するシリコンなど、ｎ_ｇ１の屈折率を有する材料から作られてよい。それぞれのリッジ８２２は、傾斜角度αを有するリーディングエッジ８３０、および傾斜角度βを有するトレーリングエッジ８４０を含んでよい。いくつかの実施形態では、それぞれのリッジ８２２のリーディングエッジ８３０およびトレーリングエッジ８４０は、互いに平行であってよい。換言すれば、傾斜角度αは傾斜角度βにほぼ等しい。いくつかの実施形態では、傾斜角度αは傾斜角度βと異なってよい。いくつかの実施形態では、傾斜角度αは傾斜角度βとほぼ等しくてよい。例えば、傾斜角度αと傾斜角度βとの間の差異は、２０％、１０％、５％、１％未満、またはそれ以下であってよい。いくつかの実施形態では、傾斜角度αおよび傾斜角度βは、例えば、約３０度以下～約７０％以上に及んでよい。

いくつかの実装形態では、リッジ８２２間の溝８２４は、リッジ８２２の材料の屈折率より高いまたは低い屈折率ｎ_ｇ２を有する材料がオーバーコートまたは充填されてよい。例えば、いくつかの実施形態では、ハフニア、チタニア、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ジリコニウム、硫化ガリウム、窒化ガリウム、ガリウムリン、シリコン、および高屈折率ポリマーなどの高屈折率材料を使用して溝８２４を充填してよい。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素、アルミナ、多孔質シリカ、またはフッ素化低屈折率モノマー（またはポリマー）などの低屈折率材料を使用して、溝８２４を充填してよい。その結果、リッジの屈折率と溝の屈折率との間の差異は、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０を上回る、またはそれ以上である場合がある。

傾斜グレーティングは、多くの種々のナノ加工技法を使用して作製されてよい。ナノ加工技法は一般的に、パターン形成プロセスおよびポストパターン（例えば、オーバーコーティング）プロセスを含む。パターン形成プロセスを使用して傾斜グレーティングの傾斜リッジを形成してよい。傾斜リッジを形成するための多くの種々のナノ加工技法があり得る。例えば、いくつかの実装形態では、傾斜グレーティングは、傾斜エッチングを含むリソグラフィ技法を使用して作製されてよい。いくつかの実装形態では、傾斜グレーティングは、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）成形法を使用して作製可能である。ポストパターンプロセスを使用して、傾斜リッジと異なる屈折率を有する材料による傾斜リッジをオーバーコートする、および／または傾斜リッジ間の間隙を充填することができる。ポストパターンプロセスはパターン形成プロセスと無関係であってよい。よって、同じポストパターンプロセスは、任意のパターン形成技法を使用して作製される傾斜グレーティング上で使用されてよい。

後述される傾斜グレーティングを作製するための技法およびプロセスは、単に例示の目的のものであり、限定を意図するものではない。さまざまな改良が後述される技法になされ得ることを当業者は理解するであろう。例えば、いくつかの実装形態では、後述されるいくつかの動作は省略される場合がある。いくつかの実装形態では、追加の動作は、傾斜グレーティングを作製するために行われてよい。本明細書に開示される技法を使用して、さまざまな材料上に他の傾斜構造を作製してもよい。

図９Ａ～図９Ｃは、ある特定の実施形態による傾斜エッチングによって傾斜表面レリーフグレーティングを作製するための例示の簡略プロセスを示す。図９Ａは、フォトリソグラフィプロセスなどのリソグラフィプロセス後の構造９９０を示す。構造９００は、ガラスまたは石英基板など、上述される導波管ディスプレイの導波管として使用されてよい基板９１０を含んでよい。構造９００は、Ｓｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯ_２などのグレーティング材料の層９２０を含んでもよい。基板９１０は屈折率ｎ_ｗｇを有することができ、グレーティング材料の層９２０は屈折率ｎ_ｇ１を有することができる。いくつかの実施形態では、グレーティング材料の層９２０は基板９１０の一部であってよい。所望のパターンを有するマスク層９３０は、グレーティング材料の層９２０上に形成されてよい。マスク層９３０は、例えば、フォトレジスト材料、金属（例えば、銅、クロム、チタン、アルミニウム、またはモリブデン）、金属間化合物（例えば、ＭｏＳｉＯＮ）、またはポリマーを含むことができる。マスク層９３０は、例えば、光学投影もしくは電子ビームリソグラフィプロセス、ＮＩＬプロセス、またはマルチビーム干渉プロセスによって形成されてよい。

図９Ｂは、ドライエッチングプロセス（例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ディープシリコンエッチング（ＤＳＥ）、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、またはＩＢＥの変形）などの傾斜エッチングプロセス後の構造９４０を示す。傾斜エッチングプロセスは、１つまたは複数のサブステップを含んでよい。傾斜エッチングは、例えば、回転構造９００、および所望の傾斜角度に基づくエッチングビームによるグレーティング材料の層９２０のエッチングによって行われてよい。エッチング後、傾斜グレーティング９５０は、グレーティング材料の層９２０において形成されてよい。

図９Ｃは、マスク層９３０が除去された後の構造９７０を示す。構造９７０は、基板９１０、グレーティング材料の層９２０、および傾斜グレーティング９５０を含んでよい。傾斜グレーティング９５０は、複数のリッジ９５２および溝９５４を含んでよい。プラズマまたはウェットエッチングなどの技法を使用して、適切な化学反応によってマスク層９３０を剥離することができる。いくつかの実装形態では、マスク層９３０は、除去されなくてよく、傾斜グレーティングの一部として使用されてよい。

その後、いくつかの実装形態では、ポストパターン（例えば、オーバーコーティング）プロセスは、リッジ９５２の材料より高いまたは低い屈折率を有する材料によって傾斜グレーティング９５０をオーバーコートするために行われてよい。例えば、上述されるように、いくつかの実施形態では、ハフニア、チタニア、酸化タングステン、酸化ジリコニウム、硫化ガリウム、窒化ガリウム、ガリウムリン、シリコン、および高屈折率ポリマーなどの高屈折率材料は、オーバーコーティングのために使用されてよい。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素、アルミナ、多孔質シリカ、またはフッ素化低屈折率モノマー（またはポリマー）などの低屈折率材料はオーバーコーティングのために使用されてよい。その結果、リッジの屈折率と溝の屈折率との間の差異は、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０を上回る、またはそれ以上である場合がある。

図１０は、傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示のイオンビームエッチング（ＩＢＥ）システム１０００を示す。イオンビームエッチングは、表面レリーフグレーティング作製における１つのプロセスイネーブラである。イオンビームエッチングは一般的に、調節可能な回転角度による回転ステージに装着される基板から材料を物理的に粉砕するために、高度に平行にされ高指向性のイオンビームを使用する。

ＩＢＥシステム１０００はイオン源発生装置１０１０を含んでよい。イオン源発生装置１０１０は、アルゴンガスなどの不活性ガスをイオン源発生装置１０１０のチャンバ内に受けるための不活性ガス入口１０２０を含んでよい。プラズマは、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１０３０を介してイオン源発生装置１０１０において生成可能であり、ここで、高エネルギー電子は、中性物質との衝突によって注入された不活性ガス（例えば、Ａｒ）の中性物質をイオン化してよい。高密度プラズマ１０２２は、衝撃イオン化によってイオン源発生装置１０１０内で生成されてよい。高密度プラズマ１０２２は、電荷平衡での正のイオン１０２４および負の電子による多数の中性物質とみなされる場合がある。

ＩＢＥシステム１０００はまた、イオン源発生装置１０１０内で形成される高密度プラズマ１０２２から平行イオンビーム１０６２を引き出すための１つまたは複数の配列コリメータグリッドを含んでよい。配列コリメータグリッドはさまざまなやり方で実装されてよい。例えば、図１０に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１０２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１０４０と、引き出されたイオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１０５０とを含んでよい。ビーム中和装置１０６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行イオンビーム１０６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行イオンビーム１０６２に電子ビームを放出することができる。

高指向性平行イオンビーム１０６２は、例えば、半導体ウエハー、ガラス基板、Ｓｉ_３Ｎ_４材料層、酸化チタン層、アルミナ層など、エッチングされる材料層１０８０から材料を物理的に粉砕することができる。材料層１０８０は、例えば、フォトリソグラフィプロセスによって材料層１０８０上で形成され得るマスク１０８２によって部分的に被覆されてよい。マスク１０８２は、例えば、フォトレジスト材料、金属（例えば、銅、クロム、アルミニウム、またはモリブデン）、金属間化合物（例えば、ＭｏＳｉ_２）、またはポリマーを含むことができる。いくつかの実施形態では、シャッター１０９０（またはブレード）を使用して、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御してよい。材料層１０８０は、高指向性平行イオンビーム１０６２に対して材料層１０８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１０７０に装着されてよい。材料層１０８０の角度を改良する能力によって、マスク１０８２上の最小スパッタ再付着による適合させた側壁外形の作成が可能になり得る。ＩＢＥ機構が純粋に物理的であるため、エッチング速度は所望される速さではない場合がある。さらに、エネルギーイオンは、材料層に対する化学量論的損傷を引き起こし、かつ、欠陥をもたらす場合があるため、エッチング傾斜構造の性能を劣化させる場合がある。

図１１は、傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）システム１１００を示す。化学補助イオンビームエッチングにおいて、反応性ガス（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒなど）などの反応種は、イオンビームと無関係のプロセス内に取り入れられてよい。よって、エッチングされる材料層は物理的と化学的の両方でエッチングされ得る。

ＩＢＥシステム１０００のように、ＣＡＩＢＥシステム１１００はイオン源発生装置１１１０を含んでよい。イオン源発生装置１１１０は、図１０に対して上述されるイオン源発生装置１０１０と同様であってよい。イオン源発生装置１１１０は、アルゴンガスなどの不活性ガスをイオン源発生装置１１１０のチャンバ内に受けるための不活性ガス入口１１２０を含んでよい。プラズマは、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１１３０を介してイオン源発生装置１１１０において生成可能である。高密度プラズマ１１２２は、衝撃イオン化によってイオン源発生装置１１１０内で生成されてよい。１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高密度プラズマ１１２２から平行イオンビーム１１６２を引き出してよい。例えば、図１１に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１１２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１１４０と、引き出されたイオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１１５０とを含んでよい。ビーム中和装置１１６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行イオンビーム１１６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行イオンビーム１１６２に電子ビームを放出することができる。

さらに、反応性ガス１１６６（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、またはＢＣｌ_３、またはＨＢｒなど）は、ガスこんろ１１６４を使用してエッチングされる材料層１１８０上に注入されてよい。一般に、反応性ガス１１６６は、材料層１１８０に近い場所で注入され得る。反応性ガスおよび平行イオンビーム１１６２は、マスク１１８２によって被覆されない材料層１１８０のエリアに達することができ、かつ、非被覆エリアを（ＩＢＥでのように）物理的と化学的の両方でエッチングしてよい。例えば、ガラス基板は、
ＳｉＯ_２＋ＣＦ_４→ＳｉＦ_４＋ＣＯ_２
に従って、反応性ガスＣＦ_４によって化学的にエッチングされてよい。ＳｉＦ_４およびＣＯ_２は、容易に除去され得る揮発性材料である。ＩＢＥシステム１０００のように、ＣＡＩＢＥシステム１１００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１１９０（またはブレード）を含んでよい。材料層１１８０は、高指向性平行イオンビーム１１６２に対して材料層１１８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１１７０に装着されてよい。ある特定の材料に対して、ＣＡＩＢＥシステムは、ＩＢＥシステムに対して、エッチング異方性、スパッタ再付着、およびエッチング速度のさらなる制御を与えることができる。

図１２は、傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）システム１２００を示す。反応性イオンビームエッチングシステム１２００は、反応性ガス（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６など）が、エッチングされる材料層を物理的と化学的の両方でエッチングすることができる反応性イオンビームを形成するためのイオン源発生装置に注入可能であってもよいことを除いて、ＩＢＥシステム１０００と同様であってよい。

ＲＩＢＥシステム１２００は、ＩＢＥシステム１０００と同様であってよく、高密度プラズマ１２２２を生成するためのイオン源発生装置１２１０を含んでよい。イオン源発生装置１２１０は、反応性ガス（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、またはＨＢｒなど）、および場合によっては、不活性ガス（例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス、またはネオンガス）を、イオン源発生装置１２１０のチャンバ内に受けるためのガス入口１２２０を含んでよい。高密度プラズマ１２２２は、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１２３０を介してイオン源発生装置１２１０における衝撃イオン化によって生成されてよい。１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高密度プラズマ１２２２から平行反応性イオンビーム１２６２を引き出してよい。例えば、図１２に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１２２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１２４０と、引き出された反応性イオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１２５０とを含んでよい。ビーム中和装置１２６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行反応性イオンビーム１２６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行反応性イオンビーム１２６２に電子ビームを放出することができる。

平行反応性イオンビーム１２６２は、マスク１２８２によって被覆されない材料層１２８０のエリアに達することができ、かつ、非被覆エリアを物理的と化学的の両方でエッチングしてよい。ＩＢＥシステム１０００およびＣＡＩＢＥシステム１１００のように、ＲＩＢＥシステム１２００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１２９０（またはブレード）を含んでもよい。材料層１２８０は、高指向性平行反応性イオンビーム１２６２に対して材料層１２８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１２７０に装着されてよい。ある特定の材料に対して、ＲＩＢＥシステムは、ＩＢＥシステムに対して、エッチング異方性、スパッタ再付着、およびエッチング速度のさらなる制御を与えることができる。

多くの材料（例えば、窒化ケイ素、有機材料、または無機金属酸化物）および／またはある特定の所望の傾斜特徴（例えば、実質的に等しいリーディングエッジおよびトレーリングエッジを有するグレーティングリッジ）について、ＩＢＥプロセス、ＲＩＢＥプロセス、およびＣＡＩＢＥプロセスなどのこれらの既知のエッチングプロセスは、傾斜構造を確実に作製するために使用されない場合がある。１つの理由は、これらのプロセスが所望の材料上で所望の傾斜構造をエッチングするための反応物および／またはプロセスパラメータの適切な組み合わせを提供しない場合があることである。ある特定の実施形態によると、化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）プロセスを使用して、さまざまな材料上に傾斜表面レリーフ構造を作製することができる。本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥプロセスは、イオン源およびガスこんろにおいて適切な化学成分を提供することによってラジカルおよびイオンのより効率的な制御を提供することができるため、外形の改善、およびエッチングのための化学成分のより多くの量を必要とする材料に対するマスク選択性を可能にすることができ、また、エッチング停止マージンを大きくするのに役立つ場合がある。ＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して、傾斜構造の特徴は、化学成分のより多くの量を必要とする場合がある材料を含むさまざまな材料上でより精確に作製可能である。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるプロセスを使用して、グレーティングとの相互作用、および／またはグレーティングと相互作用する光の間の干渉による、光反射、屈折、および／または回析のような光の挙動を制御する物体上のグレーティングを作製することができる。いくつかの実施形態では、グレーティングは傾斜させてよく、物体は、導波管ディスプレイのための導波管といった光学要素であってよい。

図１３は、ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製するための例示の化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システム１３００を示す。ＣＡＲＩＢＥシステム１３００は反応性イオン源発生装置１３１０を含んでよい。反応性イオン源発生装置１３１０は、反応性ガス（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｈ_２など）、および場合によっては、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）を、反応性イオン源発生装置１３１０のチャンバ内に受けるためのガス入口１３２０を含んでよい。高密度プラズマ１３２２は、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置１３３０を介して反応性イオン源発生装置１３１０における衝撃イオン化によって生成されてよい。１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高密度プラズマ１３２２から平行反応性イオンビーム１３６２を引き出してよい。例えば、図１３に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ１３２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド１３４０と、引き出された反応性イオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド１３５０とを含んでよい。ビーム中和装置１３６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行反応性イオンビーム１３６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行反応性イオンビーム１３６２に電子ビームを放出することができる。

さらに、ＣＡＲＩＢＥシステム１３００は、反応性ガス１３６６（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６など）を材料層に近い場所でエッチングされる材料層上に注入するためのガスこんろ１３６４を含んでよい。平行反応性イオンビーム１３６２（または、中和後の中性物質１３６８）および反応性ガス１３６６は、マスク１３８２によって被覆されない材料層１３８０のエリアに達することができ、物理的な粉砕および化学反応により非被覆エリアを物理的かつ化学的にエッチングしてよい。例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４層は、
Ｓｉ_３Ｎ_４＋４ＣＦ_３＋Ｆ→ＮＦ_３＋ＦＣＮ_ｚ＋３ＳｉＦ_４
に従って反応性ガスＣＦ_４によって化学的にエッチングされてよく、ここで、ＮＦ_３、ＦＣＮ_ｚ、およびＳｉＦ_４は、揮発性材料であってよく、Ｓｉ_３Ｎ_４層において傾斜構造を形成するために比較的容易に除去可能である。ＣＡＲＩＢＥプロセスにおいて材料層１３８０に達するビームにおける中性物質対イオン比は、ＲＩＢＥまたはＣＡＩＢＥプロセスにおけるものより高い場合がある。

ＣＡＩＢＥシステム１３００は、エッチング時間および／またはエッチング領域を制御するためのシャッター１３９０（またはブレード）を含んでよい。材料層１３８０は、高指向性平行反応性イオンビーム１３６２に対して材料層１３８０の角度を改良するために回転させることができる回転ステージ１３７０に装着されてよい。その結果、複数の溝１３８４および複数のリッジ１３８６を含む傾斜構造は、材料層１３８０において形成可能である。リッジ１３８６の幅および傾斜角度は、ＩＢＥ、ＲＩＢＥ、またはＣＡＩＢＥプロセスと比較してより正確に制御可能である。

図１４Ａは、ＲＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティング１４００を示す。傾斜グレーティング１４００はクロムマスクを使用してＳｉ_３Ｎ_４層上に作製されてよい。上述されるように、ある特定の実施形態による多くの応用では、傾斜グレーティングのリッジのリーディングエッジおよびトレーリングエッジがある特定の所望の性能を達成するために実質的に互いに平行であることが望ましいことが多い。図１４Ａに示されるように、傾斜グレーティング１４００のリッジ１４１０のリーディングエッジ１４１２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１４００のリッジ１４１０のトレーリングエッジ１４１４の傾斜角度と非常に異なっている場合がある。これは、エッチングプロセス中に生成されるある特定の材料（例えば、炭素）の蓄積によって引き起こされ得る。よって、ＲＩＢＥプロセスを使用して作製される傾斜グレーティング１４００はある特定の応用に対して傾斜グレーティングの所望の特徴を有さない場合がある。

図１４Ｂは、ＣＡＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティング１４５０を示す。傾斜グレーティング１４００と同様に、傾斜グレーティング１４５０は、クロムマスクを使用してＳｉ_３Ｎ_４層上に作製されてよい。図１４Ｂに示されるように、傾斜グレーティング１４５０のリッジ１４６０のリーディングエッジ１４６２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１４５０のリッジ１４６０のトレーリングエッジ１４６４の傾斜角度と非常に異なっている場合がある。これは、エッチングプロセス中に生成されるある特定の材料（例えば、炭素）の蓄積によって引き起こされ得る。よって、ＣＡＩＢＥプロセスを使用して作製される傾斜グレーティング１４５０もまた、ある特定の応用に対して傾斜グレーティングの所望の特徴を有さない場合がある。

図１５Ａは、ある特定の実施形態によるＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製される例示の傾斜グレーティング１５００を示す。傾斜グレーティング１５００は、クロムマスクを使用してＳｉ_３Ｎ_４層上に作製されてよい。図１５Ａに示されるように、傾斜グレーティング１５００のリッジ１５１０のリーディングエッジ１５１２の傾斜角度は傾斜グレーティング１５００のリッジ１５１０のトレーリングエッジ１５１４の傾斜角度と同様であってよい。より具体的には、図１５Ａに示される例において、リーディングエッジ１５１２の傾斜角度は約４４度と測定され得、トレーリングエッジ１５１４の傾斜角度は約４３度であり得、傾斜グレーティング１５００のデューティサイクルは約５０％であってよく、リッジ１５１０の深さは約２００ｎｍであり得る。

図１５Ｂは、ある特定の実施形態によるＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製される別の例示の傾斜グレーティング１５５０を示す。傾斜グレーティング１５５０はまた、クロムマスクを使用してＳｉ_３Ｎ_４層上に作製されてよい。図１５Ｂに示されるように、傾斜グレーティング１５５０のリッジ１５６０のリーディングエッジ１５６２の傾斜角度は、傾斜グレーティング１５５０のリッジ１５６０のトレーリングエッジ１５６４の傾斜角度と同様であってよい。図１５Ｂに示される例では、リッジ１５１０の深さは約２００ｎｍであってよく、傾斜グレーティング１５５０のデューティサイクルは８０％を上回ってよい。換言すれば、リーディングエッジがトレーリングエッジに平行である狭く深い傾斜溝は、本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して作製されてよい。

図１５Ａおよび図１５Ｂは、本明細書に開示されるＣＡＲＩＢＥプロセスがＳｉ_３Ｎ_４などの材料の対称形状および対象の深さを達成可能であることを示す。ＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して、（例えば、約１、２、３、５、または１０度未満の傾斜角度差で）互いに平行または実質的に平行であるリーディングエッジおよびトレーリングエッジを有する傾斜構造を確実に作製可能である。いくつかの実施形態では、対称形状は、拡張現実システムにおいて使用される導波管ディスプレイの出力結合器の性能の改善（例えば、ＩＢＥ、ＲＩＢＥ、またはＣＡＩＢＥプロセスを使用して形成されるグレーティングと比較して）をもたらし得る。さらに、ＣＡＲＩＢＥプロセスを使用して、リーディングエッジとトレーリングエッジとの間の平行関係を維持しながら深く精確な表面レリーフ構造を作製することができる。

図１６は、ある特定の実施形態による傾斜表面レリーフ構造を作製する例示の方法を示す簡略フローチャート１６００である。フローチャート１６００に説明される動作は、単に例示の目的のためのものであり、限定を意図するものではない。さまざまな実装形態では、さらなる動作を追加するまたはいくつかの動作を省略するためにフローチャート１６００に改良がなされてよい。フローチャート１６００に説明される動作は、例えば、上述されるＣＡＲＩＢＥシステム１３００を使用して行われてよい。

ブロック１６１０において、第１の反応性ガスは、図１３に示される反応性イオン源発生装置１３１０などの反応性イオン源発生装置のチャンバ内に注入されてよい。第１の反応性ガスは、例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｈ_２、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒなどを含んでよい。いくつかの実施形態では、アルゴン、Ｈｅ、またはＮｅなどの不活性ガスも、反応性イオン源発生装置に注入されてよい。

ブロック１６２０において、反応性イオン源発生装置は、反応性イオン源発生装置のチャンバにおいて高密度プラズマを生成してよい。例えば、時間的に変化する電流（例えば、ＲＦ電流信号）は、その電流の周りで時間的に変化する磁界を生じさせてよいコイルを通過可能であり、次に、反応性イオン源発生装置のチャンバにおいて電場を誘導し、かつ電子の放電をもたらしてよい。放電した電子は、反応性イオン源発生装置のチャンバにおいてガスに衝撃を与えて反応性イオン（例えば、ＣＦ_３ ^＋およびＡｒ^＋）を生成してよい。よって、反応性イオン源発生装置のチャンバは、中性物質、イオン、および電子を含んでよい。

ブロック１６３０では、反応性イオンは、高密度プラズマから引き出されてよく、エッチングされる材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために加速させてよい。例えば、上述されるように、１つまたは複数の配列コリメータグリッドを使用して、高指向性、高エネルギーの平行反応性イオンビームを形成するために反応性イオンを引き出しかつ加速させてよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の配列コリメータグリッドは、高密度プラズマに接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッドと、イオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッドとを含んでよい。

オプションとして、ブロック１６４０では、配列コリメータグリッドによって反応性イオン源発生装置から引き出された平行反応性イオンビームは、ほぼ電荷平衡である、中性物質ならびに／またはイオンおよび電子を含んでよい平行ビームを形成するために電子ビームによって中和されてよい。従って、平行ビームは電子的に中性であり得るため、エッチングされる材料層上の正電荷の堆積を防止することが可能である。

ブロック１６５０において、第２の反応性ガスは、上述されるようなガスこんろを使用してエッチングされる材料層上に注入されてよい。第２の反応性ガスは、例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒなどを含んでよい。第２の反応性ガスは、エッチングされる材料層に近い場所で注入されてよい。

ブロック１６６０では、平行ビームおよび第２の反応性ガスは両方共、上述されるように材料層を物理的に粉砕しかつ化学的にエッチングしてよい。さらに上述されるように、シリコンウエハー、ガラス基板、酸化チタン層、アルミナ層、またはＳｉ_３Ｎ_４材料層などの、エッチングされる材料層は、材料層上でエッチングされる傾斜構造の所望の傾斜角度に基づいて平行ビームの方向に対して回転することができる回転ステージに装着されてよい。材料層は、傾斜構造の断面の所望のパターンと同様のパターンを含むパターンマスクによって部分的に被覆されてよい。いくつかの実施形態では、シャッターまたはブレードを使用して、材料層上のエッチング時間および／またはエッチング領域を制御してよい。

いくつかの実施形態では、フローチャート１６００において説明される方法を使用して作製される傾斜グレーティングは、グレーティング材料層と異なる屈折率を有する材料でオーバーコートされてよい。例えば、いくつかの実施形態では、ハフニア、チタニア、酸化タングステン、酸化ジリコニウム、硫化ガリウム、窒化ガリウム、ガリウムリン、シリコン、または高屈折率ポリマーなどの高屈折率材料を使用して、傾斜グレーティングをオーバーコートする、および／または傾斜グレーティングのリッジ間の間隙を充填することができる。いくつかの実施形態では、酸化ケイ素、アルミナ、多孔質シリカ、またはフッ素化低屈折率モノマー（またはポリマー）などの低屈折率材料を使用して、傾斜グレーティングをオーバーコートする、および／または傾斜グレーティングのリッジ間の間隙を充填することができる。その結果、リッジの屈折率と傾斜グレーティングの溝の屈折率との間の差異は、０．１、０．２、０．３、０．５、１．０を上回る、またはそれ以上である場合がある。

本発明の実施形態は、人工現実システムを含んでよい、またはこれと併せて実装されてよい。人工現実は、例えば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、複合現実（ＭＲ）、混成現実、または、これらの何らかの組み合わせおよび／もしくは派生形を含んでよい、ユーザへの提示前に何らかのやり方で調節されている現実の形態である。人工現実コンテンツは、完全に生成されたコンテンツ、または取り込まれた（例えば、実世界の）コンテンツと組み合わせて生成されたコンテンツを含んでよい。人工現実コンテンツは、ビデオ、オーディオ、触覚フィードバック、もしくはこれらの何らかの組み合わせ、および（見る人に対して３次元効果を生じさせるステレオビデオなど）単一のチャネルまたは複数のチャネルにおいて提示されてよいもののいずれかを含んでよい。さらに、いくつかの実施形態では、人工現実はまた、例えば、人工現実においてコンテンツを作成するために使用される、および／または、その他の場合、人工現実において使用される（例えば、人工現実においてアクティビティを行う）、アプリケーション、製品、アクセサリ、サービス、またはこれらの何らかの組み合わせと関連していてよい。人工現実コンテンツを提供する人工現実システムは、ホストコンピュータシステムに接続されるヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）、スタンドアロンＨＭＤ、モバイル機器もしくはコンピューティングシステム、または、一人または複数人の見る人に人工現実コンテンツを提供することが可能な任意の他のハードウェアプラットフォームを含む、さまざまなプラットフォーム上で実装されてよい。

上述されるように、導波管ベースのＡＲディスプレイデバイスにおいて傾斜グレーティングを使用することによって、視野の改善、輝度効率の増大、および表示アーチファクト（例えば、レインボーアーチファクト）の低減が可能である。大きな傾斜角度（例えば、＞４５度）、リーディングエッジとトレーリングエッジとの間の高対称性、および／または高深度はまた、傾斜グレーティングの性能の改善に所望される場合がある。傾斜グレーティングは、例えば、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）またはエッチングによって作られ得る。しかしながら、ＮＩＬ技法を使用して大きな傾斜角度を有する深傾斜構造を作ることは困難であるが、これは、例えば、モールドおよびモールドデバイスを分離することが困難である場合があり、モールドデバイスを損傷させる場合があるからである。半導体製造に使用されるエッチング技法を使用して、ＳｉＯ_２などの材料を面法線でエッチング可能であるが、例えば、低エッチング速度、残渣の蓄積などにより、とりわけ、Ｓｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯＮなどの高屈折率を有する材料において、リーディングエッジとトレーリングエッジとの間で高対称性を有する深傾斜構造を作るのに適していない場合がある。

ある特定の実施形態によると、Ｈ_２ガスは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバなど、イオン源発生装置において（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＯ_２、ＣＯＳなどを含む）ガスに加えられてよい。Ｈ^＋イオンは、イオン源発生装置において生成されてよく、Ｓｉ_３Ｎ_４など、エッチングされる基板に向けて加速され得る。Ｓｉ_３Ｎ_４基板に進入するＨ^＋イオンは基板においてＳｉＨ_ｘＮ_ｙを形成することができ、これは、ＳｉＦ_４、ＮＦ_３、ＨＣＮなど、揮発性材料を形成するために物理および化学エッチングによってはるかに容易に除去され得る。そのように、高対称性を有する深傾斜構造は、より高いエッチング速度およびエッチング残渣の蓄積の最小化により高屈折率材料上により効率的にかつより精確にエッチング可能である。

図１７Ａは、ある特定の実施形態による低屈折率基板１７１０上の傾斜グレーティング１７１２の例を示す。低屈折率基板１７１０は、例えば、約１．４６～約１．５の屈折率を有してよい石英基板であってよい。よって、低屈折率基板１７１０上で形成されるグレーティング１７１２は、低屈折率を有してよい。上述されるように、より良い性能（例えば、高効率）を達成するために、グレーティングリッジとグレーティング溝との間に高屈折率コントラストが達成可能であるような、高屈折率を有するグレーティングが必要とされる場合がある。

図１７Ｂは、ある特定の実施形態による低屈折率基板１７２０上の高屈折率材料で作製される傾斜グレーティング１７２２の例を示す。低屈折率基板１７２０は、例えば、約１．４６～約１．５の屈折率を有してよい石英基板を含んでよい。高屈折率材料の層は、低屈折率基板１７２０上で形成（例えば、付着）可能であり、傾斜グレーティング１７２２は高屈折率材料の層においてエッチングされてよい。高屈折率材料は、例えば、（約１．７の屈折率を有し得る）ＳｉＯＮ、または、（約２．１の屈折率を有し得る）Ｓｉ_３Ｎ_４を含んでよい。そのように、グレーティングリッジとグレーティング溝との間に高屈折率コントラストが達成可能である。

図１７Ｃは、ある特定の実施形態による高屈折率基板１７３０上の傾斜グレーティング１７３２の例を示す。傾斜グレーティング１７３２および基板１７３０は、ＳｉＯＮまたはＳｉ_３Ｎ_４などの同じ材料のものであってよく、同じ高屈折率を有してよい。そのように、グレーティングリッジとグレーティング溝との間に高屈折率コントラストが達成可能である。

しかしながら、高屈折率材料上のグレーティングリッジのリーディングエッジとトレーリングエッジとの間に、大きな深度、大きな傾斜角度、および高対称性を有する傾斜グレーティングをより効率的にかつより精確に製造することは、困難である場合がある。例えば、いくつかの既存の技法を使用すると、エッチング速度は低い場合があり、大きな傾斜角度は達成されない場合があり、グレーティングリッジの、リーディングエッジの傾斜角度およびトレーリングエッジの傾斜角度は非常に異なる場合があり、または、グレーティングリッジの、リーディングエッジの長さ（または深さ）およびトレーリングエッジの長さ（または深さ）は非常に異なる場合がある。

図１８Ａは、ある特定の実施形態による作製プロセスを使用して傾斜グレーティング１８２０をエッチングする例を示す。図１８Ａに示される作製プロセスは、物理エッチングプロセスであってよく、この場合、イオンまたは他の粒子は、高屈折率材料の基板１８１０または層に衝撃を与えるために使用されてよい。マスク１８４０を使用して、傾斜グレーティング１８２０のリッジを形成可能である、エッチングされない領域における粒子を阻止してよい。

図１８Ａに示されるように、傾斜１８２０のリッジの片側（例えば、トレーリングエッジ）において、線１８３０によって示されるように、入ってくる粒子がトレーリングエッジにぶつかる場合があり、グレーティングリッジの表面における分子または原子１８２２は、入ってくる粒子による衝撃により、グレーティングリッジからはずれる場合がある。グレーティング材料の分子または原子１８２２は、図１８Ａに示されるように、グレーティングリッジ領域から容易に除去可能であるような方向に移動し得る。よって、はずれた分子または原子は、傾斜グレーティングの溝の底部に蓄積されることはない。しかしながら、傾斜グレーティングのリッジの反対側（例えば、リーディングエッジ）において、線１８３２によって示されるように、入ってくる粒子がリーディングエッジにぶつかる場合があり、グレーティングリッジの表面における分子または原子１８２４は、入ってくる粒子による衝撃により、グレーティングリッジからはずれる場合がある。しかしながら、入ってくる粒子の方向により、グレーティング材料の分子または原子１８２４は、分子または原子１８２４が傾斜グレーティングの溝の底部に蓄積し得るような方向で、さらにグレーティングリッジへと押し込まれ得る、またはグレーティングリッジから除去され得る。そのように、グレーティングリッジのリーディングエッジにおけるエッチング速度はより低くなる場合がある、および／または、グレーティングリッジのリーディングエッジからエッチングされる材料は傾斜グレーティングの溝の底部に蓄積する場合があり、これは、リーディングエッジの傾斜角度または深さは、トレーリングエッジの傾斜角度または深さと異なる場合がある。

図１８Ｂは、ある特定の実施形態による図１８Ａに示される作製プロセスを使用してエッチングされる傾斜グレーティング１８６０の例を示す。傾斜グレーティング１８６０は、ＳｉＯＮなどの高屈折率材料であってよい基板１８５０上で作製されてよい。傾斜グレーティング１８６０は、複数のグレーティングリッジ１８６２と複数のグレーティング溝１８６４とを含んでよい。グレーティングリッジ１８６２はリーディングエッジ１８６６およびトレーリングエッジ１８６８を含んでよい。図１８Ｂにおける領域１８７０に示されかつ破線によって示されるように、グレーティングリッジ１８６２の上部から隣接するグレーティング溝１８６４の底部までのリーディングエッジ１８６６の長さは、グレーティングリッジ１８６２の上部から隣接するグレーティング溝１８６４の底部までのトレーリングエッジ１８６６の長さより短い場合がある。換言すれば、グレーティング溝１８６４の底部は平坦でなくてよい。このような効果は所望されないものである。

いくつかの実施形態では、Ｈ_２ガスは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバなど、上述されるイオン源発生装置において（例えば、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＯ_２、ＣＯＳなどを含む）ガスに加えられてよい。Ｈ^＋イオンは、イオン源発生装置において生成されてよく、Ｓｉ_３Ｎ_４またはＳｉＯＮなど、エッチングされる基板に向けて加速され得る。Ｓｉ_３Ｎ_４基板に進入するＨ^＋イオンは、基板材料と反応して、
Ｓｉ_３Ｎ_４＋Ｈ＋→ＳｉＨ_ｘＮ_ｙ、または
ＳｉＯＮ＋Ｈ＋→ＳｉＨ_ｘＮ_ｙ
に従って、基板において、例えば、ＳｉＨ_ｘＮ_ｙを形成することができる。プラズマにおけるさらなるイオン、またはＣＦ_４、ＣＦ_３ ^＋、ＣＨＦ_ｘ ^＋などの反応性ガスにおけるさらなるガスは、例えば、
ＳｉＨ_ｘＮ_ｙ＋Ｃ／Ｆ／Ｎ／Ｈ→ＳｉＦ_４＋ＮＨ_３＋ＨＣＮ
に従って、物理および化学エッチング中にＳｉＨ_ｘＮ_ｙと反応し得る。ＳｉＦ_４、ＮＨ_３、ＨＣＮは、ガスなどの揮発性材料であってよいため、これらが移動する方向に関係なくグレーティング領域から容易に除去可能である。そのように、リーディングエッジとトレーリングエッジの両方におけるエッチング速度は改善可能であり、グレーティング溝の底部に蓄積される残りの材料はないまたは少ない場合がある。よって、結果として生じる傾斜グレーティングは深くなり得、リーディングエッジおよびトレーリングエッジにおいて同様の長さおよび傾斜角度（すなわち、対称的）を有することができる。

いくつかの実施形態では、ヘリウムガスなどの他の低分子量ガスは上述されるイオン源発生装置におけるガスに加えられてよく、この場合、ヘリウムイオンは生成可能であり、かつグレーティング材料と反応するようにグレーティング基板に向けて加速させてよい。

図１９Ａは、ある特定の実施形態による作製プロセスを使用してＳｉＯＮ層において作製される傾斜グレーティング１９００の例を示す。作製プロセスでは、イオン源発生装置において使用されるＨ_２またはヘリウムガスはなくてよい。示されるように、グレーティング溝の底部は、グレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までのリーディングエッジの長さがグレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までのトレーリングエッジの長さより短くなり得るように、平坦でなくてもよい。

図１９Ｂは、ある特定の実施形態による改良作製プロセスを使用してＳｉＯＮ層において作製される傾斜グレーティング１９５０の例を示す。改良作製プロセスにおいて、Ｈ_２ガスは、高速で高エネルギーのＨ^＋イオンを生成するためにイオン源発生装置において使用されてよい。示されるように、グレーティング溝の底部は比較的平坦であり得、グレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までのリーディングエッジの長さは、グレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までトレーリングエッジの長さと同様であってよい。そのように、傾斜グレーティングのリーディングエッジおよびトレーリングエッジはより対称的であってよい。

図２０Ａは、ある特定の実施形態による作製プロセスを使用してＳｉ_３Ｎ_４層において作製される傾斜グレーティング２０００の例を示す。作製プロセスでは、イオン源発生装置において使用されるＨ_２またはヘリウムガスはなくてよい。示されるように、グレーティング溝の底部は、グレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までのリーディングエッジの長さがグレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までのトレーリングエッジの長さより短くなり得るように、平坦でなくてもよい。

図２０Ｂは、ある特定の実施形態による改良作製プロセスを使用してＳｉ_３Ｎ_４層において作製される傾斜グレーティング２０１０の例を示す。図２０Ｃは、ある特定の実施形態による改良作製プロセスを使用してＳｉ_３Ｎ_４層において作製される傾斜グレーティング２０２０の例を示す。改良作製プロセスにおいて、Ｈ_２ガスは、高速で高エネルギーのＨ^＋イオンを生成するためにイオン源発生装置において使用されてよい。示されるように、グレーティング溝の底部は比較的平坦であり得、グレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までのリーディングエッジの長さは、グレーティングリッジの上部から隣接するグレーティング溝の底部までトレーリングエッジの長さと同様であってよい。そのように、傾斜グレーティングのリーディングエッジおよびトレーリングエッジはより対称的であってよい。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される技法を使用して作製される傾斜グレーティングにおいて、グレーティングリッジのリーディングエッジの長さとグレーティングリッジのトレーリングエッジの長さとの間の差異は、グレーティングリッジのトレーリングエッジの長さの、２５％、２０％、１０％、５％未満、またはそれ以下であってよい。

いくつかの実施形態では、エッチングプロセスは複数の動作を含んでよい。例えば、いくつかの実施形態では、Ｈ^＋またはヘリウムイオンは、例えば、ＳｉＨ_ｘＮ_ｙを形成するようにグレーティング材料を物理的かつ化学的にエッチングするために最初に生成されかつ使用されてよい。別個の動作では、他の反応性ガスは、ＳｉＨ_ｘＮ_ｙ材料を物理的かつ化学的にエッチングするために使用されてよい。いくつかの実施形態では、Ｈ^＋イオンを使用してエッチングする動作および他の反応性ガスを使用してエッチングする動作は、傾斜グレーティングをエッチングするための複数のサイクルのそれぞれのサイクルにおいて行われてよい。

いくつかの実施形態では、Ｈ２またはヘリウムガスは、例えば、上述されるガスこんろ１３６４を通して注入されてよい。Ｈ２またはヘリウムガスは、イオン源発生装置からのイオンと衝突してＨ^＋またはヘリウムイオンを生成してよい。多くの場合、イオンとの衝突によって生成されるＨ^＋またはヘリウムイオンの速度またはエネルギーは、それほど高くなくてよいため、イオン源発生装置において生成されるＨ^＋またはヘリウムイオンと同じくらい効果的なグレーティング材料をエッチングしなくてよい。

一般に、半導体エッチングにおいて使用される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）チャンバなどのイオン源発生装置は、石英で作られる内部空洞層を含んでよい。Ｈ_２ガスがイオン源発生装置において加えられる時、チャンバにおいて生成されるＨ^＋イオンは、石英層に進入および／または石英層と反応する場合があり、石英層の物理的性質および／または化学的性質を変える場合があり、これは石英層に対する損傷が生じる場合がある。ある特定の実施形態によると、イオン源発生装置における石英層は、上述されるＨ２補助イオンビームエッチングを使用するために酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）またはＹ_２Ｏ_３などの酸化物材料が置き換えられてよい。

図２１は、ある特定の実施形態によるイオンビームエッチングシステム２１００の例を示す。イオン源発生装置２１００は、イオン源発生装置１０１０、１１１０、１２１０、または１３１０と同様であってよいイオン源発生装置２１１０を含んでよい。イオン源発生装置２１１０は、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ８、ＮＦ_３、ＳＦ_６、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＯ_２、ＣＯＳ、Ｈ２、およびＨｅなどのガスを、イオン源発生装置２１１０のチャンバ内に受けるための不活性ガス入口２１２０を含んでよい。プラズマは、ＲＦ誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発生装置２１３０を介してイオン源発生装置２１１０において生成されてよく、ここで、高エネルギー電子は、中性物質との衝突によって注入された不活性ガス（例えば、Ｈ_２）の中性物質をイオン化してよい。高密度プラズマ２１２２は衝撃イオン化によってイオン源発生装置２１１０内に生成されてよい。高密度プラズマ２１２２は、電荷平衡において正のイオン２１２４および負の電子を含んでよい。

イオン源発生装置２１１０の内部空洞の表面層２１１２は、チャンバにおいて生成されるＨ^＋イオンが、表面層２１１２に進入または表面層２１１２と反応しなくてよいように、および、表面層２１１２の物理的性質および／または化学的性質を変えなくてよいように、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）または酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）などの酸化物材料の層を含んでよい。よって、表面層２１１２は空洞内で生成されるイオンによって損傷され得ない。

ＩＢＥシステム２１００はまた、イオン源発生装置２１１０内で形成される高密度プラズマ２１２２から平行イオンビーム２１６２を引き出すための１つまたは複数の配列コリメータグリッドを含んでよい。配列コリメータグリッドはさまざまなやり方で実装されてよい。例えば、図２１に示されるように、配列コリメータグリッドは、高密度プラズマ２１２２に接触しかつこの電位を制御することができる引き出しグリッド２１４０と、引き出されたイオンを加速させるために調節可能な負の高電圧供給によって駆動されてよい加速グリッド２１５０とを含んでよい。ビーム中和装置２１６０は、配列コリメータグリッドの近くに配設されてよく、エッチングされる構造上の正電荷の堆積を防止するために、平行イオンビーム２１６２と関連している正味の中性電荷束を達成するように平行イオンビーム２１６２に電子ビームを放出することができる。

図２２は、本明細書に開示される例のいくつかを実装するための例示のニアアイディスプレイ（例えば、ＨＭＤデバイス）の例示の電子システム２２００の簡略ブロック図である。電子システム２２００は、ＨＭＤデバイスの電子システムとしてまたは上述される他のニアアイディスプレイとして使用されてよい。この例では、電子システム２２００は、１つまたは複数のプロセッサ２２１０およびメモリ２２２０を含んでよい。プロセッサ２２１０は、いくつかの構成要素において動作を行うための命令を実行するように構成されてよく、例えば、ポータブル電子デバイス内の実装に適した汎用プロセッサまたはマイクロプロセッサとすることができる。プロセッサ２２１０は、電子システム２２００内の複数の構成要素と通信可能に結合されてよい。この通信結合を実現するために、プロセッサ２２１０はバス２２４０にわたって他の例証される構成要素と通信してよい。バス２２４０は電子システム２２００内のデータを転送するように適応される任意のサブシステムであってよい。バス２２４０は、データを転送するために、複数のコンピュータバスと、追加の回路構成とを含んでよい。

メモリ２２２０はプロセッサ２２１０に結合されてよい。いくつかの実施形態では、メモリ２２２０は、短期記憶と長期記憶の両方を与えてよく、いくつかのユニットに分割されてよい。メモリ２２２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）および／またはダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）といった揮発性、および／または、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）およびフラッシュメモリなどといった不揮発性であってよい。さらに、メモリ２２２０は、セキュアデジタル（ＳＤ）カードなどの取り外し可能記憶デバイスを含んでよい。メモリ２２２０は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および電子システム２２００に対する他のデータの記憶を提供してよい。いくつかの実施形態では、メモリ２２２０は種々のハードウェアモジュール内に分散されてよい。命令セットおよび／またはコードはメモリ２２２０上に記憶され得る。命令は、電子システム２２００によって実行可能であってよい実行可能コードの形を成す場合がある、および／または（例えば、さまざまな一般に入手可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮／展開ユーティリティなどのいずれかを使用して）電子システム２２００上にコンパイルおよび／またはインストールされると、実行可能コードの形を成してよい、ソースコードおよび／またはインストール可能コードの形を成す場合がある。

いくつかの実施形態では、メモリ２２２０は、任意の数のアプリケーションを含んでよい、複数のアプリケーションモジュール２２２２～２２２４を記憶してよい。アプリケーションの例は、ゲームアプリケーション、会議アプリケーション、ビデオ再生アプリケーション、または他の適したアプリケーションを含んでよい。アプリケーションは、深さ検知機能または視標追跡機能を含んでよい。アプリケーションモジュール２２２２～２２２４は、プロセッサ２２１０によって実行される特定の命令を含んでよい。いくつかの実施形態では、ある特定のアプリケーションまたはアプリケーションモジュール２２２２～２２２４の一部は、他のハードウェアモジュール２２８０によって実行可能であってよい。ある特定の実施形態では、メモリ２２２０は、セキュア情報に対する複写または他の不正アクセスを防止するための追加のセキュリティ制御を含んでよいセキュアメモリをさらに含んでよい。

いくつかの実施形態では、メモリ２２２０は、ロードされるオペレーティングシステム２２２５を含んでよい。オペレーティングシステム２２２５は、アプリケーションモジュール２２２２～２２２４によって提供される命令の実行を開始する、および／または他のハードウェアモジュール２２８０のみならず、１つまたは複数の無線トランシーバを含んでよい無線通信サブシステム２２３０とのインターフェースを管理するように動作可能であってよい。オペレーティングシステム２２２５は、スレッディング、リソース管理、データ記憶制御、および他の同様の機能性を含む電子システム２２００の構成要素にわたって他の動作を行うように適応されてよい。

無線通信サブシステム２２３０は、例えば、赤外線通信デバイス、無線通信デバイスおよび／もしくはチップセット（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）デバイス、ＩＥＥＥ８０２．１１デバイス、Ｗｉ－Ｆｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、セルラー通信設備など）、ならびに／または同様の通信インターフェースを含んでよい。電子システム２２００は、無線通信サブシステム２２３０の一部として、または該システムの任意の部分に結合される別個の構成要素としての無線通信のための１つまたは複数のアンテナ２２３４を含んでよい。所望の機能性に応じて、無線通信サブシステム２２３０は、無線広域ネットワーク（ＷＷＡＮ）、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、または無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）などの種々のデータネットワークおよび／またはネットワークタイプと通信することを含んでよい、無線基地局装置、および他の無線デバイス、およびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含んでよい。ＷＷＡＮは、例えば、ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）ネットワークであってよい。ＷＬＡＮは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｘネットワークであってよい。ＷＰＡＮは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈネットワーク、ＩＥＥＥ８０２．１５ｘ、または何らかの他のタイプのネットワークであってよい。本明細書に説明される技法は、ＷＷＡＮ、ＷＬＡＮ、および／またはＷＰＡＮの任意の組み合わせに使用されてもよい。無線通信サブシステム２２３０は、データが、ネットワーク、他のコンピュータシステム、および／または本明細書に説明される任意の他のデバイスと交換されることを可能にしてよい。無線通信サブシステム２２３０は、アンテナ２２３４および無線リンク２２３２を使用して、ＨＭＤデバイスの識別子、位置データ、地図、ヒートマップ、写真、またはビデオなどのデータを送信または受信するための手段を含んでよい。無線通信サブシステム２２３０、プロセッサ２２１０、およびメモリ２２２０は共に、本明細書に開示されるいくつかの機能を行うための手段の１つまたは複数の少なくとも一部を含んでよい。

電子システム２２００の実施形態はまた、１つまたは複数のセンサ２２９０を含んでよい。センサ２２９０は、例えば、画像センサ、加速度計、圧力センサ、温度センサ、近接センサ、磁力計、ジャイロスコープ、慣性センサ（例えば、加速度計およびジャイロスコープを組み合わせるモジュール）、環境光センサ、または深さセンサまたは位置センサなど、感覚出力を提供するおよび／または感覚入力を受信するように動作可能な任意の他の同様のモジュールを含んでよい。例えば、いくつかの実装形態では、センサ２２９０は、１つまたは複数の慣性計測装置（ＩＭＵ）および／または１つまたは複数の位置センサを含んでよい。ＩＭＵは、位置センサの１つまたは複数から受信される測定信号に基づいて、ＨＭＤデバイスの初期位置に対するＨＭＤデバイスの推定位置を指示する較正データを生成してよい。位置センサは、ＨＭＤデバイスの動きに応答して１つまたは複数の測定信号を生成してよい。位置センサの例には、１つまたは複数の加速度計、１つまたは複数のジャイロスコープ、１つまたは複数の磁力計、動きを検出する別の適したタイプのセンサ、ＩＭＵのエラー訂正に使用されるあるタイプのセンサ、またはこれらの何らかの組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。位置センサは、ＩＭＵの外部に、ＩＭＵの内部に、またはこれらの何らかの組み合わせで位置してよい。少なくともいくつかのセンサは検知するための構造化された光パターンを使用してよい。

電子システム２２００は、ディスプレイモジュール２２６０を含んでよい。ディスプレイモジュール２２６０は、ニアアイディスプレイであってよく、電子システム２２００からの画像、ビデオ、およびさまざまな命令などの情報を、ユーザに図で提示してよい。このような情報は、１つまたは複数のアプリケーションモジュール２２２２～２２２４、仮想現実エンジン２２２６、１つまたは複数の他のハードウェアモジュール２２８０、これらの組み合わせ、または、（例えば、オペレーティングシステム２２２５によって）ユーザに対してグラフィックコンテンツを解釈するための任意の他の適した手段から導出されてよい。ディスプレイモジュール２２６０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術、（例えば、ＯＬＥＤ、ＩＬＥＤ、ｍＬＥＤ、ＡＭＯＬＥＤ、ＴＯＬＥＤなどを含む）発光ダイオード（ＬＥＤ）技術、発光ポリマーディスプレイ（ＬＰＤ）技術、または何らかの他のディスプレイ技術を使用することができる。

電子システム２２００はユーザ入力／出力モジュール２２７０を含んでよい。ユーザ入力／出力モジュール２２７０は、ユーザが、電子システム２２００にアクション要求を送ることを可能にしてよい。アクション要求は、特定のアクションを行うための要求であってよい。例えば、アクション要求は、アプリケーションを開始または終了すること、またはアプリケーション内の特定のアクションを行うことであってよい。ユーザ入力／出力モジュール２２７０は、１つまたは複数の入力デバイスを含んでよい。例示の入力デバイスは、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロホン、ボタン、ダイアル、スイッチ、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、または、アクション要求を受信し、かつ受信したアクション要求を電子システム２２００に通信するための任意の他の適したデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、ユーザ入力／出力モジュール２２７０は、電子システム２２００から受信された命令に従ってユーザに触覚フィードバックを提供することができる。例えば、触覚フィードバックは、アクション要求が受信されるまたは実行された時に提供されてよい。

電子システム２２００は、例えば、ユーザの目の位置を追跡するために、ユーザの写真またはビデオを撮るために使用可能であるカメラ２２５０を含んでよい。カメラ２２５０はまた、例えば、ＶＲ、ＡＲ、またはＭＲアプリケーションに対して、環境の写真またはビデオを撮るために使用されてよい。カメラ２２５０は、例えば、数百万または数千万の画素を有する相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）画像センサを含んでよい。いくつかの実装形態では、カメラ２２５０は３－Ｄ画像を取り込むために使用されてよい２つ以上のカメラを含んでよい。

いくつかの実施形態では、電子システム２２００は、複数の他のハードウェアモジュール２２８０を含んでよい。他のハードウェアモジュール２２８０のそれぞれは、電子システム２２００内の物理モジュールであってよい。他のハードウェアモジュール２２８０のそれぞれは構造として恒久的に構成可能であるが、他のハードウェアモジュール２２８０のいくつかは、具体的な機能を行うように一時的に構成されてよいまたは一時的にアクティブ化されてよい。他のハードウェアモジュール２２８０の例には、例えば、オーディオ出力および／または入力モジュール（例えば、マイクロホンまたはスピーカ）、近距離無線通信（ＮＦＣ）モジュール、再充電バッテリ、バッテリ管理システム、有線／無線バッテリ充電システムなどが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、他のハードウェアモジュール２２８０の１つまたは複数の機能はソフトウェアで実装されてよい。

いくつかの実施形態では、電子システム２２００のメモリ２２２０はまた、仮想現実エンジン２２２６を記憶してよい。仮想現実エンジン２２２６は、電子システム２２００内のアプリケーションを実行し、かつ、さまざまなセンサからのＨＭＤデバイスの、位置情報、加速情報、速度情報、予測される今後の位置、または、これらの何らかの組み合わせを受信してよい。いくつかの実施形態では、仮想現実エンジン２２２６によって受信される情報は、ディスプレイモジュール２２６０に対して信号（例えば、表示命令）を生じさせるために使用されてよい。例えば、受信した情報が、ユーザが左を見ていることを指示する場合、仮想現実エンジン２２２６は、ＨＭＤデバイスが、仮想環境におけるユーザの移動をミラーリングするようにコンテンツを生成してよい。さらに、仮想現実エンジン２２２６は、ユーザ入力／出力モジュール２２７０から受信されたアクション要求に応答してアプリケーション内のアクションを行い、かつフィードバックをユーザに提供してよい。提供されたフィードバックは、可視、可聴、または触覚フィードバックであってよい。いくつかの実装形態では、プロセッサ２２１０は、仮想現実エンジン２２２６を実行することができる１つまたは複数のＧＰＵを含んでよい。

さまざまな実装形態では、上述されるハードウェアおよびモジュールは、有線接続または無線接続を使用して互いに通信可能である単一のデバイス上でまたは複数のデバイス上で実装されてよい。例えば、いくつかの実装形態では、ＧＰＵ、仮想現実エンジン２２２６、およびアプリケーション（例えば、追跡アプリケーション）などのいくつかの構成要素またはモジュールは、ヘッドマウントディスプレイデバイスと別個のコンソール上に実装されてよい。いくつかの実装形態では、１つのコンソールは複数のＨＭＤに接続されてよいまたはこれをサポートしてよい。

代替的な構成では、種々のおよび／または追加の構成要素は電子システム２２００に含まれてよい。同様に、構成要素の１つまたは複数の機能性は、上述されるやり方と異なるやり方で構成要素の間で分散可能である。例えば、いくつかの実施形態では、電子システム２２００は、ＡＲシステム環境および／またはＭＲ環境などの他のシステム環境を含むように改良されてよい。

上に開示される方法、システム、およびデバイスは例である。さまざまな実施形態は、必要に応じてさまざまな手順または構成要素を、省略、代用、または追加可能である。例えば、代替的な構成では、説明した方法は、説明したものと異なる順序で行われてよい、および／またはさまざまな段階は、追加、省略、および／または組み合わせ可能である。また、ある特定の実施形態に関して説明される特徴は、さまざまな他の実施形態で組み合わせられてよい。実施形態の種々の態様および要素は同様のやり方で組み合わせられてよい。また、技術は発展しているため、要素の多くは、本開示の範囲をこれらの具体的な例に限定しない例である。

実施形態を十分に理解してもらうために本明細書に具体的詳細を挙げている。しかしながら、実施形態はこれら具体的詳細なく実践可能である。例えば、周知の回路、プロセス、システム、構造、および技法は、実施形態を不明瞭にすることを回避するために不必要な詳細なしで示されている。本明細書は例示の実施形態のみを提供しており、本発明の範囲、応用性、または構成を限定することを意図するものではない。もっと正確に言えば、実施形態の前述の説明は、当業者に、さまざまな実施形態を実施するための実施可能な説明を提供するであろう。本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置においてさまざまな変更がなされてよい。

また、いくつかの実施形態はフロー図またはブロック図として描写されるプロセスとして説明された。それぞれは、動作を逐次プロセスとして説明するものであり得るが、動作の多くは並列にまたは同時に行われてよい。さらに、動作の順序は再編成されてよい。プロセスは図に含まれない追加のステップを有する場合がある。また、方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはこれらの任意の組み合わせによって実装されてよい。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、またはマイクロコードで実装される時、関連しているタスクを行うためのプログラムコードまたはコードセグメントは、記憶媒体などのコンピュータ可読媒体に記憶されてよい。プロセッサは関連しているタスクを行ってよい。

具体的な要件に従って大きく変化させてもよいことは、当業者には明らかであろう。例えば、カスタマイズされたまたは専用のハードウェアも使用されてよい、および／または特定の要素は、ハードウェア、（アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む）ソフトウェア、またはこの両方で実装される場合がある。さらに、ネットワーク入力／出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続が用いられてよい。

添付の図を参照すると、メモリを含むことができる構成要素は、非一時的な機械可読媒体を含むことができる。「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械を具体的なやり方で動作させるデータを提供する際に関与する任意の記憶媒体を指す場合がある。以上に提供される実施形態において、さまざまな機械可読媒体は、命令／コードを処理ユニットおよび／または実行するための他のデバイスに提供する際に関与し得る。さらにまたは代替的に、機械可読媒体は、このような命令／コードを記憶するおよび／または伝えるために使用され得る。多くの実装形態では、コンピュータ可読媒体は物理記憶媒体および／または有形記憶媒体である。このような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形を成してよい。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの磁気媒体および／または光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、以降で説明されるような搬送波、または、コンピュータが命令および／またはコードを読み出すことができる任意の他の媒体を含む。コンピュータプログラム製品は、手順、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、アプリケーション（アプリ）、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または、命令、データ構造、またはプログラム文の任意の組み合わせを表すことができるコードおよび／または機械実行可能命令を含んでよい。

本明細書に説明されるメッセージを通信するために使用される情報および信号がさまざまな種々の技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを、当業者は理解するであろう。例えば、上記の説明全体を通して言及され得る、データ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはこれらの任意の組み合わせによって表され得る。

本明細書で使用されるような用語、「および（ａｎｄ）」および「または（ｏｒ）」は、このような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に左右されることも予想されるさまざまな意味を含み得る。典型的には、Ａ、Ｂ、また、Ｃのようなリストを関連付けるために使用される場合の「または（ｏｒ）」は、本明細書において排他的な意味で使用されるＡ、Ｂ、またはＣと共に、本明細書において包含的な意味で使用されるＡ、Ｂ、およびＣを意味することが意図されている。さらに、本明細書で使用されるような「１つまたは複数の」という用語は、単数形の任意の特徴、構造、または特性を説明するために使用され得る、または、特徴、構造、または特性の何らかの組み合わせを説明するために使用され得る。しかしながら、これは単に例示的な例であり、特許請求される主題はこの例に限定されないことは留意されるべきである。さらに、Ａ、Ｂ、または、Ｃのようなリストを関連付けるために使用される場合の「少なくとも１つの」という用語は、Ａ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、ＡＡ、ＡＢＣ、ＡＡＢ、ＡＡＢＢＣＣＣなどのようなＡ、Ｂ、および／またはＣの任意の組み合わせを意味するように解釈可能である。

さらに、ある特定の実施形態がハードウェアおよびソフトウェアの特定の組み合わせを使用して説明されているが、ハードウェアおよびソフトウェアの他の組み合わせも可能であることは認識されるべきである。ある特定の実施形態は、ハードウェアのみで、またはソフトウェアのみで、またはこれらの組み合わせを使用して実装されてよい。１つの例では、ソフトウェアは、本開示に説明されるステップ、動作、またはプロセスのいずれかまたは全てを行うために１つまたは複数のプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムコードまたは命令を含有するコンピュータプログラム製品で実装されてよく、ここで、コンピュータプログラムは非一時的なコンピュータ可読媒体上に記憶されてよい。本明細書に説明されるさまざまなプロセスは、同じプロセッサ上に、または種々のプロセッサの任意の組み合わせで実装可能である。

デバイス、システム、構成要素、またはモジュールがある特定の動作または機能を行うように構成されるとして説明される場合、このような構成は、例えば、動作を行うように電子回路を設計することによって、コンピュータ命令またはコードを実行するなどによって動作を行うための（マイクロプロセッサなどの）プログラム可能電子回路、または非一時的なメモリ媒体上に記憶されるコードまたは命令を実行するようにプログラミングされるプロセッサもしくはコアをプログラミングすることによって、またはこれらの任意の組み合わせによって、成し遂げられ得る。プロセスは、プロセス間通信のための従来の技法を含むがこれに限定されないさまざまな技法を使用して通信でき、異なるプロセス対が異なる技法を使用してよい、または、同じプロセス対がその時々で異なる技術を使用してよい。

本明細書および図面は、それに応じて、限定的意味ではなく例示的意味でみなされるべきである。しかしながら、特許請求の範囲に示されるようなより広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、追加、代用、削除、ならびに他の改良および変更がなされてよいことは明らかであろう。よって、具体的な実施形態が説明されているが、これらは限定することを意図するものではない。さまざまな改良および等価物は以下の特許請求の範囲内にあるとする。

Claims (20)

1. 材料層における傾斜表面レリーフ構造を作製する方法であって、前記方法は、
   反応性イオン源発生装置に第１の反応性ガスを注入することと、
   Ｈ _２ またはヘリウムを含む低分子量ガスを前記反応性イオン源発生装置に加えることと、
   前記反応性イオン源発生装置において、前記第１の反応性ガスおよび前記低分子量ガスを用いてプラズマを生成することであって、前記材料層と反応して揮発性材料を生成するように構成される前記低分子量ガスの反応性イオンを含む前記プラズマを生成することと、
   前記材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために前記プラズマから前記反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことと、
   前記材料層と反応するように構成される第２の反応性ガスを前記材料層上に注入することと、を含み、
   前記平行反応性イオンビームおよび前記第２の反応性ガスは、前記傾斜表面レリーフ構造を形成するために前記材料層を物理的と化学的の両方でエッチングする、方法。
2. 前記傾斜表面レリーフ構造の所望の傾斜角度に基づいて前記材料層を回転させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_８、ＮＦ_３、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、Ｈ_２、Ａｒ、Ｈｅ、またはＮｅのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記材料層は、半導体基板、ＳｉＯ_２層、Ｓｉ_３Ｎ_４材料層、酸化チタン層、アルミナ層、ＳｉＣ層、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ層、非晶質シリコン層、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）層、非晶質炭素層（ＡＣＬ）、ダイアモンド状炭素膜（ＤＬＣ）層、ＴｉＯ_ｘ層、ＡｌＯ_ｘ層、ＴａＯ_ｘ層、またはＨＦＯ_ｘ層を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記平行反応性イオンビームを形成するために前記プラズマから前記反応性イオンの少なくとも一部を引き出すことは、
   前記反応性イオン源発生装置に隣接した引き出しグリッドに引き出し電圧を印加することと、
   前記反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるために加速グリッドに加速電圧を印加することと、を含み、
   前記引き出しグリッドおよび前記加速グリッドは配列され、
   前記加速電圧は前記引き出し電圧より低い、請求項１に記載の方法。
6. 前記第２の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記傾斜表面レリーフ構造は傾斜表面レリーフ光学グレーティングを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングは複数のリッジを含み、
   それぞれのリッジのリーディングエッジは前記リッジのトレーリングエッジに平行である、請求項７に記載の方法。
9. 前記リーディングエッジの傾斜角度および前記トレーリングエッジの傾斜角度は、前記材料層の面法線に対して３０度を上回る、請求項８に記載の方法。
10. 前記リーディングエッジの長さと前記トレーリングエッジの長さとの間の差異は、前記トレーリングエッジの長さの１０％未満である、請求項８に記載の方法。
11. 前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングの深さは１００ｎｍを上回る、請求項７に記載の方法。
12. 前記傾斜表面レリーフ光学グレーティングのデューティサイクルは６０％を上回る、請求項７に記載の方法。
13. 前記低分子量ガスはＨ_２を含み、
    前記反応性イオンはＨ^＋イオンを含み、
    前記材料層はＳｉＯ_ｍＮ_ｎ層またはＳｉ_３Ｎ_４層を含み、
    前記Ｈ^＋イオンは前記ＳｉＯ_ｍＮ_ｎ層または前記Ｓｉ_３Ｎ_４層と反応して、ＳｉＨ_ｘＮ_ｙ層を形成する、請求項１に記載の方法。
14. 前記平行反応性イオンビームおよび前記第２の反応性ガスは、前記ＳｉＨ_ｘＮ_ｙ層と反応して、ＳｉＦ_４ガス、ＮＨ_３ガス、およびＨＣＮガスを生成する、請求項１３に記載の方法。
15. 材料層において傾斜表面レリーフ構造を作製するための化学補助反応性イオンビームエッチング（ＣＡＲＩＢＥ）システムであって、前記ＣＡＲＩＢＥシステムは、
    第１の反応性ガスと、Ｈ _２ またはヘリウムを含む低分子量ガスとを使用してプラズマを生成するように構成される反応性イオン源発生装置であって、前記プラズマは、前記材料層と反応して揮発性材料を生成するように構成される前記低分子量ガスの反応性イオンを含む、反応性イオン源発生装置と、
    前記材料層に向けて平行反応性イオンビームを形成するために前記プラズマにおける前記反応性イオンの少なくとも一部を引き出しかつ加速させるように構成される１つまたは複数の配列コリメータグリッドと、
    前記材料層と反応するように構成される第２の反応性ガスを、前記材料層上に注入するように構成されるガスこんろと、を含み、
    前記平行反応性イオンビームおよび前記第２の反応性ガスは、前記材料層において前記傾斜表面レリーフ構造を形成するために前記材料層を物理的と化学的の両方でエッチングする、ＣＡＲＩＢＥシステム。
16. 前記反応性イオン源発生装置は前記プラズマを封入するように構成される内部空洞を含み、
    前記内部空洞の表面層は酸化物材料を含む、請求項１５に記載のＣＡＲＩＢＥシステム。
17. 前記酸化物材料はＹ_２Ｏ_３または酸化アルミニウムを含む、請求項１６に記載のＣＡＲＩＢＥシステム。
18. 前記平行反応性イオンビームを中和するために前記平行反応性イオンビームに電子ビームを注入するように構成される中和装置をさらに含む、請求項１５に記載のＣＡＲＩＢＥシステム。
19. 前記反応性イオン源発生装置は誘導結合プラズマ発生装置を含む、請求項１５に記載のＣＡＲＩＢＥシステム。
20. 前記第１の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ、Ｃ_４Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_８、ＮＦ_３、ＣＬＦ_３、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｈ_２、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒ、Ａｒ、Ｈｅ、またはＮｅのうちの少なくとも１つを含み、
    前記第２の反応性ガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、またはＨＢｒのうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のＣＡＲＩＢＥシステム。

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