TW202314847A - 蝕刻表面起伏結構之方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種在一材料層（例如，包括介電或半導體材料）中製造一表面起伏結構的方法，該方法包括：在該材料層上形成一遮罩層；使用該遮罩層及相對於該材料層之一表面法線方向的一傾斜角度等於或大於0°（例如，大於約30°或約45°）的一離子束將離子（例如，使用離子束植入或離子束蝕刻）植入至該材料層之複數個區中以增加該材料層之該複數個區的氧化率（或還原率）；選擇性地氧化（或還原）包括經植入離子之該材料層之該複數個區；及選擇性地蝕刻該材料層之該複數個區中的該等經氧化或經還原材料以在該材料層中形成該表面起伏結構。

Description

蝕刻表面起伏結構之方法

本發明關於一種蝕刻表面起伏結構之方法。 [相關申請案]

本申請案主張2021年6月10日申請之讓與給本受讓人之名為「METHOD OF ETCHING SLANT GRATINGS」的美國臨時申請案第63/209,322號，及2022年6月3日申請的美國非臨時專利申請案第17/832,215號的權利及優先權，且該等申請案出於所有目的以全文引用之方式併入本文中。

諸如頭戴式顯示器（head-mounted display；HMD）或抬頭顯示器（heads-up display；HUD）系統之人工實境系統大體上包括近眼顯示器（例如，呈耳機或一副眼鏡之形式），其經組態以經由電子或光學顯示器在使用者眼睛前方例如約10至20 mm內向使用者呈現內容。近眼顯示器可顯示虛擬物件或組合真實物件與虛擬物件之影像，如在虛擬實境（virtual reality；VR）、擴增實境（augmented reality；AR）或混合實境（mixed reality；MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由例如透視透明顯示眼鏡或透鏡（常常稱為光學透視）來觀看虛擬物件（例如，電腦生成影像（computer-generated image；CGI））及周圍環境兩者之影像。

光學透視AR系統之一個實例可使用基於波導之光學顯示器，其中所投影影像之光可耦合至波導（例如，透明基板）中，在波導內傳播，且在不同位置處耦合至波導之外。在一些實施中，所投影影像之光可使用諸如表面起伏光柵或體積佈雷格光柵（volume Bragg grating）之繞射光學元件來耦合至波導之中或之外。來自周圍環境之光可穿過波導之透視區且亦到達使用者之眼睛。

本發明大體上係關於用於製造傾斜結構之技術，且更特定言之，係關於用於在各種光學材料（氮化矽、碳化矽、TiO _x、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、ZnSe、InGaAs、GaN、GaP、ZnS、釓鎵石榴石（GGG）、有機材料或無機金屬氧化物）中製造具有所要深度、傾斜角度及/或工作循環之傾斜結構（例如，傾斜光柵）的技術。在一些具體實例中，傾斜離子實施技術可用以修改材料層之蝕刻速率，使得材料層可經選擇性地蝕刻以去除離子植入區以形成傾斜結構。在一些具體實例中，離子植入可造成材料層之相變，例如自結晶相至非晶相，非晶相可具有比結晶相更高的蝕刻速率。在一些具體實例中，氧化程序可經執行以進一步修改離子植入區以形成可經更多選擇性蝕刻（例如，使用化學蝕刻技術，諸如一些乾式或濕式蝕刻技術）的氧化物。藉由本文所揭示之程序及技術獲得的傾斜結構可具有大傾斜角度、高深度、小工作循環及/或用於脊之前邊緣及後邊緣的類似傾斜角度。氧化及蝕刻程序亦可去除可具有植入於其中之離子且因此可具有更多缺陷、較低光學品質（例如，較高吸收或散射）及不同折射率的區。因此，使用本文所揭示之技術形成的傾斜光柵可具有較高效能及較低損失。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、系統、方法、程序、材料、組成物及其類似者。

根據某些具體實例，一種在材料層（例如，包括介電或半導體材料）中製造表面起伏結構的方法可包括：在材料層上形成一遮罩層；使用該遮罩層及處於等於或大於0°之傾斜角度的一離子束將離子植入至材料層之複數個區中，其中該傾斜角度係相對於材料層之表面法線方向而量測；及將離子植入至材料層之複數個區中增加材料層之複數個區的氧化率或還原率；選擇性地氧化或還原包括所植入離子之材料層之複數個區；及選擇性地蝕刻該材料層之複數個區中的經氧化或經還原材料以在材料層中形成表面起伏結構並減小藉由將離子植入至材料層之複數個區中所引起的表面起伏結構之光損失。

在一些具體實例中，該方法亦可包括重複地執行植入、選擇性氧化及選擇性蝕刻直至到達表面起伏結構之預定深度為止。表面起伏結構之預定深度可大於200 nm，諸如約500 nm或更大。在一些具體實例中，傾斜角度可大於約30°，諸如約45°或更大。所植入離子可包括例如氫離子、氧離子、氦離子、鋰離子或其組合。材料層可包括例如SiN、SiC、TiO ₂、Al ₂O ₃、SiO _xN _y、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、TaO _x、ZnSe、InGaAs、GaN、GaP、ZnS、釓鎵石榴石、旋轉塗佈碳、非晶碳或金剛石類碳。遮罩層可包括例如光阻、金屬、金屬間化合物、多晶矽或聚合物。將離子植入至材料層之複數個區中可致使材料層之複數個區的相改變成非晶相。在一些具體實例中，表面起伏結構包括藉由小於1 µm之光柵週期及小於30%之工作循環表徵的傾斜表面起伏光柵。在一些具體實例中，表面起伏結構包括藉由光柵脊之小於100 nm之寬度表徵的傾斜表面起伏光柵。

在一些具體實例中，將離子植入至材料層之複數個區中包括使用離子束蝕刻材料層。在一些具體實例中，選擇性地蝕刻材料層之複數個區中的經氧化或經還原材料包括一乾式蝕刻或濕式蝕刻程序，該乾式蝕刻或濕式蝕刻程序中對於材料層之複數個區中的氧化物材料的蝕刻速率高於對於材料層之其他區中之材料的蝕刻速率。在一些具體實例中，將離子植入至材料層之複數個區中包括在植入期間旋轉材料層或離子束以改變離子束相對於材料層之複數個區的傾斜角度。在一些具體實例中，將離子植入至材料層之複數個區中包括在植入期間改變離子之能量以改變材料層之複數個區中的植入深度。在一些具體實例中，將離子植入至材料層之複數個區中包括使用用於離子束之不同離子電流、不同植入時間或二者將不同量之離子植入至複數個區中之不同區中。

在一些具體實例中，選擇性地氧化或還原包括植入離子之材料層之複數個區包含交替地執行氧化及還原。在一些具體實例中，方法亦可包括去除遮罩層，及在材料層中之表面起伏結構上形成外塗佈層。形成外塗佈層可包括：在表面起伏結構之頂部表面處植入離子；氧化該表面起伏結構以在表面起伏結構之頂部表面處形成沉積遮罩層；及使用原子層沉積及沉積遮罩層在表面起伏結構之凹槽中沉積外塗佈層。

此概述既不意欲識別所主張主題之關鍵或基本特徵，亦不意欲單獨使用以判定所主張主題之範圍。應參考本發明之整篇說明書之適當部分、任何或所有圖式及每一申請專利範圍來理解該主題。下文將在以下說明書、申請專利範圍及隨附圖式中更詳細地描述前述內容連同其他特徵及實例。

本發明大體上係關於用於製造傾斜微或奈米結構之技術，且更特定言之係關於用於在各種光學材料中製造具有所要深度、傾斜角度及/或工作循環之傾斜微或奈米結構（例如，傾斜光柵）的技術。本文中描述各種發明性具體實例，包括裝置、系統、方法、程序、材料、組成物及其類似者。

傾斜結構可用於許多光學裝置中以用於操縱光之性能。舉例而言，傾斜表面起伏光柵可用於近眼顯示器系統中以將顯示光耦合至波導之中或之外。在基於波導之人工實境顯示裝置中使用傾斜表面起伏光柵可改良視場，增加亮度效率，實現光學透視，並減小顯示器假影（例如，虹假影）。大傾斜角度（例如，＞45°）、高深度（例如，大於約100 nm、200 nm、500 nm或更大）、大工作循環（或光柵脊寬度）範圍（例如，約10%至約90%），及/或高折射率對比度可係傾斜光柵之改良效能（例如，繞射效率）所要的。

使用奈米壓印技術或蝕刻技術以高生產速度以高製造準確度、良率及品質（例如，具有小線邊緣粗糙度、低線邊緣變化、低光柵表面粗糙度，及不具有來自蝕刻之顯著次表面損害）製造此類傾斜結構可能常常具有挑戰性。舉例而言，可難以使用壓印技術製造具有大傾斜角度及大工作循環範圍的此類深度傾斜結構而不裂開或斷開模製、衝壓或經壓印深度傾斜結構之至少一些光柵脊。為蝕刻深表面起伏結構，可需要厚蝕刻遮罩層在長蝕刻時間週期內耐受高能離子（例如，氫離子、氧離子、氦離子、鋰離子或其組合）。然而，在蝕刻劑以大於0°之相對於蝕刻遮罩層及待蝕刻材料層之表面法線的傾斜角度（例如，30°或更大，諸如約45°或更大）入射於蝕刻遮罩層及待蝕刻之材料層（例如，在蝕刻遮罩層下方之基板）的傾斜蝕刻中，厚蝕刻遮罩層之遮蔽效應可致使傾斜結構之光柵脊之寬度及因此工作循環（其可定義為光柵脊的寬度與光柵週期之間的比率）比蝕刻遮罩層上的圖案之線寬（或工作循環）大得多。大體而言，蝕刻遮罩層愈厚及傾斜角度愈大，遮蔽效應愈高且因此光柵脊寬度或工作循環之增加愈大。舉例而言，使用具有0.1之工作循環的厚蝕刻遮罩蝕刻的傾斜結構之工作循環可為0.4或更大。硬遮罩材料之類型可受表面之特定化學物質、蝕刻及後續整合流程步驟限制。

另外，在離子束蝕刻程序期間，離子可經植入至剩餘光柵材料層中。在結晶或其他材料（多晶或非晶形材料）中，此等植入離子可改變光柵材料之某些物理及/或化學性質，此可取決於植入離子之雜質類型、濃度及植入深度，及植入後退火步驟是否在高溫（例如，約800℃、1000℃或甚至1500℃或更高）下執行。舉例而言，植入區之離子濃度及植入深度可取決於離子元素、蝕刻角度及離子束之離子能量及光柵材料之性質。在一個實例中，歸因於離子取道效應的離子之穿透可取決於離子類型及相對於結晶軸之入射角（及晶體類型）。因此，光柵材料層的離子植入區可具有經修改之物理性質，諸如導電率、光損失、晶體相及結構、有效折射率、氧化率及蝕刻速率。局部材料性質之此等變化中之一些係不合需要的且可使傾斜光柵之效能顯著降級。舉例而言，歸因於植入離子的併入及結晶結構之變化（例如，損傷），植入區之折射率可不同於光柵材料的其他區之折射率，且歸因於光吸收、散射及/或菲涅耳反射的光柵材料之光損失可增加。因此，基於波導之人工實境顯示裝置的效能（例如，效率及圖像品質）可降級。

在一些波導顯示器系統中，需要使用在具有高折射率（例如，n＞1.9，諸如約1.9至2.0或約2.3）的材料（諸如TiO _x、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、SiC、ZnSe、InGaAs、GaN、GaP、ZnS、釓鎵石榴石（GGG）、高折射率玻璃（具有n＞1.8）及其類似者）中蝕刻之表面起伏光柵，使得單一波導上之單一表面起伏光柵可以高效率覆蓋大頻譜範圍（例如，三原色）及大（例如，全）視場。單板結構亦可減小重量，改良透視品質，且減小波導顯示器系統之光學假影。然而，此等高折射率材料可難以蝕刻（例如，具有低乾式蝕刻速率），且因此在此類高折射率材料中製造具有所要傾斜角度、光柵深度、光柵週期及/或工作循環之深表面起伏光柵可具有挑戰性。舉例而言，為實現高折射率材料中之某一蝕刻深度，可需要一厚蝕刻遮罩層，其可在傾斜蝕刻中具有較大遮蔽效應，且因此可難以製造具有大傾斜角度、高深度、小工作循環及大折射率對比度的傾斜光柵。

根據某些具體實例，離子植入區（例如，包括氫離子、氧離子、氦離子、鋰離子或其組合）與光柵材料層之初始區之間的蝕刻選擇性及性質（例如，氧化率）之其他差異可用以藉由自光柵材料層之離子植入區的後續高選擇性蝕刻而改良蝕刻深度。此選擇性蝕刻可以若干方式達成，此取決於植入離子之類型及濃度及其對光柵材料層之植入區的影響。在一個實例中，離子可有意植入於光柵材料層中以造成光柵材料層中之相變（例如自結晶至非晶形），且接著後續蝕刻程序可適合於較佳地蝕刻非晶相區。

在另一實例中，某些類型之離子可以某一密度植入以相較於初始區增加受影響光柵材料區之氧化率或還原率。因此，相較於初始區，整個裝置之氧化可致使離子植入區之快速選擇氧化。舉例而言，高溫退火可經執行以氧化（或還原）離子植入區。用於高溫退火之處理氣體可包括例如O ₂、H ₂/Ar、H ₂O及其類似者，諸如合成氣體、氧化性氣體、蒸汽退火、熱氧化及其類似者。氧化物之後續選擇性蝕刻接著可導致離子植入區之更多選擇性去除。可使用離子束蝕刻或使用調適濕式蝕刻程序執行離子植入區之蝕刻。本文所揭示之技術可達成所要光柵參數，諸如蝕刻深度、傾斜角度及工作循環，而同時藉由去除離子植入區減輕離子植入區之不合需要的性質。舉例而言，本文所揭示之技術可藉由去除高度吸收表面妨礙者（例如，外源碳）及將SiOC表面化學物質轉換成SiO ₂達成有利表面製備。在一些具體實例中，可在不使用離子束蝕刻（ion beam etching；IBE）源的情況下實施本文所揭示之技術。舉例而言，在離子植入來自某一其他電漿源或來自故意離子植入機的具體實例中，重複離子植入、氧化及去除程序可經執行以在不執行離子束蝕刻的情況下形成整個光柵。在一些具體實例中，原子層沉積及原子層蝕刻程序可用於二元或傾斜光柵。

如本文所使用之術語「約」意謂尺寸、大小、調配物、參數、形狀及其他數量及特徵不精確且不需要精確，但可視需要為近似值及/或較大或較小的，反映出公差、轉換因數、捨入、量測誤差及其類似者，以及所屬技術領域中具有通常知識者已知之其他因素。大體而言，無論是否如此明確說明，尺寸、大小、調配物、參數、形狀或其他數量或特徵皆為「約」或「大約」的。應注意，大小、形狀及尺寸非常不同之具體實例可採用所描述之配置。

在以下描述中，出於解釋之目的，闡述特定細節以便提供對本發明之實例的透徹理解。然而，顯然是各種實例可在無此等特定細節之情況下實踐。舉例而言，裝置、系統、結構、總成、方法及其他組件可以方塊圖形式展示為組件，以免以不必要的細節混淆實例。在其他情況下，可在無必要細節之情況下展示熟知的裝置、程序、系統、結構及技術，以免混淆實例。圖式及描述不意欲為限定性的。已在本發明中採用之術語及表述用作描述之術語且不為限制性的，且在使用此類術語及表述中，不欲排除所展示及描述之特徵的任何等效物或其部分。字｢實例｣在本文中用以意謂｢充當實例、例子或說明｣。本文中被描述為「實例」之任何具體實例或設計未必被解釋為比其他具體實例或設計較佳或有利。

圖 1為根據某些具體實例的包括近眼顯示器120之人工實境系統環境100之實例的簡化方塊圖。圖1中所展示之人工實境系統環境100可包括近眼顯示器120、視情況選用之外部成像裝置150及視情況選用之輸入/輸出介面140，其中之每一者可耦合至視情況選用之控制台110。雖然圖1展示包括一個近眼顯示器120、一個外部成像裝置150及一個輸入/輸出介面140之人工實境系統環境100的實例，但可在人工實境系統環境100中包括任何數目個此等組件，或可省略該等組件中之任一者。舉例而言，可存在多個近眼顯示器120，其可由與控制台110通信之一或多個外部成像裝置150監視。在一些組態中，人工實境系統環境100可不包括外部成像裝置150、視情況選用之輸入/輸出介面140及視情況選用之控制台110。在替代組態中，不同組件或額外組件可包括於人工實境系統環境100中。

近眼顯示器120可為將內容呈現給使用者之頭戴式顯示器。由近眼顯示器120呈現之內容的實例包括影像、視訊、音訊或其任何組合中之一或多者。在一些具體實例中，音訊可經由外部裝置（例如，揚聲器及/或頭戴式耳機）呈現，該外部裝置自近眼顯示器120、控制台110或兩者接收音訊資訊，且基於該音訊資訊呈現音訊資料。近眼顯示器120可包括一或多個剛體，其可剛性地或非剛性地彼此耦合。剛體之間的剛性耦合可使得耦合的剛體充當單個剛性實體。剛體之間的非剛性耦合可允許剛體相對於彼此移動。在各種具體實例中，近眼顯示器120可以包括一副眼鏡之任何合適之外觀尺寸來實施。下文關於圖2及圖3進一步描述近眼顯示器120之一些具體實例。另外，在各種具體實例中，本文中所描述之功能性可用於將在近眼顯示器120外部之環境之影像與人工實境內容（例如，電腦產生之影像）組合之耳機中。因此，近眼顯示器120可運用所產生之內容（例如，影像、視訊、聲音等）擴增在近眼顯示器120外部之實體真實世界環境之影像，以將擴增實境呈現給使用者。

在各種具體實例中，近眼顯示器120可包括顯示電子件122、顯示光學件124及眼動追蹤單元130中之一或多者。在一些具體實例中，近眼顯示器120亦可包括一或多個定位器126、一或多個位置感測器128及慣性量測單元（inertial measurement unit；IMU）132。在各種具體實例中，近眼顯示器120可省略眼動追蹤單元130、定位器126、位置感測器128及IMU 132中之任一者，或包括額外元件。另外，在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括組合結合圖1所描述之各種元件之功能的元件。

顯示電子件122可根據自例如控制台110接收到之資料而向使用者顯示影像或促進向使用者顯示影像。在各種具體實例中，顯示電子件122可包括一或多個顯示面板，諸如液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、有機發光二極體（organic light emitting diode；OLED）顯示器、無機發光二極體（inorganic light emitting diode；ILED）顯示器、微型發光二極體（micro light emitting diode；μLED）顯示器、主動矩陣OLED顯示器（active-matrix OLED display；AMOLED）、透明OLED顯示器（transparent OLED display；TOLED）或某一其他顯示器。舉例而言，在近眼顯示器120之一個實施中，顯示電子件122可包括前TOLED面板、後顯示面板，及在前顯示面板與後顯示面板之間的光學組件（例如，衰減器、偏光器，或繞射或光譜膜）。顯示電子件122可包括像素以發射諸如紅色、綠色、藍色、白色或黃色之主要顏色的光。在一些實施中，顯示電子件122可經由由二維面板產生之立體效果來顯示三維（3D）影像以產生影像深度之主觀感知。例如，顯示電子件122可包括分別定位於使用者之左眼及右眼前方的左側顯示器及右側顯示器。左方顯示器及右方顯示器可呈現相對於彼此水平地移位之影像的複本，以產生立體效果（亦即，檢視影像之使用者對影像深度的感知）。

在某些具體實例中，顯示光學件124可以光學方式（例如，使用光波導及耦合器）顯示影像內容，或放大自顯示電子件122接收到之影像光，校正與影像光相關聯之光學誤差，且向近眼顯示器120之使用者呈現經校正之影像光。在各種具體實例中，顯示光學件124可包括一或多個光學元件，諸如基板、光波導、孔徑、菲涅爾透鏡、凸透鏡、凹透鏡、濾光片、輸入/輸出耦合器，或可能影響自顯示電子件122發射之影像光的任何其他合適的光學元件。顯示光學件124可包括不同光學元件之組合，以及用以維持組合中之光學元件之相對間隔及定向的機械耦合器。顯示光學件124中之一或多個光學元件可具有諸如抗反射塗層、反射塗層、濾波塗層或不同光學塗層之組合的光學塗層。

影像光由顯示光學件124之放大可允許顯示電子件122相比較大顯示器而言在實體上較小、重量較輕且消耗較少功率。另外，放大可增大所顯示內容之視場。顯示光學件124對影像光之放大之量可藉由調整、添加光學元件或自顯示光學件124去除光學元件來改變。在一些具體實例中，顯示光學件124可將經顯示影像投影至可比近眼顯示器120更遠離使用者眼睛之一或多個影像平面。

顯示光學件124亦可經設計以校正諸如二維光學誤差、三維光學誤差或其任何組合之一或多種類型之光學誤差。二維誤差可包括在兩個維度中出現之光學像差。二維誤差之實例類型可包括桶形畸變、枕形畸變、縱向色像差及橫向色像差。三維誤差可包括以三維形式出現之光學誤差。三維誤差之實例類型可包括球面像差、慧形像差、場曲率及像散。

定位器126可為相對於彼此且相對於近眼顯示器120上之參考點而位於近眼顯示器120上之特定位置中的物件。在一些實施中，控制台110可在由外部成像裝置150俘獲之影像中識別定位器126，以判定人工實境耳機之位置、定向或此兩者。定位器126可為發光二極體（light-emitting diode；LED）、角隅反射器、反射標誌、與近眼顯示器120操作所在環境形成對比之一種類型之光源或其任何組合。在定位器126為主動組件（例如，LED或其他類型之發光裝置）之具體實例中，定位器126可發射在可見光頻帶（例如，約380 nm至750 nm）、紅外線（infrared；IR）頻帶（例如，約750 nm至1 mm）、紫外線頻帶（例如，約10 nm至約380 nm）、電磁波譜之另一部分或電磁波譜之部分之任何組合中的光。

外部成像裝置150可包括一或多個攝影機、一或多個視訊攝影機、能夠捕捉包括定位器126中之一或多者之影像的任何其他裝置，或其任何組合。另外，外部成像裝置150可包括一或多個濾光片（例如，以增加信雜比）。外部成像裝置150可經組態以偵測外部成像裝置150之視場中自定位器126發射或反射之光。在定位器126包括被動元件（例如，回反射器）之具體實例中，外部成像裝置150可包括照明定位器126中之一些或全部的光源，該等定位器126可將光逆反射至外部成像裝置150中之光源。慢速校準資料可自外部成像裝置150傳達至控制台110，且外部成像裝置150可自控制台110接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數（例如，焦距、焦點、圖框速率、感測器溫度、快門速度、孔徑等）。

位置感測器128可回應於近眼顯示器120之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器128之實例可包括加速計、陀螺儀、磁力計、其他運動偵測或誤差校正感測器，或其任何組合。舉例而言，在一些具體實例中，位置感測器128可包括用以量測平移運動（例如，向前/向後、向上/向下或向左/向右）之多個加速計及用以量測旋轉運動（例如，俯仰、偏航或橫搖）之多個陀螺儀。在一些具體實例中，各個位置感測器可彼此正交地定向。

IMU 132可為基於自位置感測器128中之一或多者接收到之量測信號而產生快速校準資料的電子裝置。位置感測器128可位於IMU 132外部、IMU 132內部或或其任何組合。基於來自一或多個位置感測器128之一或多個量測信號，IMU 132可產生快速校準資料，該快速校準資料指示相對於近眼顯示器120之初始位置的近眼顯示器120之估計位置。舉例而言，IMU 132可隨時間推移對自加速計接收到之量測信號進行積分以估計速度向量，且隨時間推移對該速度向量進行積分以判定近眼顯示器120上之參考點的估計位置。替代地，IMU 132可將經取樣之量測信號提供至控制台110，該控制台可判定快速校準資料。雖然參考點通常可被定義為空間中之點，但在各種具體實例中，參考點亦可被定義為近眼顯示器120內之點（例如，IMU 132之中心）。

眼動追蹤單元130可包括一或多個眼動追蹤系統。眼動追蹤可指判定眼睛相對於近眼顯示器120之位置，包括眼睛之定向及部位。眼動追蹤系統可包括成像系統以對一或多個眼睛進行成像，且可視情況包括光發射器，該光發射器可產生引導至眼睛之光，使得由眼睛反射之光可由成像系統捕捉。舉例而言，眼動追蹤單元130可包括發射可見光譜或紅外線光譜中之光的非相干或相干光源（例如，雷射二極體），及捕捉由使用者眼睛反射之光的攝影機。作為另一實例，眼動追蹤單元130可捕捉由小型雷達單元發射之經反射無線電波。眼動追蹤單元130可使用低功率光發射器，該等低功率光發射器在將不會損傷眼睛或引起身體不適之頻率及強度下發射光。眼動追蹤單元130可經配置以增加由眼動追蹤單元130捕捉之眼睛影像的對比度，同時減少由眼動追蹤單元130消耗之總功率（例如，減少由包括於眼動追蹤單元130中之光發射器及成像系統消耗的功率）。舉例而言，在一些實施中，眼動追蹤單元130可消耗小於100毫瓦之功率。

近眼顯示器120可使用眼睛之定向以例如判定使用者之瞳孔間距離（inter-pupillary distance；IPD），判定凝視方向，引入深度提示（例如，在使用者之主視線外部的模糊影像），收集關於VR媒體中之使用者互動的啟發資訊（例如，花費在任何特定個體、物件或圖框上之時間，其依據所曝露之刺激而變化），部分地基於使用者眼睛中之至少一者之定向的一些其他功能，或其任何組合。因為可判定使用者之兩隻眼睛的定向，所以眼動追蹤單元130可能夠判定使用者看向何處。舉例而言，判定使用者之凝視方向可包括基於使用者左眼及右眼之經判定定向來判定會聚點。會聚點可為使用者眼睛之兩個中央窩軸線相交的點。使用者之凝視方向可為穿過會聚點及使用者眼睛之瞳孔之間的中點的線之方向。

輸入/輸出介面140可為允許使用者將動作請求發送至控制台110之裝置。動作請求可為執行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行該應用程式內之特定動作。輸入/輸出介面140可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、手套、按鈕、觸控螢幕，或用於接收動作請求且將所接收動作請求傳達至控制台110的任何其他合適裝置。可將由輸入/輸出介面140接收之動作請求傳達至可執行對應於所請求動作之動作的控制台110。在一些具體實例中，輸入/輸出介面140可根據自控制台110接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，輸入/輸出介面140可在接收到動作請求時或在控制台110已執行所請求動作且將指令傳達至輸入/輸出介面140時提供觸覺回饋。在一些具體實例中，外部成像裝置150可用以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器（其可包括例如IR光源）或使用者之手部之部位或位置以判定使用者之運動。在一些具體實例中，近眼顯示器120可包括一或多個成像裝置以追蹤輸入/輸出介面140，諸如追蹤控制器或使用者之手的部位或位置以判定使用者之運動。

控制台110可根據自外部成像裝置150、近眼顯示器120及輸入/輸出介面140中之一或多者接收到的資訊而將內容提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者。在圖1中所展示之實例中，控制台110可包括應用程式商店112、耳機追蹤模組114、人工實境引擎116及眼睛追蹤模組118。控制台110之一些具體實例可包括與結合圖1所描述之模組不同的模組或額外模組。下文進一步所描述之功能可以與此處所描述之方式不同的方式分佈在控制台110之組件當中。

在一些具體實例中，控制台110可包括處理器及儲存可由該處理器執行之指令的非暫時性電腦可讀儲存媒體。處理器可包括多個同時執行指令之處理單元。非暫時性電腦可讀儲存媒體可為任何記憶體，諸如硬碟驅動機、抽取式記憶體或固態驅動器（例如，快閃記憶體或動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM））。在各種具體實例中，結合圖1所描述之控制台110之模組可經編碼為非暫時性電腦可讀儲存媒體中之指令，該等指令在由處理器執行時使得處理器執行下文進一步所描述之功能。

應用程式商店112可儲存一或多個應用程式以供控制台110執行。應用程式可包括在由處理器執行時產生內容以呈現給使用者之一組指令。由應用程式產生之內容可為回應於經由使用者眼睛之移動而自使用者接收到之輸入，或自輸入/輸出介面140接收到之輸入。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適應用程式。

耳機追蹤模組114可使用來自外部成像裝置150之慢速校準資訊來追蹤近眼顯示器120之移動。舉例而言，耳機追蹤模組114可使用來自慢速校準資訊的觀測到之定位器及近眼顯示器120之模型來判定近眼顯示器120之參考點的位置。耳機追蹤模組114亦可使用來自快速校準資訊之位置資訊來判定近眼顯示器120之參考點的位置。另外，在一些具體實例中，耳機追蹤模組114可使用快速校準資訊、慢速校準資訊或其任何組合之部分來預測近眼顯示器120之未來部位。耳機追蹤模組114可將近眼顯示器120之所估計或所預測未來位置提供至人工實境引擎116。

人工實境引擎116可執行人工實境系統環境100內之應用程式，且自耳機追蹤模組114接收近眼顯示器120之位置資訊、近眼顯示器120之加速度資訊、近眼顯示器120之速度資訊、近眼顯示器120之經預測未來位置，或其任何組合。人工實境引擎116亦可自眼動追蹤模組118接收所估計之眼睛位置及定向資訊。基於所接收資訊，人工實境引擎116可判定用以提供至近眼顯示器120以供呈現給使用者的內容。舉例而言，若所接收資訊指示使用者已看向左側，則人工實境引擎116可為近眼顯示器120產生反映使用者在虛擬環境中之眼睛移動的內容。另外，人工實境引擎116可回應於自輸入/輸出介面140接收到之動作請求而執行在控制台110上執行之應用程式內的動作，且將指示該動作已執行之回饋提供至使用者。該回饋可為經由近眼顯示器120之視覺或聽覺回饋，或經由輸入/輸出介面140之觸覺回饋。

眼動追蹤模組118可自眼動追蹤單元130接收眼動追蹤資料，且基於該眼動追蹤資料判定使用者眼睛之位置。眼睛之位置可包括眼睛相對於近眼顯示器120或其任何元件之定向、部位或此兩者。因為眼睛之旋轉軸線依據眼睛在其眼窩中之部位而變化，所以判定眼睛在其眼窩中之部位可允許眼動追蹤模組118更準確地判定眼睛之定向。

圖 2為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的HMD裝置200之形式的近眼顯示器之實例之透視圖。HMD裝置200可為例如VR系統、AR系統、MR系統或其任何組合之一部分。HMD裝置200可包括本體220及頭部綁帶230。圖2在透視圖中展示本體220之底側223、前側225及左側227。頭部綁帶230可具有可調整或可延伸之長度。在HMD裝置200之本體220與頭部綁帶230之間可存在足夠的空間，以允許使用者將HMD裝置200安裝至使用者之頭部上。在各種具體實例中，HMD裝置200可包括額外組件、更少組件或不同組件。舉例而言，在一些具體實例中，HMD裝置200可包括如例如以下圖3中所展示之眼鏡鏡腿及鏡腿尖端，而非頭部綁帶230。

HMD裝置200可將包括具有電腦產生元素之實體真實世界環境之虛擬及/或擴增視圖的媒體呈現給使用者。由HMD裝置200呈現之媒體的實例可包括影像（例如，二維（2D）或三維（3D）影像）、視訊（例如，2D或3D視訊）、音訊，或其任何組合。該等影像及視訊可由圍封於HMD裝置200之主體220中的一或多個顯示器總成（圖2中未展示）呈現給使用者之每隻眼睛。在各種具體實例中，該一或多個顯示器總成可包括單個電子顯示面板或多個電子顯示面板（例如，使用者之每隻眼睛一個顯示面板）。電子顯示面板之實例可包括例如LCD、OLED顯示器、ILED顯示器、μLED顯示器、AMOLED、TOLED、某其他顯示器，或其任何組合。HMD裝置200可包括兩個眼框區。

在一些實施中，HMD裝置200可包括各種感測器（圖中未示），諸如深度感測器、運動感測器、位置感測器及眼動追蹤感測器。此等感測器中之一些可使用結構化光圖案以用於感測。在一些實施方式中，HMD裝置200可包括用於與控制台進行通信之輸入/輸出介面。在一些實施中，HMD裝置200可包括虛擬實境引擎（圖中未示），該虛擬實境引擎可執行HMD裝置200內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置200之深度資訊、位置資訊、加速度資訊、速度資訊、經預測未來位置或其任何組合。在一些實施中，由虛擬實境引擎接收之資訊可用於為一或多個顯示器總成產生信號（例如，顯示指令）。在一些實施中，HMD裝置200可包括相對於彼此且相對於參考點而位於主體220上之固定位置中的定位器（未圖示，諸如定位器126）。該等定位器中之每一者可發射光，該光可由外部成像裝置偵測。

圖 3為呈用於實施本文中所揭示之實例中之一些的一副眼鏡之形式的近眼顯示器300之實例之透視圖。近眼顯示器300可為圖1之近眼顯示器120的特定實施，且可經組態以作為虛擬實境顯示器、擴增實境顯示器及/或混合實境顯示器來操作。近眼顯示器300可包括框架305及顯示器310。顯示器310可經組態以將內容呈現給使用者。在一些具體實例中，顯示器310可包括顯示電子件及/或顯示光學件。舉例而言，如上文關於圖1之近眼顯示器120所描述，顯示器310可包括LCD顯示面板、LED顯示面板或光學顯示面板（例如，波導顯示總成）。

近眼顯示器300可進一步包括在框架305上或內之各種感測器350a、350b、350c、350d及350e。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個深度感測器、運動感測器、位置感測器、慣性感測器或環境光感測器。在一些具體實例中，感測器350a至350e可包括一或多個影像感測器，該一或多個影像感測器經組態以產生表示不同方向上之不同視場的影像資料。在一些具體實例中，感測器350a至350e可用作輸入裝置以控制或影響近眼顯示器300之所顯示內容，及/或向近眼顯示器300之使用者提供互動式VR/AR/MR體驗。在一些具體實例中，感測器350a至350e亦可用於立體成像。

在一些具體實例中，近眼顯示器300可進一步包括一或多個照明器330以將光投射至實體環境中。所投影光可與不同頻帶（例如，可見光、紅外光、紫外光等）相關聯，且可用於各種目的。舉例而言，照明器330可將光投影於黑暗環境中（或具有低強度之紅外光、紫外光等的環境中），以輔助感測器350a至350e捕捉黑暗環境內之不同物件的影像。在一些具體實例中，照明器330可用以將某些光圖案投影至環境內之物件上。在一些具體實例中，照明器330可用作定位器，諸如上文關於圖1所描述之定位器126。

在一些具體實例中，近眼顯示器300亦可包括高解析度攝影機340。高解析度攝影機340可捕捉視場中之實體環境之影像。所捕捉影像可例如由虛擬實境引擎（例如，圖1之人工實境引擎116）處理，以將虛擬物件添加至所捕捉影像或修改所捕捉影像中之實體物件，且經處理影像可由顯示器310顯示給使用者以用於AR或MR應用。

圖 4說明根據某些具體實例的包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統400之實例。擴增實境系統400可包括投影器410及組合器415。投影器410可包括光源或影像源412及投影器光學件414。在一些具體實例中，光源或影像源412可包括上文所描述之一或多個微型LED裝置。在一些具體實例中，影像源412可包括顯示虛擬物件之複數個像素，諸如LCD顯示面板或LED顯示面板。在一些具體實例中，影像源412可包括產生相干或部分相干光之光源。舉例而言，影像源412可包括雷射二極體、垂直空腔表面發射雷射、LED及/或上文所描述之微型LED。在一些具體實例中，影像源412可包括各自發射對應於原色（例如，紅色、綠色或藍色）之單色影像光的複數個光源（例如，上文所描述之微型LED陣列）。在一些具體實例中，影像源412可包括微型LED之三個二維陣列，其中微型LED之每一二維陣列可包括經組態以發射具有原色（例如，紅色、綠色或藍色）之光的微型LED。在一些具體實例中，影像源412可包括光學圖案產生器，諸如空間光調變器。投影器光學件414可包括可調節來自影像源412之光，諸如擴展、準直、掃描或將光自影像源412投影至組合器415的一或多個光學組件。該一或多個光學組件可包括例如一或多個透鏡、液體透鏡、鏡面、孔徑及/或光柵。舉例而言，在一些具體實例中，影像源412可包括微型LED之一或多個一維陣列或細長二維陣列，且投影器光學件414可包括經組態以掃描微型LED之一維陣列或細長二維陣列以產生影像圖框的一或多個一維掃描器（例如，微鏡或稜鏡）。在一些具體實例中，投影器光學件414可包括具有複數個電極之液體透鏡（例如，液晶透鏡），該液體透鏡允許掃描來自影像源412之光。

組合器415可包括用於將來自投影器410之光耦合至組合器415之基板420中的輸入耦合器430。組合器415可透射第一波長範圍內之光之至少50%且反射第二波長範圍內之光之至少25%。舉例而言，第一波長範圍可為自約400 nm至約650 nm之可見光，且第二波長範圍可在例如自約800 nm至約1000 nm之紅外頻帶內。輸入耦合器430可包括體積全像光柵、繞射光學元件（diffractive optical element；DOE）（例如，表面起伏光柵）、基板420之傾斜表面或折射耦合器（例如，楔狀物或稜鏡）。舉例而言，輸入耦合器430可包括反射式體積布拉格光柵或透射式體積布拉格光柵。對於可見光，輸入耦合器430可具有大於30%、50%、75%、90%或更高之耦合效率。耦合至基板420中之光可經由例如全內反射（total internal reflection；TIR）在基板420內傳播。基板420可呈一副眼鏡之透鏡的形式。基板420可具有平坦或彎曲表面，且可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、晶體或陶瓷。基板之厚度可在例如小於約1 mm至約10 mm或更大之範圍內。基板420對於可見光可為透明的。

基板420可包括或可耦合至複數個輸出耦合器440，該複數個輸出耦合器各自經組態以自基板420提取由基板420導引且在其內傳播的光之至少一部分，且將所提取光460引導至擴增實境系統400之使用者的眼睛490在擴增實境系統400在使用中時可位於的眼眶495。複數個輸出耦合器440可複製出射光瞳以增加眼眶495之大小，使得經顯示影像在較大區域中可見。與輸入耦合器430一樣，輸出耦合器440可包括光柵耦合器（例如體積全像光柵或表面起伏光柵）、其他繞射光學元件、稜鏡等。舉例而言，輸出耦合器440可包括反射體積布拉格光柵或透射體積布拉格光柵。輸出耦合器440可在不同部位處具有不同耦合（例如，繞射）效率。基板420亦可允許來自組合器415前方之環境的光450在損失極少或無損失之情況下穿過。輸出耦合器440亦可允許光450在損耗極少之情況下穿過。舉例而言，在一些實施中，輸出耦合器440可對於光450具有極低繞射效率，使得光450可在損耗極少之情況下折射或以其他方式穿過輸出耦合器440，且因此可具有高於所提取光460之強度。在一些實施中，輸出耦合器440可對於光450有高繞射效率，且可在損失極少之情況下在某些所要方向（亦即，繞射角）上繞射光450。因而，使用者可能夠檢視組合器415前方之環境與由投影器410投影之虛擬物件之影像的經組合影像。

圖 5說明包括波導510及光柵耦合器520之實例波導顯示器500中之顯示光540及外部光530的傳播。波導510可為具有大於自由空間折射率n ₁（例如1.0）之折射率n ₂的扁平或彎曲透明基板。光柵耦合器520可為例如佈雷格光柵或表面起伏光柵。

顯示光540可由例如圖4之輸入耦合器430或上文所描述之其他耦合器（例如稜鏡或傾斜表面）耦合至波導510中。顯示光540可經由例如全內反射在波導510內傳播。當顯示光540到達光柵耦合器520時，顯示光540可藉由光柵耦合器520繞射成例如0階繞射（亦即反射）光542及-1階繞射光544。0階繞射可在波導510內傳播，且可在不同部位處由波導510之底部表面朝向光柵耦合器520反射。-1階繞射光544可朝向使用者之眼睛耦合（例如折射）至波導510之外，此係因為在波導510之底部表面處可能歸因於繞射角而無法滿足全內反射條件。

外部光530亦可由光柵耦合器520繞射至例如0階繞射光532及-1階繞射光534中。0階繞射光532及-1階繞射光534兩者均可朝向使用者眼睛折射至波導510之外。因此，光柵耦合器520可充當用於將外部光530耦合至波導510中之輸入耦合器，且亦可充當用於將顯示光540耦合至波導510之外之輸出耦合器。因此，光柵耦合器520可充當用於組合外部光530與顯示光540之組合器。大體而言，用於外部光530之光柵耦合器520（例如表面起伏光柵耦合器）之繞射效率（亦即透射繞射）與用於顯示光540之光柵耦合器520之繞射效率（亦即反射繞射）可類似或相當。

為了在所需方向朝向使用者眼睛繞射光且為了達成某些繞射階之所需繞射效率，光柵耦合器520可包括諸如傾斜佈雷格光柵或表面起伏光柵之炫耀或傾斜光柵，其中光柵脊及光柵槽可相對於光柵耦合器520或波導510之表面法線傾斜。

圖 6說明根據某些具體實例之波導顯示器600中之傾斜光柵620之實例。傾斜光柵620可為輸入耦合器430、輸出耦合器440或光柵耦合器520之實例。波導顯示器600可包括諸如基板420或波導510之波導610上之傾斜光柵620。傾斜光柵620可充當用於將光耦合至波導610之中或之外的光柵耦合器。在一些具體實例中，傾斜光柵620可包括具有週期 p之一維週期性結構。舉例而言，傾斜光柵620可包括複數個脊622及在脊622之間的槽624。傾斜光柵620之每一週期可包括脊622及槽624，該槽可為填充有具有折射率n _g2之材料的氣隙或區。脊622之寬度 d與光柵週期 p之間的比率可稱為工作循環。傾斜光柵620可具有在例如約10%至約90%或更大之範圍內的工作循環。在一些具體實例中，工作循環可在週期間變化。在一些具體實例中，傾斜光柵之週期 p可在傾斜光柵620上之一個區域至另一區域間變化，或可在傾斜光柵620上之一個週期至另一週期間（亦即頻擾）變化。

脊622可由具有折射率n _g1之材料製成，該材料諸如為含矽材料（例如SiO ₂、Si ₃N ₄、SiC、SiO _xN _y或非晶矽）、有機材料（例如旋轉塗佈式碳（spin on carbon；SOC）或非晶碳層（amorphous carbon layer；ACL）或金剛石類碳（diamond like carbon；DLC））或無機金屬氧化物層（例如TiO _x、AlO _x、TaO _x、HfO _x等）。各脊622可包括具有傾斜角α的前邊緣630及具有傾斜角β的後邊緣640。在一些具體實例中，各脊622的前邊緣630及後邊緣640可彼此平行。換言之，傾斜角α大致等於傾斜角β。在一些具體實例中，傾斜角α可不同於傾斜角β。在一些具體實例中，傾斜角α可大致等於傾斜角β。舉例而言，傾斜角度α與傾斜角度β之間的差可小於20%、10%、5%、1%或更小。在一些具體實例中，傾斜角α及傾斜角β可在例如約30°或更小至約70°或更大之範圍內。

在一些實施中，脊622之間的槽624可外塗佈或填充有具有高於或低於脊622之材料之折射率的折射率n _g2的材料。舉例而言，在一些具體實例中，可使用諸如氧化鉿、二氧化鈦、氧化鉭、氧化鎢、氧化鋯、硫化鎵、氮化鎵、磷化鎵、矽之高折射率材料及高折射率聚合物來填充槽624。在一些具體實例中，可使用諸如氧化矽、氧化鋁、多孔二氧化矽或氟化低折射率單體（或聚合物）之低折射率材料來填充槽624。因此，脊之折射率與槽之折射率之間的差可大於0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。

人工實境系統之使用者體驗可視人工實境系統之若干光學特徵而定，該等光學特徵諸如為視場（field of view；FOV）、影像品質（例如解析度）、系統之眼框大小（以適應眼睛及/或頭部運動）、眼襯距、光學頻寬及所顯示影像之亮度。一般而言，FOV及眼框需要儘可能大，光學頻寬需要覆蓋可見頻帶，且所顯示影像之亮度需要足夠高（尤其對於光學透視AR系統而言）。

在基於波導之近眼顯示器中，顯示器之輸出區域可比近眼顯示器系統之眼眶大小大得多。可到達使用者眼睛之光之部分可視眼眶大小與顯示器之輸出區域之間的比率而定，該比率在一些情況下對於某一眼襯距及視場而言可小於10%。為了達成由使用者之眼睛感知到之所顯示影像之所需亮度，可能需要顯著地增加來自投影器或光源之顯示光，此可能會增加功率消耗且造成一些安全問題。

圖 7A說明基於波導之近眼顯示器之實例，其中用於所有視場之顯示光實質上均勻地自波導顯示器710之不同區輸出。近眼顯示器可包括投影器720及波導顯示器710。投影器720可類似於投影器410且可包括類似於光源或影像源412之光源或影像源及類似於投影器光學件414之投影器光學件。波導顯示器710可包括波導（例如基板）、一或多個輸入耦合器712及一或多個輸出耦合器714。輸入耦合器712可經組態以將來自不同視場（或視角）之顯示光耦合至波導中，且輸出耦合器714可經組態以將顯示光耦合至波導之外。輸入耦合器及輸出耦合器可包括例如傾斜表面起伏光柵或體積佈雷格光柵。在圖7中所示之實例中，除可經改變以調整耦合效率以獲得更均勻輸出光之參數以外，輸出耦合器714可在輸出耦合器之整個區中具有類似光柵參數。因此，顯示光可以如圖7A中所示之方式類似之方式在波導顯示器710之不同區處部分地耦合至波導之外，其中來自近眼顯示器之所有視場之顯示光可在波導顯示器710之任何給定區處部分地耦合至波導之外。

亦如圖7A中所示，近眼顯示器系統可具有處於特定眼眶位置790處且具有有限大小之眼眶且因此具有有限視場730。因此，並非所有耦合至波導顯示器710中之波導之外的光皆可到達處於眼眶位置790處之眼眶。舉例而言，來自波導顯示器710之顯示光732、734及736可能不會到達處於眼眶位置790處之眼眶，且因此可能不會被使用者之眼睛接收到，此可能會導致來自投影器720之光功率之顯著損失。

在某些具體實例中，用於基於波導之顯示器之光學耦合器（例如傾斜表面起伏光柵）可包括光柵耦合器，該光柵耦合器包括多個區（或多個多工光柵），其中光柵耦合器之不同區可具有不同角選擇性特徵（例如相長干擾條件）以用於入射顯示光以使得在基於波導之顯示器之任何區處，最終並未到達使用者之眼睛之繞射光可能受到抑制（亦即可能不會經光柵耦合器繞射以便耦合至波導之中或之外且因此可繼續在波導內傳播），而最終可到達使用者之眼睛之光可經光柵耦合器繞射且耦合至波導之中或之外。

圖 7B說明根據某些具體實例之基於波導之近眼顯示器之實例，其中顯示光可在波導顯示器740之不同區中在不同角度下耦合至該波導顯示器之外。波導顯示器740可包括波導（例如基板）、一或多個輸入耦合器742及一或多個輸出耦合器744。輸入耦合器742可經組態以將來自不同視場（或視角）之顯示光耦合至波導中，且輸出耦合器744可經組態以將顯示光耦合至波導之外。輸入耦合器及輸出耦合器可包括例如傾斜表面起伏光柵或其他類型之光柵或反射器。輸出耦合器可在輸出耦合器之不同區處具有不同光柵參數且因此具有不同角選擇性特徵。因此，在輸出耦合器之各區處，僅將朝向處於近眼顯示器之眼眶位置790處之眼眶在一定角範圍內傳播之顯示光可耦合至波導之外，而其他顯示光可能不會在該區處滿足角選擇性條件且因此可能不會耦合至波導之外。在一些具體實例中，輸入耦合器亦可在輸入耦合器之不同區處具有不同光柵參數且因此具有不同角選擇性特徵，且因此在輸入耦合器之各區處，僅來自各別視場之顯示光可耦合至波導之中。因此，耦合至波導之中且在波導中傳播之大部分顯示光可有效地傳送至眼眶，由此改良基於波導之近眼顯示器系統之功率效率。

傾斜表面起伏光柵之折射率調變及諸如光柵週期、傾斜角、工作循環、深度及其類似者之傾斜表面起伏光柵之其他參數可經組態以在一定繞射方向上在一定入射角範圍（例如FOV）及/或一定波長帶內（例如在由視場730展示之角範圍內）選擇性繞射入射光。舉例而言，當折射率調變較大（例如＞ 0.2）時，可在輸出耦合器處達成大角頻寬（例如＞ 10°）以為基於波導之近眼顯示器系統提供足夠大的眼眶。

圖 8A說明根據某些具體實例之具有可變蝕刻深度之傾斜光柵800之實例。傾斜光柵800可包括基板810（例如玻璃基板）及形成於基板810上之光柵層820（例如介電層或聚合物層）。複數個光柵槽822可經蝕刻或以其他方式形成（例如經壓印）於光柵層820中。光柵槽822可具有非均勻深度、寬度及/或間隔。因此，傾斜光柵800可具有可變光柵週期、深度及/或工作循環。

圖 8B說明根據某些具體實例之具有可變蝕刻深度及可變工作循環之傾斜光柵805之實例。在圖8B中所示之實例中，傾斜光柵805可經蝕刻於介電層830中，該介電層可具有例如在約1.46與約2.4之間的折射率。如所說明，傾斜光柵805可在不同區處具有不同蝕刻深度及工作循環。不同區處之光柵週期亦可不同。因此，傾斜光柵805之不同區可具有如上文關於例如圖7B所描述之不同所需繞射特徵。

可使用許多不同奈米製造技術製造具有在上文所描述之光柵之區域內變化之參數及組態（例如工作循環、深度或折射率調變）之表面起伏光柵及其他表面起伏光柵（例如用於眼動追蹤之光柵）。奈米製造技術大體上包括圖案化程序及後圖案化（例如外塗佈）程序。圖案化程序可用以形成傾斜光柵之傾斜脊或傾斜槽。可存在用於形成傾斜脊之許多不同奈米製造技術。舉例而言，在一些實施中，可使用包括傾斜蝕刻之微影技術來製造傾斜光柵。在一些實施中，傾斜光柵可使用奈米壓印微影（nanoimprint lithography；NIL）模製技術來製造，其中包括傾斜結構之主控模具可使用例如傾斜蝕刻技術來製造，且接著可用以模製傾斜光柵或不同代之奈米壓印用軟印模。後圖案化程序可用以外塗佈傾斜脊及/或用具有與傾斜脊不同的折射率之材料填充傾斜脊之間的間隙。後圖案化程序（例如外塗佈及平坦化）可與圖案化程序無關。因此，可在使用任何圖案化技術製造之傾斜光柵上使用相同的後圖案化程序。

圖 9A至 圖 9C說明根據某些具體實例之用於製造傾斜表面起伏光柵的簡化程序之實例。圖9A展示在諸如光微影程序之微影程序之後的結構900。結構900可包括可用作上文所描述的波導顯示器之波導的基板910，諸如玻璃或石英基板。結構900亦可包括一光柵材料層920，諸如Si ₃N ₄、SiO ₂、TiO _x、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、AlO _x、TaO _x、SiC、ZnSe、InGaAs、GaP或本文中所描述的任何其他光柵材料。基板910可具有折射率n _wg，且該光柵材料層920可具有折射率n _g1。在一些具體實例中，光柵材料層920可為基板910之一部分。具有所要圖案之遮罩層930可形成於光柵材料層920上。遮罩層930可包括例如光阻材料、金屬（例如，銅、鉻、鈦、鋁或鉬）、金屬間化合物（例如，MoSiON）或聚合物。遮罩層930可藉由例如光學投影或電子束微影程序、NIL程序或多射束干涉程序形成。

圖 9B展示在傾斜蝕刻程序之後的結構940，該傾斜蝕刻程序諸如為乾式蝕刻程序（例如，反應性離子蝕刻（RIE）、電感耦合電漿（inductively coupled plasma；ICP）、深度矽蝕刻（deep silicon etching；DSE）、離子束蝕刻（IBE）或IBE之變體）。傾斜蝕刻程序可包括一或多個子步驟。傾斜蝕刻可藉由例如旋轉結構900及藉由蝕刻射束基於所要傾斜角度蝕刻光柵材料層920而執行。在蝕刻之後，傾斜光柵950可經形成於光柵材料層920中。

圖 9C展示在去除遮罩層930之後的結構970。結構970可包括基板910、光柵材料層920及傾斜光柵950。傾斜光柵950可包括複數個脊952及槽954。諸如電漿或濕式蝕刻之技術可用以運用適當化學物質剝除遮罩層930。在一些實施中，遮罩層930可不被去除且可用作傾斜光柵之部分。

隨後，在一些實施中，後圖案化（例如，外塗佈）程序可經執行以運用具有高於或低於脊952之材料的折射率之材料外塗佈傾斜光柵950。舉例而言，如上文所描述，在一些具體實例中，諸如氧化鉿、二氧化鈦、氧化鎢、氧化鋯、硫化鎵、氮化鎵、磷化鎵、矽之高折射率材料及高折射率聚合物可用於外塗佈。在一些具體實例中，諸如氧化矽、氧化鋁、多孔二氧化矽或經氟化低折射率單體（或聚合物）之低折射率材料可用於外塗佈。因此，脊之折射率與槽之折射率之間的差可大於0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。

圖 10說明用於製造傾斜表面起伏結構之離子束蝕刻（IBE）系統1000的實例。離子束蝕刻為在表面起伏光柵製造中之一個程序啟用器。離子束蝕刻大體上使用高度準直及高度方向性離子束以自安裝在具有可調整旋轉角的旋轉載物台上之基板實體地研磨材料。

IBE系統1000可包括離子源產生器1010。離子源產生器1010可包括用於將諸如氬氣之惰性氣體接收至離子源產生器1010之腔室中的惰性氣體入口1020。電漿可經由RF電感耦合電漿（ICP）產生器1030在離子源產生器1010中產生，其中非常高能電子可經由與中性物之撞擊電離所注入惰性氣體（例如，Ar）之中性物。高密度電漿1022可藉由撞擊離子化在離子源產生器1010內產生。高密度電漿1022可被視為大量具有在電荷平衡中之正離子1024及負電子的中性物。

IBE系統1000亦可包括一或多個對準準直器網格以用於自形成於離子源產生器1010內之高密度電漿1022抽取準直離子束1062。對準準直器網格可以各種方式實施。舉例而言，如圖10中所展示，對準準直器網格可包括可接觸高密度電漿1022並控制其電位的提取網格1040，及可由可調整負高壓供應器驅動以用於加速所提取離子的加速網格1050。射束中和器1060可在對準準直器網格附近安置且可發射電子束至經準直離子束1062中以達成與經準直離子束1062相關聯的淨中性電荷通量以便防止正電荷堆積在待蝕刻之結構上。

高度方向性準直離子束1062可自待蝕刻之材料層1080實體地研磨材料，該材料層諸如為半導體晶圓、玻璃基板、Si ₃N ₄材料層、氧化鈦層、氧化鋁層等。材料層1080可由遮罩1082部分覆蓋，該遮罩可藉由例如光微影程序形成於材料層1080上。遮罩1082可包括例如光阻材料、金屬（例如，銅、鉻、鋁或鉬）、金屬間化合物（例如，MoSi ₂）或聚合物。在一些具體實例中，擋閘1090 （或葉片）可用以控制蝕刻時間及/或蝕刻區。材料層1080可安裝在可經旋轉以修改材料層1080相對於高度方向性準直離子束1062之角度的旋轉載物台1070上。修改材料層1080之角度的能力可允許在遮罩1082上創建具有最小濺鍍再沉積之經調適側壁輪廓。由於IBE機制為純物理性，因此蝕刻速率可能不會如所要的一般快。另外，高能離子可引起對材料層之化學計量損害並引入缺陷，且因此可導致經蝕刻傾斜結構之降級效能。

圖 11說明用於製造傾斜表面起伏結構的化學輔助離子束蝕刻（CAIBE）系統1100之實例。在化學輔助離子束蝕刻中，諸如反應氣體（例如，CF ₄、CHF ₃、N ₂、O ₂、SF ₆、Cl ₂、BCl ₃、HBr等）之反應性物質可獨立於離子束而引入程序中。因此，待蝕刻之材料層可經物理及化學兩種方式蝕刻。

如同IBE系統1000，CAIBE系統1100可包括離子源產生器1110。離子源產生器1110可類似於上文關於圖10所描述的離子源產生器1010。離子源產生器1110可包括用於將諸如氬氣之惰性氣體接收至離子源產生器1110之腔室中的惰性氣體入口1120。電漿可經由RF電感耦合電漿（ICP）產生器1130在離子源產生器1110中產生。高密度電漿1122可藉由撞擊離子化在離子源產生器1110內產生。一或多個對準準直器網格可用以自高密度電漿1122提取準直離子束1162。舉例而言，如圖11中所展示，對準準直器網格可包括可接觸高密度電漿1122並控制其電位的提取網格1140，及可由可調整負高壓供應器驅動以用於加速所提取離子的加速網格1150。射束中和器1160可在對準準直器網格附近安置且可發射電子束至經準直離子束1162中以達成與經準直離子束1162相關聯的淨中性電荷通量以便防止正電荷堆積在待蝕刻之結構上。

另外，反應氣體1166（例如，CF ₄、CHF ₃、N ₂、O ₂、SF ₆、Cl ₂、BCl ₃、HBr等）可使用氣體環1164而注入至待蝕刻之材料層1180上。大體而言，反應氣體1166可在接近於材料層1180之部位處注入。反應氣體及經準直離子束1162可到達材料層1180之未由遮罩1182覆蓋的區域，且以物理（如IBE中）及化學兩種方式蝕刻該未覆蓋之區域。舉例而言，玻璃基板可根據下式藉由反應氣體CF ₄化學蝕刻：

SiF ₄及CO ₂為可經容易地去除的揮發性材料。如同IBE系統1000，CAIBE系統1100可包括擋閘1190 （或葉片）以用於控制蝕刻時間及/或蝕刻區。材料層1180可安裝在可經旋轉以修改材料層1180相對於高度方向性準直離子束1162之角度的旋轉載物台1170上。對於某些材料，CAIBE系統可提供針對IBE系統之蝕刻異向性、濺鍍再沉積及蝕刻速率的額外控制。

圖 12說明用於製造傾斜表面起伏結構的反應性離子束蝕刻（RIBE）系統1200之實例。除反應氣體（例如，CF ₄、CHF ₃、N ₂、O ₂、SF ₆、Cl ₂、BCl ₃、HBr等）亦可注入至離子源產生器中以形成可以物理及化學兩種方式蝕刻待蝕刻之材料層的反應性離子束以外，反應性離子束蝕刻系統1200可類似於IBE系統1000。

RIBE系統1200可類似於IBE系統1000，且可包括離子源產生器1210以用於產生高密度電漿1222。離子源產生器1210可包括用於將反應氣體（例如，CF ₄、CHF ₃、N ₂、O ₂、SF ₆、Cl ₂、BCl ₃或HBr等）及在一些情況下惰性氣體（例如，氬氣、氦氣或氖氣）接收至離子源產生器1210之腔室中的氣體入口1220。高密度電漿1222可經由RF電感耦合電漿（ICP）產生器1230藉由撞擊離子化而在離子源產生器1210中產生。一或多個對準準直器網格可用以自高密度電漿1222提取經準直反應性離子束1262。舉例而言，如圖12中所展示，對準準直器網格可包括可接觸高密度電漿1222並控制其電位的提取網格1240，及可由可調整負高壓供應器驅動以用於加速所提取反應性離子的加速網格1250。射束中和器1260可在對準準直器網格附近安置且可發射電子束至經準直反應性離子束1262中以達成與經準直反應性離子束1262相關聯的淨中性電荷通量以便防止正電荷堆積在待蝕刻之結構上。

經準直反應性離子束1262可到達材料層1280之未由遮罩1282覆蓋的區域，且以物理及化學方式蝕刻該未覆蓋之區域。如同IBE系統1000及CAIBE系統1100，RIBE系統1200亦可包括擋閘1290 （或葉片）以用於控制蝕刻時間及/或蝕刻區。材料層1280可安裝在可經旋轉以修改材料層1280相對於高度方向性準直反應性離子束1262之角度的旋轉載物台1270上。對於某些材料，RIBE系統可提供針對IBE系統之蝕刻異向性、濺鍍再沉積及蝕刻速率的額外控制。

對於許多材料（例如，氮化矽、有機材料或無機金屬氧化物）及/或某些所要傾斜特徵（例如，具有實質上相等前邊緣及後邊緣之光柵脊），此等已知蝕刻程序（諸如IBE程序、RIBE程序及CAIBE程序）可不用於可靠地製造傾斜結構。一個原因在於此等程序可不提供反應物及/或程序參數之適當組合以用於蝕刻所要材料上之所要傾斜結構。根據某些具體實例，化學輔助反應性離子束蝕刻（CARIBE）程序可用以在各種材料上製造傾斜表面起伏結構。本文所揭示之CARIBE程序可藉由在離子源及氣體環中提供適當化學組分而提供對自由基及離子的更有效控制，且因此可實現對於需要較高化學組分量用於蝕刻之材料的改良之輪廓及遮罩選擇性，且亦可有助於增加蝕刻終止層餘量。使用CARIBE程序，傾斜結構之特徵可經更準確地製造於各種材料上，包括可需要較高數目之化學組分的材料。在一些具體實例中，本文中所描述的程序可用以在物件上製造光柵，當光反射、折射及/或繞射時，該光柵歸因於與光柵之相互作用及/或與光柵相互作用的光之間的干涉而控制光之性能。在一些具體實例中，光柵可經傾斜且物件可為光學元件，諸如用於波導顯示器之波導。

圖 13說明根據某些具體實例之用於製造傾斜表面起伏結構的化學輔助反應性離子束蝕刻（CARIBE）系統1300之實例。CARIBE系統1300可包括反應性離子源產生器1310。反應性離子源產生器1310可包括用於將反應氣體（例如，CF ₄、CHF ₃、N ₂、O ₂、SF ₆、H ₂、Cl ₂、BCl ₃、HBr等）及在一些情況下惰性氣體（例如，氬氣）接收至反應性離子源產生器1310之腔室中的氣體入口1320。高密度電漿1322可經由RF電感耦合電漿（ICP）產生器1330藉由撞擊離子化而在反應性離子源產生器1310中產生。一或多個對準準直器網格可用以自高密度電漿1322提取準直反應性離子束1362。舉例而言，如圖13中所展示，對準準直器網格可包括可接觸高密度電漿1322並控制其電位的提取網格1340，及可由可調整負高壓供應器驅動以用於加速所提取反應性離子的加速網格1350。射束中和器1360可在對準準直器網格附近安置且可發射電子束至經準直反應性離子束1362中以達成與經準直反應性離子束1362相關聯的淨中性電荷通量以便防止正電荷堆積在待蝕刻之結構上。

另外，CARIBE系統1300可包括用於在接近於材料層之部位處注入反應氣體1366（例如，CF ₄、NF ₃、CHF ₃、N ₂、O ₂、SF ₆、Cl ₂、BCl ₃、HBr等）至待蝕刻之材料層上的氣體環1364。經準直反應性離子束1362（或在中和之後的中性物1368）及反應氣體1366可到達材料層1380之未由遮罩1382覆蓋的區域，且可歸因於物理研磨及化學反應而以物理及化學方式蝕刻未覆蓋區域。舉例而言，Si ₃N ₄層可根據下式藉由反應氣體CF ₄化學蝕刻：

其中NF ₃、FCN _z及SiF ₄可為揮發性材料且可經相對容易地去除以在Si ₃N ₄層中形成傾斜結構。CARIBE程序中到達材料層1380的射束中之中性物與離子比可高於RIBE或CAIBE程序中之該比。

CARIBE系統1300可包括擋閘1390（或葉片）以用於控制蝕刻時間及/或蝕刻區。材料層1380可安裝在可經旋轉以修改材料層1380相對於高度方向性準直反應性離子束1362之角度的旋轉載物台1370上。結果，包括複數個槽1384及複數個脊1386之傾斜結構可形成於材料層1380中。與IBE、RIBE或CAIBE程序比較，脊1386之寬度及傾斜角度可經更精確地控制。

大體而言，用於半導體蝕刻之離子源產生器（諸如電感耦合電漿（ICP）腔室）可包括用石英製成之內部空腔層。當某些氣體（諸如氫氣）在離子源產生器中添加時，在腔室中產生的某些離子（諸如氫離子）可進入及/或與石英層反應並改變石英層之物理及/或化學性質，此可造成對石英層的損害。根據某些具體實例，離子源產生器中之石英層可由氧化物材料（諸如氧化鋁（Al ₂O ₃）或Y ₂O ₃）替換，以便在選擇蝕刻程序（諸如本文中所描述的基於氫或氫輔助離子束蝕刻）中使用。

圖 14說明根據某些具體實例之用於製造傾斜表面起伏結構的化學輔助反應性離子束蝕刻（CARIBE）系統1400之另一實例。CARIBE系統1400可包括諸如反應性離子源產生器之離子源產生器1410，其可類似於離子源產生器1010、1110、1210或1310。離子源產生器1410可包括用於將氣體（諸如H ₂、N ₂、NF ₃、NH ₃、CH ₄、CHF ₃、CF ₄、CH ₂F ₂、CH ₃F、C ₄F ₈、C ₄F ₆、C ₂F ₆、C ₂F ₈、SF ₆、CLF ₃、N ₂O、O ₂、SO ₂、COS、He、Cl ₂、HBr、BCl ₃或其類似者之某些組合）接收至離子源產生器1410之腔室中的惰性氣體入口1420。電漿可經由RF電感耦合電漿（ICP）產生器1430在離子源產生器1410中產生，其中極高能電子可經由與中性物之碰撞電離所注入惰性氣體之中性物（例如，含氫或基於氫之氣體物質，或含氮或基於氮之氣體物質）。高密度電漿1422可藉由撞擊離子化在離子源產生器1410內產生。高密度電漿1422可包括在電荷平衡中之正離子1424及負電子。

離子源產生器1410之內部空腔之表面層1412可包括一層氧化物材料，諸如氧化鋁（Al ₂O ₃）或氧化釔（Y ₂O ₃），使得腔室中所產生之氫離子不能進入或不能與表面層1412反應並且改變表面層1412之物理及/或化學性質。因此，表面層1412不會被空腔內部所產生之離子損壞。

CARIBE系統1400亦可包括一或多個對準準直器網格以用於自形成於離子源產生器1410內之高密度電漿1422抽取準直反應性離子束1462。對準準直器網格可以各種方式實施。舉例而言，如圖14中所展示，對準準直器網格可包括可控制高密度電漿1422之電位的提取網格1440，及可由可調整負（負或正）高壓供應器驅動以用於加速所提取離子的加速網格1450。射束中和器1460可視情況在對準準直器網格附近定位。射束中和器1460可發射電子束至經準直反應性離子束1462中以達成與經準直反應性離子束1462相關聯的淨中性電荷通量以便防止正電荷堆積在待蝕刻之結構上。

CARIBE系統1400可進一步包括用於在接近於材料層之部位處注入反應氣體1466（例如，CF ₄、NF ₃、SF ₆、CHF ₃、N ₂、O ₂、Cl ₂、HBr、BCl ₃等）至待蝕刻之材料層上的氣體環1464。經準直反應性離子束1462（及/或在中和之後的中性物1468）及反應氣體1466可到達材料層1480之未由遮罩1482覆蓋的區域，且可歸因於物理研磨及化學反應而以物理及化學方式蝕刻未覆蓋區域。CARIBE程序中到達材料層1480的射束中之中性物與離子比可高於RIBE或CAIBE程序中之該比。

CARIBE系統1400可包括擋閘1490（或葉片）以用於控制蝕刻時間及/或蝕刻區。材料層1480可安裝在可經旋轉以修改材料層1480相對於高度方向性準直反應性離子束1462之角度的旋轉載物台1470上。結果，包括複數個槽1484及複數個脊1486之傾斜結構可形成於材料層1480中。與IBE、RIBE或CAIBE程序比較，脊1486之寬度及傾斜角度可經更精確地控制。

圖 15A至 圖 15E說明使用硬蝕刻遮罩之傾斜蝕刻中之遮蔽效應。如上文所描述，為將顯示光及/或環境光選擇性地耦合至波導中及/或外並耦合至使用者之眼睛中、改良視場、增加亮度或功率效率、減小顯示器假影（例如，虹假影）及/或改良波導顯示器之其他效能，可需要具有光柵工作循環之大範圍（例如，約0.1至約0.9）、大傾斜角度（例如，大於30°、45°、60°或更大）、高深度（例如，大於100 nm，諸如200 nm、300 nm、400 nm、500 nm或更高）及用於可見光之次波長光柵週期（例如，小於約700 nm、600 nm、500 nm、400 nm、300 nm、200 nm或更小）的傾斜表面起伏光柵。亦如上文所描述，以高生產速度以高製造準確度及良率蝕刻此類傾斜結構可具有挑戰性。

圖 15A展示光柵材料層1510及安置於光柵材料層1510上之蝕刻遮罩層1520。如上文所描述，光柵材料層1510可包括例如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、晶體、SiN、SiC、陶瓷、TiO _x、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、ZnSe、InGaAs、GaN、GaP及其類似者。蝕刻遮罩層1520可包括例如光阻材料、金屬（例如，銅、鉻、鋁或鉬）、金屬間化合物（例如，MoSi ₂）、多晶矽或聚合物。可基於例如蝕刻配方、蝕刻選擇性及所要蝕刻深度選擇蝕刻遮罩層1520之材料及蝕刻遮罩層1520之厚度。舉例而言，為使用例如離子束或電漿蝕刻深表面起伏結構，離子之能量及劑量可需要較高且蝕刻時間可較長。因而，可需要厚蝕刻遮罩層，以便在長蝕刻時間週期內耐受高能量離子。

圖 15B展示蝕刻遮罩層1520可例如使用微影程序來圖案化以形成蝕刻遮罩1522。蝕刻遮罩1522之圖案可對應於所要傾斜表面起伏光柵之光柵脊的圖案，其中每一蝕刻遮罩1522可界定光柵脊之部位。在一些具體實例中，傾斜光柵可為二維光柵且因此蝕刻遮罩1522之圖案可包括二維蝕刻遮罩1522。

圖 15C展示為蝕刻一傾斜光柵，離子束1530可以相對於蝕刻遮罩層1520及光柵材料層1510之表面法線的大於0°的傾斜角度θ（例如，30°或更大）入射於蝕刻遮罩1522及光柵材料層1510。離子束1530可經產生並引導至蝕刻遮罩1522及光柵材料層1510，如上文關於例如圖10至圖14所描述。離子束1530之傾斜角度θ可與待蝕刻的傾斜光柵之傾斜角度相同。歸因於入射離子束1530之傾斜角度及蝕刻遮罩1522之厚度，大部分離子束1530可藉由蝕刻遮罩1522阻擋且可不到達光柵材料層1510。

圖 15D展示由於大部分離子束1530可藉由蝕刻遮罩1522阻擋，因此光柵材料層1510之藉由蝕刻遮罩1522遮蔽的區可不被蝕刻。因而，僅僅光柵材料層1510m之小部分可經蝕刻以形成光柵槽1512，其中每一光柵槽的寬度可為光柵週期之小部分。因此，蝕刻光柵可具有比蝕刻遮罩1522之工作循環大得多的工作循環。當離子束1530之傾斜角度θ增加及/或蝕刻遮罩1522之高度增加時，蝕刻遮罩1522之遮蔽效應可變得較大。舉例而言，具有較大傾斜角度θ之離子束可致使傾斜光柵之光柵脊之寬度及因此工作循環比蝕刻遮罩1522之線寬（或工作循環）大得多。

圖 15E展示當蝕刻遮罩之高度增加時蝕刻遮罩之遮蔽效應可變得較大。當使用具有大高度之蝕刻遮罩1524時，具有傾斜角度θ之離子束1530可全部藉由蝕刻遮罩1524阻擋，且光柵材料層1510可不藉由離子束1530蝕刻以在光柵材料層1510中形成表面起伏光柵。

如圖15A至圖15E中所展示，蝕刻遮罩層愈厚且傾斜角度愈大，遮蔽效應愈高且因此傾斜光柵之光柵脊寬度或工作循環的增加愈高。舉例而言，使用具有0.1之工作循環的厚蝕刻遮罩蝕刻的傾斜光柵之工作循環可為0.4或更大。在一些情況下（例如，當光柵週期較大時），減小蝕刻遮罩1522之橫向大小（例如，寬度）可有助於減小傾斜結構之工作循環。然而，如上文所描述，可限制可經可靠地製造的厚蝕刻遮罩層之最小特徵大小。因此，減小厚蝕刻遮罩之特徵大小可不足以達成低工作循環（或小光柵脊寬度）、大傾斜角度及/或高光柵深度。

根據某些具體實例，傾斜離子植入（例如，H ⁺離子植入）、植入區之氧化及化學蝕刻程序（例如，稀HF蝕刻）及/或乾式蝕刻程序（例如，使用諸如SF6之反應氣體）可用以在各種材料（包括可具有高折射率之材料）上更準確地製造具有所要尺寸之傾斜結構。離子植入可為用於將一或多個元素之離子引入至目標材料中的程序。在離子植入中，摻雜劑原子可經揮發、經離子化、經加速、藉由質荷比分隔開，並經引導於目標材料（諸如矽基板）處。摻雜劑原子可進入目標材料，與主體原子碰撞，損失能量，並在目標材料內之某一深度處停止移動。離子植入可造成晶體損害之級聯效應。平均穿透深度可由摻雜劑、基板材料、加速度能量及相對於基板及結晶軸的離子入射角判定（例如，取道效應可發生在離子沿著某些晶軸入射時）。離子植入能量可例如自約數十電子伏特（eV）至約數百或約數百萬電子伏特變化，從而產生具有例如約＜10 nm至約＞10 µm之平均深度的離子分佈。在一個實例中，具有約數十keV之H ⁺離子可用於H ⁺植入，而不造成損害（儘管植入深度可較淺）。每一離子可包括單一原子或分子，且目標中植入的離子之總數（劑量）為離子電流隨時間的積分。離子植入之劑量及深度分佈可經準確控制。在一些具體實例中，離子植入可在低溫下執行，且因此可使用光阻作為遮罩。其他材料亦可用於遮罩，諸如氧化物、聚Si、金屬等。在一些具體實例中，離子植入可在高溫下執行或繼之以高溫退火。

離子植入可改變目標材料之物理、化學、光學及/或電學性質。舉例而言，當離子成分與目標材料不同時，穿透至目標材料中的離子可更改目標材料之元素成分及/或電導率。為目標材料之部分的植入離子亦可改變目標材料之性質。舉例而言，將Si植入至SiC中可致使改變成填隙Si原子，以及自對晶體結構之級聯損害產生其他點缺陷（例如強迫C及/或Si原子離開位置）。當具有高能或速度之離子照射於目標材料上時，離子植入可致使目標材料中之化學及/或物理改變。舉例而言，目標材料之晶體結構可藉由高能碰撞及藉由撞擊產生之次級原子引起的級聯損害而改變或受損，其中藉由碰撞移位的原子可具有足夠能量以使其他原子離開位置而移位。取決於離子能量，級聯損害事件之數目可經極大地放大。舉例而言，處於100 eV之氮原子可僅僅造成約2個級聯損害事件，但處於1000 eV之氮原子可造成大於20個級聯損害事件。損害可直接促成光損失（例如，經由吸收或散射）。

離子植入或用於離子植入之離子束蝕刻裝備大體上包括用於產生所要元素之離子的離子源、用於靜電加速離子至高速（且因此高能）的加速器，及其中離子可照射於安裝於支撐結構上之目標上的目標腔室。在一些實施中，一些過濾可經執行以確保離子束之純度，諸如抑制前驅體材料內之同位素及雜質。支撐結構可線性地、旋轉或以二者方式移動，使得植入角度、區域、劑量及時間可藉由控制固持目標的支撐結構之移動而改變。支撐結構亦可控制目標之溫度，諸如冷卻或加熱目標。

圖 16A說明根據某些具體實例之可使用遮罩1620在上面形成傾斜結構的基板1610之實例。基板1610可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)（PMMA）、晶體、SiN、SiC、陶瓷、TiO _x、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、ZnSe、InGaAs、GaP、ZnS、GGG及其類似者。在一些具體實例中，基板1610中之介電材料（例如，層堆疊）之成分可經最佳化以實現基板1610中之足夠化學及/或物理改變。在一些具體實例中，基板1610可包括半導體材料，諸如Si。在一些具體實例中，基板1610可包括形成於基板上之材料層，諸如形成於Si或其他基板上的Si ₃N ₄或SiO ₂層。在一些具體實例中，基板1610可包括含矽材料（例如SiO ₂、Si ₃N ₄、SiC、SiO _xN _y或非晶矽）、有機材料（例如旋轉塗佈式碳（SOC）或非晶碳層（ACL）或金剛石類碳（DLC））或無機金屬氧化物層（例如TiO _x、AlO _x、TaO _x、HfO _x等）。遮罩1620可包括例如光阻材料、金屬（例如，銅、鉻、鋁或鉬）、金屬間化合物（例如，MoSi ₂）、多晶矽或聚合物。用於遮罩1620之材料及遮罩1620之厚度可基於待植入之離子而選擇。遮罩1620可足夠厚，使得離子可不穿透遮罩並到達遮罩下方之基板。大體而言，具有較低厚度之遮罩係所要的，以便例如減小藉由遮罩層引起的散射或不阻擋離子到達待植入之區域。較薄遮罩可用於較輕離子，諸如H ⁺離子。遮罩1620可包括對應於傾斜結構之所要橫截面形狀的圖案，且可藉由例如微影程序形成。

圖 16B說明根據某些具體實例之傾斜離子植入程序之實例。如圖16B中所展示，離子束1640可以某一角度照射於基板1610上。在一些具體實例中，此可藉由旋轉基板支撐結構至一所要角度而達成。基板1610上之遮罩1620可阻擋離子束1640中之離子的一部分使得離子之部分將不到達基板1610。在未被阻擋或藉由遮罩1620僅僅部分阻擋的區域中，離子可進入基板1610，與基板中之原子碰撞，損失能量，且最終停置在基板1610內之某一深度處。在一些實施中，反應性化學物質亦可歸因於在基板附近之氣體物質（例如，來自基板周圍之氣體環）或離子束內之其他離子、分子及/或自由基的引入而存在。在離子植入之後，可形成複數個植入區1630。植入區1630之深度可取決於穿透深度，其可由離子元素、基板材料及離子之能量及入射角而判定。在每一植入區1630中植入的離子之總量可取決於離子電流（通量）、離子能量及植入時間。

如上文所描述，離子植入可改變目標材料之物理、化學或電學性質。舉例而言，Si ₃N ₄材料層可使用例如稀釋氫氟酸（dHF）而不容易地蝕刻，其中蝕刻速率在室溫下可小於約20 Å/分鐘。當氫離子經植入至Si ₃N ₄材料層中時，該Si ₃N ₄材料層可根據下式而修改： Si ₃N ₄+ H ⁺

SiH _xN _y, 其中與Si ₃N ₄相比較，SiH _xN _y可藉由dHF相對容易地蝕刻。因此，氫離子植入可改變Si ₃N ₄材料層之蝕刻速率。使用dHF情況下,植入區可具有比沒有氫離子植入之區高得多的蝕刻速率。因此，可在選擇性離子植入之後達成Si ₃N ₄材料層之異向性蝕刻。在一些具體實例中，O ₂可被添加至Si ₃N ₄膜以形成Si _xO _yN _z材料。在一些具體實例中，氫離子可植入至SiC基板中。

圖 16C說明根據某些具體實例之在一或多個離子植入及濕式蝕刻程序之後形成於基板1610上的傾斜表面起伏結構1650之實例。如圖16C中所展示，在圖16B中展示的植入區1630可經蝕刻掉以在基板1610內形成傾斜槽。在一些具體實例中，退火可在離子植入之後執行以促進反應，及因此折射率修改及/或蝕刻速率調整。各種氣體（諸如還原性合成氣體、蒸汽退火、氧化性化學物質及其類似者）可用於退火環境中。該退火步驟可有助於處理受損晶體（次表面）中之缺陷中之一些。

在一些具體實例中，上述離子植入程序及濕式蝕刻程序（例如，使用dHF或其他蝕刻溶液）可經重複地執行以在基板層（例如，Si ₃N ₄材料層）中形成深傾斜結構。傾斜結構之深度可取決於每一離子植入程序之穿透深度。以此方式，具有高縱橫比之傾斜結構可在基板中製造。在一些具體實例中，深傾斜結構可經由同步或依序基於離子轟擊之修改及運用進料氣體混合物、離子源及提取參數之適當選擇去除經修改之層而達成。結構之深度可受例如蝕刻時間及一些其他參數控制。

在傾斜表面起伏結構1650形成於基板1610中之後，可去除遮罩1620。在一些具體實例中，如上文所描述，外塗佈層可形成於傾斜表面起伏結構1650上以運用具有不同於基板1610之折射率的折射率之材料填充傾斜槽。

在一些具體實例中，上文關於圖16B所描述之離子植入程序可用以改變目標材料之光學性質，諸如目標材料之實及/或複折射率。舉例而言，Si ₃N ₄目標層可具有在1.8與2.1之間的折射率（例如，1.98）。Si ₃N ₄目標層中之離子植入（例如，使用氧離子）可將Si ₃N ₄目標層之植入區改變成第二材料（例如，二氧化矽類材料）。第二材料可具有不同於目標材料之折射率。在一些具體實例中，第二材料之折射率可低於目標材料之折射率。舉例而言，第二材料（例如，SiO ₂類材料）之折射率可在1.3與1.6之間，諸如1.46。因此，相對高折射率變化可在目標內產生以形成佈雷格狀光柵。在一些具體實例中，取決於用於植入之離子，第二材料之折射率可高於目標材料之折射率。

圖 17展示在使用蝕刻遮罩1720及傾斜離子束1730蝕刻光柵材料層1710之後，一些離子1732可穿透至剩餘光柵材料層1710（諸如在光柵槽1712之表面附近的區）中。此等植入離子1732可改變光柵材料之某些物理及/或化學性質，此可取決於所植入離子之雜質類型、濃度、植入深度，及高溫退火是否經執行以激活所植入雜質。舉例而言，植入區之離子濃度及植入深度可取決於離子束的離子元素/分子/雙原子及離子能量以及光柵材料之性質。因此，光柵材料層的離子植入區可具有經修改之物理性質，諸如導電率、光損失、晶體相及結構、有效折射率、氧化率及蝕刻速率。局部材料性質之此等變化中之一些係不合需要的且可使傾斜光柵之效能顯著降級。舉例而言，歸因於植入離子之併入及結晶結構之改變（例如，損害），植入區之折射率可不同於光柵材料之其他區的折射率，且光柵材料歸因於自點及延伸結晶缺陷之吸收的光損失、自延伸結晶缺陷之散射及/或菲涅耳反射可增加。

根據某些具體實例，離子植入區（例如，包括氫離子、氧離子、氦離子或鋰離子）與光柵材料層之初始區之間的蝕刻選擇性及性質（例如，氧化率）之其他差異可用以藉由來自光柵材料層之離子植入區的後續高選擇性蝕刻而改良蝕刻深度及工作循環。此選擇性蝕刻可以若干方式達成，此取決於植入離子之類型及濃度及其對光柵材料層之植入區的影響。在一個實例中，離子可有意植入於光柵材料層中以造成光柵材料層中之相變（例如自結晶至非晶形），且接著後續蝕刻程序可適合於較佳地蝕刻非晶相區。

在另一實例中，某些類型之離子可以某一密度植入以相較於初始區增加受影響光柵材料區之氧化率或還原率。因此，相較於初始區，整個裝置之氧化或還原可致使離子植入區之快速選擇氧化。經氧化區可具有低吸收率及/或可形成鈍化歸因於晶體重建構或表面化學性質另外可存在於表面或次表面處之中能隙電子狀態的一層。氧化物之後續選擇性蝕刻接著可導致離子植入區之更多選擇性去除。離子植入區之蝕刻可在適當氣體化學物質中使用離子束蝕刻、調適濕式蝕刻程序、原子層蝕刻、其他電漿曝光（非IBE）及/或高溫退火而執行。本文所揭示之技術可達成所要光柵參數，諸如蝕刻深度、傾斜角度及工作循環，而同時藉由去除離子植入區減輕離子植入區之不合需要的性質。

圖 18A至 圖 18C說明用於蝕刻具有經改良光學品質之傾斜光柵的程序之實例。在圖18A中所說明之實例中，特定類型之離子1830可在離子束蝕刻程序（例如，如關於圖17所描述）或離子束植入程序（例如，如關於圖16所描述）期間，使用蝕刻遮罩1820有意以某一密度植入至光柵材料層1810中。植入至在經蝕刻光柵槽1812之表面附近的光柵材料層1810之區中之離子1830可相較於初始區增加植入區之氧化率。

圖 18B展示光柵材料層1810可在氧化環境（諸如以氧化劑填充之氧化腔室）中經氧化。相較於初始區，光柵材料層1810之氧化可致使離子植入區1814之快速及選擇氧化。相較於初始區，離子植入區1814可具有更高氧化物濃度。如上文所描述，經氧化區可具有低吸收率及/或可形成鈍化歸因於晶體重建構或表面化學性質可另外存在於表面或次表面處之中能隙電子狀態的一層。在一些具體實例中，光柵材料層1810可在還原性環境（諸如以還原化學物質填充之還原性腔室）中經還原。

圖 18C展示光柵材料層1810可使用可具有在氧化物與光柵材料之間的高蝕刻選擇性的某一乾式或濕式蝕刻程序而蝕刻，使得離子植入區1814可在光柵材料層1810之其他區上方被較佳地去除以形成較深光柵槽1816。離子植入區1814之蝕刻可使用例如離子束蝕刻、原子層蝕刻或調適濕式蝕刻程序來執行。圖18A至圖18C中描述之程序可經重複地執行，直至達成所要光柵深度為止。

如上文所描述，在一些應用中，傾斜結構跨越基板並不均勻可係需要的。舉例而言，一些光柵結構可適用於在某一波長範圍中及/或某一視場內之光。對於不同波長及/或不同視場內之光，可需要不同光柵結構。因此，在一些實施中，傾斜結構可包括在不同區域處之不同結構以便更有效地與在寬波長範圍中及在大視場內的光相互作用（例如，繞射）。舉例而言，傾斜結構可在基板上之不同區域中具有不同週期、不同傾斜角度、不同深度、不同工作循環、不同光柵形狀、不同折射率變體或其任何組合。上文所描述的技術可用以製作如下文詳細描述之此類傾斜結構。

圖 19說明根據某些具體實例之用於在基板1910中製造具有可變折射率之傾斜結構1930的程序之實例。如上文所描述，基板之折射率可藉由離子植入改變。折射率改變的量可取決於所使用之離子及離子植入之劑量。藉由使用離子束1940及遮罩1920（及/或擋閘）在基板1910（例如，Si ₃N ₄基板）之不同區處選擇性地應用離子植入（例如，改變離子之劑量），具有可變折射率之傾斜結構1930可形成於基板1910上。經植入至基板1910之區中的離子之劑量可藉由控制離子電流、離子能量、植入時間及/或離子束相對於晶體及基板平面之入射角而控制。在一些實施中，植入時間可藉由擋閘來控制或可藉由控制固持基板的基板支撐結構之移動速度來控制。舉例而言，如圖19中所展示，經植入至區1932中的離子（例如，氧離子）之劑量可高於經植入至區1934中的離子之劑量，且因此區1932可具有低於或高於區1934的折射率，其可由折射率對於離子類型及離子密度及其類似者的依賴性而判定。類似地，經植入至區1934中的離子之劑量可高於經植入至區1936中的離子之劑量，且因此區1934可具有低於或高於區1936的折射率，其可由折射率對於離子類型及離子密度及其類似者的依賴性而判定。因此，傾斜結構1930可在區1932、1934及1936處具有不同折射率及因此不同繞射效能（例如，繞射效率）。舉例而言，修改折射率可減小顯示光至周圍環境的洩漏，藉此改良隱秘、效率及使用者體驗並減小干擾。

圖 20說明根據某些具體實例之用於在基板2010中製造具有可變深度之傾斜結構的程序之實例。如上文所描述，傾斜結構之深度可取決於離子穿透深度，該離子穿透深度又可取決於離子元素、基板材料及離子能量。因此，藉由使用遮罩2020改變施加至基板2010之不同區的離子束2040中之離子的能量，離子植入區2030之穿透深度及因此厚度可如圖20中所展示而改變。因此，具有不同深度之光柵槽可在上文所描述的選擇性氧化及/或選擇性蝕刻之後形成於基板2010之離子植入區2030中。在一些實施中，離子能量可藉由改變離子植入裝備中之加速器之加速電壓或藉由改變離子束成分（例如，特定類型離子之相對百分比）而改變。

圖 21說明根據某些具體實例之用於使用蝕刻遮罩2120在基板2110中製造具有可變傾斜角度之傾斜結構的程序之實例。傾斜結構之傾斜角度可藉由改變離子束2140相對於基板2110之表面法線的角度而改變，使得離子植入區2130之傾斜角度可不同，如圖21中所展示。因此，具有不同深度之光柵槽可在上文所描述的選擇性氧化及/或選擇性蝕刻之後形成於基板2110之離子植入區2130中。在一些實施中，離子束2140相對於基板2110之表面法線的角度可藉由改變離子植入裝備中之基板支撐結構之旋轉角或藉由改變離子束之角度而改變。

上文關於圖19至圖21所描述之技術可個別地或以任何組合用以在基板中製造具有不同傾斜角度、深度、折射率及/或光柵輪廓的直線表面起伏結構或傾斜結構。舉例而言，在一些具體實例中，基板之不同區可運用具有不同能量之離子以不同角度植入以形成具有不同傾斜角度及深度的所植入區。歸因於基板與植入區之間的蝕刻速率差，具有不同傾斜角度及深度之傾斜表面起伏結構可形成於基板中。當外塗佈層係使用例如原子層沉積（ALD）形成於傾斜表面起伏結構上時，填充於表面起伏結構中之間隙中的外塗佈材料可具有橫越基板之不同傾斜角度及深度。植入後氧化及/或還原可改良外塗佈層及原子層沉積之黏著力，及/或可用作區域選擇性原子層沉積之遮罩，使得外塗佈層將避免覆蓋層（在光柵脊之頂部上的材料）。舉例而言，離子植入可垂直地或沿著光柵脊之傾斜角度執行，以在光柵脊之頂部表面處植入離子，且接著氧化程序可氧化光柵脊之頂部表面以形成一氧化物層，該氧化物層接著可用作ALD之遮罩層使得藉由ALD形成的外塗佈層可不形成於光柵脊之頂部表面上。在一些實施中，上述技術亦可用以修改外塗佈層之至少一些區的折射率。在一些實施中，上述技術亦可應用於外塗佈層以在外塗佈層中形成具有不同傾斜角度、深度或折射率的結構。舉例而言，本文所揭示之技術亦可用於選擇性蝕刻外塗佈層/ALD材料之頂部層，其中蝕刻之深度可藉由例如離子能量、劑量、類型及其類似者來控制。

圖 22為說明根據某些具體實例之製造表面起伏結構（例如，直線表面起伏光柵或傾斜表面起伏光柵）的方法之實例之簡化流程圖2200。流程圖2200中所描述之操作僅用於說明之目的且不意欲為限制性的。在各種實施中，可對流程圖2200進行修改以添加額外操作或省略一些操作。流程圖2200中所描述的操作可使用例如離子植入裝備及/或濕式蝕刻裝備來執行。

在區塊2210處，遮罩層可形成於光柵材料層上。光柵材料層可包括一或多種類型之介電材料，諸如玻璃、石英、塑膠、聚合物、PMMA、晶體或陶瓷。在一些具體實例中，光柵材料層可包括半導體材料，諸如Si。在一些具體實例中，光柵材料層可包括含矽材料（例如SiO ₂、Si ₃N ₄、SiC、SiO _xN _y或非晶矽）、有機材料（例如旋轉塗佈式碳（SOC）或非晶碳層（ACL）或金剛石類碳（DLC））、無機金屬氧化物層（例如TiO _x、AlO _x、TaO _x、HfO _x等）、玻璃、ZnS、GGG、LiNbO ₃及其類似者。遮罩層可包括例如光阻材料、金屬（例如，銅、鉻、鋁或鉬）、金屬間化合物（例如，MoSi ₂）、多晶矽或聚合物。用於遮罩層之材料及遮罩層之厚度可基於待植入之離子而選擇。舉例而言，較薄遮罩層可用於較輕離子，諸如H ⁺離子。遮罩層可足夠厚，使得離子可不穿透遮罩並到達遮罩下方之光柵材料層。遮罩層可包括對應於表面起伏結構之所要橫截面形狀的圖案，且可藉由例如微影程序形成。在一些具體實例中，遮罩層可包括可繞射入射離子束之狹縫。

在區塊2220處，光柵材料層可運用處於等於或大於0°之傾斜角度的一離子束來植入及/或蝕刻（使用遮罩層）。傾斜角度可相對於光柵材料層之表面法線而量測。在一些具體實例中，傾斜角度可大於30°、45°、50°、70°或更大。在一些實施中，傾斜角度可藉由使用例如可固持光柵材料層之可旋轉支撐結構相對於離子束旋轉光柵材料層而控制。光柵材料層上之遮罩層可阻擋離子束中之離子的一部分使得離子之該部分將不到達光柵材料層。在未被阻擋或僅僅由遮罩層部分阻擋區域中，離子可進入光柵材料層，與光柵材料層中之原子碰撞，並停置在光柵材料層內之某一深度處。在一些具體實例中，離子束可藉由遮罩層繞射。在離子植入之後，複數個植入區可形成於光柵材料層中。所植入區之深度可取決於穿透深度，其可取決於離子元素、基板材料、離子之能量、離子束之入射角及其類似者。在每一植入區中植入的離子之總量可取決於離子電流（通量）及植入時間。在一些具體實例中，離子束中之離子可包括氫離子、氧離子、氦離子、鋰離子或其組合。在一些具體實例中，在植入期間，光柵材料層可經旋轉以改變橫越表面起伏結構的複數個植入區之傾斜角度。在一些具體實例中，在植入期間，離子束中之離子的離子能量可經調整以改變橫越表面起伏結構之複數個植入區的深度。在一些具體實例中，在植入期間，不同量及/或類型之離子可藉由使用用於離子束之不同離子電流、不同植入時間或二者而植入至複數個植入區中之不同區中。如上文所描述，將離子植入至光柵材料層中可改變植入區之某些物理及化學性質，諸如將植入區自結晶相改變成非晶相，使得相較於光柵材料層之初始區，所植入區可具有不同折射率、蝕刻速率及/或氧化率。

在一些具體實例中，在區塊2225處，光柵材料層可例如在氧氣環境（或還原性環境）中在高溫下經氧化（或經還原）。離子植入可致使光柵材料層之離子植入區具有比光柵材料層之非植入區更高的氧化率。與未氧化（或未還原）區相比，經氧化（或經還原）區可在使用某些蝕刻技術（諸如一些濕式或乾式化學蝕刻程序或原子層蝕刻程序）情況下具有更高的蝕刻速率。在一些具體實例中，氧化程序及還原程序可在多重處理循環中交替地執行。

在區塊2230處，光柵材料層可經濕式蝕刻或乾式蝕刻以去除所植入區中之材料以形成表面起伏結構。如上文所描述，將離子植入至光柵材料層中及/或選擇性地氧化所植入區可改變所植入區之蝕刻速率。舉例而言，相對於未植入有氫離子的光柵材料層之區的蝕刻速率，將氫離子植入至Si ₃N ₄材料層中可使用稀HF顯著增加所植入區之蝕刻速率。因此，使用稀HF濕式蝕刻選擇性植入之光柵材料層可係高度非等向性，且可去除所植入區中之材料同時保持該等區中之未經離子植入的材料。在另一實例中，所植入區可具有氧化物之更高中心，且可更佳地藉由對氧化物具有高蝕刻速率的蝕刻程序來蝕刻。因此，可形成表面起伏結構。表面起伏結構之傾斜角度可對應於離子植入之傾斜角度，且表面起伏結構之深度可取決於如上文所描述的離子束中之離子的離子能量。

在區塊2240處，若到達表面起伏結構之所要深度，則程序可繼續進行在區塊2250處之操作。若尚未到達表面起伏結構之所要深度，則程序可繼續進行在區塊2220處之操作。舉例而言，在一些具體實例中，表面起伏結構之深度大於200 nm、500 nm、1 μm或2 μm可係需要的。因此，離子植入、氧化及乾式/濕式蝕刻程序之單一循環可歸因於例如用於植入之離子的可達成離子能量之限制性及/或可阻擋具有高離子能量之離子的遮罩層之厚度之限制性而不能夠達成所要深度。因此，在一些實施中，在區塊2220及區塊2230處的操作之多個循環可經執行以在每一循環中蝕刻光柵材料層之一部分，使得在離子植入及濕式蝕刻之多個循環之後可達成所要深度。在一些具體實例中，原子層蝕刻之多個循環可用以蝕刻光柵材料以形成表面起伏光柵。

在區塊2250處，遮罩層可經去除。如上文所描述，諸如電漿或濕式蝕刻之技術可用以運用適當化學物質剝除遮罩層。

視情況，在區塊2260處，具有表面起伏結構之光柵材料層可用具有不同於光柵材料層之折射率的折射率之材料塗佈。舉例而言，在一些具體實例中，諸如氧化鉿、二氧化鈦、氧化鎢、氧化鋯、硫化鎵、氮化鎵、磷化鎵、矽之高折射率材料及高折射率聚合物可用於塗佈表面起伏光柵及/或填充表面起伏結構中之間隙。。在一些具體實例中，諸如氧化矽、氟化鎂、多孔二氧化矽或氟化低折射率單體（或聚合物）之低折射率材料可用以塗佈表面起伏結構及/或填充表面起伏結構中之間隙。結果，表面起伏光柵可具有用於之次波長光柵週期（小於約700 nm、600 nm、500 nm、400 nm、300 nm、200 nm或更小）、大傾斜角度（例如，大於30°、45°、60°或更大）、高光柵深度（例如，大於100 nm，諸如200 nm、300 nm、400 nm、500 nm、1 μm或更高）、較小工作循環（例如，小於約40%、30%、20%或10%），及高折射率對比度（例如，大於約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0或更高）。

在一些具體實例中，本文所揭示之技術可用以在半導體磊晶層（例如，包括III-V半導體材料，諸如GaN、InGaN、GaP、InGaP、AlGaInP或組合）中形成在台面側壁表面附近具有低缺陷密度之微型LED台面結構，或處理藉由例如乾式蝕刻形成的微型LED台面結構之受損側壁表面。減小台面側壁表面附近之缺陷密度可減小經擴散至在台面側壁表面附近之區的所注入載流子之非輻射性再結合，藉此改良小微型LED（詳言之，具有小台面大小（例如，小於約10 μm、小於約5 μm、小於約3 μm，或小於約2 μm）的基於AlGaInP之發射紅光之微型LED）之內部量子效率（internal quantum efficiency；IQE）。

本發明之具體實例可包括一人工實境系統，或可與該人工實境系統一起實施。人工實境為在呈現給使用者之前已以某一方式調整之實境形式，其可包括例如虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、混合實境（MR）、混雜實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全產生之內容或與所捕捉之（例如，真實世界）內容組合的產生之內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，其中之任一者可在單一通道中或在多個通道中（諸如，對檢視者產生三維效應之立體視訊）呈現。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用以例如在人工實境中產生內容及/或另外用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括連接至主機電腦系統之頭戴式顯示器（HMD）、獨立式HMD、行動裝置或計算系統或能夠將人工實境內容提供至一或多個檢視者之任何其他硬體平台。

圖 23為用於實施本文中所揭示之實例中之一些的近眼顯示器（例如，HMD裝置）之實例的電子系統2300之簡化方塊圖。電子系統2300可用作上文所描述之HMD裝置或其他近眼顯示器的電子系統。在此實例中，電子系統2300可包括一或多個處理器2310及一記憶體2320。處理器2310可經組態以執行用於在數個組件處執行操作的指令，且可為例如適合實施於攜帶型電子裝置內的通用處理器或微處理器。處理器2310可與電子系統2300內之複數個組件通信耦接。為了實現此通信耦接，處理器2310可橫越匯流排2340與其他所說明之組件通信。匯流排2340可為適於在電子系統2300內轉移資料之任何子系統。匯流排2340可包括複數個電腦匯流排及額外電路系統以轉移資料。

記憶體2320可耦接至處理器2310。在一些具體實例中，記憶體2320可提供短期儲存及長期儲存兩者，且可分成若干單元。記憶體2320可為揮發性的，諸如靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）及/或動態隨機存取記憶體（DRAM），及/或為非揮發性的，諸如唯讀記憶體（read-only memory；ROM）、快閃記憶體及其類似者。此外，記憶體2320可包括可移式儲存裝置，諸如安全數位（secure digital；SD）卡。記憶體2320可提供電腦可讀指令、資料結構、程式模組及用於電子系統2300之其他資料的儲存。在一些具體實例中，記憶體2320可分佈至不同硬體模組中。指令集及/或程式碼可儲存於記憶體2320上。指令可呈可由電子系統2300執行的可執行程式碼之形式，及/或可呈源及/或可安裝程式碼之形式，該源及/或可安裝程式碼在於電子系統2300上編譯及/或安裝於該電子系統上（例如，使用多種一般可用編譯程序、安裝程式、壓縮/解壓縮公用程式等中之任一者）後，可呈可執行程式碼之形式。

在一些具體實例中，記憶體2320可儲存複數個應用程式模組2322至2324，該複數個應用程式模組可包括任何數目個應用程式。應用程式之實例可包括遊戲應用程式、會議應用程式、視訊播放應用程式或其他合適之應用程式。應用程式可包括深度感測功能或眼睛追蹤功能。應用程式模組2322至2324可包括待由處理器2310執行之特定指令。在一些具體實例中，應用程式模組2322至2324之某些應用程式或部分可藉由其他硬體模組2380執行。在某些具體實例中，記憶體2320可另外包括安全記憶體，該安全記憶體可包括額外安全控制以防止對安全資訊之複製或其他未授權存取。

在一些具體實例中，記憶體2320可包括其中裝載之作業系統2325。作業系統2325可操作以起始執行由應用程式模組2322至2324提供之指令及/或管理其他硬體模組2380，以及與可包括一或多個無線收發器之無線通信子系統2330介接。作業系統2325可適用於橫越電子系統2300之組件執行其他操作，包括執行緒處理、資源管理、資料儲存控制及其他類似功能性。

無線通信子系統2330可包括例如紅外線通信裝置、無線通信裝置及/或晶片組（諸如，Bluetooth®裝置、IEEE 802.11裝置、Wi-Fi裝置、WiMax裝置、蜂巢式通信設施等）及/或類似通信介面。電子系統2300可包括用於無線通信之一或多個天線2334，作為無線通信子系統2330之部分或作為耦合至該系統之任何部分的單獨組件。取決於所要功能性，無線通信子系統2330可包括分開的收發器以與基地收發器台以及其他無線裝置及存取點通信，其可包括與諸如無線廣域網路（wireless wide-area network；WWAN）、無線區域網路（wireless local area network；WLAN）或無線個人區域網路（wireless personal area network；WPAN）之不同資料網路及/或網路類型通信。WWAN可為例如WiMax（IEEE 802.16）網路。WLAN可為例如IEEE 802.11x網路。A WPAN可為例如藍芽網路、IEEE 802.15x或一些其他類型之網路。本文中所描述之技術亦可用於WWAN、WLAN及/或WPAN之任何組合。無線通信子系統2330可准許與網路、其他電腦系統及/或本文所描述之任何其他裝置交換資料。無線通信子系統2330可包括用於使用天線2334及無線鏈路2332傳輸或接收諸如HMD裝置之識別符、位置資料、地理地圖、熱圖、相片或視訊之資料的構件。無線通信子系統2330、處理器2310及記憶體2320可一起包含用於執行本文中所揭示之一些功能的構件中之一或多者的至少一部分。

電子系統2300之具體實例亦可包括一或多個感測器2390。感測器2390可包括例如影像感測器、加速度計、壓力感測器、溫度感測器、近接感測器、磁力計、陀螺儀、慣性感測器（例如，組合加速度計與陀螺儀之模組）、環境光感測器，或可操作以提供感測輸出及/或接收感測輸入之任何其他類似的模組，諸如深度感測器或位置感測器。舉例而言，在一些實施中，感測器2390可包括一或多個慣性量測單元（IMU）及/或一或多個位置感測器。IMU可基於自位置感測器中之一或多者接收到的量測信號來產生校準資料，該校準資料指示相對於HMD裝置之初始位置的HMD裝置之估計位置。位置感測器可響應於HMD裝置之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器之實例可包括但不限於一或多個加速計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU之誤差校正的一種類型之感測器，或其某一組合。該等位置感測器可位於IMU外部、IMU內部，或其之某一組合。至少一些感測器可使用結構化光圖案以用於感測。

電子系統2300可包括顯示模組2360。顯示模組2360可為近眼顯示器，且可按圖形方式將諸如影像、視訊及各種指令之資訊自電子系統2300呈現給使用者。此資訊可源自一或多個應用程式模組2322至2324、虛擬實境引擎2326、一或多個其他硬體模組2380、其組合，或用於為使用者解析圖形內容（例如，藉由作業系統2325）之任何其他合適的構件。顯示模組2360可使用液晶顯示器（LCD）技術、發光二極體（light emitting diode；LED）技術（包括例如OLED、ILED、μLED、AMOLED、TOLED等）、發光聚合物顯示器（light emitting polymer display；LPD）技術或某一其他顯示器技術。

電子系統2300可包括使用者輸入/輸出模組2370。使用者輸入/輸出模組2370可允許使用者將動作請求發送至電子系統2300。動作請求可為執行特定動作之請求。舉例而言，動作請求可為開始或結束應用程式或執行該應用程式內之特定動作。使用者輸入/輸出模組2370可包括一或多個輸入裝置。實例輸入裝置可包括觸控螢幕、觸控板、麥克風、按鈕、撥號盤、開關、鍵盤、滑鼠、遊戲控制器，或用於接收動作請求且將所接收之動作請求傳達至電子系統2300之任何其他合適的裝置。在一些具體實例中，使用者輸入/輸出模組2370可根據自電子系統2300接收到之指令將觸覺回饋提供至使用者。舉例而言，可在接收到動作請求或已執行動作請求時提供觸覺回饋。

電子系統2300可包括攝影機2350，該攝影機可用以拍攝使用者之相片或視訊，例如用於追蹤使用者之眼睛位置。攝影機2350亦可用於拍攝環境之相片或視訊，例如用於VR、AR或MR應用。攝影機2350可包括例如具有數百萬或數千萬個像素之互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS）影像感測器。在一些實施中，攝影機2350可包括可用以捕捉3D影像之兩個或多於兩個攝影機。

在一些具體實例中，電子系統2300可包括複數個其他硬體模組2380。其他硬體模組2380中之每一者可為電子系統2300內之實體模組。雖然其他硬體模組2380中之每一者可永久地經組態為結構，但其他硬體模組2380中之一些可暫時經組態以執行特定功能或暫時被啟動。其他硬體模組2380之實例可包括例如音訊輸出及/或輸入模組（例如，麥克風或揚聲器）、近場通信（near field communication；NFC）模組、可再充電電池、電池管理系統、有線/無線電池充電系統等。在一些具體實例中，可用軟體實施其他硬體模組2380之一或多個功能。

在一些具體實例中，電子系統2300之記憶體2320亦可儲存虛擬實境引擎2326。虛擬實境引擎2326可執行電子系統2300內之應用程式，且自各種感測器接收HMD裝置之位置資訊、加速資訊、速度資訊、所預測之未來位置或其某一組合。在一些具體實例中，由虛擬實境引擎2326接收之資訊可用於為顯示模組2360產生信號（例如，顯示指令）。舉例而言，若所接收之資訊指示使用者已看向左側，則虛擬實境引擎2326可為HMD裝置產生反映使用者在虛擬環境中之移動的內容。另外，虛擬實境引擎2326可回應於自使用者輸入/輸出模組2370接收到之動作請求而執行應用程式內之動作，並將回饋提供至使用者。所提供回饋可為視覺回饋、聽覺回饋或觸覺回饋。在一些實施中，處理器2310可包括可執行虛擬實境引擎2326之一或多個GPU。

在各種實施中，上文所描述之硬體及模組可實施於可使用有線或無線連接彼此通信之單一裝置或多個裝置上。舉例而言，在一些實施中，諸如GPU、虛擬實境引擎2326及應用程式（例如，追蹤應用程式）之一些組件或模組可實施於控制台上，該控制台與頭戴式顯示器裝置分開。在一些實施中，一個控制台可連接至或支援多於一個HMD。

在替代組態中，不同及/或額外組件可包括於電子系統2300中。類似地，該等組件中之一或多者的功能性可以不同於上文所描述之方式的方式分佈於該等組件當中。舉例而言，在一些具體實例中，電子系統2300可經修改以包括其他系統環境，諸如AR系統環境及/或MR環境。

上文所論述之方法、系統及裝置為實例。在適當時各種具體實例可省略、取代或添加各種程序或組件。舉例而言，在替代組態中，可按不同於所描述次序之次序來執行所描述之方法，及/或可添加、省略及/或組合各種階段。同樣，在各種其他具體實例中可組合關於某些具體實例所描述之特徵。可以類似方式組合具體實例之不同態樣及元件。並且，技術發展，且因此許多元件為實例，該等實例並不將本發明之範疇限制於彼等特定實例。

在本說明書中給出特定細節以提供對具體實例的徹底理解。然而，可在沒有此等特定細節之情況下實踐具體實例。舉例而言，已在無不必要細節的情況下展示熟知的電路、程序、系統、結構及技術，以便避免混淆具體實例。本說明書僅提供例示性具體實例，且並不意欲限制本發明之範圍、適用性或組態。實情為，具體實例之先前描述將為所屬技術領域中具有通常知識者提供用於實施各種具體實例之啟發性描述。可在不脫離本發明之精神及範圍的情況下對元件之功能及配置進行各種改變。

並且，將一些具體實例描述為描繪為流程圖或方塊圖之程序。儘管每一流程圖可將操作描述為依序程序，但許多操作可並行地或同時加以執行。另外，可重新配置操作之次序。程序可具有未包括於圖式中之額外步驟。此外，可由硬體、軟體、韌體、中間軟體、微碼、硬件描述語言或其任何組合實施方法之具體實例。當實施於軟體、韌體、中間軟體或微碼中時，用以執行相關聯任務之程式碼或碼段可儲存於諸如儲存媒體之電腦可讀媒體中。處理器可進行相關聯任務。

所屬領域中具有通常知識者將顯而易見，可根據特定要求作出實質變化。舉例而言，亦可使用定製或專用硬體，及/或特定元件可以硬體、軟體（包括攜帶型軟體，諸如，小程式等）或兩者實施。此外，可採用至其他計算裝置（諸如，網路輸入/輸出裝置）之連接。

參考附圖，可包括記憶體之組件可包括非暫時性機器可讀媒體。如本文中所使用，術語「機器可讀媒體」及「電腦可讀媒體」指代參與提供致使機器以特定方式操作之資料的任何儲存媒體。在上文所提供之具體實例中，各種機器可讀媒體可能涉及將指令/程式碼提供至處理單元及/或其他裝置以供執行。另外或可替代地，機器可讀媒體可用以儲存及/或載運此等指令/程式碼。在許多實施中，電腦可讀媒體為實體及/或有形儲存媒體。此媒體可呈許多形式，包括但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。電腦可讀媒體之常見形式包括例如磁性及/或光學媒體，諸如緊密光碟（compact disk；CD）或數位化通用光碟（digital versatile disk；DVD）；打孔卡；紙帶；具有孔圖案之任何其他實體媒體；RAM；可程式化唯讀記憶體（programmable read-only memory；PROM）；可抹除可程式化唯讀記憶體（erasable programmable read-only memory；EPROM）；FLASH-EPROM；任何其他記憶體晶片或卡匣；如下文中所描述之載波；或可供電腦讀取指令及/或程式碼之任何其他媒體。電腦程式產品可包括程式碼及/或機器可執行指令，該等程式碼及/或機器可執行指令可表示程序、函式、子程式、程式、常式、應用程式（App）、次常式、模組、套裝軟體、類別，或指令、資料結構或程式陳述之任何組合。

所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，可使用多種不同技術及技藝中的任一者來表示用以傳達本文中所描述之訊息的資訊及信號。舉例而言，可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合表示遍及以上描述可能參考的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及碼片。

如本文所使用，術語「及」及「或」可包括多種含義，該等含義亦預期至少部分地取決於使用此等術語之上下文。典型地，「或」若用以關聯一個清單（諸如，A、B或C），則意欲意謂A、B及C（此處以包括性意義使用），以及A、B或C（此處以排它性意義使用）。此外，如本文中所使用之術語「一或多個」可用於以單數形式描述任何特徵、結構或特性，或可用以描述特徵、結構或特性之某一組合。然而，應注意，此僅為一說明性實例且所主張之主題不限於此實例。此外，術語「中之至少一者」若用於關聯諸如A、B或C之清單，則其可解釋為意謂A、B、C或A、B及/或C之組合，諸如AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、ACC、AABBCCC或其類似者。

另外，雖然已使用硬體與軟體之特定組合描述了某些具體實例，但應認識到，硬體與軟體之其他組合亦係可能的。可僅在硬體中或僅在軟體中或使用其組合來實施某些具體實例。在一個實例中，可藉由電腦程式產品來實施軟體，該電腦程式產品含有電腦程式碼或指令，該等電腦程式碼或指令可由一或多個處理器執行以用於執行本發明中所描述之步驟、操作或程序中之任一者或全部，其中電腦程式可儲存於非暫時性電腦可讀媒體上。本文所描述之各種程序可以任何組合實施於相同處理器或不同處理器上。

在裝置、系統、組件或模組經描述為經組態以執行某些操作或功能之情況下，可例如藉由設計電子電路以執行操作、藉由程式化可程式化電子電路（諸如，微處理器）以執行操作（諸如，藉由執行電腦指令或程式碼，或經程式化以執行儲存於非暫時性記憶體媒體上之程式碼或指令的處理器或核心）或其任何組合而實現此組態。處理程序可使用多種技術進行通信，包括但不限於用於處理程序間通信之習知技術，且不同對處理程序可使用不同技術，或同一對處理程序可在不同時間使用不同技術。

因此，應在說明性意義上而非限制性意義上看待說明書及圖式。然而，將顯而易見，可在不脫離如申請專利範圍中所闡述的更廣泛精神及範圍之情況下對本發明進行添加、減去、刪除以及其他修改及改變。因此，儘管已描述了特定具體實例，但此等具體實例並不意欲為限制性的。各種修改及等效者係在以下申請專利範圍之範圍內。

圖1 100:人工實境系統環境 110:控制台 112:應用程式商店 114:耳機追蹤模組 116:人工實境引擎 118:眼睛追蹤模組 120:近眼顯示器 122:顯示電子件 124:顯示光學件 126:定位器 128:位置感測器 130:眼動追蹤單元 132:慣性量測單元（IMU） 140:輸入/輸出介面 150:外部成像裝置 圖2 200:HMD裝置 220:本體 223:底側 225:前側 227:左側 230:頭部綁帶 圖3 300:近眼顯示器 305:框架 310:顯示器 330:照明器 340:高解析度攝影機 350a:感測器 350b:感測器 350c:感測器 350d:感測器 350e:感測器 圖4 400:擴增實境系統 410:投影器 412:影像源 414:投影器光學件 415:組合器 420:基板 430:輸入耦合器 440:輸出耦合器 450:光 460:所提取光 490:眼睛 495:眼眶 圖5 500:波導顯示器 510:波導 520:光柵耦合器 530:外部光 532:0階繞射光 534:-1階繞射光 540:顯示光 542:0階繞射光 544:-1階繞射光 圖6 600:波導顯示器 610:波導 620:傾斜光柵 622:脊 624:槽 630:前邊緣 640:後邊緣 圖7A-7B 710:波導顯示器 712:輸入耦合器 714:輸出耦合器 720:投影器 730:視場 732:顯示光 734:顯示光 736:顯示光 740:波導顯示器 742:輸入耦合器 744:輸出耦合器 790:眼眶位置 圖8A-8B 800:傾斜光柵 805:傾斜光柵 810:基板 820:光柵層 822:光柵槽 830:介電層 圖9A-9C 900:結構 910:基板 920:光柵材料層 930:遮罩層 940:結構 950:傾斜光柵 952:脊 954:槽 970:結構 圖10 1000:離子束蝕刻（IBE）系統 1010:離子源產生器 1020:惰性氣體入口 1022:高密度電漿 1024:正離子 1030:RF電感耦合電漿（ICP）產生器 1040:提取網格 1050:加速網格 1060:射束中和器 1062:經準直離子束 1070:旋轉載物台 1080:材料層 1082:遮罩 1090:擋閘 圖11 1100:化學輔助離子束蝕刻（CAIBE）系統 1110:離子源產生器 1120:惰性氣體入口 1122:高密度電漿 1130:RF電感耦合電漿（ICP）產生器 1140:提取網格 1150:加速網格 1160:射束中和器 1162:經準直離子束 1164:氣體環 1166:反應氣體 1170:旋轉載物台 1180:材料層 1182:遮罩 1190:擋閘 圖12 1200:反應性離子束蝕刻（RIBE）系統 1210:離子源產生器 1220:氣體入口 1222:高密度電漿 1230:RF電感耦合電漿（ICP）產生器 1240:提取網格 1250:加速網格 1260:射束中和器 1262:經準直反應性離子束 1270:旋轉載物台 1280:材料層 1282:遮罩 1290:擋閘 圖13 1300:化學輔助反應性離子束蝕刻（CARIBE）系統 1310:反應性離子源產生器 1320:氣體入口 1322:高密度電漿 1330:RF電感耦合電漿（ICP）產生器 1340:提取網格 1350:加速網格 1360:射束中和器 1362:經準直反應性離子束 1364:氣體環 1366:反應氣體 1368:中性物 1370:旋轉載物台 1380:材料層 1382:遮罩 1384:槽 1386:脊 1390:擋閘 圖14 1400:化學輔助反應性離子束蝕刻（CARIBE）系統 1410:離子源產生器 1412:表面層 1420:惰性氣體入口 1422:高密度電漿 1424:正離子 1430:RF電感耦合電漿（ICP）產生器 1440:提取網格 1450:加速網格 1460:射束中和器 1462:經準直反應性離子束 1464:氣體環 1466:反應氣體 1468:中性物 1470:旋轉載物台 1480:材料層 1482:遮罩 1484:槽 1486:脊 1490:擋閘 圖15A-15E 1510:光柵材料層 1512:光柵槽 1520:蝕刻遮罩層 1522:蝕刻遮罩 1524:蝕刻遮罩 1530:離子束 圖16A-16C 1610:基板 1620:遮罩 1630:植入區 1640:離子束 1650:傾斜表面起伏結構 圖17 1710:光柵材料層 1712:光柵槽 1720:蝕刻遮罩 1730:傾斜離子束 1732:植入離子 圖18A-18C 1810:光柵材料層 1812:經蝕刻光柵槽 1814:離子植入區 1816:較深光柵槽 1820:蝕刻遮罩 1830:離子 圖19 1910:基板 1920:遮罩 1930:傾斜結構 1932:區 1934:區 1936:區 1940:離子束 圖20 2010:基板 2020:遮罩 2030:離子植入區 2040:離子束 圖21 2110:基板 2120:蝕刻遮罩 2130:離子植入區 2140:離子束 圖22 2200:流程圖 2210:區塊 2220:區塊 2225:區塊 2230:區塊 2240:區塊 2250:區塊 2260:區塊 圖23 2300:電子系統 2310:處理器 2320:記憶體 2322:應用程式模組 2324:應用程式模組 2325:作業系統 2326:虛擬實境引擎 2330:無線通信子系統 2332:無線鏈路 2334:天線 2340:匯流排 2350:攝影機 2360:顯示模組 2370:使用者輸入/輸出模組 2380:硬體模組 2390:感測器

在下文參考以下諸圖詳細描述說明性具體實例。

[圖1]為根據某些具體實例之包括近眼顯示器之人工實境系統環境之實例的簡化方塊圖。

[圖2]為呈用於實施本文中所揭示之一些實例的頭戴式顯示器（HMD）裝置之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。

[圖3]為呈用於實施本文中所揭示之一些實例的一副眼鏡之形式的近眼顯示器之實例的透視圖。

[圖4]說明根據某些具體實例的包括波導顯示器之光學透視擴增實境系統之實例。

[圖5]說明波導顯示器之實例中顯示光及外部光傳播之實例。

[圖6]說明根據某些具體實例之波導顯示器中之傾斜光柵耦合器之實例。

[圖7A]說明基於波導之近眼顯示器之實例，其中用於所有視場之顯示光實質上均勻地自波導顯示器之不同區輸出。

[圖7B]說明根據某些具體實例之基於波導之近眼顯示器之實例，其中顯示光可在波導顯示器之不同區中在不同角度下耦合至波導顯示器之外。

[圖8A]說明根據某些具體實例之具有可變蝕刻深度之傾斜表面起伏光柵之實例。

[圖8B]說明根據某些具體實例之具有可變蝕刻深度及可變工作循環之傾斜表面起伏光柵之實例。

[圖9A]至[圖9C]說明根據某些具體實例之用於製造傾斜表面起伏結構的程序之實例。

[圖10]說明用於製造傾斜表面起伏結構之離子束蝕刻系統的實例。

[圖11]說明用於製造傾斜表面起伏結構的化學輔助離子束蝕刻（chemically assisted ion beam etching；CAIBE）系統之實例。

[圖12]說明用於製造傾斜表面起伏結構的反應性離子束蝕刻（reactive ion beam etching；RIBE）系統之實例。

[圖13]說明根據某些具體實例之用於製造傾斜表面起伏結構的化學輔助反應性離子束蝕刻（chemically assisted reactive ion beam etching；CARIBE）系統之實例。

[圖14]說明根據某些具體實例之用於製造傾斜表面起伏結構的CARIBE系統之另一實例。

[圖15A]至[圖15E]說明使用硬蝕刻遮罩之傾斜蝕刻中之遮蔽效應。

[圖16A]說明根據某些具體實例之其中可使用遮罩形成傾斜結構的基板之實例。

[圖16B]說明根據某些具體實例之傾斜離子植入程序之實例。

[圖16C]說明根據某些具體實例之在離子植入及蝕刻程序之後在基板中形成的傾斜表面起伏結構之實例。

[圖17]展示在離子蝕刻程序之後植入至光柵材料層中的離子。

[圖18A]至[圖18C]展示蝕刻具有經改良光學品質之傾斜光柵的程序之實例。

[圖19]說明根據某些具體實例之用於在基板中製造具有可變折射率之傾斜結構的程序之實例。

[圖20]說明根據某些具體實例之用於在基板中製造具有可變深度之傾斜結構的程序之實例。

[圖21]說明根據某些具體實例之用於在基板中製造具有可變傾斜角度之傾斜結構的實例程序。

[圖22]為說明根據某些具體實例之製造傾斜結構之實例方法的簡化流程圖。

[圖23]為用於實施本文所揭示之實例中之一些的近眼顯示器之實例的電子系統之簡化方塊圖。

該等圖僅出於說明的目的描繪本發明之具體實例。熟習此項技術者將易於自以下描述認識到，在不脫離本發明之原理或稱讚之益處之情況下，可採用說明的結構及方法之替代性具體實例。

在附圖中，類似組件及/或特徵可具有相同參考標記。另外，可藉由在參考標之後使用短劃線及在類似組件當中進行區分之第二標記來區分相同類型之各種組件。若在說明書中僅使用第一參考標記，則描述適用於具有相同第一參考標記而與第二參考標記無關的類似組件中之任一者。

100:人工實境系統環境

110:控制台

112:應用程式商店

114:耳機追蹤模組

116:人工實境引擎

118:眼睛追蹤模組

120:近眼顯示器

122:顯示電子件

124:顯示光學件

126:定位器

128:位置感測器

130:眼動追蹤單元

132:慣性量測單元(IMU)

140:輸入/輸出介面

150:外部成像裝置

Claims (20)

1. 一種在材料層中製造表面起伏結構的方法，該方法包含： 在該材料層上形成遮罩層； 使用該遮罩層及處於等於或大於0°之傾斜角度的離子束將離子植入至該材料層之複數個區中，其中該傾斜角度係相對於該材料層之表面法線方向而量測，且其中將該等離子植入至該材料層之該複數個區中增加該材料層之該複數個區的氧化率或還原率； 選擇性地氧化或還原包括所植入離子的該材料層之該複數個區；及 選擇性地蝕刻該材料層之該複數個區中的經氧化或經還原材料以在該材料層中形成該表面起伏結構並減小藉由將該等離子植入至該材料層之該複數個區中所引起的該表面起伏結構之光損失。
2. 如請求項1之方法，其進一步包含重複地執行該植入、該選擇性氧化，及該選擇性蝕刻直至到達該表面起伏結構之預定深度為止。
3. 如請求項2之方法，其中該表面起伏結構之該預定深度大於200 nm。
4. 如請求項3之方法，其中該表面起伏結構之該預定深度大於500 nm。
5. 如請求項1之方法，其進一步包含使用該離子束蝕刻該材料層，同時使用該離子束將該等離子植入至該材料層之該複數個區中。
6. 如請求項1之方法，其中該傾斜角度大於30°。
7. 如請求項1之方法，其中選擇性地氧化或還原包括植入離子之該材料層之該複數個區包含交替地執行氧化及還原。
8. 如請求項1之方法，其中將該等離子植入至該材料層之該複數個區中包含使用該離子束蝕刻該材料層。
9. 如請求項1之方法，其中選擇性地蝕刻該材料層之該複數個區中的該等經氧化或經還原材料包括乾式蝕刻或濕式蝕刻程序，該乾式蝕刻或濕式蝕刻程序中對於該材料層之該複數個區中的該等氧化物材料的蝕刻速率高於對於該材料層之其他區中之材料的蝕刻速率。
10. 如請求項1之方法，其中將該等離子植入至該材料層之該複數個區中包含在該植入期間旋轉該材料層或該離子束以改變該離子束相對於該材料層之該複數個區的該傾斜角度。
11. 如請求項1之方法，其中將該等離子植入至該材料層之該複數個區中包含在該植入期間改變該等離子之能量以改變該材料層之該複數個區中的植入深度。
12. 如請求項1之方法，其中將該等離子植入至該材料層之該複數個區中包含使用用於該離子束之不同離子電流、不同植入時間或二者將不同量之離子植入至該複數個區中之不同區中。
13. 如請求項1之方法，其中該等離子包含氫離子、氧離子、氦離子、鋰離子或其組合。
14. 如請求項1之方法，其中該材料層包含SiN、SiC、TiO ₂、Al ₂O ₃、SiO _xN _y、LiNbO ₃、HfO _x、TiSiO _x、TaO _x、ZnSe、InGaAs、GaN、GaP、ZnS、釓鎵石榴石、旋轉塗佈碳、非晶碳或金剛石類碳。
15. 如請求項1之方法，其進一步包含： 去除該遮罩層；及 在該材料層中之該表面起伏結構上形成外塗佈層。
16. 如請求項15之方法，其中形成該外塗佈層包含： 在該表面起伏結構之頂部表面處植入離子； 氧化該表面起伏結構以在該表面起伏結構之該等頂部表面處形成沉積遮罩層；及 使用原子層沉積及該沉積遮罩層在該表面起伏結構之槽中沉積該外塗佈層。
17. 如請求項1之方法，其中將該等離子植入至該材料層之該複數個區中致使該材料層之該複數個區的相改變成非晶相。
18. 如請求項1之方法，其中該表面起伏結構包括藉由小於1 μm之光柵週期及小於30%之工作循環表徵的傾斜表面起伏光柵。
19. 如請求項1之方法，其中該表面起伏結構包括藉由光柵脊之小於100 nm之寬度表徵的傾斜表面起伏光柵。
20. 如請求項1之方法，其中該遮罩層包括光阻、金屬、金屬間化合物、多晶矽或聚合物。

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