TWI708082B - 使用離子束源進行的光學元件製造方法 - Google Patents

使用離子束源進行的光學元件製造方法 Download PDF

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Abstract

本揭示內容的態樣係關於用於製造波導器的裝置。在一個實例中，利用成角度的離子源來朝向基板投射離子以形成包括成角度的光柵的波導器。在另一個實例中，利用成角度的電子束源來朝向基板投射電子以形成包括成角度的光柵的波導器。本揭示內容的另外的態樣提供了用於利用成角度的離子束源及成角度的電子束源來在波導器上形成成角度的光柵的方法。

Description

使用離子束源進行的光學元件製造方法
本揭示內容的實施例大體係關於用於光學元件製造的裝置及方法。更特定言之，本揭示內容的實施例係關於用於離子束及電子束波導器製造的裝置及方法。
一般將虛擬實境認為是電腦產生的模擬環境，在該模擬環境中，使用者具有表觀的實體存在。虛擬實境體驗可以用3維(3D)來產生且用頭戴式顯示器(HMD)(例如眼鏡或其他可穿載式顯示設備，其具有接近眼睛的顯示面板作為透鏡以顯示虛擬實境環境，該虛擬實境環境替換實際的環境)檢視。
然而，增強實境允許一種體驗，在該體驗中，使用者仍然可以看穿眼鏡或其他HMD設備的顯示透鏡以檢視周圍環境，亦還可以看見虛擬物體的影像，該等影像被產生以供顯示及顯現為該環境的一部分。增強實境可以包括任何類型的輸入(例如音訊及觸覺輸入)，以及加強或增強使用者所體驗的環境的虛擬影像、圖形、及視訊。作為新興的技術，增強實境存在許多挑戰和設計限制。
一個此類挑戰是顯示重疊在周圍環境上的虛擬影像。波導器用來協助重疊影像。所產生的光傳播穿過波 導器，直到光離開波導器且重疊在周圍環境上為止。製造波導器可能是有挑戰性的，因為波導器往往具有不均勻的性質。因此，本領域中需要波導器製造的改善的方法及系統。
在一個實施例中，提供了一種波導器製造方法。該方法包括以下步驟：將基板定位在平台板上；將該平台板與成角度的離子束源相對地定位，該成角度的離子束源具有分段離子源，該分段離子源具有一或更多個成角度的表面；及從該分段離子源用一或更多個非正交角度朝向該基板投射離子以在該基板上形成成角度的鰭片。
在另一個實施例中，提供了一種波導器製造方法。該方法包括以下步驟：將基板定位在平台板上；將該平台板與成角度的離子束源相對地定位，該成角度的離子束源具有分段離子源及過濾板，該分段離子源具有一或更多個成角度的表面，該過濾板被設置在該一或更多個成角度的表面附近；及從該分段離子源穿過該過濾板用一或更多個非正交的角度朝向該基板投射離子以蝕刻該基板。
在又另一個實施例中，提供了一種波導器製造方法。該方法包括以下步驟：將基板定位在平台板上；及將該平台板與成角度的離子束源相對地定位。該成角度的離子束源具有：分段離子源，具有一或更多個成角度的表面；過濾板，被設置在該一或更多個成角度的表面附近；及電極組件，被設置在該過濾板附近。從該分段離子源穿 過該電極組件及該過濾板用一或更多個非正交的角度朝向該基板投射離子以蝕刻該基板。
100:波導結合器
102:輸入耦合區域
104:中間區域
106:輸出耦合區域
108:光柵
110:光柵
112:光柵
200:成角度蝕刻系統
202:離子束腔室
204:離子束源
206:平台板
208:第一致動器
210:基板
211:蝕刻停止層
212:光柵材料
213:圖案化的硬質掩模
216:離子束
218:基準面
220:第二致動器
230:分段離子源
300:電極組件
302:入口電極
304:抑制電極
306:出口電極
308:殼體
310:泵
314:介電構件
402:殼體
404:第一壁
406:第二壁
408:第一表面
410:第二表面
412:節段
414:第三壁
416:第四壁
418:開口
420:開口
422:殼體
424:第一壁
426:第二壁
428:第一表面
430:第二表面
432:第三表面
434:第三壁
436:第四壁
438:開口
440:開口
442:殼體
444:第一壁
446:第二壁
448:第一表面
450:第二表面
452:第三表面
454:第三壁
456:第四壁
458:開口
460:開口
500:過濾板
502:主體
504:第一區域
506:孔
508:第二區域
510:孔
512:第三區域
514:孔
600:電子束蝕刻系統
602:腔室主體
604:托座
606:電極
608:絕緣材料
610:導管
612:電源
614:基板
616:蓋
618:電極
620:分段表面
621:成角度的表面
622:絕緣材料
624:導管
626:電源
628:第一導管
630:第一氣體源
632:第二導管
634:第二氣體源
636:第一襯套
638:第二襯套
640:處理容積
642:波紋管組件
644:致動器
646:泵端口
648:排氣端口
650:泵
660:電子束
702:表面
704:凹口
706:鰭片
710:第一距離
720:第二距離
800:方法
802:操作
804:操作
806:操作
808:操作
810:操作
900:方法
902:操作
904:操作
906:操作
908:操作
910:操作
α:角度
β:傾斜角
Figure 108146252-A0305-02-0038-7
:離子束角
Figure 108146252-A0305-02-0038-8
:傾斜角
可以藉由參照實施例來獲得上文所簡要概述的本揭示內容的更詳細說明以及可以用來詳細了解本揭示內容的上述特徵的方式，附圖中繪示了該等實施例中的一些。然而，要注意，附圖僅繪示示例性實施例且因此並被不視為其範疇的限制，且可以容許其他等效的實施例。
圖1繪示依據本揭示內容的一個實施例的波導結合器的平面圖。
圖2繪示依據本揭示內容的一個實施例的成角度蝕刻系統的示意側視圖。
圖3繪示依據本揭示內容的一個實施例的電極組件的側截面圖。
圖4A繪示依據本揭示內容的一個實施例的分段離子源的示意側視圖。
圖4B繪示依據本揭示內容的一個實施例的分段離子源的示意側視圖。
圖4C繪示依據本揭示內容的一個實施例的分段離子源的示意側視圖。
圖5A繪示依據本揭示內容的一個實施例的過濾板的示意平面圖。
圖5B繪示依據本揭示內容的一個實施例的圖4C的分段離子源的示意側視圖，其中過濾板耦接到該分段離子源。
圖6繪示依據本揭示內容的一個實施例的電子束蝕刻系統的示意橫截面圖。
圖7A繪示依據本揭示內容的一個實施例在第一位置處在波導器上執行的成角度蝕刻處理。
圖7B繪示依據本揭示內容的一個實施例在第二位置處的成角度蝕刻處理期間的圖7A的波導器。
圖8繪示依據本揭示內容的一個實施例用於用成角度離子束來蝕刻波導器的方法的操作。
圖9繪示依據本揭示內容的一個實施例用於用成角度電子束來蝕刻波導器的方法的操作。
為了促進了解，已儘可能使用相同的參考標號來標誌該等圖式共有的相同元件。可以預期，可以在不另外詳述的情況下有益地將一個實施例的元件及特徵併入其他實施例。
本揭示內容的態樣與用於製造奈米結構光學元件(例如波導器、波導結合器、成角度的光柵、及超透鏡)的裝置相關，該等光學元件用在各種設備(例如增強實境/虛擬實境(AR/VR)的頭戴裝置、及智慧型窗戶)中。在一個實例中，利用成角度的離子源來朝向基板投射離子以形成包括成角度的光柵的波導器。在另一個實例中，利 用成角度的電子束源來朝向基板投射電子以形成包括成角度的光柵的波導器。本揭示內容的另外的態樣提供了用於利用成角度的離子束源及成角度的電子束源來在波導器上形成成角度光柵的方法。
圖1繪示依據本揭示內容的一個實施例的波導結合器100的平面圖。要了解，下文所述的波導結合器100是示例性的波導結合器，且具有不同設計的其他波導結合器可以受益於本文中所述的實施例。波導結合器100包括由複數個光柵108所界定的輸入耦合區域102、由複數個光柵110所界定的中間區域104、及由複數個光柵112所界定的輸出耦合區域106。輸入耦合區域102從微型顯示器接收具有一定強度的入射光束(虛擬影像)。該複數個光柵108中的每個光柵(例如鰭片結構等等)均將入射射束分離成複數個模式，每個射束均具有一個模式。零階模式(T0)射束經由波導結合器100回向反射或透射，正一階模式(T1)射束經由波導結合器100耦合到中間區域104，且負一階模式(T-1)射束在波導結合器100中在與T1射束相對的方向上傳播。理想上，入射射束被分離成具有入射射束的所有強度的T1射束以將虛擬影像引導到中間區域104。一種將入射射束分離成具有入射射束的所有強度的T1射束的方法是利用具有傾斜角的鰭片(其包括光柵108)來抑制T-1射束及T0射束。T1射束經由波導結合器100經歷全內反射(TIR)，直到T1射束與中間區域104中的該複數個光柵110接觸為止。輸入 耦合區域102的一部分可以具有帶有傾斜角的光柵108，該傾斜角與來自輸入耦合區域102的相鄰部分的光柵108的傾斜角不同。
T1射束接觸該複數個光柵110的鰭片。T1射束被分離成在波導結合器100中回向折射或丟失的T0射束、在中間區域104中經歷TIR直到T1射束接觸該複數個光柵110的另一個鰭片為止的T1射束、及經由波導結合器100耦合到輸出耦合區域106的T-1射束。在中間區域104中經歷TIR的T1射束繼續接觸該複數個光柵110中的光柵，直到符合以下條件中的任一者為止：經由波導結合器100耦合到中間區域104的T1射束的強度耗盡，或傳播經由中間區域104的剩餘的T1射束到達中間區域104的端部。
該複數個光柵110被調整為控制經由波導結合器100耦合到中間區域104的T1射束以控制耦合到輸出耦合區域106的T-1射束的強度，以從使用者的角度調變從微型顯示器產生的虛擬影像的視野及增加使用者可以檢視虛擬影像的視角。一種控制經由波導結合器100耦合到中間區域104的T1射束的方法是最佳化該複數個光柵110的每個鰭片的傾斜角，以控制耦合到輸出耦合區域106的T-1射束的強度。中間區域104的一部分可以具有帶有傾斜角的光柵110，該傾斜角與來自中間區域104的相鄰部分的光柵110的傾斜角不同。並且，光柵110可以 具有帶有傾斜角的鰭片，該等傾斜角與光柵108的鰭片的傾斜角不同。
經由波導結合器100耦合到輸出耦合區域106的T-1射束在波導結合器100中經歷TIR，直到T-1射束接觸該複數個光柵112中的光柵為止，在該光柵處，T-1射束被分離成在波導結合器100中回向折射或丟失的T0射束。T1射束在輸出耦合區域106中經歷TIR，直到T1射束接觸該複數個光柵112的另一個鰭片且T-1射束從波導結合器100耦合出來為止。在輸出耦合區域106中經歷TIR的T1射束繼續接觸該複數個光柵112的鰭片，直到符合以條件中的任一者為止：經由波導結合器100耦合到輸出耦合區域106的T-1射束的強度耗盡，或傳播經由輸出耦合區域106的剩餘的T1射束已經到達輸出耦合區域106的端部。該複數個光柵112被調整為控制穿過波導結合器100耦合到輸出耦合區域106的T-1射束以控制從波導結合器100耦合出來的T-1射束的強度，以進一步從使用者的角度調變從微型顯示器產生的虛擬影像的視野及進一步增加使用者可以檢視虛擬影像的視角。
一種控制經由波導結合器100耦合到輸出耦合區域106的T-1射束的方法是最佳化該複數個光柵112的每個鰭片的傾斜角以進一步調變視野及增加視角。中間區域104的一部分可以具有帶有鰭片傾斜角的光柵110，該鰭片傾斜角與來自中間區域104的相鄰部分的光 柵110的鰭片傾斜角不同。並且，光柵112可以具有與光柵108及光柵110的鰭片傾斜角不同的鰭片傾斜角。
圖2繪示依據本揭示內容的一個實施例的成角度蝕刻系統200的示意側視圖。要了解，下文所述的成角度蝕刻系統200是示例性的成角度蝕刻系統，且可以將其他的成角度蝕刻系統與依據本揭示內容的實施例的波導結合器一起使用或修改為製造該等波導結合器。
為了形成具有傾斜角的鰭片，藉由成角度蝕刻系統200來蝕刻設置在基板210上的光柵材料212。在一個實施例中，將光柵材料212設置在設置在基板210上的蝕刻停止層211上，且將圖案化的硬質掩模213設置在光柵材料212上方。基於每個鰭片的傾斜角
Figure 108146252-A0305-02-0010-1
及基板210的折射率來選定光柵材料212的材料，以控制光的內耦合及外耦合及促進光傳播經由波導結合器。在另一個實施例中，光柵材料212包括含有碳氧化矽(SiOC)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化矽(SiO2)、氧化釩(IV)(VOx)、氧化鋁(Al2O3)、氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、五氧化鉭(Ta2O5)、氮化矽(Si3N4)、氮化鈦(TiN)、及/或二氧化鋯(ZrO2)的材料。光柵材料212具有約1.5與約2.65之間的折射率。
在可以與本文中所述的其他實施例結合的另一個實施例中，圖案化的硬質掩模213是不透明的硬質掩模，在波導結合器形成之後移除該不透明的硬質掩模。例如，不透明的硬質掩模包括反射材料，例如鉻、銀、氮化 鈦、氮化鉭、氮化矽、或氧化矽材料。在另一個實施例中，圖案化的硬質掩模213是透明的硬質掩模。在可以與本文中所述的其他實施例結合的一個實施例中，蝕刻停止層211是不透明的蝕刻停止層，在波導結合器形成之後移除該不透明的蝕刻停止層。在可以與本文中所述的其他實施例結合的另一個實施例中，蝕刻停止層211是透明的蝕刻停止層。
成角度蝕刻系統200包括收容離子束源204的離子束腔室202。離子束源204被配置為產生離子束216，例如點狀射束、帶狀射束、或全基板尺寸射束。離子束腔室202被配置為相對於基準面218用角度α引導離子束216，該基準面與基板210正交地定向。例如，系統200亦包括分段源230。分段源230調變離子束216的角度以實現用來在光柵材料212中製造鰭片的角度α。針對圖3及圖4A至圖4C詳細描述分段源230(其可以包括複數個節段，每個節段均包括一或更多個電極)。
基板210固位在耦接到第一致動器208的平台板206上。第一致動器208(其可以是線性致動器、旋轉致動器、步進馬達等等)被配置為沿著y方向及/或z方向用掃描運動移動平台板206。在一個實施例中，第一致動器208更被配置為傾斜平台板206，使得基板210相對於離子束腔室202的x軸用傾斜角β定位。角度α及傾斜角β造成相對於基準面218的離子束角
Figure 108146252-A0305-02-0011-2
。為了相對於基準面218形成具有傾斜角
Figure 108146252-A0305-02-0011-3
的鰭片，離子束源204產生離子 束216，且離子束腔室202用角度α將離子束216朝向基板210引導經由分段源230。第一致動器208將平台板206定位為使得離子束216用離子束角
Figure 108146252-A0305-02-0012-4
接觸光柵材料212及在光柵材料212的所需部分上蝕刻具有傾斜角
Figure 108146252-A0305-02-0012-5
的鰭片。第二致動器220亦可以耦接到平台板206以圍繞平台板206的x軸旋轉基板210以控制光柵的傾斜角
Figure 108146252-A0305-02-0012-6
。有利地，可以藉由旋轉基板210將基板210的各種不同區域暴露於離子束216而不需另外改變離子束腔室202的裝置。
圖3繪示依據本揭示內容的一個實施例的電極組件300的側截面圖。在一個實施例中，可以將電極組件300調適為漸變透鏡配置。在可以與其他實施例結合的另一個實施例中，電極組件300包括一或更多個電極組件。例如，電極組件300可以包括一組入口電極302、一或更多組抑制電極304(或聚焦電極)、及一組出口電極306。出口電極306可以稱為接地電極。可以將每組電極302、304、306定位為具有空間或間隙以允許離子束216(例如帶狀射束、點狀射束、或全基板尺寸射束)穿過該空間或該間隙。
在一些實施例中，入口電極302、抑制電極304、及出口電極306被提供在殼體308中。泵310可以直接或間接地連接到殼體308。泵310可以是用於提供高真空環境或不同壓力的其他受控環境的真空泵。例如，泵310可以在殼體308內產生亞大氣壓力環境，或泵310可以在殼 體308內維持近似大氣的壓力環境。在可以與其他的實施例結合的其他的實施例中，殼體308可以包括一或更多個介電構件314。介電構件314用來將殼體308與電極組件300的其他部件電隔離。
該組入口電極302及出口電極306可以包括彼此電耦接的兩個導電片。在其他的實施例中，入口電極302組件是單件式結構，該結構具有孔以供離子束216穿過該孔。在一些實施例中，抑制電極304的上部及下部可以具有不同的電勢(例如在單獨/謹慎的導電部分中具有不同的電勢)，以偏轉經過該等抑制電極的離子束216。雖然電極組件300被描繪為七(7)元件透鏡配置(例如具有五(5)組抑制電極304)，但應理解，亦可以利用任何數量的元件(或電極)。例如，在一些實施例中，電極組件300可以利用一系列的三(3)到十(10)個電極組。
可以藉由使用幾個薄電極(例如抑制電極304)來控制沿著離子束216的路徑的電勢漸變，以實現離子束216的靜電聚焦。其結果是，可以將輸入離子束216的使用用在可以允許較高品質的射束的能量範圍(例如100伏特到3,000伏特)中，即使對於非常低能量的輸出射束亦是如此。在一個實施例中，在離子束216穿過電極組件300的電極時，藉由電極組件300的電極，離子束216可以從6keV減速到0.2keV且用約15度到約30度(或更大)而偏轉。在一個實例中，能量比可以是30/1。
應理解，可以藉由以下步驟中的一者或組合來完成分離及獨立控制減速、偏轉、及/或聚焦：相對於離子束216的中心射線軌跡線移動電極(例如入口電極302、抑制電極304、及出口電極306)，及沿著離子束216的中心射線軌跡線(例如圖2的基準面218)變化偏轉電壓電極(例如入口電極302、抑制電極304、及出口電極306)以用偏轉角α在沿著中心射線軌跡線的每個點處反射射束能量。電極相對於離子束216的中心射線軌跡線的對稱性在於，可以將上電極及下電極最靠近離子束216的端部相對於離子束216的中心射線軌跡線保持相等(或接近相等)的垂直距離。例如，可以將離子束216上方及下方的電極上的電壓差配置為使得電場的偏轉分量可以是該點處的射束能量的固定比率/因數(其可以沿著電極或透鏡變化)。
圖4A繪示依據本揭示內容的一個實施例的分段離子源230的示意側視圖。分段離子源230耦接到離子束腔室202或用其他方式與該離子束腔室整合在一起，且分段離子源230的節段412被對準或用其他方式定位以接收來自射束源204的離子束216。
分段離子源230包括殼體402，該殼體具有第一壁404、第二壁406、第三壁414、及第四壁416。在一個實施例中，第一壁404及第二壁406定向為彼此實質平行。第三壁414及第四壁416亦彼此實質平行，且延伸於第一壁404與第二壁406之間。雖然可以有益地採用壁 404、406、414、416的上述定向，但可以預期，亦可以利用其他的壁配置。
在一個實施例中，第一壁404耦接到離子束腔室202，且節段412定位在平台板206附近且與該平台板相對。節段412形成於第二壁406中且包括複數個表面408、410。第一表面408相對於由第二壁406所界定的基準面成角度。可以相對於由第二壁406所界定的基準面將第一表面408的角度選定為在約1度與約60度之間。因此，第一表面408從第二壁406延伸且傾斜到殼體402中且朝向第一壁404傾斜。
第二表面410延伸於第一表面408與第二壁406之間。第二表面410定向為與由第二壁406所界定的基準面實質正交。然而，可以預期，第二表面410可以相對於由第二壁406所界定的基準面用非正交的角度定向。雖然繪示了三個節段412，但可以預期，取決於所需要蝕刻的基板210的面積，亦可以利用較大或較小數量的節段412來調變離子束216。此外，可以預期，可以改變表面408、410相對於彼此的大小，以調變離子束216的角度特性。
在一個實施例中，電極組件300定位在殼體402內且與第二壁406的第一表面408相鄰。例如，電極組件300可以耦接到殼體402內的第一表面408。如圖3中所描繪，電極組件300的殼體308可以包括一定的形狀，該形狀被選定為與第一表面408的角度匹配或交接。第一表面408亦可以在其中包括一或更多個開口418，該一或更 多個開口位在電極組件300被定位為允許離子束216穿過第一表面408之處附近。類似地，第一壁404亦可以具有形成在其中的一或更多個開口420，且形成於第一壁404中的開口420可以與形成於第一表面408中的開口418或電極組件300中的一或兩者對準。因此，離子束216可以用與由第一壁404所界定的基準面實質正交的定向傳播穿過第一壁404，但用預定角度穿過第二壁406的第一表面408離開殼體402。
圖4B繪示依據本揭示內容的一個實施例的分段離子源230的示意側視圖。分段離子源230耦接到離子束腔室202或用其他方式與該離子束腔室整合在一起，且分段離子源230的節段412被對準或用其他方式定位以接收來自射束源204的離子束216。
分段離子源230包括殼體422，該殼體具有第一壁424、第二壁426、第三壁434、及第四壁436。在一個實施例中，第一壁424及第二壁426定向為彼此實質平行。第三壁434及第四壁436亦彼此實質平行，且延伸於第一壁424與第二壁426之間。雖然可以有益地採用壁424、426、434、436的上述定向，但可以預期，亦可以利用其他的壁配置。
在一個實施例中，第一壁424耦接到離子束腔室202，且節段412定位在平台板206附近且與該平台板相對。節段412形成於第二壁426中且包括複數個表面428、430、432。第一表面428相對於由第二壁426所 界定的基準面成角度。可以相對於由第二壁426所界定的基準面將第一表面428的角度選定為在約1度與約60度之間。因此，第一表面428從第二壁426延伸且傾斜到殼體422中且朝向第一壁424傾斜。
第二表面430延伸於第一表面428與第三表面432之間。第二表面430定向為與由第二壁426所界定的基準面實質平行。然而，可以預期，第二表面430可以相對於由第二壁426所界定的基準面用非平行的角度定向。第三表面432從第二表面430向相鄰的第一表面428處的第二壁426延伸。第三表面432相對於由第二壁426所界定的基準面成角度。在一個實例中，第三表面432的角度與第一表面428的角度實質類似。或者，第三表面432的角度可以與第一表面428的角度不同。第二表面430的大小將第三表面432與第一表面428隔開。因此，可以預期，第一表面428可以用範圍較廣的角度定向以允許成角度地蝕刻基板210。此外，認為第三表面432相對於第一表面428的間隔及定向允許一次處理較大面積的基板210。雖然繪示了三個節段412，但可以預期，取決於所需要蝕刻的基板210的面積，亦可以利用較大或較小數量的節段412來調變離子束216。亦可以預期，可以改變表面428、430、432相對於彼此的大小，以調變離子束216的角度特性。
在一個實施例中，電極組件300定位在殼體422內且與第二壁426的第一表面428相鄰。例如，電極組件 300可以耦接到殼體422內的第一表面428。如圖3中所描繪，電極組件300的殼體308可以包括一定的形狀，該形狀被選定為與第一表面428的角度匹配或交接。第一表面428亦可以在其中包括一或更多個開口438，該一或更多個開口位在電極組件300被定位為允許離子束216穿過第一表面428之處附近。類似地，第一壁424亦可以具有形成在其中的一或更多個開口440，且形成於第一壁424中的開口440可以與形成於第一表面428中的開口438或電極組件300中的一或兩者對準。因此，離子束216可以用與由第一壁424所界定的基準面實質正交的定向傳播穿過第一壁424，但用預定角度穿過第二壁426的第一表面428離開殼體422。
圖4C繪示依據本揭示內容的一個實施例的分段離子源230的示意側視圖。分段離子源230耦接到離子束腔室202或用其他方式與該離子束腔室整合在一起，且分段離子源230的節段412被對準或用其他方式定位以接收來自射束源204的離子束216。
分段離子源230包括殼體442，該殼體具有第一壁444、第二壁446、第三壁454、及第四壁456。在一個實施例中，第一壁444及第二壁446定向為彼此實質平行。第三壁454及第四壁456亦彼此實質平行，且延伸於第一壁444與第二壁446之間。雖然可以有益地採用壁444、446、454、456的上述定向，但可以預期，亦可以利用其他的壁配置。
在一個實施例中，第一壁444耦接到離子束腔室202，且節段412定位在平台板206附近且與該平台板相對。節段412形成於第二壁446中且包括複數個表面448、450、452。第一表面428相對於由第二壁446所界定的基準面成角度。可以相對於由第二壁446所界定的基準面將第一表面448的角度選定為在約1度與約60度之間。
第二表面450延伸於第一表面448與第三表面452之間。第二表面450定向為與由第二壁446所界定的基準面實質平行。然而，可以預期，第二表面450可以相對於由第二壁446所界定的基準面用非平行的角度定向。第三表面452相對於由第二壁446所界定的基準面用非正交的角度從第二壁446延伸。在此實施例中，第三表面452用一定角度從第二壁446延伸出殼體422且背向第一壁444延伸。或者，第三表面452可以用與由第二壁446所界定的基準面正交的角度從第二壁446延伸。
在一個實例中，第三表面452的角度與第一表面448的角度實質類似。或者，第三表面452的角度可以與第一表面448的角度不同。第二表面450的大小將第三表面452與第一表面448隔開。因此，可以預期，第一表面448可以用範圍較廣的角度定向以允許成角度地蝕刻基板210。此外，認為第三表面452相對於第一表面448的間隔及定向允許一次處理較大面積的基板210。雖然繪示了三個節段412，但可以預期，取決於所需要蝕刻的基板 210的面積，亦可以利用較大或較小數量的節段412來調變離子束216。亦可以預期，可以改變表面448、450、452相對於彼此的大小，以調變離子束216的角度特性。
在一個實施例中，電極組件300定位在殼體442內且與第二壁446的第一表面448相鄰。例如，電極組件300可以耦接到殼體442內的第一表面448。如圖3中所描繪，電極組件300的殼體308可以包括一定的形狀，該形狀被選定為與第一表面448的角度匹配或交接。第一表面448亦可以在其中包括一或更多個開口458，該一或更多個開口位在電極組件300被定位為允許離子束216穿過第一表面448之處附近。類似地，第一壁444亦可以具有形成在其中的一或更多個開口460，且形成於第一壁444中的開口460可以與形成於第一表面448中的開口458或電極組件300中的一或兩者對準。因此，離子束216可以用與由第一壁444所界定的基準面實質正交的定向傳播穿過第一壁444，但用預定角度穿過第二壁446的第一表面448離開殼體442。
耦接到離子束腔室202的分段離子源230利用節段412及電極組件300來調變由射束源204所產生的離子束216的角度。節段412及電極組件300可以用一定方式定位或用其他方式定向以允許成角度地蝕刻基板210。可以預期，分段離子源230本質上可以是模組化的，且可以將不同的分段離子源在離子束腔室202上互換以促進基板210的不同的成角度蝕刻輪廓。藉由減少與由 致動器208、220所進行的平台板206的移動相關聯的變數，亦可以利用分段離子源230來減少與平台板206的移動相關聯的處理複雜度。亦可以與經由致動器208、220進行的平台板206的移動結合利用分段離子源230，以允許基板210的更複雜或精確的成角度蝕刻輪廓。
圖5A繪示依據本揭示內容的一個實施例的過濾板500的示意平面圖。圖5B繪示依據本揭示內容的一個實施例的圖3C的分段離子源230的示意側視圖，其中過濾板500耦接到該分段離子源。過濾板500被調適為與分段離子源230交接及耦接，以調變穿過過濾板500的離子束216的強度或分佈。
過濾板500包括主體502，該主體具有形成在該主體中的複數個孔506、510、514。主體502由具有充足厚度的材料製造，該材料對離子束轟擊有抵抗性或惰性且防止離子穿過該材料。孔506、510、514延伸穿過主體502以形成開口，離子束216穿過該等開口。主體502的第一區域504包括第一複數個孔506。雖然第一區域504被繪示為佔據主體502的大約三分之一，但可以預期，第一區域504亦可以包括主體502的較大或較小部分。第一複數個孔506被繪示為實質圓形的，其中第一複數個孔506中相鄰的孔之間的分佈大約是均勻的。然而，可以利用第一複數個孔506的任何數量、形狀、定向、間隔、或佈置來調變穿過第一複數個孔506的離子束216的強度或分佈。
主體502的第二區域508包括第二複數個孔510。雖然第二區域508被繪示為佔據主體502的大約三分之一，但可以預期，第二區域508亦可以包括主體502的較大或較小部分。第二複數個孔510被繪示為實質卵形的，其中第二複數個孔510中相鄰的孔之間的分佈大約是均勻的。然而，可以利用第二複數個孔510的任何數量、形狀、定向、間隔、或佈置來調變穿過第二複數個孔510的離子束216的強度或分佈。
主體502的第三區域512包括第三複數個孔514。雖然第三區域512被繪示為佔據主體502的大約三分之一，但可以預期，第三區域512亦可以包括主體502的較大或較小部分。第三複數個孔514被繪示為實質圓形的，其中第三複數個孔514中相鄰的孔之間的分佈大約是均勻的。然而，可以利用第三複數個孔514的任何數量、形狀、定向、間隔、或佈置來調變穿過第三複數個孔514的離子束216的強度或分佈。
在一個實例中，第一複數個孔506佔據第一區域504中的主體502的一定面積，該面積大於第二複數個孔510及/或第三複數個孔514中的任一者的面積。換言之，在與第二區域508及/或第三區域512相比時，穿過主體502的第一區域504的離子束216較不被阻擋。因此，穿過第一區域504的離子束216可以用較大的量及強度的離子接觸基板510的第一區域。第二區域508及第三區域512分別具有不同的孔510、514的佈置、間隔、及 形狀，且調變穿過該第二區域及該第三區域的離子束216使得分別在該第二區域及該第三區域中接觸基板210的離子的量及強度與由第一區域504所調變的離子的量及強度不同。
在一個實例中，第一區域中的基板210上的成角度蝕刻輪廓由穿過第一複數個孔506的離子束216所產生，第二區域中的基板210上的成角度蝕刻輪廓由穿過第二複數個孔510的離子束216所產生，且第三區域中的基板210上的成角度蝕刻輪廓由穿過第三複數個孔514的離子束216所產生。形成於基板上的鰭片或光柵的不同的蝕刻輪廓由過濾板500的區域504、508、512所產生。可以預期，可以利用合併於過濾板500中的各種的孔設計、形狀、間隔、密度等等來調變離子束216特性，且因此在利用單個離子束腔室202及/或離子束源204的同時允許基板上的不同的成角度蝕刻輪廓。
圖5B繪示依據本揭示內容的一個實施例的圖4C的分段離子源230的示意側視圖，其中過濾板500耦接到該分段離子源。過濾板500耦接到分段離子源230的第一表面448。可以將過濾板500藉由機械緊固裝置(例如螺栓、螺釘等等)耦接到第一表面448，或可以將該等過濾板整合到第一表面448中，使得第一表面448及過濾板500是單體結構。在一個實施例中，相對於由第二壁446所界定的基準面用一定角度設置過濾板500。電極組件300被設置在殼體442內且與第一表面448相鄰。進入開 口460的離子束216藉由電極組件300調變、彎曲、或成角度，且成角度的離子束216穿過開口458，在該開口處，離子束216的強度及/或分佈被過濾板500調變。可以預期，已經被過濾板500調變的離子束216具有複數個不同的特性，取決於離子束216穿過過濾板500的哪個區域504、508、512，該等特性不同地蝕刻基板210。可以利用由過濾板500所允許的此類不同的蝕刻輪廓及特性來在基板210上蝕刻具有不同的深度或其他特性的鰭片或光柵。
雖然圖4C的分段離子源230被繪示為具有過濾板500，但可以預期，亦可以有利地將過濾板500與圖4A及4B的分段離子源230結合利用。例如，過濾板500可以耦接到圖4A的分段離子源230的第一表面408，或過濾板500可以耦接到圖4B的分段離子源230的第一表面428。取決於分段離子源230的配置，可以用各種與所繪示的彼等定向不同的定向設置過濾板500及電極組件300。例如，可以分別將電極組件300及過濾板利用在圖4B及圖4C的分段離子源230的第三表面432、452的相對側上。
圖6繪示依據本揭示內容的一個實施例的電子束蝕刻系統600的示意橫截面圖。電子束蝕刻系統600的一個實例是可以從加州聖克拉拉市的應用材料有限公司取得的SYM3TM裝置，可以依據本揭示內容的各種態樣修 改該裝置。可以預期，來自其他製造商的其他合適的裝置亦可以受益於本文中所述的實施例。
系統600包括腔室主體602，該腔室主體包圍或用其他方式界定處理容積640。腔室主體602可以由合適的材料製造，例如不銹鋼、鋁、或上述項目的合金及組合。第一襯套636被設置在腔室主體602附近以保護腔室主體602免受處理容積640的處理環境影響。在一個實例中，第一襯套636可以由處理惰性或抵抗性材料製造，例如陶瓷材料或其他合適的材料，例如含矽材料、含碳材料、碳矽材料、或含氧化矽的材料。
第二襯套638亦被設置在腔室主體602附近，且第二襯套638定位為實質環繞處理容積640。在一個實施例中，第二襯套638由介電材料製造，例如石英或陶瓷材料。在另一個實施例中，第二襯套638由與用來製造第一襯套636的彼等材料類似的材料製造。襯套636、638亦可以塗有與用來製造襯套636、638的彼等材料類似的各種材料，且可以額外塗有例如氧化鋁材料、氧化釔材料、或鋯材料的材料。在某些實施例中，第一襯套636及第二襯套638中的一或兩者是可選的。在此類實施例中，可以將腔室主體602製造及配置為在沒有襯套的情況下作用。
排氣端口648形成穿過第二襯套636及腔室主體602。排氣端口648在設置在處理容積640中的托座604下方的位置處形成穿過第二襯套636及腔室主體602。泵650經由排氣端口648與處理容積640及環繞托座604的 泵端口646流體連通。泵650允許從處理容積640排出材料。蓋616與腔室主體602耦接或用其他方式整合在一起且與托座604相對。
托座604包括設置在該托座中的電極606。在一個實施例中，電極606是卡緊裝置(例如靜電卡盤)，該卡緊裝置用於在基板614的處理期間將基板614固定到該卡緊裝置。導管610(例如電導管等等)耦接在電極606與電源612之間。可以利用來自電源612的電力來偏壓電極606以擇一將基板614卡緊到電極606或影響電子在基板614上的轟擊。電極606及導管610被絕緣材料608(例如介電材料)環繞，以將電極606及導管610與托座604電隔離。
致動器644耦接到托座604且被配置為在處理容積640內升起及降下托座604。致動器644亦可以使得托座圍繞垂直軸旋轉。波紋管組件642圍繞托座604的延伸穿過腔室主體602的一部分設置，且波紋管組件642可操作來允許托座604垂直移動同時維持處理容積640的處理環境。例如，波紋管組件642可以可操作來在托座604升起或降下的同時在處理容積640內維持亞大氣壓力處理環境。
第一氣體源630經由延伸穿過腔室主體602的第一導管628與處理容積640流體連通。在一個實施例中，第一氣體源630是向處理容積640供應惰性氣體(例如氬氣或氦氣)的惰性氣體源。第二氣體源634經由延伸穿過 腔室主體602的第二導管632與處理容積640流體連通。在一個實施例中，第二氣體源634是向處理容積640供應處理氣體(例如含氯氣體、含氟氣體、含溴氣體、含氧氣體等等)的處理氣體源。
在一個替代的實施例中，第一氣體源630及第二氣體源可以經由電極618與處理容積640流體連通。在此實施例中，導管628、632分別經由電極618耦接在氣體源630、634與處理容積640之間。例如，導管628、632可以延伸穿過電極618，或第二電極618可以包括複數個孔以用作氣體遞送淋噴頭。可以將孔設置在成角度的表面621上以提供從氣體源630、634進入處理容積640的氣體流動路徑。
電極618耦接到蓋616，且電極618與電極606相對地定向。電極618包括分段表面620，該分段表面包括複數個成角度的表面621。在一個實施例中，用實質水平的定向將基板614設置在托座604的電極606上。在此類實施例中，成角度的表面621相對於基板614或電極606的主軸(水平線)中的任一者用成角度且非平行的定向來定向。在所繪示的實施例中，分段表面620的成角度的表面621跨電極618實質均勻。或者，分段表面620的成角度的表面621可以不均勻。例如，成角度的表面621可以具有不同的角度，或可以用不均勻的方式定位、隔開、或用其他方式定向，以允許製造具有不均勻的光柵的波導器。
導管624(例如電導管等等)耦接在電極618與電源626之間。電極618及導管624被絕緣材料622(例如介電材料)環繞，以將電極618及導管624與蓋616電隔離。
操作時，藉由各種主體及表面處理(例如藉由電容耦合)來在處理容積640中產生電漿。在此實施例中，電源626是射頻(RF)電源。取決於所需的電子束特性，電源626可操作來產生具有約13.56MHz或約2MHz的頻率的RF電力。例如，用恆定或脈衝的方式向電極618施加RF電力，且相對於電極618偏壓電極606。在另一個實例中，向電極618施加RF電力且電極606保持不偏壓。據信，由電容耦合的電漿所產生的離子被電場所影響，該電場促進藉由由電漿所產生的離子進行的電極618的轟擊。可以依據本文中所述的實施例利用其他的電漿產生處理(例如空心陰極佈置、直流電極偏壓、或電子束電漿產生處理)。
電極618的離子轟擊能量及形成於處理容積640中的電漿的密度至少部分地藉由電源626(例如RF電源)來控制。認為電極618的離子轟擊會加熱電極618且使得電極618發射二次電子。在一個實施例中，電極618由具有高的二次電子發射係數的處理相容材料(例如矽、碳、碳矽材料、或氧化矽材料)製造。電極618亦可以由金屬氧化物材料製造，例如氧化鋁、氧化釔、或氧化鋯。
高能二次電子(其具有負電荷)用受成角度的表面621影響的角度從分段表面620發射，且由於電極618的偏壓而背向電極618加速。在此實例中，電極618可以被負偏壓。分段表面620的成角度的表面621相對於由電極606所界定的水平基準面用約1°與約75°之間的角度定向。如此，電子束660相對於電極606及基板614用非正交的角度從電極618加速。
來自電極618的分段表面620的高能電子的通量是電子束。電子束660的射束能量大約等於電極618的離子轟擊能量。在一個實施例中，電漿電勢大於電極618的電勢，且從電極618所發射的高能二次電子在電子束660的二次電子橫過形成於處理容積640中的電漿時進一步被電漿的鞘電壓加速。
電子束660的至少一部分(包括由於分段表面620的高能離子轟擊而從電極618所發射的二次電子通量)傳播穿過處理容積640且接觸基板614以蝕刻基板614。在一個實施例中，除了電容產生的電漿以外，電子束660亦產生化學反應自由基及離子，該等化學反應自由基及離子可以吸附到基板614的表面且在基板614的表面上形成化學反應層。
圖7A繪示依據本揭示內容的一個實施例在第一位置處執行在基板上的成角度蝕刻處理。基板210具有設置在該基板上的光柵材料212，且圖案化的硬質掩模213被設置在光柵材料212的表面702上。在所繪示的實施例 中，基板210相對於分段離子源230(例如針對圖2-5B的離子束系統200所描述的分段離子源)定位在第一距離710。在另一個實施例中，可以藉由系統600來處理基板210，該系統利用電極618的分段表面620來產生電子束以蝕刻光柵材料212。
相對於基板210的主軸用非正交的角度朝向基板210引導離子束216(或電子束660)。圖案化的抗蝕劑213暴露光柵材料212的表面702處的某些區域，該等區域被離子束216或電子束660蝕刻。其結果是，凹口704及鰭片706形成於光柵材料212中。雖然僅繪示了兩個鰭片706及三個凹口704，但取決於要製造的波導器所需的光柵設計，亦可以蝕刻整個光柵材料212或該光柵材料的所需部分以形成凹口704及鰭片706。鰭片706及凹口704共同包括光柵。
圖7B繪示依據本揭示內容的一個實施例在第二位置處的成角度蝕刻處理期間的圖7A的基板210。第二位置將基板210相對於分段離子源230(或電極618的分段表面620)定位在第二距離720。在一個實施例中，第二距離720小於第一距離710。在另一個實施例中，第二距離720大於第一距離710。取決於所利用的裝置200、600，基板210可以藉由平台板206或托座604從第一距離710升高到第二距離720。藉由改變距離，改變了蝕刻及射束暴露特性，此造成光柵材料212的不同的蝕刻輪廓。例如，某些凹口704可以從表面702更深地延伸到光 柵材料212中，而其他凹口則較淺。因此，鰭片706可以具有不同的大小，且可以調變傳播穿過波導器的光。
圖8繪示依據本揭示內容的一個實施例用於用成角度離子束來蝕刻波導器的方法800的操作。在操作802處，將波導器(或要製造成波導器的基板，例如基板216)定位在平台板上。在一個實例中，將波導器定位在平台板206上。在操作804處，相對於成角度的離子束源將平台板定位在第一距離。例如，相對於分段離子源230將平台板206定位在第一距離710。
在操作806處，從成角度的離子束源朝向波導器投射離子以形成具有第一深度的鰭片。在操作808處，相對於成角度的離子束源將平台板定位在第二距離。第二距離與第一距離不同。在一個實例中，相對於分段離子源230將平台板206定位在第二距離720。在操作810處，從成角度的離子束源朝向波導器投射離子以形成具有與第一深度不同的第二深度的鰭片。鰭片706的深度涉及鰭片706延伸到光柵材料212中的距離且亦與凹口704的深度相關。在一個實施例中，第二深度大於第一深度。在另一個實施例中，第二深度小於第一深度。
圖9繪示依據本揭示內容的一個實施例用於用成角度電子束來蝕刻波導器的方法900的操作。在操作902處，將波導器(或要製造成波導器的基板，例如基板216)定位在平台板上。在一個實例中，將波導器定位在托座604上。在操作904處，相對於成角度的電子束源將平台 板定位在第一距離。例如，相對於電極618的分段表面620將托座604定位在第一距離710。
在操作906處，從成角度的電子束源朝向波導器投射電子以形成具有第一深度的鰭片。在操作908處，相對於成角度的電子束源將平台板定位在第二距離。第二距離與第一距離不同。在一個實例中，相對於電極618的分段表面620將托座604定位在第二距離720。在操作910處，從成角度的電子束源朝向波導器投射電子以形成具有與第一深度不同的第二深度的鰭片。鰭片706的深度涉及鰭片706延伸到光柵材料212中的距離且亦與凹口704的深度相關。在一個實施例中，第二深度大於第一深度。在另一個實施例中，第二深度小於第一深度。
方法800、900分別允許利用離子束及電子束來進行波導器製造。可以預期，方法800、900可以利用單個蝕刻循環或多個蝕刻循環。在一個實例中，可以執行45°的成角度蝕刻處理約14次，每次的持續時間為約300秒。在此實例中，用約3nm/分鐘的蝕刻速率形成約240nm深的凹口。在另一個實例中，可以執行60°的成角度蝕刻處理達約18次，每次的持續時間為約300秒。在此實例中，用約1.8nm/分鐘的蝕刻速率形成約190nm深的凹口。然而，可以預期，取決於離子束或電子束蝕刻處理的處理變數及所需的蝕刻角度，本文中所述的裝置及方法可以允許高達約50nm/分鐘的蝕刻速率。
可以將方法800、900用於實質上整個基板表面上的毯式基板蝕刻，或在相對於其他區域優先蝕刻基板的指定區域時用於更局部的蝕刻處理。分段離子源230及電極618的分段表面620分別允許改善離子束及電子束的成角度蝕刻效率。亦可以預期，可以將分段離子源230及電極618的分段表面620交換出它們相應的系統200、600以更高效地改變波導器的蝕刻輪廓，該等蝕刻輪廓實現具有複數個鰭片高度及凹口或溝槽深度或具有不同角度的光柵的光柵。
雖然以上內容是針對本揭示內容的實施例，但亦可以在不脫離本揭示內容的基本範圍的情況下設計本揭示內容的其他的及另外的實施例，且本揭示內容的範圍是由隨後的請求項所決定的。
800 :    方法 802 :    操作 804 :    操作 806 :    操作 808 :    操作 810 :    操作

Claims (20)

  1. 一種波導器製造方法，包括以下步驟：將一基板定位在一平台板上；將該平台板與一成角度的離子束源相對地定位，該成角度的離子束源包括一分段離子源，該分段離子源包括一或更多個成角度的表面；及從該分段離子源用一或更多個非正交角度朝向該基板投射離子以在該基板上形成成角度的鰭片。
  2. 如請求項1所述的方法，更包括以下步驟：在該從該分段離子源投射該等離子的步驟期間相對於該分段離子源將該平台板定位在一第一距離；及形成具有一第一深度的成角度的鰭片。
  3. 如請求項2所述的方法，更包括以下步驟：相對於該分段離子源將該平台板定位在一第二距離；從該分段離子源投射離子；及形成具有一第二深度的成角度的鰭片。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該第二距離與該第一距離不同。
  5. 如請求項4所述的方法，其中該第二距離小於該第一距離。
  6. 如請求項4所述的方法，其中該第二距離大於該第一距離。
  7. 如請求項3所述的方法，其中該第二深度與該第一深度不同。
  8. 如請求項7所述的方法，其中該第二深度大於該第一深度。
  9. 如請求項7所述的方法，其中該第二深度小於該第一深度。
  10. 如請求項1所述的方法，其中用實質均勻的角度朝向該基板投射該等離子。
  11. 如請求項1所述的方法，其中針對該基板的不同區域用不同的角度朝向該基板投射該等離子。
  12. 一種波導器製造方法，包括以下步驟：將一基板定位在一平台板上；將該平台板與一成角度的離子束源相對地定位，該成角度的離子束源包括一分段離子源及一過濾板，該分段離子源包括一或更多個成角度的表面，該過濾板被設置在該一或更多個成角度的表面附近；及從該分段離子源穿過該過濾板用一或更多個非正交的角度朝向該基板投射離子以蝕刻該基板。
  13. 如請求項12所述的方法，更包括以下步驟：在該從該分段離子源投射該等離子的步驟期間相對於該分段離子源將該平台板定位在一第一距離；及在一第一蝕刻處理期間形成具有一第一深度的成角度的鰭片。
  14. 如請求項13所述的方法，更包括以下步驟： 相對於該分段離子源將該平台板定位在一第二距離；從該分段離子源投射離子；及在一第二蝕刻處理期間形成具有一第二深度的成角度的鰭片。
  15. 如請求項12所述的方法，其中該從該分段離子源朝向該基板投射離子的步驟包括離子穿過該過濾板的孔。
  16. 如請求項15所述的方法，其中該過濾板的該等孔具有不同的形態，且該等孔的尺寸、形狀、間隔、密度、或分佈中的至少一者不同。
  17. 一種波導器製造方法，包括以下步驟：將一基板定位在一平台板上；將該平台板與一成角度的離子束源相對地定位，該成角度的離子束源包括：一分段離子源，包括一或更多個成角度的表面；一過濾板，被設置在該一或更多個成角度的表面附近；及一電極組件，被設置在該過濾板附近；及從該分段離子源穿過該電極組件及該過濾板用一或更多個非正交的角度朝向該基板投射離子以蝕刻該基板。
  18. 如請求項17所述的方法，更包括以下步驟：在該從該分段離子源投射該等離子的步驟期間相對於該分段離子源將該平台板定位在一第一距離；及 在一第一蝕刻處理期間形成具有一第一深度的成角度的鰭片。
  19. 如請求項18所述的方法，更包括以下步驟：相對於該分段離子源將該平台板定位在一第二距離；從該分段離子源投射離子；及在一第二蝕刻處理期間形成具有一第二深度的成角度的鰭片。
  20. 如請求項19所述的方法，其中該第二深度與該第一深度不同。
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