TWI764060B - 用於偵測斜角表面浮雕格柵的蝕刻深度之系統與方法 - Google Patents

用於偵測斜角表面浮雕格柵的蝕刻深度之系統與方法

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TWI764060B TW108139783A TW108139783A TWI764060B TW I764060 B TWI764060 B TW I764060B TW 108139783 A TW108139783 A TW 108139783A TW 108139783 A TW108139783 A TW 108139783A TW I764060 B TWI764060 B TW I764060B
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Abstract

提供光學格柵組件及形成方法。在一些實施例中，一種 方法包括提供光學格柵層以及在光學格柵層中形成光學格柵，其中光學格柵包括相對於光學格柵層的平面的垂直線以非零傾斜角設置的多個斜角溝槽。所述方法可更包括將來自光源的光傳送至光學格柵層中以及量測以下中的至少一者：光的離開光學格柵層的非繞射部分及光的離開光學格柵層的繞射部分。

Description

用於偵測斜角表面浮雕格柵的蝕刻深度之系統 與方法 [相關申請案的交叉參考]
本申請案主張於2018年11月15日提出申請、標題為「用於偵測斜角表面浮雕格柵的蝕刻深度之系統與方法(System and Method for Detecting Etch Depth of Angled Surface Relief Gratings)」的美國臨時專利申請案第62/767,944號的優先權，且主張於2019年1月4日提出申請、標題為「用於偵測斜角表面浮雕格柵的蝕刻深度之系統與方法(System and Method for Detecting Etch Depth of Angled Surface Relief Gratings)」的美國專利申請案第16/240,301號的優先權，且所述美國專利申請案全文併入本案供參考。
本發明是有關於光學元件，且更具體而言有關於用於最佳地偵測斜角表面浮雕格柵的蝕刻深度的方式。
出於各種優勢，一直以來使用例如光學透鏡等光學元件來操縱光。近來，已在全像及擴增/虛擬實境(augmented/virtual reality，AR及VR)裝置中使用微繞射格柵。
一種特定的AR及VR裝置是穿戴式顯示系統，例如被排列成在距離人眼的短距離內顯示影像的頭戴裝置。此種穿戴式頭戴裝置有時被稱為頭戴式顯示器，且設置有在距使用者的眼睛的若干厘米內顯示影像的框架。所述影像可為在顯示器(例如，微顯示器)上的由電腦產生的影像。對光學組件進行排列以將期望影像的光(其中所述光是在顯示器上產生)輸送至使用者的眼睛，使得所述影像對所述使用者而言為可見。產生影像的顯示器可形成光引擎的一部分，使得影像產生準直光束，所述光束由光學組件引導以提供對使用者而言可見的影像。
已使用不同種類的光學組件來將影像自顯示器傳遞至人眼。為在擴增實境透鏡或組合器中恰當地發揮作用，可設計光柵的幾何形狀以達成各種效果。在一些裝置中，在透鏡的表面上形成多個不同的區域(例如二或更多個不同的區域)，其中一個區域中的格柵幾何形狀不同於其他區域中的格柵幾何形狀。
可藉由在基板或基板上的薄膜堆疊中直接蝕刻斜角溝槽來生產斜角表面浮雕光學格柵。控制光學格柵的效率的參數中的一者是溝槽深度。然而，蝕刻速率可能例如由於蝕刻源輸出的變化、待蝕刻材料的特性的批次間變化(lot to lot variation)、蝕刻裝備維護以來的時間以及諸多其他原因等而隨時間變化(在各個樣品之間、一天天地)。因此，溝槽深度可能不一致，從而導致不當的結果。
因此，針對至少以上缺點，提供本發明。
一種形成光學格柵組件的方法可包括提供光學格柵層以及在光學格柵層中形成光學格柵，其中光學格柵包括多個斜角溝槽。所述方法可更包括將來自光源的光傳送至光學格柵層中以及量測以下中至少一者：光的離開光學格柵層的非繞射部分及光的離開光學格柵層的繞射部分。
一種形成光學格柵組件的方法可包括提供光學格柵層以及將光傳送至光學格柵層中。所述方法可更包括在光行進穿過光學格柵層的同時蝕刻光學格柵層，以形成光學格柵。光學格柵可具有相對於光學格柵層的平面的垂直線以非零傾斜角設置的多個斜角組件。所述方法可更包括在形成光學格柵期間偵測以下中的至少一者：光的離開光學格柵層的非繞射部分及光的離開光學格柵層的繞射部分。
一種用於量測光學格柵的性質的系統可包括光源，光源將光傳送至光學格柵層中，其中光的非繞射部分繼續通過形成於光學格柵層中的光學格柵並在第一離開點處離開光學格柵層。此外，光的繞射部分可在光學格柵處改變方向並在第二離開點處離開光學格柵層。所述系統可更包括至少一個偵測器以及處理裝置，所述至少一個偵測器偵測光的非繞射部分及光的繞射部分。處理裝置可為可操作用以接收所確定的光的非繞射部分的第一光值及光的繞射部分的第二光值。處理裝置可更可操作用以將第一 光值及第二光值中的至少一者與預定光值進行比較，其中預定光值與已知的光學格柵溝槽深度相關。處理裝置可更可操作用以基於將第一光值及/或第二光值與預定光值進行比較來確定光學格柵的多個斜角溝槽的深度。
100:光學格柵組件
102:基板
104:蝕刻終止層
106、307、407:光學格柵
107、305:光學格柵層
108:硬遮罩
112:斜角組件/斜角結構
113、115:側壁
114、314:溝槽
200:處理設備
202:電漿腔室
204:電漿
206:提取板
208:提取孔隙
210:離子束
214:基板台板
220:偏壓電源
222:源
224:處理腔室
226:垂直線
230:掃描方向
300:系統
301:光源
303、403:光
311、365:非繞射部分
312:斜角結構
313:第一離開點
315、366:繞射部分
317:第二離開點
321:第一偵測器
323:第二偵測器
325:處理裝置
327:光值/所確定光值
335:預定光值
337:格柵溝槽深度/斜角組件高度
340、354:深度/高度
345:平面
347:側表面
349:上部內表面
350:測試光學格柵
351:下部內表面
352:測試光值
360:第一表面
405:光學格柵層/基板
411:頂表面
413:第一側/邊緣
415:第二側/邊緣
417:輸出光
421:偵測器
500:方法
502、504、506、508、510、512:步驟
CD:鰭厚度
d:深度
H、H1:格柵高度
H2:高度/格柵高度
I1:第一強度
I2:第二強度
I3:第三強度
I4:第四強度
X、Y、Z:方向
α:角半徑
β:角半徑/非零傾斜角
Φ:非零入射角
θ:第二側壁角度
ρ:第一側壁角度
附圖示出本發明的示例性方式，包括本發明的原理的實際應用，附圖如下所示：圖1A繪示根據本發明實施例的一種光學格柵組件的側面剖視圖。
圖1B繪示根據本發明實施例的圖1A所示光學格柵組件的俯視平面圖。
圖2A示出根據本發明實施例的以示意形式繪示的處理設備。
圖2B以俯視平面圖示出根據本發明實施例的提取板組件以及基板。
圖3示出根據本發明實施例的在光學格柵層中形成的斜角結構的側面剖視圖。
圖4示出根據本發明實施例的用於量測光學格柵的性質的系統。
圖5A至圖5B示出根據本發明實施例的在處理期間的光學格柵層。
圖6A至圖6B示出根據本發明實施例的在處理期間的光學格柵層。
圖7繪示根據本發明實施例的製程流程。
圖式未必是按比例繪製。圖式僅為代表圖，而非旨在描繪本發明的具體參數。圖式旨在繪示本發明的示例性實施例，且因此不被視為在範圍上具有限制性。在圖式中，相同的編號表示相同的元件。
現在將在下文中參照其中示出了一些實施例的附圖來更充分地闡述本發明的實施例。本發明的標的可實施為諸多不同的形式，而不被視為限於本文中所述的實施例。提供該些實施例是為了使本發明將透徹及完整，且將向熟習此項技術者充分地傳達所述標的的範圍。在圖式中，相同的編號在通篇中指代相同的元件。
如本文中所使用，除非另外指示，否則以單數形式敘述且跟在詞「一(a或an)」後面的元件或操作被理解為可能包括多個元件或操作。此外，本發明所提及的「一個實施例」或「一些實施例」可被解釋為包括同樣包含所敘述特徵的附加實施例的存在。
此外，用語「大約」或「大約地」在一些實施例中可互換使用，且可使用熟習技術者所可接受的任何相對度量來闡述。舉例而言，該些用語可用作與參考參數的比較，以指示能夠提供預期功能的偏差。儘管為非限制性的，然而與參考參數的偏差可為例如小於1%、小於3%、小於5%、小於10%、小於15%、小於 20%等等的量。
本文中的實施例提供新穎的光學組件及系統以及形成光學組件的方法。各種實施例與繞射式光學元件有關，其中用語「光學格柵組件」指代具有光學格柵的裝置或部件，包括AR及VR頭戴裝置、用於AR及VR的目鏡或者用於形成用於目鏡(例如，眼鏡)的光學格柵的母版(master)。
如上所述，光學格柵的蝕刻速率可能由於蝕刻源輸出的變化、待蝕刻材料的特性的批次間變化、蝕刻裝備維護以來的時間以及諸多其他原因而隨時間變化(在各個樣品之間、一天天地等)。為解決該些缺陷，本文中的實施例提供一種偵測蝕刻的進展以達成更牢固的結果分佈的系統及方法。更具體而言，本文中的實施例依賴格柵在格柵正在製作時的光學特性，以偵測何時完成格柵形成。
在一些實施例中，格柵可原位用作系統的部分，以監控格柵的演進。光源可經由基板的邊緣引入光子。光子向格柵傳播，且依賴於內部反射以保持於基板中。在格柵處，光子的與格柵深度有關的部分可被折射，而其餘部分則繼續行進。對在折射位置及透射位置中偵測的光量的偵測及比較可提供對隨時間增加的溝槽深度的度量。儘管本文中主要使用非繞射光與繞射光之間的相對強度變化作為度量來闡述，然而亦可使用例如空間分佈等其他特性。在一些實施例中，視格柵定向而定，經折射光子的偵測器可位於台板(platen)內或腔室內，而非附接至台板的周邊。
圖1A繪示根據本發明實施例的光學格柵組件100的側面剖視圖。圖1B繪示光學格柵組件100的俯視平面圖。根據本發明的各種實施例，光學格柵組件100可用作待被放置於眼鏡上或與眼鏡一體形成的光學格柵。光學格柵組件100包括基板102以及設置於基板102上的光學格柵106。在一些實施例中，基板102是透光材料，例如已知的玻璃。在一些實施例中，基板102是矽。在後一種情形中，基板102是矽，且使用另一製程將格柵圖案轉移至另一光學基板(例如玻璃或石英)的表面上的膜。所述實施例並不限於此上下文。如以下進一步闡述，光學格柵106可設置於光學格柵層107中。在圖1A及圖1B所示的實施例中，光學格柵組件100更包括設置於基板102與光學格柵層107之間的蝕刻終止層104。根據本發明的一些實施例，光學格柵層107可為透光材料，例如氧化矽、氮化矽、玻璃、TiO2或其他材料。
根據本發明的一些實施例，光學格柵106可包括處於100奈米(nm)至1000奈米範圍內的格柵高度H。因此，光學格柵106可適宜用於AR及VR設備的目鏡中。本文中的實施例並不限於此上下文。根據一些實施例，蝕刻終止層104可為透光材料且可具有10奈米至100奈米的厚度。所述實施例並不限於此上下文。用於蝕刻終止層104的合適材料的實例包括SiN、SiO2、TiN、SiC以及其他材料。在其中光學格柵106將被應用於或包括於眼鏡的目鏡中的實施例中，尤其適宜的材料是透光材料。在其中光學格柵組件100形成用於製作目鏡用光學格柵的母版的實施例中， 蝕刻終止層104無需為透光的。此外，在一些實施例中可省略蝕刻終止層104。
如在圖1A中進一步所示，光學格柵106可包括被示出為斜角組件或結構112的多個斜角結構，所述多個斜角結構相對於基板102的平面的垂直線以非零傾斜角設置。斜角結構112可包括於傾斜格柵的一或多個場(field)內，所述傾斜格柵一起形成「微透鏡」。如下文將更詳細闡述，每一斜角結構112的側壁113及115的角度(例如，相對於基板102的平面的垂直線)及形狀可在束選擇性(beam selectivity)、束角展度(beam angle spread)、束角平均值(beam angle mean)等被修改時變化。如下文將更詳細闡述，每一斜角結構112的側壁113及115的角度可基於斜角結構112與形成於斜角結構112之上的硬遮罩之間的選擇性而進一步變化。如本文中所使用，選擇性可為形成斜角結構112的光學格柵層的材料、蝕刻離子的化學性質(chemistry)以及工具參數(例如束強度、不同氣體的相對壓力以及溫度)的乘積。
在斜角結構112之間的是多個溝槽114。斜角結構112可被排列成沿第一方向界定均勻或可變的高度。在圖1A所示實例中，斜角結構112沿平行於所示笛卡爾座標系的Y軸的方向界定均勻的高度，其中第一方向(Y軸)平行於基板102的平面，即X-Y平面。在其他實施例中，斜角結構112可沿平行於Y軸的方向界定可變高度。所述多個溝槽114可相對於例如基板102的頂表面或光學格柵層107的頂表面等平面的垂直線以非零傾斜角設 置。
光學格柵106沿Y方向的寬度可在大約數毫米至數厘米的數量級，而格柵高度H可在大約1微米或小於1微米的數量級。因此，格柵高度H的變化可介於大約數百奈米或小於數百奈米的數量級。格柵高度H或深度d的平滑變化的實例是：相鄰格柵線之間的格柵高度H或深度d的變化小於10%、小於5%或小於1%。所述實施例並不限於此上下文。因此，在目鏡中，格柵高度H可在給定方向上沿目鏡的表面在例如數毫米至數厘米的距離上連續地且以不驟然變化的方式變化。更具體而言，在5毫米距離上格柵高度H變化50%可能需要在大約5x103條具有一微米節距的線上連續地改變格柵高度H。所述變化需要相鄰線的相對高度的平均變化為0.5/(5x103)或大約0.01%。
現在參照圖2A，圖2A示出以示意形式繪示的處理設備200。處理設備200代表用於蝕刻基板的部分或在基板上進行沈積以產生例如本發明實施例的光學格柵的處理設備。處理設備200可為電漿類的處理系統，所述電漿類的處理系統具有電漿腔室202用於藉由此項技術中已知的任意方便方法在其中產生電漿204。可如所示提供具有提取孔隙208的提取板206，其中可實行非均勻蝕刻或非均勻沈積以反應性地蝕刻或沈積光學格柵層107(圖1A至圖1B)。包括例如上述光學格柵結構的基板102設置於處理腔室224中。基板102的基板平面由所示笛卡爾座標系的X-Y平面表示，而基板102的平面的垂直線沿Z軸(Z方向)放置。
如在圖2A中進一步所示，如在已知的系統中一樣，當利用偏壓電源220在電漿腔室202與基板102(或基板台板214)之間施加電壓差時可提取出離子束210。偏壓電源220可耦合至處理腔室224，例如其中處理腔室224與基板102保持於相同的電位。
根據各種實施例，可沿垂直線226提取離子束210，或可相對於垂直線226以非零入射角(被示出為Φ)提取離子束210。
離子束210內離子的軌跡可彼此平行或可位於窄的角展度範圍(例如，彼此位於10度或小於10度的角展度範圍)內。在其他實施例中，如下文將論述，離子束210內離子的軌跡可彼此例如以扇形收斂或發散。因此，Φ的值可表示入射角的平均值，其中軌跡個別地自平均值變化達若干度。在各種實施例中，如在已知的系統中一樣，可提取離子束210作為連續的束或作為脈衝離子束。舉例而言，偏壓電源220可被配置成在電漿腔室202與處理腔室224之間供應電壓差作為脈衝直流(direct current，DC)電壓，其中脈衝電壓的電壓、脈衝頻率及負載循環(duty cycle)可彼此獨立地進行調整。
在各種實施例中，源222可向電漿腔室202供應例如反應氣體等氣體。依據被提供至電漿腔室202的物質的具體組成，電漿204可產生各種蝕刻物質或沈積物質。
在各種實施例中，離子束210可被提供為帶狀反應離子束，所述帶狀反應離子束具有沿圖2B中所示笛卡爾座標系的X方向延伸的長軸。藉由沿掃描方向230相對於提取孔隙208(且因 此相對於離子束210)掃描包括基板102的基板台板214，離子束210可蝕刻基板102或在基板102上沈積。離子束210可由任意方便的氣體混合物(包括惰性氣體、反應氣體)構成，且在一些實施例中可結合其他氣體物質被提供。在特定實施例中，離子束210及其他反應物質可作為蝕刻配方被提供至基板102以實行對層(例如，光學格柵層107)的定向反應離子蝕刻。如在此項技術中已知，此種蝕刻配方可使用已知的反應離子蝕刻化學物質用於對例如氧化物等材料或其他材料進行蝕刻。在其他實施例中，離子束210可由惰性物質形成，其中提供離子束210以在相對於離子束210掃描基板102時藉由物理濺鍍蝕刻基板102(或更具體而言，光學格柵層107)。
在圖2B所示實例中，離子束210被提供為帶狀反應離子束，所述帶狀反應離子束沿X方向延伸至束寬度，其中所述束寬度即使在沿X方向的最寬部分處仍足以暴露於基板102的整個寬度。示例性束寬度可介於10厘米、20厘米、30厘米或大於30厘米範圍內，而沿Y方向的示例性束長度可介於2毫米、3毫米、5毫米、10毫米或20毫米範圍內。所述實施例並不限於此上下文。
注意，掃描方向230可表示沿Y方向在兩個相對(180度)的方向上掃描基板102，或僅朝左掃描或僅朝右掃描。如在圖2B中所示，離子束210的長軸沿垂直於掃描方向230的X方向延伸。因此，當沿掃描方向230對基板102進行掃描直至自基板102的左側至右側的充分長度時，整個基板102可被暴露至離子束 210。
格柵特徵可藉由使用處理配方相對於離子束210掃描基板102來達成。簡言之，處理配方可需要改變一組製程參數中的至少一個製程參數，具有改變例如在掃描基板102期間由離子束210引起的蝕刻速率或沈積速率的效果。此種製程參數可包括基板102的掃描速率、離子束210的離子能量、當作為脈衝離子束提供時離子束210的負載循環、離子束210的擴展角以及基板102的旋轉位置。在本文中的至少一些實施例中，處理配方可更包括光學格柵層107的材料及蝕刻離子的化學性質。在又一些其他實施例中，處理配方可包括光學格柵層107的起始幾何形狀，包括尺寸及縱橫比。所述實施例並不限於此上下文。
現在轉至圖3，將更詳細地闡述藉由本文中實施例的蝕刻製程在光學格柵層107中形成的一組示例性鰭或斜角結構112。斜角結構112可藉由上述蝕刻製程中的任一者形成，以製造具有獨特位置、形狀、三維定向等的斜角結構112。在一些實例中，蝕刻製程能夠控制或修改所述一組斜角結構組112的以下格柵參數中的任一者：節距、硬遮罩108厚度及鰭高度/溝槽深度。蝕刻製程亦能夠控制或修改以下格柵參數中的任一者：鰭厚度(CD)、角半徑β及α、蝕刻終止層104中的過度蝕刻、橫傾(heeling)、第一側壁角度ρ、第二側壁角度θ及基腳(footing)。
現在轉至圖4，將更詳細地闡述根據本發明實施例的用於量測光學格柵層305的性質的系統300。光學格柵層305可與圖 3中所示光學格柵層107相同或相似。儘管為非限制性的，然而系統300可包括光源301，光源301將光303傳送至基板或光學格柵層305中。在一些實施例中，光303可為被朝光學格柵307引導的多條射線及光子，其中光學格柵307可蝕刻至光學格柵層305中。如所示，光303的非繞射部分311可繼續通過光學格柵307並在第一離開點313處離開光學格柵層305。光303的繞射部分315可撞擊光學格柵307並改變方向，從而在第二離開點317處離開光學格柵307。
系統300可更包括接收/偵測光303的非繞射部分311的第一偵測器321以及接收/偵測光303的繞射部分315的第二偵測器323。如所示，第一偵測器321可位於第一離開點313附近，而第二偵測器323可位於第二離開點317附近。在一些實施例中，第一偵測器321及第二偵測器323可能夠分別感測非繞射部分311的強度及繞射部分315的強度。光303的非繞射部分311及繞射部分315可被轉換成以規則間隔採樣的對應電性訊號，並被數位化以產生對應的光強度值(例如以瓦(W)或瓦/平方米(W/m2)為單位)。
如下文將更詳細地闡述，光強度值可被傳送至被程式化為實行訊號分析的處理裝置325。在各種實施例中，不同類別的光強度亦可與影響反射光的掃描及感測的其他參數(例如光譜差異)相關聯。在所示非限制性實施例中，處理裝置325可為可操作用以接收根據光303的非繞射部分311及/或繞射部分315確定的一 或多個光值327。在一些實施例中，光值327可為光303的非繞射部分311及/或繞射部分315的光強度。作為另一選擇，光值327可為在一時間週期內光303的非繞射部分311的光強度與光303的繞射部分315的光強度之間的差。在其他實施例中，光值327可對應於光303的非繞射部分311及/或繞射部分315的空間分佈。
處理裝置325可進一步可操作用以將光303的非繞射部分311及/或繞射部分315的光值327與預定光值335進行比較。儲存於記憶體(未示出)中的預定光值335可為多個已知光強度值的一部分，所述多個已知光強度值是先前針對給定光學格柵特性(例如溝槽深度/斜角組件高度)獲得或確定的。換言之，對於一系列已知格柵溝槽深度/斜角組件高度337中的每一者，提供對應的光強度。在各種實施例中，預定光值335可為光303的非繞射部分311及/或繞射部分315的已知強度。作為另一選擇，預定光值335可為光303的非繞射部分311與繞射部分315之間的已知相對差。
處理裝置325可進一步可操作用以基於將所確定光值327與預定光值335進行比較來確定光學格柵307的所述多個斜角組件的深度/高度340。舉例而言，當所確定光值327等於或大約等於預定光值335時，所述多個斜角組件的深度/高度340將等於與預定光值335關聯的已知格柵溝槽深度/斜角組件高度337。處理裝置325可能夠例如當光學格柵307被蝕刻時原位確定溝槽的深度。一旦如藉由所確定光值327與預定光值335之間的匹配而 確定光學格柵307的所述多個斜角組件的格柵溝槽深度/斜角組件高度等於已知格柵溝槽深度/斜角組件高度，則可停止蝕刻光學格柵307。在一些實施例中，處理裝置325可向處理設備200(圖2A)發送訊號，以防止進一步處理光學格柵層305。
如進一步所示，光源301或附加光源(未示出)可將光303傳送至測試光學格柵350中。光303的非繞射部分365可繼續通過測試光學格柵350並離開光學格柵層305。光303的繞射部分366可撞擊測試光學格柵350並改變方向，從而在第二離開點處離開光學格柵307。
第一偵測器321或附加偵測器(未示出)可接收及偵測光303的非繞射部分365，且第二偵測器323或附加偵測器(未示出)可接收及偵測來自測試光學格柵350的光303的繞射部分366。在一些實施例中，第一偵測器321及第二偵測器323可能夠感測光303的非繞射部分365及繞射部分366在到達測試光學格柵350之後的強度。與以上相似，光303的非繞射部分365及繞射部分366可被轉換成以規則間隔採樣的對應電性訊號，並被數位化以產生對應的光強度值(例如以瓦或瓦/平方米為單位)。
如下文將更詳細地闡述，對應於測試光學格柵350的光強度值可被傳送至被程式化為實行訊號分析的處理裝置325。在各種實施例中，不同類別的光強度亦可與影響反射光的掃描及感測的其他參數(例如光譜差異)相關聯。在所示非限制性實施例中，處理裝置325可為可操作用以接收根據與測試光學格柵350交互 作用的光303的非繞射部分365及/或繞射部分366確定的一或多個測試光值352。在一些實施例中，測試光值352可為光303的非繞射部分及/或繞射部分的光強度。作為另一選擇，測試光值352可為在一時間週期內光303的非繞射部分365的光強度與光303的繞射部分366的光強度之間的差。在其他實施例中，測試光值352可對應於與測試光學格柵350交互作用的光303的非繞射部分365及/或繞射部分366的空間分佈。
處理裝置325可進一步可操作用以將光303的非繞射部分365及/或繞射部分366的測試光值352與預定光值335進行比較。此外，撞擊光學格柵307的光303的非繞射部分311及/或繞射部分315的光值327亦可與測試光值352進行比較。處理裝置325可進一步可操作用以基於將測試光值352與預定光值335進行比較來確定測試光學格柵350的溝槽的深度/高度354。處理裝置325可進一步可操作用以確定光學格柵307的所述多個斜角組件的深度/高度340。所述確定可基於將所確定光值327與以下中的至少一者進行比較：預定光值335、測試光值352及/或測試光學格柵350的溝槽的深度/高度354。當所確定光值327等於或大約等於預定光值335或測試光值352時，所述多個斜角組件的深度/高度340將等於與預定光值335及/或測試光值352關聯的已知格柵溝槽深度/斜角組件高度337。因此，處理裝置325可例如當光學格柵307及/或測試光學格柵350被蝕刻時原位確定溝槽的深度。一旦如藉由所確定光值327與預定光值335及/或測試光值352 之間的匹配而確定光學格柵307及/或測試光學格柵350的溝槽的格柵溝槽深度/斜角組件高度等於已知格柵溝槽深度/斜角組件高度，則可停止蝕刻光學格柵307及/或測試光學格柵350。在一些實施例中，處理裝置325可向處理設備200(圖2A)發送訊號，以防止進一步處理光學格柵307及/或測試光學格柵350。
儘管沿光學格柵層305的第一表面360(例如，上表面)示出，然而測試光學格柵350可沿著光學格柵層305的前側及/或背側。測試光學格柵350可形成/位於已知位置中(在光學格柵層305上的位置以及相對於光學格柵307的位置)，以使得當裝置佈局改變時能夠更容易地進行測試。
現在轉至圖5A至圖5B，將更詳細地闡述根據本發明實施例在形成光學格柵307期間光303經由光學格柵層305的傳播。如所示，光學格柵層305中設置有形成於其中的光學格柵307。光學格柵307包括多個斜角結構312，所述多個斜角結構312相對於光學格柵層305的平面345(例如，頂表面)的垂直線以非零傾斜角設置。斜角結構312藉由在光學格柵層305中蝕刻多個溝槽314而形成。因此，所述多個溝槽314亦可以非零傾斜角設置。在非限制性實施例中，格柵高度H1可在大約0.5微米或小於0.5微米的數量級。
如所示，光303可經由光學格柵層305的側表面347引入至光學格柵層305中。在一些實施例中，光303沿大約平行於平面345的平面引入。光303可包括經由光學格柵層305傳播且 在上部內表面349與下部內表面351之間內部反射的多條射線及光子。如所示，光303的非繞射部分311繼續通過光學格柵307(例如，在光學格柵307下方)並在第一離開點313處離開光學格柵層305。非繞射部分311可被第一偵測器321(圖4)辨識為具有第一強度I1。同時，光303的繞射部分315在光學格柵307處改變方向並在第二離開點處離開光學格柵層305。繞射部分315可被第二偵測器323(圖4)辨識為具有第二強度I2。
如圖5B中所展示，隨著對光學格柵307的處理繼續，所述多個溝槽314加深，從而使得所述多個斜角結構312的高度H2有效地增加。在一些實施例中，格柵高度H2可在大約0.5微米至1.0微米之間。如所示，光303的非繞射部分311繼續通過光學格柵307(例如，在光學格柵307下方)並在第一離開點313處離開光學格柵層305。非繞射部分311可被第一偵測器321(圖4)辨識為具有第三強度I3。同時，光303的繞射部分315在光學格柵307處改變方向並在第二離開點317處離開光學格柵層305。繞射部分315可被第二偵測器323(圖4)辨識為具有第四強度I4。比較如圖5A至圖5B之間所示的對光學格柵層305的處理，H1>H2，因此使得對於非繞射部分311，I3>I1，且對於繞射部分，I4>I2。換言之，隨著光學格柵307的溝槽314加深，更多的光303被光學格柵307繞射。如上所述，所述差異可被捕獲，並用於以光學方式準確確定溝槽深度。
圖6A至圖6B展示根據本發明各種實施例的各種光源及 偵測器排列方式。在圖6A所示實施例中，來自自由空間的光403被注入至光學格柵層/基板405的光學格柵407中，且一或多個偵測器421量測全內反射(total internal reflection，TIR)之後的光傳播及經由光學格柵層/基板405的傳播。在一些非限制性實施方式中，光403相對於光學格柵層405的平面(例如，頂表面411)的垂直線以非零傾斜角(β)被引導至光學格柵407中。在圖6B所示實施例中，光403經由光學格柵層/基板405的第一側/邊緣413注入，且輸出光417被經由光學格柵層/基板405的第二側/邊緣415偵測。如所示，光學格柵407將第一側413與第二側415分隔開。偵測器421可被配置成量測繞射輸出耦合造成的光「損失」。
舉例而言，在其他實施例中，可在製程中的各種其他物理位置或點中獲得量測。在第一實例中，量測可在主機上進行。在一些情形中，量測不是在實際的腔室上進行。相反，量測是在外部進行，即在轉移腔室中或在單獨的量測腔室中進行。在第二實例中，量測可在工廠介面(factory interface，FI)上進行。量測可相似於能夠放置於裝載口(loadport)或FI一側的光學計量工具。
現在轉至圖7，將更詳細地闡述根據本發明實施例的方法500。具體而言，在方塊502處，提供光學格柵層。在一些實施例中，在基板之上形成光學格柵層。在一些實施例中，光學格柵層可包含光學透明材料，光學透明材料包括但不限於氧化矽、氮化矽、玻璃或其他材料。在一些實施例中，光學格柵層形成於蝕 刻終止層頂上。蝕刻終止層可為光學透明材料，且可具有10奈米至100奈米的厚度。
在方塊504處，方法500可包括在光學格柵層中形成光學格柵，其中光學格柵包括相對於光學格柵層的平面的垂直線以非零傾斜角設置的多個斜角溝槽。在一些實施例中，所述多個斜角溝槽具有均勻的深度。在一些實施例中，藉由在光學格柵層中進行反應離子蝕刻形成所述多個斜角溝槽。在一些實施例中，光學格柵可為測試格柵，而非主動裝置的一部分。
在方塊506處，方法500可包括將光自光源傳送至光學格柵層中。在一些實施例中，隨著光學格柵的形成，光被傳送至光學格柵層中。
在方塊508處，所述方法可更包括量測光的離開光學格柵層的非繞射部分及繞射部分。在一些實施例中，光的非繞射部分及繞射部分由位於光學格柵層邊緣附近的一或多個偵測器量測。在一些實施例中，在形成光學格柵的同時，連續或週期性地量測光的非繞射部分及繞射部分。
在方塊510處，方法500可更包括將預定光值與以下中的至少一者的所偵測光值進行比較：光的非繞射部分及光的繞射部分，其中預定光值對應於已知的斜角組件高度。在一些實施例中，所偵測光值是光強度。
在方塊512處，方法500可更包括基於將所偵測光值與預定光值進行比較來確定所述多個斜角組件的高度。
本文中的實施例可為由電腦實施的。舉例而言，處理設備200及/或系統300可包括電腦處理器(例如處理裝置325)，以實行邏輯運算、計算任務、控制功能等。在一些實施例中，電腦處理器可為處理器的組件。電腦處理器可包括一或多個子系統、組件、模組及/或其他處理器，且可包括可使用時鐘訊號進行操作以鎖存資料、推進邏輯狀態、同步計算及邏輯運算及/或提供其他定時功能的各種邏輯組件。在操作期間，電腦處理器可接收經由區域網路(local area network，LAN)及/或廣域網路(wide area network，WAN)(例如，T1、T3、56kb、X.25)、寬頻連接(整合服務數位網路(integrated services digital network，ISDN)、訊框中繼(Frame Relay)、非同步傳送模式(asynchronous transfer mode，ATM))、無線鏈路(802.11、藍芽等)等等傳輸的訊號。在一些實施例中，可使用例如置信密鑰對加密(trusted key-pair encryption)來加密訊號。不同的系統可使用例如乙太網路或無線網路、直接串聯或並聯連接、通用串列匯流排(universal serial bus，USB)、火線®(Firewire®)、藍芽®(Bluetooth®)或其他專有介面等不同的通訊路徑傳輸資訊。(火線是蘋果電腦公司(Apple Computer，Inc.)的注冊商標。藍芽是藍芽特殊利益集團(Speical Interest Group，SIG)的注冊商標)。
一般而言，電腦處理器執行儲存於記憶體單元及/或儲存系統中的電腦程式指令或代碼。舉例而言，當執行電腦程式指令時，電腦處理器使處理設備200接收輸入(例如本文中所論述的 處理參數中的任一者，並自電腦處理器提供輸出。在一些實施例中，電腦處理器執行並施行處理配方以形成光學格柵組件100及光學格柵層305。
當執行電腦程式代碼時，電腦處理器可往來於記憶體單元及/或儲存系統讀取及/或寫入資料。儲存系統可包括卡式錄影機(video cassette recorder，VCR)、數位視訊錄影機(digital video recorder，DVR)、獨立磁碟冗餘陣列(redundant array of independent disks，RAID)陣列、通用串列匯流排硬碟驅動機、光碟記錄器、快閃儲存裝置及/或用於儲存及/或處理資料的任何其他資料處理及儲存元件。儘管未示出，然而處理設備200可亦包括與電腦基礎設施的一或多個硬體組件通訊的輸入/輸出(input/ouput，I/O)介面，以使得使用者能夠與處理設備200(例如，鍵盤、顯示器、照相機等)互動。
綜上所述，本文中所述的各種實施例提供形成光學格柵組件的方法。製造可藉由在基板上及/或在用於將圖案轉移至相關基板的遮罩上直接施加斜角離子來達成。本發明實施例的第一個技術優點包括高效地控制格柵的溝槽深度，乃因格柵可作為系統的一部分原位使用，以監控格柵的演進。本發明實施例的第二個技術優點是使用光學深度偵測技術，乃因該些技術侵入性較小且造成的停機時間(downtime)較短。
本發明的範圍不受本文中所述的具體實施例的限制。事實上，藉由以上說明及附圖，除本文中所述的實施例以外，本發 明的其他各種實施例以及修改形式對此項技術中具有通常知識者而言亦將顯而易見。因此，此種其他實施例及修改形式旨在落於本發明的範圍內。此外，已在本文中在特定實施方式的上下文中在特定環境下出於特定目的闡述了本發明。此項技術中具有通常知識者將認識到有用性並非僅限於此，且本發明可在任意數目的環境下出於任意數目的目的有利地實施。因此，以下闡述的申請專利範圍將根據如在本文中闡述的本發明的整個寬度及精神進行解釋。
300:系統
301:光源
303:光
305:光學格柵層
307:光學格柵
311、365:非繞射部分
313:第一離開點
315、366:繞射部分
317:第二離開點
321:第一偵測器
323:第二偵測器
325:處理裝置
327:光值/所確定光值
335:預定光值
337:格柵溝槽深度/斜角組件高度
340、354:深度/高度
350:測試光學格柵
352:測試光值
360:第一表面

Claims (13)

  1. 一種形成光學格柵組件的方法，包括：提供光學格柵層；在所述光學格柵層中形成光學格柵，其中所述光學格柵包括多個斜角溝槽；將來自光源的光傳送至所述光學格柵層中；量測以下中的至少一者：所述光的離開所述光學格柵層的非繞射部分及所述光的離開所述光學格柵層的繞射部分；以及在蝕刻所述光學格柵的同時量測所述光的所述非繞射部分及所述光的所述繞射部分。
  2. 如請求項1所述的形成光學格柵組件的方法，更包括：將預定光值與以下中的至少一者的所偵測光值進行比較：所述光的所述非繞射部分及所述光的所述繞射部分，其中所述預定光值對應於已知的斜角溝槽深度；以及基於將所述所偵測光值與所述預定光值進行比較來確定所述多個斜角溝槽的深度，其中所述所偵測光值是光強度。
  3. 如請求項2所述的形成光學格柵組件的方法，更包括：在所述光學格柵層中形成測試光學格柵，其中所述光學格柵包括第二多個斜角溝槽；以及量測以下中的至少一者：所述光的通過所述測試光學格柵的 所述非繞射部分及所述光的在與所述測試光學格柵作用後離開所述光學格柵層的所述繞射部分。
  4. 如請求項2所述的形成光學格柵組件的方法，更包括在一時間週期內量測所述光的所述非繞射部分的所述光強度與所述光的所述繞射部分的所述光強度之間的差。
  5. 如請求項2所述的形成光學格柵組件的方法，其中形成所述光學格柵包括蝕刻所述光學格柵層以形成所述多個斜角溝槽，且其中所述蝕刻包括斜角反應離子蝕刻。
  6. 如請求項1所述的形成光學格柵組件的方法，其中所述多個斜角溝槽相對於所述光學格柵層的平面的垂直線以非零傾斜角設置。
  7. 如請求項1所述的形成光學格柵組件的方法，更包括當達成所述多個斜角溝槽的預定深度時，終止所述蝕刻所述光學格柵層。
  8. 一種形成光學格柵組件的方法，包括：提供光學格柵層；將光傳送至所述光學格柵層中；在所述光穿過所述光學格柵層行進的同時蝕刻所述光學格柵層，以形成光學格柵，所述光學格柵具有相對於所述光學格柵層的平面的垂直線以非零傾斜角設置的多個斜角組件；在形成所述光學格柵期間，偵測以下中的至少一者：所述光的離開所述光學格柵層的非繞射部分及所述光的離開所述光學格 柵層的繞射部分；將預定光值與以下中的至少一者的所偵測光值進行比較：所述光的所述非繞射部分及所述光的所述繞射部分，其中所述預定光值對應於已知的斜角組件高度；基於所述預定光值與所偵測光值的比較來確定所述多個斜角組件的高度；以及當所述多個斜角組件的高度大約等於所述已知的斜角組件高度時，終止蝕刻所述光學格柵層。
  9. 如請求項8所述的形成光學格柵組件的方法，更包括在一時間週期內量測所述光的所述非繞射部分的光強度與所述光的所述繞射部分的所述光強度之間的差。
  10. 如請求項8所述的形成光學格柵組件的方法，其中所述光相對於所述光學格柵層的平面的垂直線以非零傾斜角直接傳送至所述光學格柵層中。
  11. 如請求項10所述的形成光學格柵組件的方法，其中量測所述光的所述非繞射部分，以確定所述光的由於所述光學格柵而損失的量。
  12. 如請求項8所述的形成光學格柵組件的方法，其中所述光的所述非繞射部分繼續通過所述光學格柵並在第一離開點處離開所述光學格柵層，且其中所述光的所述繞射部分在所述光學格柵處改變方向並在第二離開點處離開所述光學格柵層。
  13. 一種用於量測光學格柵的性質的系統，包括： 光源，將光傳送至光學格柵層中，其中所述光的非繞射部分繼續通過形成於所述光學格柵層中的光學格柵並在第一離開點處離開所述光學格柵層，且其中所述光的繞射部分在所述光學格柵處改變方向並在第二離開點處離開所述光學格柵層；至少一個偵測器，偵測所述光的所述非繞射部分及所述光的所述繞射部分；以及一種處理裝置，可操作用以：接收所述光的所述非繞射部分的第一光值及所述光的所述繞射部分的第二光值；將所述第一光值及所述第二光值中的至少一者與預定光值進行比較，其中所述預定光值與已知的光學格柵溝槽深度相關；以及基於所述第一光值及所述第二光值中的至少一者與所述預定光值的比較來確定所述光學格柵的多個斜角溝槽的深度。
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