TWI791867B - 形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實境裝置的方法 - Google Patents

形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實境裝置的方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI791867B
TWI791867B TW108124153A TW108124153A TWI791867B TW I791867 B TWI791867 B TW I791867B TW 108124153 A TW108124153 A TW 108124153A TW 108124153 A TW108124153 A TW 108124153A TW I791867 B TWI791867 B TW I791867B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
grating
layer
forming
etch stop
etching
Prior art date
Application number
TW108124153A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202006424A (zh
Inventor
摩根 艾文斯
魯格 邁爾 提摩曼 提森
約瑟 歐爾森
彼得 庫魯尼西
Original Assignee
美商瓦里安半導體設備公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 美商瓦里安半導體設備公司 filed Critical 美商瓦里安半導體設備公司
Publication of TW202006424A publication Critical patent/TW202006424A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI791867B publication Critical patent/TWI791867B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/44—Grating systems; Zone plate systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1847—Manufacturing methods
    • G02B5/1857—Manufacturing methods using exposure or etching means, e.g. holography, photolithography, exposure to electron or ion beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays characterised by optical features
    • G02B27/0103—Head-up displays characterised by optical features comprising holographic elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1842—Gratings for image generation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0005—Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

提供了形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實境 裝置的方法。在一些實施例中，一種方法包括在基底頂部提供蝕刻終止層；以及在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層。所述方法還可包括在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層；以及對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻以在所述光柵層中形成光柵。所述光柵可包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置，並且其中所述蝕刻在所述多個成角構件之間的所述蝕刻終止層中形成過蝕刻區域。

Description

形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實 境裝置的方法
本發明有關光學元件，且更具體來說，有關用以最優化形成繞射光學元件中的光柵的方式。
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，已在全息(holographic)及增強/虛擬實境(augmented/virtual reality，AR及VR)裝置中使用微繞射光柵。
一種特定的增強/虛擬實境裝置是一種穿戴式顯示系統，例如被設置成在距離人眼的短距離內顯示圖像的頭戴裝置。此種穿戴式頭戴裝置有時被稱為頭戴式顯示器，且設置有在距用戶的眼睛的若干公分內顯示圖像的框架。所述圖像可為在顯示器(例如，微顯示器)上的由電腦產生的圖像。對光學構件進行排列以將期望圖像的光(其中所述光是在顯示器上產生的)傳輸到用戶的眼睛，使得所述圖像對所述使用者來說是可見的。產生圖像的 顯示器可形成光引擎的一部分，因此圖像產生准直光束，所述准直光束由光學構件引導以提供對使用者來說可見的圖像。
已使用不同種類的光學構件來將圖像自顯示器傳遞到人眼。為在增強實境透鏡或組合器中恰當地發揮作用，光柵的幾何形狀可被設計成實現各種效果。在一些裝置中，在透鏡的表面上形成多個不同的區(例如，二個或更多個不同的區)，其中在一個區中的光柵幾何形狀與在其他區中的光柵幾何形狀不同。舉例來說，許多已知的裝置包括三個元件：入耦合器(incoupler)、水平擴展器(horizontal expander)以及出耦合器(outcoupler)。為提供該些不同的區，在不同的區中使用不同的蝕刻對光柵進行蝕刻使得光柵的幾何形狀在不同的區中可不同。由於處理複雜性，實現具有成角光柵的光學構件的最佳參數是未知的。
因此，針對至少上述缺陷提供了本發明。
在一個實施例中，一種形成光柵構件的方法可包括：在基底頂部提供蝕刻終止層；在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層；以及在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層。所述方法還可包括：對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻以在所述光柵層中形成光柵。所述光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置，並且其中所述蝕刻使得在所述蝕刻終止層中形成過蝕刻區域。
在另一實施例中，一種形成光柵構件的方法可包括：在基底頂部提供蝕刻終止層；在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層；以及在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層。所述方法還可包括：對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻以在所述光柵層中形成光柵。所述光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置。所述蝕刻在所述多個成角構件之間的所述蝕刻終止層中形成過蝕刻區域。
在又一實施例中，一種形成增強實境/虛擬實境裝置的方法可包括：在基底頂部提供蝕刻終止層；在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層；以及在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層。所述方法還可包括對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻以在所述光柵層中形成光柵。所述光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置。所述蝕刻形成凹陷到所述多個成角構件之間的所述蝕刻終止層中的過蝕刻區域。
100:光柵構件
102:基底
104:蝕刻終止層
106:光柵
107:光柵層
108:罩幕層
112:成角結構
113:側壁
114:溝渠
115:側壁
130:蝕刻離子
200:處理設備
202:電漿室
204:電漿
206:提取板
208:提取孔隙
210:離子束
214:基底台板
220:偏壓電源
222:源
224:處理室
226:垂直線
228:電漿殼層邊界
230:掃描方向
250:曲線圖
300A、300B、300C、300D:光柵構件
304:蝕刻終止層
307:光柵層
308:罩幕層
312:鰭
314:溝渠
341:第一側壁
342:第二側壁
343:傾側
344:頂表面
345:底腳
350:過蝕刻區域
400:光柵構件
402:基底
404:蝕刻終止層
407:光柵層
412:鰭
430A、430B:蝕刻離子
441:第一側壁
442:第二側壁
445:中心部分
446:上部
447:下部
500:方法
502、504、506、508、510、512:方塊
CD:厚度
d:深度
H:高度
S:選擇性值
X、Y、Z:方向
α、β:角半徑
θ:角度
ρ:角度
所附圖式示出本發明的示例性方式，包括本發明的原理的實際應用，所附圖式如下所示：圖1A繪示根據本發明的實施例一種光柵構件的側面剖視圖。
圖1B繪示根據本發明的實施例圖1A所示光柵構件的俯視平面圖。
圖2A示出根據本發明的實施例以示意圖形式繪示的處理設備。
圖2B根據本發明的實施例在俯視平面圖中示出提取板構件以及基底。
圖3示出根據本發明的實施例，在光柵構件的光柵層中形成的成角結構的側面剖視圖。
圖4是根據本發明的實施例，展示成角結構的側壁的選擇性輸入對輸出角度的曲線圖。
圖5A到圖5D繪示根據本發明的實施例在製作光柵時的各種階段。
圖6A到圖6B繪示根據本發明的實施例形成圖5D所示的光柵構件。
圖7A是繪示根據本發明的實施例的各種離子束角度擴展的側面剖視圖。
圖7B是繪示利用根據本發明的實施例的圖7A所示各種離子束角度擴展形成的多個成角結構的側面剖視圖。
圖8繪示根據本發明的實施例的流程圖。
圖式未必是按比例繪製。圖式僅為代表性圖，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，且因此不應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所附圖式來更充分地闡述根據本發明的實施例，在所附圖式中示出了一些實施例。本發明的主題可實施為許多不同的形式，而不應被視為僅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為透徹及完整的，且將向所屬領域中的技術人員充分地傳達所述主題的範圍。在圖式中，相同的編號在全文中表示相同的元件。
如本文中所使用，以單數形式敘述且跟在詞“一個(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，除非另外指明。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另外實施例的存在。
此外，用語“接近(approximate)”或“近似(approximately)”可在一些實施例中互換使用，並且可使用所屬領域中的技術人員可接受的任何相關測量來描述。舉例來說，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。儘管並非是限制性的，但與參考參數的偏差可以是例如小於1%、小於3%、小於5%、小於10%、小於15%、小於20%等的量。
本文中的實施例提供新穎的光學構件及系統以及形成光學構件的方法。各種實施例與繞射光學元件相關，其中用語“光柵構件”指具有光柵的裝置或構件，包括AR&VR頭戴裝置、用於AR&VR的目鏡、或形成用於目鏡(例如，眼鏡)的光柵的主 站(master)。
圖1A繪示根據本發明的實施例一種光柵構件100的側面剖視圖。圖1B繪示光柵構件100的俯視平面圖。根據本發明的各種實施例，光柵構件100可用作待被放置在眼鏡上或與眼鏡一體成型的光柵。光柵構件100包括基底102以及設置在基底102上的光柵106。在一些實施例中，基底102是透光材料，例如已知的玻璃。在一些實施例中，基底102是矽。在後面的情形中，基底102是矽，且使用另一製程來將光柵圖案轉移到另一光學基底(例如，玻璃或石英)的表面上的膜。所述實施例並不僅限於此上下文中。光柵106可設置在光柵層107中，如以下進一步闡述。在圖1A及圖1B所示的實施例中，光柵構件100更包括設置在基底102與光柵層107之間的蝕刻終止層104。根據本發明的一些實施例，光柵層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，光柵106可包括處於100nm到1000nm範圍內的光柵高度H。因此，光柵106可適用於AR&VR設備的目鏡。所述實施例並不僅限於此上下文中。根據一些實施例，蝕刻終止層104可為透光材料且可具有10nm到100nm的厚度。所述實施例並不僅限於此上下文中。用於蝕刻終止層104的適當材料的例子包括SiN、SiO2、TiN、SiC以及其他材料。在其中光柵106將被應用於或併入到眼鏡的目鏡中的實施例中，尤其恰當的材料是透光材料。在其中光柵構件100形成用於製作目鏡 用光柵的主站的實施例中，蝕刻終止層104不需要為透光的。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，光柵106可包括被示出為成角結構112的多個成角結構，所述多個成角結構相對於基底102的平面的垂直線以非零傾斜角設置。成角結構112可包括在一個或多個傾斜光柵場中，所述傾斜光柵一起形成“微透鏡”。如下文將更詳細地描述，每個成角結構112的側壁113及115可因對束選擇性、束角度擴展、束角度平均值等進行修改而在角度(例如，相對於基底102的平面的垂直線)及形狀上改變。如下文將更詳細地描述，每個成角結構112的側壁113和115的角度可進一步基於成角結構112與形成在成角結構112之上的罩幕層之間的選擇性而改變。在本文中所述的選擇性可以是形成有成角結構112的光柵層的材料、蝕刻離子的化學特性以及例如束強度、不同氣體的相對壓力及溫度等工具參數的乘積。
在成角結構112之間存在多個溝渠114。成角結構112可被排列成沿第一方向界定均勻或可變高度。在圖1A所示的例子中，成角結構112沿與所示笛卡爾座標系的Y軸平行的方向界定均勻高度，在所述笛卡爾座標系中第一方向(Y軸)平行於基底102的平面(在此種情形中為X-Y平面)。在其他實施例中，成角結構112可沿平行於Y軸的方向界定可變高度。
光柵106沿Y方向的寬度可大約為數公釐到數公分，而光柵高度H可大約為1微米或小於1微米。因此，光柵高度H的 變化可介於大約數百奈米或小於數百奈米。光柵高度H或深度d的平滑變化的例子是相鄰光柵線之間的光柵高度H或深度d的變化小於10%、小於5%或小於1%。所述實施例並不僅限於此上下文中。因此，在目鏡中，光柵高度H可在給定方向上沿目鏡的表面在例如數公釐到數公分的距離上連續地且以不驟然變化的方式變化。更具體來說，在5mm距離上光柵高度H變化50%可引起在具有一微米節距的近似5×103條線上連續地改變光柵高度H。此種變化引起相鄰線的相對高度的0.5/5×104或近似0.01%的平均變化。
現在轉到圖2A，圖2A示出了以示意圖形式繪示的處理設備200。處理設備200代表用於蝕刻基底的一些部分或在基底上進行沉積以產生例如本發明實施例的光柵的處理設備。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室202用於通過所屬領域中已知的任意方便方法在其中產生電漿204。可如圖所示提供具有提取孔隙208的提取板206，其中可執行不均勻的蝕刻或不均勻的沉積以反應性地蝕刻或沉積光柵層107(圖1A到圖1B)。包括例如上述光柵結構的基底102設置在處理室224中。基底102的基底平面由所示笛卡爾座標系的X-Y平面表示，而基底102的平面的垂直線沿Z軸(Z方向)放置。
如進一步在圖2A中所示，當利用偏壓電源220在電漿室202與基底102(或基底台板(substrate platen)214)之間施加電壓差時可提取出離子束210，如在已知的系統中。偏壓電源220 可耦合到處理室224，例如其中處理室224與基底102保持在相同的電勢。
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擴展範圍(例如，彼此位於10度或小於10度的角擴展範圍)內。在其他實施例中，如下文將論述，離子束210內離子的軌跡可例如以扇形形狀彼此彙聚或發散。因此，Φ的值可表示入射角的平均值，其中軌跡個別地從平均值變化到若干度。在各種實施例中，如在已知的系統中，可提取離子束210作為連續的束或作為脈衝離子束。舉例來說，偏壓電源220可被配置成在電漿室202與處理室224之間供應電壓差作為脈衝DC電壓，其中脈衝電壓的電壓、脈衝頻率及工作週期可彼此獨立地進行調整。
在各種實施例中，源222可向電漿室202供應氣體，例如反應氣體。依據被提供到電漿室202的物質的具體組成成分，電漿204可產生各種蝕刻物質或沉積物質。
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。通過沿掃描方向230相對於提取孔隙208(且因此相對於離子束210)掃描包括基底102的基底台板214，離子束210可蝕刻基底102或在基底102上沉積。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到基底102以執行對層(例如，光柵層107)的定向反應離子蝕刻。如在所屬技術領域中已知，此種蝕刻配方可使用已知的反應離子蝕刻化學物質來蝕刻例如氧化物等材料或其他材料。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掃描基底102時通過物理濺鍍蝕刻基底102(或更具體來說，光柵層107)。
在圖2B所示的例子中，將離子束210提供為帶狀反應離子束，所述帶狀反應離子束沿X方向延伸到束寬度，其中所述束寬度即使在沿X軸的最寬部分處仍足以暴露出基底102的整個寬度。示例性束寬度可處於10cm、20cm、30cm或大於30cm的範圍內，而沿Y軸的示例性束長度可處於2mm、3mm、5mm、10mm或20mm的範圍中。所述實施例並不僅限於此上下文中。
應注意，掃描方向230可表示沿Y軸在兩個相對(180度)的方向上掃描基底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對基底102進行掃描直至從基底102的左側到右側的充分長度時，整個基底102可被暴露至離子束210。
在各種實施例中，如以下詳細論述，處理設備200可用于形成具有可變特徵(例如，角度、厚度及深度)的光柵層。光柵特徵可通過利用處理配方相對於離子束210掃描基底102來實 現。簡單地說，處理配方可需要改變一組處理參數中的至少一個處理參數，從而具有在掃描基底102期間改變由離子束210導致的蝕刻速率或沉積速率的效果。此種處理參數可包括基底102的掃描速率、離子束210的離子能量、當離子束210被提供為脈衝離子束時離子束210的工作週期、離子束210的擴展角度以及基底102的旋轉位置。在本文中的至少一些實施例中，處理配方還可包括光柵層107的材料以及蝕刻離子130的化學特性。在另一些其他實施例中，處理配方可包括光柵層107的起始幾何形狀(包括尺寸和縱橫比)以及蝕刻終止層104的存在(包括預期蝕刻不足蝕刻終止層104還是過蝕刻到蝕刻終止層104中)。所述實施例並不僅限於此上下文。由於由離子束210導致的沉積速率或蝕刻速率可在掃描基底102期間變化，因此光柵層107的厚度或高度可沿掃描方向(Y軸)變化，從而產生(在以下詳細論述的進一步的處理操作之後)如在圖1A中所示的所得結構。
現在轉到圖3，將更詳細地闡述通過本文中實施例的蝕刻製程在光柵層107中形成的一組示例性鰭或成角結構112。成角結構112可通過上述蝕刻製程中的任一者形成，以製造具有獨特位置、形狀、三維取向等的成角結構112。在一些例子中，蝕刻製程能夠控制或修改所述一組成角結構112的以下光柵參數中的任一者：節距、罩幕層108厚度、鰭高度、鰭厚度CD、角半徑β及α、過蝕刻到蝕刻終止層104中、傾側(heeling)、第一側壁角度ρ、第二側壁角度θ及底腳(footing)。
選擇性輸入與輸出角度ρ與θ之間的關係示出於圖4的曲線圖250中。在示例性實施例中，增加選擇性會使得第一側壁的角度ρ與第二側壁的角度θ變得更加平行。在理論例子中，選擇性最優地被選擇為50，從而使得每個成角構件的側壁平行或幾乎平行。如圖所示，當S>10時，第一側壁的角度ρ與第二側壁的角度θ變得大致平行。
圖5A到圖5D所示的實施例展示具有不同選擇性值(S)的各種光柵構件。舉例來說，對於圖5A中的光柵構件300A來說S=2，對於圖5B中的光柵構件300B來說S=5，對於圖5C中的光柵構件300C來說S=10，且對於圖5D中的光柵構件300D來說S=20。隨著選擇性增大，成角構件的側壁變得更加平行。如進一步所示，較高的選擇性值使得罩幕層308保持在光柵層307的每個成角結構的頂部。
現在轉到圖6A到圖6B，將更詳細地闡述圖5D所示的光柵構件300D的形成。如前所述，光柵構件300D可具有為20的選擇性值。在所示的非限制性實施例中，高選擇性罩幕層308與平行蝕刻(低束角度擴展(BAS))結合而使得每個鰭312的第一側壁341與第二側壁342平行或近似平行。此外，由於在整個處理過程中存在罩幕層308，因此較高的選擇性使得能夠在每個鰭312之間形成過蝕刻區域350(圖6B)。在所示的例子中，使用蝕刻離子使光柵構件300D經受處理，所述蝕刻離子使得在光柵層307中形成溝渠314。圖6A示出處於部分蝕刻狀態的光柵構件 300D。由於蝕刻不足(under-etching)，因此存在沿每個鰭312的傾側(heeling)343及底腳(footing)345。圖6B示出完成額外蝕刻迴圈後的光柵構件300D。在處理的此階段中，移除或大大減少了沿著每個鰭312的傾側343及底腳345。在一些實施例中，結合>~20：1的材料選擇性(例如罩幕層308對光柵層307)，硬罩幕及反應離子束化學作用被選擇以形成平行或實質上平行的第一側壁341及第二側壁342。
如圖6B所示，罩幕層308保持在光柵層307的頂部，並且多個溝渠314被形成到蝕刻終止層304中。換句話說，蝕刻離子可形成凹陷到蝕刻終止層304中的過蝕刻區域350。如此一來，第一側壁341的角度θ與第二側壁342的角度ρ變得更加平行，並且減少或消除了每個鰭312的傾側343及底腳345(圖6A)。在一些實施例中，由於過蝕刻區域350，第一側壁341的角度θ與第二側壁342的角度ρ彼此相等或近似相等。然而，在其他實施例中，第一側壁341的角度θ與第二側壁342的角度ρ不相等。
可通過蝕刻離子形成光柵構件300D。蝕刻化學物質可包括蝕刻離子以及其他非離子物質，且可根據已知的反應離子蝕刻組成成分進行選擇以選擇性地蝕刻光柵層307而不蝕刻罩幕層308。舉例來說，在一個例子中，可對蝕刻化學物質進行選擇以相對於碳選擇性地蝕刻SiO2。在其他實施例中，可根據已知的反應離子蝕刻組成成分選擇蝕刻化學物質及蝕刻角度，用於選擇性地蝕刻光柵層307及罩幕層308兩者。在又一些其他實施例中，可 根據已知的反應離子蝕刻組成成分選擇蝕刻化學物質及蝕刻角度，用於以高於罩幕層308的速率選擇性地蝕刻光柵層307。
可將蝕刻離子提供為帶狀反應離子束，其中所述帶狀反應離子束的離子軌跡相對於蝕刻終止層304的頂表面344界定非零傾斜角。可根據已知的技術例如利用與提取孔隙208相鄰的束阻擋器(beam blocker)、沿Y軸調整提取孔隙寬度、以及調整電漿204內的電漿條件(包括氣體壓力)來產生非零入射角，以改變接近提取孔隙208的電漿鞘邊界(plasma sheath boundary)228的曲率。
在另一實施例中，如圖7A所示，離子束角度擴展(beam angle spread，BAS)和/或束角度平均值可變化，所述離子束角度擴展和/或束角度平均值影響設置在基底402上的光柵構件400的光柵層407。舉例來說，由蝕刻離子430A表示的定向反應離子蝕刻可以是發散的束擴展(diverging beam spread)，而由蝕刻離子430B表示的定向反應離子蝕刻可以是彙聚的束擴展(converging beam spread)。如圖7B所示，通過改變束角度擴展(彙聚或是發散)，每個鰭412的第一側壁441及第二側壁442可以是彎曲的或凹陷的。在一些實施例中，每個鰭412的中心部分445分別比上部446及下部447更窄(例如，在+-y方向上)。增加束角度擴展可使得每個鰭412具有更大的曲線。在其他實施例中，將束角度擴展增加太多並同時也選擇對蝕刻終止層404進行過蝕刻可導致過彎的鰭和/或沿著下部變薄的鰭。因此，當作為處理配方的一部 分一起選擇束角度擴展及過蝕刻時，束角度擴展及過蝕刻將被最優化。
根據本發明的額外實施例，可通過執行上述光柵層的處理的變型而輕易地實現製作多個光柵。在一些實施例中，可在一個基底或多個基底上預製多個光柵區，其中所述一個或多個基底放置在基底台板214上(圖2A到圖2B)。在特定實施例中，可製作具有多個不同光柵場的基底，其中成角特徵在一個光柵場中的方向不同於在另一光柵場中的方向。通過背景技術，在將多個不同的光柵排列在透明目鏡上以形成“微透鏡”時，可形成已知的AR目鏡。第一光柵可具有從目鏡的頂部向底部取向的成角結構，而第二光柵可具有在目鏡上從左側向右側取向的成角結構。
儘管上述實施例大部分在直接于目鏡中形成光柵的上下文中進行了詳細論述，但在其他實施例中，可使用相同的光柵結構形成主站。換句話說，具有或不具有蝕刻終止層及罩幕層的光柵構件或類似的光柵構件(例如，Si晶圓)可充當主站以將光柵圖案印刻到目鏡上的光柵層中或將被應用到目鏡。應注意，在其中光柵構件將充當主站的實施例中，基底、蝕刻終止層(若包括)以及光柵層不需要為透光的。
此外，儘管上述實施例側重於帶狀反應離子束來執行處理以及成角蝕刻，但在各種實施例中，可使用例如徑向光束(radial beam)等束來執行蝕刻。
此外，本文中的實施例可以是由電腦實施的。舉例來說， 處理設備200可包括用於執行邏輯運算、計算任務、控制功能等的電腦處理器。在一些實施例中，電腦處理器可以是處理器的構件。電腦處理器可包括一個或多個子系統、構件、模組和/或其他處理器，並且可包括可使用計時器信號操作來鎖存資料、推進邏輯狀態、同步計算及邏輯運算和/或提供其他定時功能的各種邏輯構件。在運行期間，電腦處理器可接收通過LAN和/或WAN(例如，T1、T3、56kb、X.25)、寬頻連線(ISDN、框架轉送、ATM)、無線鏈路(802.11、藍牙等)等傳輸的信號。在一些實施例中，可使用例如可信金鑰對加密(trusted key-pair encryption)對信號進行加密。不同的系統可使用例如以下不同的通信路徑傳輸資訊：乙太網或無線網路、直接串列或並行連接、USB、火線(Firewire)®、藍牙®或其他專有介面。(火線是蘋果電腦公司(Apple Computer,Inc.)的注冊商標。藍牙是藍牙技術聯盟(Special Interest Group，SIG)的注冊商標)。
一般來說，電腦處理器執行存儲在記憶體單元和/或存儲系統中的電腦程式指令或代碼。舉例來說，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，本文中所論述的任何處理參數)，並從電腦處理器提供輸出。在一些實施例中，電腦處理器執行並實行處理配方以形成光柵構件100、300A-300D以及400。
在執行電腦程式代碼時，電腦處理器可從記憶體單元和/或存儲系統讀取資料和/或將資料寫入記憶體單元和/或存儲系 統。存儲系統可包括VCR、DVR、RAID陣列、USB硬碟驅動器、光碟記錄器、快閃記憶體存儲裝置和/或用於存儲和/或處理資料的任何其他資料處理及記憶元件。儘管圖中未示出，但處理設備200還可包括與電腦基礎設施的一個或多個硬體構件通信的I/O介面，以使使用者能夠與處理設備200(例如，鍵盤、顯示器、照相機等)交互作用。
現在轉到圖8，將更詳細地闡述根據本發明的實施例的方法500。具體來說，在方塊502處，提供基底。在一些實施例中，基底是矽。在其他實施例中，基底可以是透明材料(例如，玻璃)。
在方塊504處，在基底頂部提供蝕刻終止層。所述蝕刻終止層可以是透光材料，並且可具有10nm到100nm的厚度。所述實施例並不僅限於此上下文中。適用於蝕刻終止層的材料的例子包括SiN、SiO2、TiN、SiC及其他材料。在光柵將被應用於或併入到眼鏡目鏡中的實施例中，特別合適的材料是透光材料。在光柵構件形成用於製作目鏡用光柵的主站的實施例中，蝕刻終止層不需要是透光的。
在方塊506處，在蝕刻終止層之上設置光柵層。在一些實施例中，光柵層可包含透光材料，包括但不限於氧化矽、氮化矽、玻璃或其他材料。
在方塊508處，在光柵層上設置罩幕層。在一些實施例中，罩幕包括線性圖案。線性圖案可具有沿垂直於第一方向的第二方向或掃描方向延伸的線性罩幕元件(linear mask element)。在 其他實施例中，罩幕包括非線性圖案。舉例來說，罩幕圖案(masking pattern)可包括一個或多個彎曲元件。
在方塊510處，在光柵層中形成光柵。在一些實施例中，光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置，其中所述蝕刻使得在蝕刻終止層中形成過蝕刻區域。
在方塊512處，使過蝕刻區域凹陷到所述多個成角構件之間的蝕刻終止層中。在一些實施例中，每個成角構件的第一側壁的第一角度與第二側壁的第二角度可彼此平行或近似平行。此外，在蝕刻終止層內形成過蝕刻區域減少或消除沿光柵的每一成角構件的基部的傾側及底腳。
綜上所述，本文中所述的各種實施例提供形成包括用於AR&VR的目鏡的光柵構件、或形成用於AR&VR目鏡的光柵的主站的方式。可通過將成角離子直接應用到基底上和/或應用到用於將圖案轉移到感興趣的基底的罩幕上而完成製造。本發明實施例的第一技術優點包括使後處理(post processing)(例如，奈米壓印微影(NIL))最優化，因為一些形狀不太適合後續製程。第二技術優點是使光柵的形狀及大小最優化，從而轉換為光“彎曲”功率(optical“bending”power)。根據本文中的實施例的二維投影系統需要更複雜、更多且更分散式的光學。
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，通過以上說明及所附圖式，除本文中所述的該些實施例及 修改形式以外，本發明的其他各種實施例以及修改形式對所屬領域中的普通技術人員來說也將為顯而易見的。因此，此類其他實施例及修改形式旨在落于本發明的範圍內。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。所屬領域中的普通技術人員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。
100:光柵構件
102:基底
104:蝕刻終止層
106:光柵
107:光柵層
112:成角結構
113:側壁
114:溝渠
115:側壁
H:高度
d:深度
X、Y、Z:方向

Claims (15)

  1. 一種形成光柵構件的方法，包括： 在基底頂部提供蝕刻終止層； 在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層； 在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層；以及 對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻，以在所述光柵層中形成光柵，其中所述光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置，並且其中所述蝕刻使得在所述蝕刻終止層中形成過蝕刻區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的形成光柵構件的方法，更包括沿所述多個成角構件移除傾側及底腳。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的形成光柵構件的方法，其中所述多個成角構件的第一側壁的角度與所述多個成角構件的第二側壁的角度實質上相同。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的形成光柵構件的方法，其中所述第一側壁與所述第二側壁近似彼此平行。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的形成光柵構件的方法，其中所述蝕刻包括到所述光柵層中的成角反應離子蝕刻。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的形成光柵構件的方法，其中所述蝕刻由帶狀反應離子束執行，其中所述基底使用處理配方沿著相對於所述帶狀反應離子束的掃描方向被掃描，並且其中所述帶狀反應離子束具有束角度平均值及束擴展，所述束擴展為彙聚或發散中的一者。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的形成光柵構件的方法，其中所述處理配方包括多個製程參數，所述多個製程參數具有改變所述多個成角構件的形狀或尺寸的效果。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的形成光柵構件的方法，其中所述多個製程參數包括以下中的一者或多者：所述光柵層的材料、相對於所述光柵層的化學特性及在所述光柵層頂部形成的所述罩幕層的所述帶狀反應離子束的化學特性、在所述光柵層之下形成的所述蝕刻終止層、帶狀反應離子束強度、用於形成所述帶狀反應離子束的不同氣體的相對壓力、形成所述帶狀反應離子束的溫度、帶狀反應離子束角度及帶狀反應離子束擴散。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的形成光柵構件的方法，其中形成所述光柵包括： 將圖案形成到晶圓中；以及 使用奈米壓印微影製程將所述圖案轉移到所述光柵層。
  10. 一種形成光柵構件的方法，包括： 在基底頂部提供蝕刻終止層； 在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層； 在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層；以及 對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻，以在所述光柵層中形成光柵，其中所述光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置，並且其中所述蝕刻在所述多個成角構件之間的所述蝕刻終止層中形成過蝕刻區域。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的形成光柵構件的方法，更包括沿所述多個成角構件移除傾側及底腳。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的形成光柵構件的方法，其中在所述蝕刻終止層中形成所述過蝕刻區域之後，所述多個成角構件的第一側壁的角度與所述多個成角構件的第二側壁近似平行。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的形成光柵構件的方法，其中所述蝕刻包括到所述光柵層中的成角反應離子蝕刻。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的形成光柵構件的方法，其中所述蝕刻由帶狀反應離子束執行，其中所述基底使用處理配方沿著相對於所述帶狀反應離子束的掃描方向被掃描，並且其中所述帶狀反應離子束具有束角度平均值及束擴展，所述束擴展為彙聚或發散中的一者。
  15. 一種形成增強實境/虛擬實境裝置的方法，所述方法包括： 在基底頂部提供蝕刻終止層； 在所述蝕刻終止層頂部提供光柵層； 在所述光柵層之上提供圖案化罩幕層；以及 對所述光柵層及所述圖案化罩幕層進行蝕刻，以在所述光柵層中形成光柵，其中所述光柵包括多個成角構件，所述多個成角構件相對於所述基底的平面的垂直線以非零傾斜角設置，且其中所述蝕刻形成凹陷到所述多個成角構件之間的所述蝕刻終止層中的過蝕刻區域。
TW108124153A 2018-07-13 2019-07-09 形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實境裝置的方法 TWI791867B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/035,506 2018-07-13
US16/035,506 US10761334B2 (en) 2018-07-13 2018-07-13 System and method for optimally forming gratings of diffracted optical elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202006424A TW202006424A (zh) 2020-02-01
TWI791867B true TWI791867B (zh) 2023-02-11

Family

ID=69140305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108124153A TWI791867B (zh) 2018-07-13 2019-07-09 形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實境裝置的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10761334B2 (zh)
JP (1) JP7288950B2 (zh)
KR (1) KR102606559B1 (zh)
CN (1) CN112352188A (zh)
TW (1) TWI791867B (zh)
WO (1) WO2020013995A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11119405B2 (en) * 2018-10-12 2021-09-14 Applied Materials, Inc. Techniques for forming angled structures
CN111381301B (zh) * 2020-04-30 2021-05-11 东南大学 一种彩色全息波导光栅制备过程中曝光参数的计算方法
US11456205B2 (en) * 2020-05-11 2022-09-27 Applied Materials, Inc. Methods for variable etch depths
US11543584B2 (en) * 2020-07-14 2023-01-03 Meta Platforms Technologies, Llc Inorganic matrix nanoimprint lithographs and methods of making thereof with reduced carbon
US11892676B2 (en) * 2022-01-10 2024-02-06 Applied Materials, Inc. Self-aligned formation of angled optical device structures

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101750874A (zh) * 2008-12-11 2010-06-23 三星电子株式会社 远紫外光掩模以及制造远紫外光掩模的方法和装置
CN102017064A (zh) * 2008-03-27 2011-04-13 康宁股份有限公司 半导体掩埋型光栅制造方法
CN103901520A (zh) * 2014-04-23 2014-07-02 中国科学技术大学 一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法
US9304235B2 (en) * 2014-07-30 2016-04-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Microfabrication
TW201820422A (zh) * 2016-10-05 2018-06-01 美商魔法飛躍股份有限公司 製造非均勻繞射光柵

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0815510A (ja) * 1994-06-30 1996-01-19 Nikon Corp バイナリーオプティクス及びその製造方法
JPH1096807A (ja) * 1996-09-19 1998-04-14 Dainippon Printing Co Ltd ホログラフィック光学素子及びその作製方法
US20020127497A1 (en) 1998-09-10 2002-09-12 Brown Daniel J. W. Large diffraction grating for gas discharge laser
JP2001290015A (ja) 2000-04-04 2001-10-19 Canon Inc 回折光学素子などの素子の製造方法、および該回折光学素子を有する光学系、投影露光装置、半導体デバイス等の製造方法
US6517734B1 (en) * 2000-07-13 2003-02-11 Network Photonics, Inc. Grating fabrication process using combined crystalline-dependent and crystalline-independent etching
US6762880B2 (en) 2001-02-21 2004-07-13 Ibsen Photonics A/S Grating structures and methods of making the grating structures
JP2005004068A (ja) 2003-06-13 2005-01-06 Dainippon Printing Co Ltd スラント凹凸パターンの形成方法及びスラント凹凸パターンを有する基板
CN100397045C (zh) * 2004-01-26 2008-06-25 三丰株式会社 标尺的制造方法和光电式编码器
DE102004020363A1 (de) 2004-04-23 2005-11-17 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Masters, Master und Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen sowie optischen Element
US7643709B2 (en) 2006-05-12 2010-01-05 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Slanted segmented coupler
US8040607B2 (en) * 2008-04-25 2011-10-18 Jds Uniphase Corporation Surface-relief diffraction grating
US8331027B2 (en) 2008-07-29 2012-12-11 The Regents Of The University Of California Ultra-high density diffraction grating
CN102360093A (zh) 2011-10-19 2012-02-22 苏州大学 一种全息闪耀光栅制作方法
FR2995134B1 (fr) * 2012-09-05 2015-12-18 Commissariat Energie Atomique Procede de gravure d'un materiau semiconducteur cristallin par implantation ionique puis gravure chimique a base de chlorure d'hydrogene
US20160035539A1 (en) 2014-07-30 2016-02-04 Lauri SAINIEMI Microfabrication
US20160033784A1 (en) 2014-07-30 2016-02-04 Tapani Levola Optical Components
US9827209B2 (en) 2015-02-09 2017-11-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Display system
US10670862B2 (en) 2015-07-02 2020-06-02 Microsoft Technology Licensing, Llc Diffractive optical elements with asymmetric profiles
US9864208B2 (en) 2015-07-30 2018-01-09 Microsoft Technology Licensing, Llc Diffractive optical elements with varying direction for depth modulation
NZ750551A (en) 2016-08-22 2023-05-26 Magic Leap Inc Multi-layer diffractive eyepiece

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102017064A (zh) * 2008-03-27 2011-04-13 康宁股份有限公司 半导体掩埋型光栅制造方法
CN101750874A (zh) * 2008-12-11 2010-06-23 三星电子株式会社 远紫外光掩模以及制造远紫外光掩模的方法和装置
CN103901520A (zh) * 2014-04-23 2014-07-02 中国科学技术大学 一种顶角90°三角形槽阶梯光栅的制作方法
US9304235B2 (en) * 2014-07-30 2016-04-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Microfabrication
TW201820422A (zh) * 2016-10-05 2018-06-01 美商魔法飛躍股份有限公司 製造非均勻繞射光柵

Also Published As

Publication number Publication date
TW202006424A (zh) 2020-02-01
WO2020013995A1 (en) 2020-01-16
US20200018981A1 (en) 2020-01-16
JP7288950B2 (ja) 2023-06-08
KR102606559B1 (ko) 2023-11-29
JP2021530736A (ja) 2021-11-11
CN112352188A (zh) 2021-02-09
US10761334B2 (en) 2020-09-01
KR20210021397A (ko) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI791867B (zh) 形成光柵構件的方法以及形成增強實境/虛擬實境裝置的方法
TW201945797A (zh) 光柵構件及其形成方法、增強實境/虛擬實境裝置
JP7121462B2 (ja) 様々なグレーチングを有する回折光学素子を形成するためのシステムおよび方法
TWI803172B (zh) 形成衍射光學元件的方法
TW202017042A (zh) 光柵元件及其形成方法
CN113039464B (zh) 形成光学格栅组件的方法与测量光学格栅的性质的系统
TWI812752B (zh) 形成光柵構件的方法
JP2022513850A (ja) 格子を形成する方法
US11581189B2 (en) Controlled hardmask shaping to create tapered slanted fins
US11852853B2 (en) Etch improvement
US20230375774A1 (en) Method for roughness reduction in manufacturing optical device structures
Lamoria Shallow Etch Recipe Design using DOE for Silicon Waveguides
TW202314847A (zh) 蝕刻表面起伏結構之方法
WO2022261374A1 (en) Method of etching surface-relief structures