TWI833729B

TWI833729B - 光柵構件及其形成方法、增強實境/虛擬實境裝置

Info

Publication number: TWI833729B
Application number: TW108102323A
Authority: TW
Inventors: 約翰哈塔拉; 摩根艾文斯; 提摩曼提森魯格邁爾; 約瑟Ｃ歐爾森
Original assignee: 美商瓦里安半導體設備公司
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2024-03-01

Abstract

一種光柵構件及其形成方法、增強實境/虛擬實境裝置。光柵構件可包括基板以及光柵，所述光柵設置在所述基板上。所述光柵可包括多個成角結構，所述多個成角結構相對於所述基板的平面的垂直線以非零傾斜角設置，其中所述多個成角結構被排列成沿第一方向界定可變深度，所述第一方向與所述基板的所述平面平行。

Description

光柵構件及其形成方法、增強實境/虛擬實境裝置

本發明是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種在光學透鏡中形成可變光柵的方式。

出於各種優勢，一直以來使用光學透鏡來操縱光。近來，已在全像及增強/虛擬實境(augmented/virtual reality，以下簡稱AR/VR)裝置中使用微衍射光柵。

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釐米內顯示圖像的框架。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，使得圖像自身產生準直光束，所述光束可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，光柵的高度(厚度)被設計成隨著光穿過透鏡傳播的距離而改變。在已知的裝置中，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高度與在其他區中的光柵高度不同。舉例來說，許多已知的裝置具有三個元件：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高度在不同的區中可不同。除增加處理複雜性以外，所得的增強實境透鏡在透鏡的不同部分上提供塊效應(blockiness)，其中光柵的高度在一個區域與相鄰的區域之間以不連續的方式增大。

因此，針對至少上述缺陷提供了本揭露。

在本發明一個實施例中，提供一種光柵構件。所述光柵構件可包括基板以及光柵，所述光柵設置在所述基板上。所述光柵可包括多個成角結構，所述多個成角結構相對於所述基板的平面的垂直線以非零傾斜角設置，其中所述多個成角結構被排列成沿第一方向界定可變深度，所述第一方向與所述基板的所述平面平行。

在本發明另一個實施例中，一種形成光柵構件的方法可包括提供基板，所述基板是透光的。所述方法可包括在所述基板上形成光柵層，其中所述光柵層沿第一方向界定可變高度。所述方法還可包括在所述光柵層中形成光柵，其中所述光柵包括多個成角結構，所述多個成角結構相對於所述基板的平面的垂直線以非零傾斜角設置。所述多個成角結構可被排列成沿所述第一方向界定可變高度，所述第一方向與所述基板的所述平面平行。

在本發明又一實施例中，一種形成光柵構件的方法可包括：提供基板；以及在所述基板上形成光柵層，所述光柵層包括多個光柵。所述多個光柵中的第一光柵可包括多個成角結構，所述多個成角結構相對於所述基板的平面的垂直線以非零傾斜角設置。所述多個成角結構可被排列成沿第一方向界定可變高度，所述第一方向與所述基板的所述平面平行。所述方法還可包括將所述多個光柵印刻到接目鏡光柵層中，所述接目鏡光柵層將被排列在接目鏡上。

在本發明另一實施例中，提供一種增強實境/虛擬實境裝置。所述裝置可包括透明基板以及光柵，所述光柵設置在所述透明基板上。所述光柵可包括多個成角結構，所述多個成角結構相對於所述基板的平面的垂直線以非零傾斜角設置，其中所述多個成角結構被排列成沿第一方向界定可變深度，所述第一方向與所述基板的所述平面平行。

在本發明另一實施例中，一種形成光柵構件的方法可包括提供基板，其中所述基板上設置有蝕刻終止層、光柵層以及光罩層。所述方法也可包括利用帶狀離子束蝕刻所述光柵層，其中利用選擇性區域處理配方相對於所述帶狀離子束沿掃描方向對所述基板進行掃描。因此，所述蝕刻可產生由多個成角溝渠分隔開的多個成角結構，所述多個成角溝渠是由相鄰成角結構之間的深度界定，且其中所述蝕刻產生所述成角溝渠的可變深度作為沿所述掃描方向在深度上的平滑變化。

在本發明另一實施例中，一種形成光柵構件的方法可包括提供基板，所述基板是透光的。所述方法還可包括：在所述基板上形成光柵層；以及圖案化所述光柵層以形成光柵，所述光柵包括多條線，所述多條線在所述基板的平面內沿線方向延伸。所述方法也可包括通過沿掃描方向掃描所述基板而執行選擇性區域處理操作，其中所述光柵中的可變深度是沿所述掃描方向產生的，且其中所述掃描方向在所述基板的所述平面內相對於所述線方向形成小於九十度且大於零度的角。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100:光柵構件

102:基板

104:蝕刻終止層

106:光柵

107:光柵層

108:光罩層

112:成角結構

114:溝渠

120:蝕刻離子

130:蝕刻離子

150:光柵構件

152:沉積離子

154:光柵層

156:光柵

158:成角結構

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:基板台板

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

300:基板

310:光罩

312:光柵層

314:光柵層

400:光柵構件

402:光柵層

404:光柵

406:成角結構

410:蝕刻離子

450:光柵構件

456:成角結構

458:成角溝渠

460:蝕刻離子

800:方法

802、804、806、808、810:方塊

900:方法

902、904、906、908:方塊

d:深度

h:高度

H:光柵高度

X、Y、Z:方向軸

θ:非零傾斜角/入射角

圖1A繪示根據本揭露的實施例一種光柵構件的側面剖視圖。

圖1B繪示圖1A所示光柵構件的俯視平面圖。

圖2A示出根據本揭露的實施例以示意圖形式繪示的處理設備。

圖2B根據本揭露的實施例在俯視平面圖中示出提取板構件以及基板。

圖3A到圖3D繪示根據本揭露的一些實施例在製作光柵構件時的各種階段。

圖4A到圖4D繪示根據本揭露的一些實施例在製作另一光柵構件時的各種階段。

圖5A及圖5B示出根據本揭露的一些實施例用於產生多個不同光柵的幾何結構。

圖5C示出用於產生圖5A及圖5B所示光柵的掃描幾何結構。

圖5D示出圖5A及圖5B所示的未經遮掩的光柵。

圖6A到圖6C繪示根據本揭露的一些實施例在製作光柵構件時的各種階段。

圖7A到圖7B繪示根據本揭露的一些實施例在製作光柵構件時的各種階段。

圖8繪示根據本揭露的實施例的流程圖。

圖9繪示根據本揭露的實施例的另一流程圖。

現在將在下文中參照附圖來更充分地闡述根據本發明的實施例，在附圖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，相同的編號在通篇中表示相同的元件。

如本文中所使用，以單數形式敘述且跟在詞“一個”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，本揭露所提及的“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。

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。各種實施例與光柵構件相關，其中用語“光柵構件”指包括光柵的裝置或部件，包括AR&VR頭戴裝置、用於AR&VR的接目鏡、或形成用於接目鏡(例如，眼鏡)的光柵的主站(master)。

圖1A繪示根據本揭露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。根據本揭露的各種實施例，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包括基板102以及設置在基板102上的光柵106。在一些實施例中，基板102是透光材料，例如已知的玻璃。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還包括設置在基板102與光柵層107之間的蝕刻終止層104。根據本揭露的一些實施例，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。

根據本揭露的一些實施例，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設備的接目鏡。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接目鏡中的實施例中，尤其恰當的材料是透光材料。在其中光柵構件100形成用於製作接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板102的平面的垂直線以非零傾斜角(θ)設置，其中成角結構112被排列成沿第一方向界定可變高度。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軸平行的方向界定可變高度，在所述笛卡爾座標系中第一方向(Y軸)平行於基板102的平面(在此種情形中為X-Y平面)。光柵106的標誌(hallmark)是沿第一方向(也就是沿“Y方向”)在光柵高度H上的平滑變化。光柵106還由成角結構112之間在深度d上的平滑變化表徵。在各種實施例中，光柵高度H在圖1A中從左向右在寬度方向(Y方向)上的變化可大約為10%、20%、30%或100%。應注意，光柵106沿Y方向的寬度可大約為數毫米到數釐米，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，在接目鏡中，光柵高度H可在給定方向上沿接目鏡的表面在例如數毫米到數釐米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。

光柵高度H或深度d的平滑變化的一個效果是通過改善對光源發出的光在接目鏡表面上的引導而改善增強實境眼鏡的性能，其中光柵高度H的平滑變化產生對光的更好分佈以及更好的增強實境圖像。

再次轉向圖1B，圖1B以俯視平面圖示出了光柵106的二維代表圖，其中光柵106可具有大約若干平方釐米的面積。如圖所示，成角結構112可沿例如垂直於Y方向的第二方向(X-方向)延伸。根據一些實施例，對於成角結構112中的給定一者來說，光柵高度H可沿X方向為均勻的，此指光柵高度H可沿Y方向平滑地變化，而光柵高度H沿X方向為恒定的。在此方面，光柵106中的成角結構112的節距可大約為可見光的波長，此指光柵106可包括上萬個成角結構112。因此，在成角結構112中的單個成角結構中高度沿Y方向的變化可忽略不計。

現在參照圖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代表用於蝕刻基板的一些部分或在基板上進行沉積以產生例如本揭露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。包括例如上述光柵結構的基板102設置在處理室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。

如進一步在圖2A中所示，當利用偏壓電源220在電漿室202與基板102(或基板台板(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，例如其中處理器室224與基板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θ)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範圍(例如，彼此位於10度或小於10度的角範圍)內。因此，θ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可被提供為帶狀離子束，所述帶狀離子束具有沿圖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)掃描包括基板102的基板台板214，離子束210可蝕刻基板102或在基板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至基板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時通過物理濺鍍蝕刻基板102(或更具體來說，光柵層107)。

在圖2B所示的此例子中，將離子束210提供為帶狀離子束，所述帶狀離子束沿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板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進行掃描直至從基板102的左側到右側的充分長度時，整個基板102可被暴露至離子束210，如在圖2B中所示。

在各種實施例中，如以下詳細論述，處理設備200可用於形成具有可變光柵高度的不均勻的光柵層，如以上參照圖1A所示。此種可變的光柵高度可通過利用選定區域處理(selected area processing，SAP)配方相對於離子束210掃描基板102來實現。簡單地說，SAP掃描配方可需要改變一組處理參數中的至少一個處理參數，從而具有在掃描基板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板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，以及基板102的旋轉位置。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在掃描基板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。

現在轉向圖3A，圖3A示出在製作的一個實例處光柵構件100的側面剖視圖。在所示實例中，將具有均勻高度的光柵層107設置在蝕刻終止層104上，所述蝕刻終止層104直接設置在基板102上。在圖3B中示出了利用蝕刻離子120使基板102經受選擇性區域處理的後續實例。蝕刻離子120可如上所述被提供為帶狀束，其中所述帶狀束沿X軸伸長，而基板102沿等效於掃描方向230的Y軸被掃描。根據本揭露實施例，通過改變上述參數的任意組合，可沿掃描方向230改變由蝕刻離子120導致的對光柵層107的蝕刻度。舉例來說，可隨著基板102在含有蝕刻離子120的離子束下被掃描而改變基板台板214的掃描速率。在離子束沿Y軸的寬度為1mm到3mm的一些實施例中，舉例來說，光柵106沿Y軸的寬度可為2cm。因此，在光柵106的2cm寬度上掃描期間，通過調整窄(1mm寬)離子束的掃描速率可將不均勻的蝕刻分佈曲線(etch profile)引入到光柵層107中。

在另一實施例中，可在脈衝離子束中提供蝕刻離子120，其中在基板102沿Y軸被掃描時，脈衝離子束的工作週期被改變。應注意，已知的脈衝電源(pulsed supply)可以kHz範圍中的頻率以脈衝方式提供離子束，此指可在數毫秒或更小的週期上調整工作週期。因此，舉例來說，對於大約為每秒數毫米的基板102的掃描速率來說，在2cm光柵上掃描期間可將工作週期調整數千次。因此，可沿Y軸精細地調節蝕刻離子120的有效蝕刻速率。

根據本揭露的一些實施例，可針對給定的光柵計算所設計的或理論上的光柵高度分佈曲線，以優化光柵的性能。然後可將此光柵高度分佈曲線用於程式設計以及SAP配方，以供處理設備200利用蝕刻離子120在光柵層107中產生光柵高度分佈曲線。

在圖3C中，示出了處理光柵構件100的又一實例。在此實例處，已在光柵層107上形成了光罩層108，例如硬光罩。光罩層108可由例如碳、SiO₂、SiC、AlOx、ZrOx等材料形成。根據各種實施例，執行定向反應離子蝕刻工藝(directional reactive ion etching process)以蝕刻光柵層107。定向反應離子蝕刻由蝕刻離子130表示。蝕刻化學物質可包括蝕刻離子130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。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。返回圖2A及圖2B，可將蝕刻離子130提供為帶狀離子束，其中所述帶狀離子束的離子軌跡相對於垂直線226界定非零傾斜角θ，如圖所示。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的電漿殼層邊界(plasma sheath boundary)228的曲率。

現在轉向圖3D，圖3D示出在對光柵層107進行局部蝕刻以形成成角結構112之後的稍後實例。非零傾斜角θ可與蝕刻離子130的非零傾斜角匹配。所述蝕刻可繼續進行直到在圖1A中所示的階段，其中蝕刻出被示出為溝渠114的多個溝渠以暴露出蝕刻終止層104。根據各種實施例，用於蝕刻離子130的蝕刻化學物質被排列成使得光柵層107也相對於蝕刻終止層104被選擇性地蝕刻。一旦遇到蝕刻終止層104，蝕刻減慢且可方便地終止蝕刻離子130的製程。

根據各種實施例，光罩層108被排列為具有條狀的多個光罩元件，所述光罩元件沿X軸伸長以產生成角結構112，成角結構112也沿圖1B所示的X軸伸長。另外，儘管蝕刻離子130可形成沿Y軸在寬度上延伸1mm或2mm的離子束的一部分，但可沿Y軸掃描基板102以將具有若干釐米寬度的整個光柵結構暴露到蝕刻離子130。因此，在一些實施例中，圖3B及圖3C所示的蝕刻操作可在同一設備(例如，處理設備200)中執行。

現在轉向圖3A，圖3A示出在製作的一個實例處光柵構件100的側面剖視圖。在所示實例中，將具有均勻高度的光柵層107設置在蝕刻終止層104上，所述蝕刻終止層104直接設置在基板102上。在圖3B中示出了利用蝕刻離子120使基板102經受選擇性區域處理的後續實例。蝕刻離子120可如上所述被提供為帶狀束，其中所述帶狀束沿X軸伸長，而沿等效於掃描方向230的Y軸掃描基板102。根據本揭露實施例，通過改變上述參數的任意組合，可沿掃描方向230改變由蝕刻離子120導致的對光柵層107 的蝕刻度。舉例來說，可隨著基板102在含有蝕刻離子120的離子束下被掃描而改變基板台板214的掃描速率。在其中離子束沿Y軸的寬度為1mm到3mm的一些實施例中，舉例來說，光柵106沿Y軸的寬度可為2cm。因此，在光柵106的2cm寬度上掃描期間，通過調整窄(1mm寬)離子束的掃描速率可將不均勻的蝕刻分佈曲線引入到光柵層107中。

在另一實施例中，可在脈衝離子束中提供蝕刻離子120，其中在基板102沿Y軸被掃描時，脈衝離子束的工作週期被改變。應注意，已知的脈衝電源可以kHz範圍中的頻率以脈衝方式提供離子束，此指可在數毫秒或更小的週期上調整工作週期。因此，舉例來說，對於大約為每秒數毫米的基板102的掃描速率來說，在2cm光柵上掃描期間可將工作週期調整數千次。因此，可沿Y軸精細地調節蝕刻離子120的有效蝕刻速率。

現在轉向圖4A到圖4D，圖4A到圖4D示出根據本揭露的替代實施例用於形成光柵構件150的操作的另一次序。在圖4A中，示出了處於恰當位置的基板102以及蝕刻終止層104。在圖4B中，示出了利用沉積離子152使基板102及蝕刻終止層104經受選擇性區域處理的後續操作。沉積離子152可如上所述被提供為帶狀束，其中所述帶狀束沿X軸伸長，而沿等效於掃描方向230的Y軸掃描基板102。根據本揭露實施例，通過改變上述參數的任意組合，可沿掃描方向230改變由沉積離子152導致的光柵層154的沉積厚度。舉例來說，可隨著基板102在含有沉積離子152的離子束下被掃描而改變基板台板214的掃描速率。在離子束沿Y軸的寬度為1mm到3mm的一些實施例中，舉例來說，待被形成的光柵156沿Y軸的寬度可為2cm。因此，在光柵156的2cm寬度上掃描期間，通過調整窄(1mm寬)離子束的掃描速率可將不均勻的厚度(高度)分佈曲線引入到光柵層154中。

在另一實施例中，可在脈衝離子束中提供沉積離子152，其中在基板102沿Y軸被掃描時，脈衝離子束的工作週期被改變。因此，可沿Y軸精細地調節沉積離子152的有效沉積速率以產生所設計的光柵高度分佈曲線。

根據本揭露的額外實施例，可通過執行上述光柵層的選擇性區域處理的變型而輕易地實現製作多個光柵。在一些實施例中，可在一個基板或多個基板上預製多個光柵區，其中所述一個或多個基板放置在基板台板214上。在特定實施例中，可製作具有多個不同光柵的基板，其中成角特徵的方向在不同光柵之間有所變化。通過背景技術，在將多個不同的光柵排列在透明接目鏡上時，可形成已知的AR接目鏡。第一光柵可具有從接目鏡的頂部向底部取向的成角結構，而第二光柵可具有在接目鏡上從左側向右側取向的成角結構。

轉向圖5A及圖5B，圖5A及圖5B示出了根據本揭露的一些實施例，用於在給定接目鏡中產生多個不同光柵的幾何結構。如在俯視平面圖中所示，將示出為基板300的多個基板設置在基板台板214上。還參照圖2B，基板台板214可耦合到工作臺(圖中未示出)，所述工作臺圍繞Z軸(意指基板300的平面的垂直線)旋轉扭轉角Φ。在圖5A中，基板台板取向為第一扭轉角，而在圖5B中，基板台板取向為從第一扭轉角旋轉90度的第二扭轉角。如進一步所示，給定基板包括光柵層312以及光柵層314。在圖5A所示的圖式中，光柵層312可具有可變光柵高度以及可變深度(Z方向)，其中光柵高度的變化是沿著Y軸，而光柵層314沿X軸具有可變光柵高度及可變深度。如在圖5A中所示，四個不同的基板(基板300)排列在基板台板214上。利用光罩310在基板300上遮掩光柵層314，其中光罩310可為接近光罩、光阻或其他光罩。

在操作中，如在圖5C中所示，沿平行於Y軸的掃描方向230掃描基板台板214。暴露出光柵層312，因此通過提取孔隙208提取出的帶狀離子束撞擊在光柵層312上。舉例來說，隨著沿掃描方向230掃描基板300，將SAP配方應用到處理設備200以沿Y軸產生光柵層312的可變高度，如以上參照圖3B或圖4B所述。隨後，可遮掩光柵層312，而不遮掩光柵層314。然後可將基板台板214旋轉九十度到達圖5B中所示的取向。然後可利用處理設備200中的SAP配方沿掃描方向230掃描基板台板214，以沿Y軸產生光柵層314的可變高度。應注意，光柵層314的可變高度分佈曲線可不同於光柵層312的可變高度分佈曲線。由於在與圖5B相關聯的掃描期間基板台板214相對於與圖5A相關聯的掃描旋轉90度，因此沿與光柵層312的高度變化的方向垂直的方向發生光柵層314的高度的變化。如此一來，舉例來說，可使用在圖5D中被示出為未經遮掩的基板300來直接形成適用於AR裝置的接目鏡，所述接目鏡具有彼此正交地取向的光柵。在其他實施例中，不同光柵可以不同角度相互取向。在一個例子中，可以相對於彼此為0度、45度及90度的相互取向提供三個不同的光柵。在特定實施例中，以零度取向的光柵可具有均勻的高度，而以45度及90度取向的光柵可具有可變的高度。所述實施例並不僅限於此上下文中。

現在轉向圖6A到圖6C，圖6A到圖6C示出了根據本揭露的替代實施例用於形成光柵構件400的操作的另一次序。在圖6A中，示出了處於恰當位置的基板102、蝕刻終止層104、光柵層402以及光罩層108，如以上概括闡述。在圖6A中，示出了執行定向反應離子蝕刻製程以蝕刻光柵層402的操作。定向反應離子蝕刻由蝕刻離子130表示，且可如以上概括闡述般繼續進行。不同於先前的實施例，光柵層402沿Z軸具有均勻的高度。在圖6B處，示出了其中完成光柵層402的蝕刻的後續實例。在此階段處，已將光柵層402蝕刻到蝕刻終止層104以形成具有成角結構406的光柵404。應注意，光柵層402的高度是均勻的。

轉向圖6C，圖6C示出了利用蝕刻離子410使基板102經受選擇性區域處理的後續操作。蝕刻離子410可如上所述被提供為帶狀束，其中蝕刻的強度沿Y軸變化，如由箭頭所指示。如此一來，光柵404的結構的高度變化，從而導致光柵沿Y軸具有可變高度。在特定實施例中，如由圖6C所指示，可相對於垂直線226以非零入射角對蝕刻離子410進行導向。舉例來說，蝕刻離子410的軌跡可與蝕刻離子130的軌跡匹配，其中成角結構406的側壁不受影響。

現在轉向圖7A到圖7B，圖7A到圖7B示出了根據本揭露的替代實施例用於形成光柵構件450的操作的另一次序。在圖7A中，示出了處於恰當位置的基板102、蝕刻終止層104、具有均勻厚度的光柵層402、以及光罩層108，如以上概括闡述。在圖7B中，示出了執行定向反應離子蝕刻製程以蝕刻光柵層402的操作。在本實施例中，將定向反應離子蝕刻與選擇性區域處理常式結合，且所結合的程式由蝕刻離子460表示。蝕刻離子460均蝕刻成角結構456的圖案以及產生對光柵層402的不均勻蝕刻。在圖7B所示的方式中，示出了移除光罩層108之後的結果。通過利用處於恰當位置的光罩層108進行蝕刻，成角結構456的所得高度h在蝕刻終止層104上方保持均勻，而成角結構456之間的成角溝渠458的深度變化，從而生成深度d隨沿Y軸的位置而變化的成角結構。深度d的此種變化可對光柵的光學性質具有以下類似的效果：例如在圖4D或圖6C中所示，改變成角結構的高度。如在本文中所示，由於成角結構被一直蝕刻到蝕刻終止層104，因此深度d的變化符合高度H的變化。

如先前所述，圖式可不按比例繪製，其中成角結構456的寬度可為大約數百奈米，而可在毫米或釐米範圍上發生隨Y軸位置變化的在Z軸方向上繪示的高度的變化。因此，高度的變化可引起具有數千或數萬個成角結構456的總成的高度變化。

在另外的實施例中，光柵的高度分佈曲線可沿不與光柵結構的方向正交的方向變化。舉例來說，參照圖4D，儘管成角結構158可沿X軸延伸成線，但在相對於X軸及Y軸形成非零角度的X-Y平面內可引入沿一定方向延伸的高度變化。可通過執行兩次SAP蝕刻引入高度的此種非正交的變化：一次蝕刻與光柵線(成角結構)正交，且然後進行的第二次‘修正’SAP蝕刻用來改變深度。作為另一選擇，可利用沿特定向量取向的基板執行SAP蝕刻製程。

在其中光柵的一系列線沿線方向取向的後一種情形中，可通過沿掃描方向掃描基板而執行選擇性區域處理操作，其中沿掃描方向產生光柵的可變深度。掃描方向可被排列成在基板的平面內相對於線方向形成小於九十度且大於零度的角度。

儘管上述實施例大部分在直接於接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，可使用與在例如圖1A、圖1B或圖4D中所示者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104的光柵構件100或類似的光柵構件可充當主站以將光柵圖案印刻到接目鏡上的光柵層中或將被應用到接目鏡的光柵層中。應注意，在其中光柵構件將充當主站的實施例中，基板、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離子束來執行選擇性區域處理以及成角蝕刻，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。

現在轉向圖8，將更詳細地闡述根據本揭露的實施例的方法800。具體來說，在方塊802處，供應基板。在一些實施例中，基板可包括蝕刻終止層，而在其他實施例中，可省略蝕刻終止層。在方塊804處，在基板上沉積具有均勻厚度的光柵層。在一些實施例中，光柵層可包含透光材料，所述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806處，利用帶狀離子束執行對光柵層的蝕刻。利用選擇性區域處理配方沿第一方向相對於帶狀離子束掃描基板。因此，對光柵層的蝕刻沿第一方向產生可變高度，其中所述第一方向是沿著掃描方向。在特定實施例中，選擇性區域處理配方可引起在掃描基板期間改變至少一個製程參數，如在本文中以上詳細論述。在特定實施例中，可變高度可為沿掃描方向在高度上的平滑變化，其中調節在高度上的變化以優化待形成的光柵的性能。

在方塊808處，在光柵層上形成光罩，其中光罩包括線型圖案。線型圖案可具有沿與第一方向或掃描方向垂直的第二方向延伸的線型光罩元件。

在方塊810處，將成角離子束導向到線型光罩以及位於下方的光柵層。成角離子束可相對於基板的平面的垂直線形成非零入射角。因此，形成多個成角結構，從而在光柵層內界定光柵，其中所述光柵沿第一方向具有可變高度。具體來說，成角結構可沿第二方向延伸。在特定實施例中，成角結構可由大約一微米或小於一微米的節距界定，同時具有大約一釐米或大於一釐米的寬度。在一些實施例中，離子束可被提供為具有平行於第二方向延伸的長軸的帶狀束，且可沿第一方向進行掃描。

現在轉向圖9，將更詳細地闡述根據本揭露的實施例的方法900。具體來說，在方塊902處，供應基板，如相對於方塊802所概括闡述。

在方塊904處，將基板暴露到包含沉積物質的帶狀離子束，同時利用選擇性區域處理配方相對於帶狀離子束沿第一方向掃描基板，如在本文中以上所論述。因此，形成沿第一方向(掃描方向)具有可變高度的光柵層。

在方塊906處，在光柵層上形成光罩層，例如在方塊808中詳細論述。在方塊908處，將成角離子束導向到光罩及光柵層，如以上相對於方塊810所闡述。

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的接目鏡的光柵構件、或形成用於AR&VR接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板上、或應用到自其將圖案轉移到感興趣的基板的光罩上而完成製造。本揭露實施例的第一技術優點包括能夠輕易地形成具有平滑變化的光柵高度的光柵，從而在已知的AR&VR裝備上提供優異的光學性能。另一個優點是能夠在同一設備內製作具有可變高度的光柵層以及具有成角結構的光柵，從而降低製造光柵構件的複雜度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。