使用灰调光刻和倾斜蚀刻的深度调节倾斜光栅制造技术

披露一种具有光栅结构的设备和用于形成所述设备的方法。所述光栅结构包括：使用灰阶抗蚀剂和光刻在光栅层中形成楔形结构。多个通道形成于所述光栅层中，以在所述光栅层中界定倾斜光栅结构。所述楔形结构和所述倾斜光栅结构是通过使用选择性蚀刻工艺形成的。构是通过使用选择性蚀刻工艺形成的。构是通过使用选择性蚀刻工艺形成的。

【技术实现步骤摘要】
使用灰调光刻和倾斜蚀刻的深度调节倾斜光栅
[0001]本申请是申请日为2019年10月23日申请的申请号为201980073438.3，并且专利技术名称为“使用灰调光刻和倾斜蚀刻的深度调节倾斜光栅”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本公开内容的实施方式大体涉及一种在显示设备中使用的方法和设备。更详细而言，本公开内容涉及用于波导件(waveguide)或其他应用中的光栅(grating)结构。

技术介绍

[0003]虚拟实境(virtual reality)通常被视为是计算机生成的模拟环境，在其中使用者有明显的实体存在。能够以3D形式生成虚拟实境体验，并且使用头戴式显示器(HMD)进行观看，所述显示器诸如眼镜或其他可穿戴式显示装置，这些装置具有近眼显示面板作为透镜，以显示取代真实环境的虚拟实境环境。
[0004]然而，扩增实境(augmented reality)实现了这样的体验：使用者能够可以通过眼镜或其他HMD装置的显示透镜，以观看周围环境，而且还看见为了显示而生成的虚拟物体的影像，且所述影像显示成环境的一部分。扩增实境能够包括任何类型的输入，诸如声音和触觉输入，以及增强或扩增使用者所体验的环境的虚拟影像、图形、和影音。作为新兴的技术，扩增实境存在许多挑战和设计上的限制。
[0005]一项这样的挑战是显示叠加在周围环境上的虚拟影像，所述虚拟影像具有从各使用者的观看角度来看足够清晰的影像。例如，如果使用者的眼睛未与显示的虚拟影像精确对准，则该使用者可能会看到变形、不清楚的影像，或者可能无法完整观看该影像。再者，从非最佳视角来看，该影像可能模糊并且具有低于期望的分辨率。
[0006]因此，需要制造扩增实境显示装置的改善方法。

技术实现思路

[0007]本公开内容大体涉及用于显示设备或其他应用中的方法和设备。更详细而言，本公开内容涉及通过使用灰阶(grayscale)光刻产生的波导件中所用的光栅结构。本文的方法也可形成用作纳米压印光刻的母模(master)的波导件结构。
[0008]在一个实施方式中，提供一种波导件结构。所述结构具有基板，所述基板上具有光栅层，其中通过灰阶光刻在光栅层中形成楔形结构。所述楔形结构具有第一端、第二端、和深度，其中所述深度从第一端至第二端改变。所述波导件结构也具有形成在所述光栅层中的多个通道，每一通道部分地界定多个光栅结构的一部分，其中所述多个光栅结构的深度从所述楔形结构的第一端至所述楔形结构的第二端改变。
[0009]在另一实施方式中，提供一种波导件结构。所述波导件结构包括基板，所述基板上有光栅层。所述波导件结构也包括楔形结构，所述楔形结构形成于所述光栅层中，其中所述楔形结构具有一深度，所述深度至少在第一方向和第二方向上改变而界定三维形状。所述波导件结构也包括形成在所述光栅层中的多个通道，每一通道部分地界定多个光栅结构的
一部分，其中所述多个光栅结构的深度在所述第一方向和所述第二方向上改变，如由所述楔形结构所界定的。
[0010]在又一实施方式中，提供一种形成波导件结构的方法。所述方法包括，使用灰阶光刻在光栅层中形成楔形结构。所述方法也包括在所述光栅层之上形成硬掩模和光刻胶堆叠。所述方法进一步包括蚀刻所述光刻胶堆叠。所述方法也包括在所述光栅层中形成多个光栅结构。
附图说明
[0011]可以通过参照其中一些于附图中图解的实施方式来详细地理解本公开内容的上述特征以及上文简要概述的本公开内容的更具体的描述。然而，应注意，附图仅图解本公开内容的示例性实施方式，因此不应被认为是对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可以允许其他等效的实施方式。
[0012]图1是根据一个实施方式的波导件组合器的透视前视图。
[0013]图2是根据一个实施方式的深度调节倾斜光栅的说明图。
[0014]图3是根据一个实施方式的制造波导件结构的方法的流程图。
[0015]图4A至图4H是根据一个实施方式的波导件结构的一部分的示意性截面图。
[0016]图5A至图5C是楔形结构的形状的示例的截面放大图。
[0017]图6A至图6C是楔形结构的三维形状的示例的透视图。
[0018]为了便于理解，已尽可能地使用相同的附图标记来标示各图中共有的相同元件。预期一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0019]披露了一种具有光栅结构的设备和用于形成所述设备的方法。可通过改变光栅的高度而沿着所述光栅的长度改变所述光栅的强度。为了实现这一点，一种方法包括：使用灰调(gray
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tone)光刻在光栅层中形成深度调节楔形结构。多个通道形成在光栅层中，以在所述光栅层中界定倾斜光栅结构。所述楔形结构和所述倾斜光栅结构是通过使用选择性蚀刻工艺形成的。本文所描述的方法也能够用于产生用作纳米压印光刻的母模的波导件结构。
[0020]图1是波导件组合器100的透视前视图。应理解，下文描述的波导件组合器100是示例性的波导件组合器。波导件组合器100包括由多个光栅108界定的输入耦合区域102、由多个光栅110界定的中间区域104、和由多个光栅112界定的输出耦合区域106。输入耦合区域102接收入射光束(虚拟影像)，所述光束具有来自微型显示器的强度。多个光栅108中的每一光栅将入射光束分成多个模式，每一光束具有一模式。零阶模式(T0)光束在波导件组合器100中折射回或丧失，正一阶模式(T1)光束通过波导件组合器100耦合到中间区域104，且负一阶模式(T
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1)光束在波导件组合器100中以与T1光束相反的方向传播。理想地，入射光束分成具有入射光束的所有强度的T1光束，以将虚拟影像引导到中间区域104。将入射光束分成具有入射光束的所有强度的T1光束的方法是，最佳化多个光栅108中的每一光栅的倾斜角，以抑制T
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1光束和T0光束。T1光束通过波导件组合器100进行全内反射(TIR)，直到T1光束与中间区域104中的多个光栅110接触为止。输入耦合区域102的一部分可具有光栅108，所述光栅108的倾斜角不同于所述输入耦合区域102的相邻部分的光栅108的倾斜角。
[0021]T1光束接触多个光栅110中的一光栅。所述T1光束被分成：在波导件组合器100中折射回或丧失的T0光束；T1光束，所述T1光束在中间区域104中经历TIR直到T1光束接触多个光栅110的另一光栅为止；以及通过波导件组合器100耦合到输出耦合区域106的T
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1光束。在中间区域104中经历TIR的T1光束继续接触多个光栅110的各个光栅，直到通过波导件组合器100耦合到中间区域104的T1光束的强度耗尽为止，或是通过中间区域104传播的剩余的T1光束抵达中间区域104的末端为止。必须调整多个光栅110，以控制通过波导件组合器100耦合到中间区域104的T1光束，以控制耦合到输出耦合区域106的T
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波导件结构，包括：基板，所述基板上具有光栅层；楔形结构，所述楔形结构形成在所述光栅层中；和多个通道，所述多个通道形成在所述光栅层中，每一通道部分地界定多个光栅结构，其中所述多个通道由包括以下步骤的工艺形成：在所述光栅层中形成楔形结构；在所述光栅层之上设置硬掩模和在所述硬掩模之上设置光刻胶，所述光刻胶具有设置在其下方的光学平坦化层(OPL)；形成光栅线，所述形成光栅线的步骤包括：执行光刻工艺以图案化所述光刻胶以暴露所述OPL的OPL部分；和移除被所述光刻胶暴露的所述OPL部分以形成所述光刻胶和OPL的光栅线，其中相邻的光栅线暴露所述硬掩模的部分；蚀刻所述硬掩模的所述部分以暴露所述光栅层中的所述楔形结构；和蚀刻所述楔形结构的暴露的光栅层部分，以在所述光栅层中形成所述多个通道。2.如权利要求1所述的结构，其中所述楔形结构的深度在第一方向和第二方向上线性改变。3.如权利要求1所述的结构，其中所述楔形结构的深度在第一方向和第二方向上非线性改变。4.如权利要求1所述的结构，其中所述多个光栅结构的每个光栅结构具有在约5nm至约700nm范围内的深度。5.如权利要求1所述的结构，其中所述多个光栅结构的每个光栅结构相对于垂直于蚀刻终止层的表面的平面以约0度至约70度范围内的角度倾斜。6.如权利要求1所述的结构，其中所述光栅层由光学透明材料形成，所述光学透明材料具有约1.3或更高的折射率。7.如权利要求1所述的结构，其中所述楔形结构具有鞍点形状。8.如权利要求1所述的结构，其中所述楔形结构具有正曲率的椭圆抛物面形状。9.一种形成波导件结构的方法，包括：使用灰阶光刻在抗蚀剂层中形成楔形结构，所述抗蚀剂层设置在光栅层之上；执行转移蚀刻工艺以在所述光栅层中形成所述楔形结构；在所述光栅层之上设置硬掩模和在所述硬掩模之上设置光刻胶，所述光刻胶具有设置在其下方的光学平坦化层(OPL)，所述OPL具有平坦的顶表面；形成光栅线，所述形成光栅线的步骤包括：执行光刻工艺以图案化所述光刻胶以暴露所述OPL的OPL部分；和移除被所述光刻胶暴露的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗格，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：