[發明專利]制造經高度調制的光學衍射光柵的方法

有效

• 申請號: 201880038492.X
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN111033324B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: I·瓦蒂亞寧;J·拉霍邁基;M·埃爾德馬尼斯
• 申請（專利權）人: 迪斯帕列斯有限公司
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B6/00;G02B26/08;G02B27/09;C23C16/01;C23C16/04;H01L21/02
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳斌;蔡悅

本發明涉及一種制造經高度調制的光學衍射光柵的方法。該方法包括：提供基板并且在該基板上制造第一材料的多個臨時元件，這些元件被間隙分隔開并且被布置為包括具有不同元件高度的至少兩個周期的周期性結構。第二材料的涂層被沉積在該多個臨時元件上，使得該涂層填充所述間隙并覆蓋所述臨時元件。隨后，一均勻的第二材料層被去除，以便暴露所述臨時元件，并且第一材料被去除，以便在該基板上形成第二材料的經高度調制的圖案作為光學衍射光柵。本發明在制造具有局部變化的衍射效率的光柵的情況下放寬了制造約束。

發明領域

本發明涉及用于光學目的的微結構和納米結構的制造。具體而言，本發明涉及制造光學衍射光柵，該光學衍射光柵可例如在顯示應用(諸如近眼式顯示器)中使用。

背景技術

近眼式顯示器(NED)和平視顯示器(HUD)通常包括衍射光柵以生成可視圖像。所需光柵為內耦合光柵，其將圖像從圖像源耦合到波導；為外耦合光柵，其為用戶生成最終的可視圖像；以及為出瞳擴展器(EPE)，其增大顯示器出瞳的大小。

光柵的質量和特性確定所得圖像的質量。除了具有清晰一致的光柵線之外，在高級應用中，還期望能夠局部控制光柵的衍射效率。這可以通過改變光柵內的光柵線高度或填充因子(即，使用高度或填充因子調制)來實現。為了實現最大可能效率調整范圍，高度和填充因子兩者應被調制。因此，需要用于衍射光柵的穩健且成本高效的制造方法，其中可自由地控制衍射效率，并且該方法適用于大規模生產。此外，在一些情形中，需要非聚合物材料，其與直接聚合物調制相比增加了工藝復雜性。

經高度調制元件的制造一般通過重復制造循環來完成，其中在一個循環內定義一個高度。具體而言，在同一基板上制造具有變化的高度的微結構和納米結構是困難的，尤其是在難以加工的無機材料的情形中。這一般需要對齊的若干制造循環，其中每個元件高度在一個循環期間被分開定義。這也需要對材料進行高度優化且通常復雜的加工。為了在材料中獲得垂直的側壁，在當前可用的方法中需要高度各向異性的蝕刻。一種已知的加工方法在C.David的“Fabrication of stair-case profiles with high aspect ratios forblazed diffractive optical elements(針對閃耀衍射光學元件的具有高縱橫比的階梯輪廓的制造)”，Microelectronic Engineering(微電子工程),53(2000)中被討論。由于該方法的復雜性，該工藝的產率較低。此外，覆蓋曝光需要在納米水平上的橫向放置精度，并且離最佳的任何偏差都會導致光學性能的損失。當期望高度調制和填充因子調制兩者以便實現最大效率調整范圍時，面臨特定的挑戰。

因此，需要用于高度和/或填充因子調制以實現衍射效率控制的新穎的產業規模的技術。

發明內容

本發明的目的是克服以上提及的問題中的至少一些問題，并提供一種用于生成經高度調制的、以及可任選地經填充因子調制的光學衍射光柵的新穎方法。特定目的是提供一種方法，該方法需要較少數目的加工步驟，并且尤其不需要多循環高橫向精度加工以便實現調制。目的還在于提供一種允許方便地組合高度和填充因子調制的方法。

本發明基于通過以下基本步驟來制造光柵的思想：首先通過提供犧牲結構(例如，通過壓印)來限定光柵的高度以及可任選地填充因子特性。隨后用過量的最終光柵材料覆蓋整個結構。最后，過量的最終光柵材料和犧牲結構被去除以便提供該犧牲結構的負片。

更詳細地，制造衍射結構的方法包括：

-提供基板，

-在該基板上制造第一材料的多個臨時元件，這些元件被間隙分開并且被布置為包括具有不同元件高度的至少兩個周期的周期性結構，

-在該多個臨時元件上沉積第二材料的涂層，使得該涂層填充所述間隙并覆蓋所述臨時元件，

-去除一均勻的第二材料層，以便暴露所述臨時元件，