一种全息光栅模板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种全息光栅模板及其制备方法，全息光栅模板的制备方法包括：提供一衬底，衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，光刻胶层具有图形；以图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀硬掩模层，将图形复制至硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；对衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；刻蚀硬掩模层并暴露出衬底；刻蚀衬底的非离子注入区，以暴露出光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。通过离子注入工艺得到所需形状的光栅结构区，经过高刻蚀选择比刻蚀保留光栅结构区，从而得到全息光栅模板，工艺难度较低，工艺可行性高；通过在衬底上直接形成光栅结构区，避免了光刻工艺的转版步骤，减少了工艺步骤，降低了生产成本。

A holographic grating template and its preparation method

The invention provides a holographic grating template and a preparation method thereof. The preparation method of the holographic grating template includes: providing a substrate on which a hard mask layer and a patterned photoresist layer are successively formed, and the photoresist layer has a pattern; taking the patterned photoresist layer as a mask, etching the hard mask layer, and copying the pattern into the hard mask layer to form a patterned hard mask layer; and The substrate carries out the ion implantation process to obtain the grating template pattern area in the ion implantation area; etches the hard mask layer and exposes the substrate; etches the non ion implantation area of the substrate to expose the grating template pattern area and forms the holographic grating template. Through the ion implantation process, the required shape of the grating structure area is obtained, and the grating structure area is retained after high etching selection ratio etching, so the holographic grating template is obtained, which has low process difficulty and high process feasibility; by directly forming the grating structure area on the substrate, the conversion step of the photolithography process is avoided, the process step is reduced, and the production cost is reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种全息光栅模板及其制备方法
本专利技术涉及显示设备
，特别是涉及一种全息光栅模板及其制备方法。
技术介绍
增强现实(AugmentedReality，简称AR)技术也被称为扩增现实，是促使真实世界信息和虚拟世界信息综合得到的一种较新的技术。AR技术通过将现实世界中比较难以体验的空间范围的实体信息，在电脑等科学技术的基础上进行了模拟仿真和叠加，使得虚拟信息在真实世界中得到有效应用，并且在这一过程中能够被人类所感知，从而实现了超越现实的感官体验。在真实环境和虚拟物体之间重叠之后，使得二者能够在同一个画面以及空间同时存在。AR技术广泛应用于虚拟训练、娱乐与艺术，医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域。全息波导显示技术(HeadMountedDisplay，HMD)是AR技术的关键组成技术。HMD的基本原理是光的全反射和衍射，全息波导显示系统主要包括微显示器、全息光栅和平板波导，所述微显示器产生了图像，该图像经过微型准直透镜后变成平行光进入光波导，再到达全息光栅后，由于全息光栅的衍射效应使平行光改变传输方向从而满足全反射条件并沿波导方向向前无损传播，当平行光传播到全息光栅时，全反射条件被破坏从而使平行光从全息波导出射，并进入人眼成像。专利CN104614858A，CN108828780A，CN108398791A都是基于该系统的专利技术。而全息光栅作为HMD的关键元件，其主要起到输入光耦合和输出光耦合显像的作用，全息光栅的设计主要包括光栅的栅格形状，衍射效率的设计以及光栅整体结构的设计。为了得到全息光栅中呈斜锯齿形的光栅，现有的方法例如专利CN10642397A描述的制备全息波导树脂镜片的光栅模板的主要思路是：利用光刻工艺在光刻胶上形成光栅图形，然后利用转版技术把光栅图形从比较软的光刻胶上转移到较硬的材料上，以便形成硬度足够、耐磨性好的光栅模板，或者利用机械精密加工方案直接在有机材料或石英、硅片、镍金属等衬底上进行光栅制作。该专利中形成光栅模板的几种方法讲述的均比较笼统，且专利中的这些方法难以实施，例如光刻工艺不能形成倾斜的光刻胶图形形貌(即使采用灰度掩膜技术，也很难形成专利中所说的斜锯齿形光栅图形)，也不能进行图形的转版转移；又例如使用机械精密加工方案，其纳米加工的工艺精度很难保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全息光栅模板及其制备方法，能够降低工艺难度，还可以提高工艺可行性。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种全息光栅模板的制备方法，包括以下步骤：提供一衬底，所述衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，所述光刻胶层具有图形；以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述硬掩模层，将所述图形复制至所述硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；对所述衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；刻蚀所述硬掩模层并暴露出所述衬底；以及刻蚀所述衬底的非离子注入区，以暴露出所述光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。可选的，所述衬底包括基底和外延层，所述外延层形成于所述基底上。进一步的，对所述衬底执行离子注入工艺，以得到光栅模板图形区包括：对所述外延层执行若干次离子注入工艺，且若干次所述离子注入工艺的离子注入角度相同，以形成具有一种倾角的光栅模板图形区。更进一步的，所述离子注入工艺的注入离子包括氧离子、锗离子、碳离子，剂量为2E15/cm2-9E15/cm2，能量为200Kev-600Kev，所述离子注入时的入射角度为与所述衬底的表面的夹角在50°-90°之间。进一步的，对所述衬底执行离子注入工艺，以得到光栅模板图形区包括：对所述外延层执行至少两次离子注入工艺，且至少两次所述离子注入工艺包括两种离子注入角度，以形成具有两种倾角的光栅模板图形区。更进一步的，对所述外延层执行两次离子注入工艺，分别为第一次离子注入工艺和第二次离子注入工艺，所述第一次离子注入工艺和第二次离子注入工艺的注入离子均包括氧离子、锗离子、碳离子，剂量均为2E15/cm2-9E15/cm2，能量均为200Kev-600Kev。更进一步的，所述第一次离子注入工艺的离子注入时的入射角度为与所述衬底的表面的夹角在44°-46°之间，所述第二次离子注入工艺的离子注入时的入射角度为与所述衬底的表面的夹角在50°-70°之间。更进一步的，所述第一次离子注入工艺的离子注入时的入射角度为与所述衬底的表面的夹角在50°-70°之间，所述第二次离子注入工艺的离子注入时的入射角度为与所述衬底的表面的夹角在44°-46°之间。可选的，在对所述衬底执行离子注入工艺之后，在刻蚀所述硬掩模层并暴露出所述衬底之前还包括：对所述衬底执行退火工艺。另一方面，本专利技术还提供了一种全息光栅模板，由上述所述的全息光栅模板的制备方法制作而成。与现有技术相比存在以下有益效果：本专利技术提供的一种全息光栅模板及其制备方法，所述全息光栅模板的制备方法包括：提供一衬底，所述衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，所述光刻胶层具有图形；以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述硬掩模层，将所述图形复制至所述硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；对所述衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；刻蚀所述硬掩模层并暴露出所述衬底；以及刻蚀所述衬底的非离子注入区，以暴露出所述光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。本实施例通过离子注入工艺得到了所需形状的光栅结构区，经过高刻蚀选择比刻蚀保留所述衬底中光栅结构区，从而得到了全息光栅模板，整个过程工艺难度较低，工艺可行性高；通过在衬底上直接形成光栅结构区，避免了光刻工艺的转版步骤，减少了工艺步骤，降低了生产成本。附图说明图1a-1f为本专利技术一实施例的全息光栅模板的制备方法各步骤中的结构示意图；图2为本专利技术一实施例的全息光栅模板的制备方法的流程示意图。附图标记说明：100-衬底；110-基底；120-外延层；121-光栅模板图形区；200-牺牲层；300-硬掩模层；400-光刻胶层；a-开口。具体实施方式以下将对本专利技术的一种全息光栅模板及其制备方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本专利技术进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本专利技术由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。为使本专利技术的目的、特征更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全息光栅模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供一衬底，所述衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，所述光刻胶层具有图形；/n以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述硬掩模层，将所述图形复制至所述硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；/n对所述衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；/n刻蚀所述硬掩模层并暴露出所述衬底；以及/n刻蚀所述衬底的非离子注入区，以暴露出所述光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。/n

【技术特征摘要】
1.一种全息光栅模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，所述衬底上依次形成有硬掩模层和图形化的光刻胶层，所述光刻胶层具有图形；
以图形化的所述光刻胶层为掩模，刻蚀所述硬掩模层，将所述图形复制至所述硬掩模层中，以形成图形化的硬掩模层；
对所述衬底执行离子注入工艺，在离子注入区得到光栅模板图形区；
刻蚀所述硬掩模层并暴露出所述衬底；以及
刻蚀所述衬底的非离子注入区，以暴露出所述光栅模板图形区，并形成全息光栅模板。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底包括基底和外延层，所述外延层形成于所述基底上。


3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述衬底执行离子注入工艺，以得到光栅模板图形区包括：
对所述外延层执行若干次离子注入工艺，且若干次所述离子注入工艺的离子注入角度相同，以形成具有一种倾角的光栅模板图形区。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入工艺的注入离子包括氧离子、锗离子、碳离子，剂量为2E15/cm2-9E15/cm2，能量为200Kev-600Kev，所述离子注入时的入射角度为与所述衬底的表面的夹角在50°-90°之间。


5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对所述衬底执行离子注入工艺，以得到光栅模板图形区包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨渝书，伍强，李艳丽，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31