高折射率材料的H2辅助的倾斜蚀刻制造技术

本申请涉及高折射率材料的H2辅助的倾斜蚀刻。公开了用于制造倾斜结构的技术。在一个实施例中，一种在材料层中制造倾斜结构的方法包括：将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中，在反应性离子源发生器中生成包括反应性离子的等离子体，从等离子体中提取至少一些反应性离子以形成朝向材料层的准直的反应性离子束，以及将第二反应性气体注入到材料层上。准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以形成倾斜的表面浮雕结构。在一些实施例中，第一反应性气体包括低分子量气体(例如，H2或He)。在一些实施例中，反应性离子源发生器的内腔的表面层包括氧化物材料(例如，氧化铝或Y2O3)层。)层。)层。

【技术实现步骤摘要】
高折射率材料的H2辅助的倾斜蚀刻
[0001]本申请是申请日为2018年10月30日，申请号为201880079718.0，专利技术名称为“高折射率材料的H2辅助的倾斜蚀刻”的申请的分案申请。
[0002]背景
[0003]人工现实系统(例如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统)通常包括被配置成呈现描绘虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。例如在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)应用中，显示器可以显示虚拟对象或者将现实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在AR系统中，用户可以例如通过透过透明显示眼镜或透镜观看(通常称为光学透视(optical see
‑
through)或者通过观看由照相机捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围环境。
[0004]一个示例光学透视AR系统可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以耦合到波导(例如，衬底)中，在波导内传播，并且在不同位置处从波导耦合出去。在一些实现中，可以使用衍射光学元件(例如倾斜的表面浮雕光栅(surface
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relief grating))将投影图像的光耦合到波导中或从波导耦合出去。在许多情形中，以期望的速度制造具有期望轮廓(profile)的倾斜的表面浮雕光栅可能是具有挑战性的。
[0005]概述
[0006]本公开总体上涉及用于制造倾斜结构的技术，且更具体地，涉及用于在诸如二氧化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化铝的各种材料上蚀刻倾斜结构的技术。化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)技术用于蚀刻倾斜结构，例如高度对称的倾斜结构或特殊材料(exotic material)(例如，氮化硅、有机材料或无机金属氧化物)中的倾斜结构。CARIBE工艺(例如，化学化合物、自由基或离子)可以被更精确地控制，以实现倾斜结构的期望的蚀刻选择性、蚀刻速率和轮廓。
[0007]在一些实施例中，一种在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的方法包括：将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中，在反应性离子源发生器中生成包括反应性离子的等离子体，从等离子体中提取至少一些反应性离子以形成朝向材料层的准直的反应性离子束，以及将第二反应性气体注入到材料层上。准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以形成倾斜的表面浮雕结构。在一些实施例中，该方法还包括基于倾斜的表面浮雕结构的期望倾斜角来旋转材料层。
[0008]在一些实施例中，公开了一种用于在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统。CARIBE系统包括被配置成使用第一反应性气体生成等离子体的反应性离子源发生器，其中等离子体包括反应性离子。CARIBE系统还包括一个或更多个对准的准直器栅格，对准的准直器栅格被配置成提取并加速等离子体中的至少一些反应性离子，以形成朝向材料层的准直的反应性离子束。CARIBE系统还包括气体环(gas ring)，该气体环被配置成将第二反应性气体注入到材料层上。准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层，以在材料层中形成倾斜的表面浮雕结构。在一些实施例中，CARIBE系统包括被配置成保持并旋转衬底的旋转台(rotation stage)。
[0009]在一些实施例中，可以将低分子量气体(例如H2气体或氦气气体)添加到离子源发
生器中的气体(例如，包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、SF6、CLF3、N2O、N2、O2、SO2、COS等)中，离子源发生器例如是感应耦合等离子体(ICP)腔室(chamber)。H
+
离子可以在离子源发生器中被生成，并且可以朝向待蚀刻的衬底(例如Si3N4)被加速。进入Si3N4衬底的H
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离子可以在衬底中形成SiH
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N
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，可以通过物理和化学蚀刻以形成挥发性材料(例如SiF4、NF3、HCN)来非常容易地移除SiH
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N
y
。这样，由于较高的蚀刻速率和最小化的蚀刻残留物累积，具有高度对称性的深倾斜结构可以更有效且更精确地被蚀刻在高折射率材料上。
[0010]在使用H2辅助的离子束蚀刻的一些实施例中，用于半导体处理的离子源发生器的腔室(即，内腔(internal cavity))的表面层可以用氧化物材料(例如氧化铝或Y2O3)来代替，以避免由在腔室中生成的H
+
离子进入表面层和/或与表面层反应而引起的表面层的物理和/或化学性质改变。
[0011]本概述既不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。前述内容连同其他特征和示例一起将在下面的说明书、权利要求和附图中被更详细地描述。
[0012]在所附权利要求中具体公开了根据本专利技术的实施例，其中，在一个权利要求类别(例如方法)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如系统)中被要求保护。所附权利要求中的从属性或往回引用仅出于形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并且可以被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。
[0013]在一个实施例中，一种在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的方法包括：将第一反应性气体注入到反应性离子源发生器中；在反应性离子源发生器中生成等离子体，该等离子体包括反应性离子；从等离子体中提取至少一些反应性离子，以形成朝向材料层的准直的反应性离子束；以及将第二反应性气体注入到材料层上，其中，准直的反应性离子束和第二反应性气体物理地和化学地蚀刻材料层以形成倾斜的表面浮雕结构。
[0014]在一个实施例中，所述第一反应性气体包括低分子量气体。
[0015]在一个实施例中，方法还包括基于倾斜的表面浮雕结构的期望倾斜角来旋转材料层。
[0016]在一个实施例中，第一反应性气体包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8、C4F6、C2F6、C2F8、NF3、CLF3、N2O、N2、O2、SF6、Cl2、BCl3、HBr、H2、Ar、He或Ne中的至少一种。
[0017]在一个实施例中，材料层包括半导体衬底、SiO2层、Si3N4材料层、氧化钛层、氧化铝层、SiC层、SiO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用化学辅助反应性离子束蚀刻(CARIBE)系统在材料层中制造倾斜的表面浮雕结构的方法，所述方法包括：由所述CARIBE系统的反应性离子源发生器使用第一反应性气体生成等离子体，所述等离子体包括所述第一反应性气体的反应性离子，所述反应性离子被配置成与所述材料层反应，以生成挥发性材料；由所述CARIBE系统的一个或更多个栅格提取并加速所述等离子体中的至少一些所述反应性离子，以形成朝向所述材料层的反应性离子束；以及由所述CARIBE系统的气体环将第二反应性气体注入到所述材料层上，所述第二反应性气体被配置成与所述材料层反应，其中，所述反应性离子束和所述第二反应性气体物理地和化学地蚀刻所述材料层，以在所述材料层中形成所述倾斜的表面浮雕结构。2.根据权利要求1所述的方法，还包括由所述CARIBE系统的中和器将电子束注入到所述反应性离子束中以中和所述反应性离子束。3.根据权利要求1所述的方法，还包括由所述CARIBE系统的旋转台基于所述倾斜的表面浮雕结构的期望倾斜角来旋转包括所述材料层的衬底。4.根据权利要求3所述的方法，其中，旋转所述衬底包括以大于30
°
度的旋转角度旋转所述衬底，以使得所述倾斜的表面浮雕结构的倾斜角关于所述材料层的表面法线大于30
°
。5.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述CARIBE系统的挡板或叶片控制物理地和化学地蚀刻所述材料层的蚀刻时间、蚀刻区域或蚀刻时间和蚀刻区域两者。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述反应性离子源发生器包括感应耦合等离子体发生器。7.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述CARIBE系统的气体入口将所述第一反应性气体注入到所述CARIBE系统的所述反应性离子源发生器中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼哈尔，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：