表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法、光波导和设备技术

本申请属于增强现实技术领域，具体涉及一种表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法、光波导和设备，其中的方法包括：在基板表面形成正性光刻胶层，得到具有均匀光刻胶掩膜的基板；该具有均匀光刻胶掩膜的基板上设有目标结构区域，使用光刻掩膜板遮挡目标结构区域，对具有均匀光刻胶掩膜的基板进行接触曝光和显影处理，得到目标结构区域有光刻胶掩膜的基板；对目标结构区域有光刻胶掩膜的基板进行干涉曝光显影，得到目标结构区域有光栅掩膜的基板；对目标结构区域有光栅掩膜的基板进行刻蚀，得到目标结构区域有光栅结构的基板。该方法解决了刻蚀过程中使用挡板导致的光栅结构缺失和光栅结构边缘槽深偏浅、刻蚀面积缩小的问题，提高了光栅加工精度。提高了光栅加工精度。提高了光栅加工精度。

【技术实现步骤摘要】
表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法、光波导和设备


[0001]本申请属于增强现实
，具体涉及一种表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法、光波导和设备。

技术介绍

[0002]基于光波导技术的增强显示（Augmented Reality，AR）眼镜，一般由显示模组、波导和耦合器三部分组成。根据耦合器的原理，基于波导技术的AR眼镜，所使用的光波导技术可分为几何波导方案和衍射光波导方案两种。衍射光波导又可细分为体全息光栅、表面浮雕光栅衍射光波导，目前业内使用较多的是表面浮雕光栅衍射光波导。表面浮雕光栅衍射光波导的制备主要分为两部分，一是母版制作，二是纳米压印量产。
[0003]母版制作可以采用干涉曝光的制备方式，其工艺顺序为：基板清洗、基板匀胶、基板曝光、基板显影和基板刻蚀。为保证匀胶质量与工艺通用性，表面浮雕光栅衍射光波导的母版基板通常是使用晶圆或方片进行加工制作，待纳米压印量产时再切割成所需外形。因此，母版基材都是整面匀胶、整面曝光，刻蚀时使用挡板来保护无结构区，将结构区暴露出来进行刻蚀，最后进行清洗得到光栅结构。图1为刻蚀时使用挡板来保护无结构区制得的母版，图2为使用挡板来保护无结构区时的刻蚀原理图，图2中（a）为倾斜刻蚀，（b）为水平刻蚀，请参阅图1和图2，使用挡板遮挡来刻蚀存在两个弊端：一是由于光刻胶掩膜质地较软，挡板与曝光显影后的基板紧贴时会对已经制成的光刻胶掩膜造成破坏，尤其在结构边缘破坏明显，导致最终的光栅结构缺失，如图1所示；二是由于挡板存在厚度，在刻蚀过程中挡板造成边缘遮挡，使被刻蚀离子无法溅射出来，导致光栅结构边缘槽深偏浅；以及在倾斜刻蚀时造成刻蚀面积的缩小，如图2中（a）和（b）所示。

技术实现思路

[0004]（一）要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本申请提供一种表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法、光波导和设备。
[0005]（二）技术方案为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：第一方面，本申请实施例提供一种表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法，该方法包括：在基板表面形成正性光刻胶层，得到具有均匀光刻胶掩膜的基板；该具有均匀光刻胶掩膜的基板上设有目标结构区域，使用光刻掩膜板遮挡所述目标结构区域，对具有均匀光刻胶掩膜的基板进行接触曝光和显影处理，得到目标结构区域有光刻胶掩膜的基板；对目标结构区域有光刻胶掩膜的基板进行干涉曝光显影，得到目标结构区域有光
栅掩膜的基板；对目标结构区域有光栅掩膜的基板进行刻蚀，得到目标结构区域有光栅结构的基板。
[0006]可选地，所述正性光刻胶层厚度范围为150nm至300nm。
[0007]可选地，在在基板表面形成正性光刻胶层之前，该方法还包括：使用丙酮、硫酸与双氧水的混合溶液，对所述基板进行清洗。
[0008]可选地，当所述基板的材料为石英玻璃时，使用三氟甲烷进行气体刻蚀。
[0009]可选地，当所述目标结构区域为M个时，M大于等于2，该方法还包括以下步骤：S01、在基板表面形成正性光刻胶层，得到整面具有均匀光刻胶掩膜的基板；S02、对该具有均匀光刻胶掩膜的基板上的第N个目标结构区域使用光刻掩膜板进行遮挡，对具有均匀光刻胶掩膜的基板进行接触曝光和显影处理，得到第N个目标结构区域有光刻胶掩膜的基板，N大于等于2；S03、对第N个目标结构区域有光刻胶掩膜的基板进行干涉曝光显影，得到第N个目标结构区域有光栅掩膜的基板；S04、使用刻蚀挡板对第1至N
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1个目标结构区域进行遮挡，对第N个目标结构区域有光栅掩膜的基板进行刻蚀，得到N个目标结构区域有光栅结构的基板；S05、比较N和M，当N小于M时，令N=N+1，重复执行步骤S01至步骤S05，直至N等于M。
[0010]可选地，步骤S04中，所述刻蚀挡板的材质与所述基板相同。
[0011]可选地，对有光刻胶掩膜的基板进行干涉曝光时，曝光一次后将基板旋转预设的角度再进行一次曝光，以得到具有二维光栅结构的光刻胶掩模。
[0012]可选地，所述光栅结构为二维光栅。
[0013]第二方面，本申请实施例提供一种光波导，所述光波导采用光波导母版进行制备，所述光波导母版为通过如上第一方面任一项所述的方法制得的光波导母版。
[0014]第三方面，本申请实施例提供一种增强现实设备，包括：显示器，所述显示器用于出射光信号，所述光信号包括图像信息；镜头，所述镜头设置于所述显示器的显示面侧，用于对所述光信号进行调制；以及如上第二方面所述的的光波导，所述光波导设置于所述镜头背离所述显示器的一侧，用于将经所述镜头调制后的所述光信号传输。
[0015]（三）有益效果本申请的有益效果是：本申请提出了一种表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法、光波导和设备，其中的方法包括：在基板表面形成正性光刻胶层，得到具有均匀光刻胶掩膜的基板；该具有均匀光刻胶掩膜的基板上设有目标结构区域，使用光刻掩膜板遮挡所述目标结构区域，对具有均匀光刻胶掩膜的基板进行接触曝光和显影处理，得到目标结构区域有光刻胶掩膜的基板；对目标结构区域有光刻胶掩膜的基板进行干涉曝光显影，得到目标结构区域有光栅掩膜的基板；对目标结构区域有光栅掩膜的基板进行刻蚀，得到目标结构区域有光栅结构的基板。
[0016]本申请的方法解决了刻蚀过程中使用挡板导致的光栅结构缺失和光栅结构边缘槽深偏浅、刻蚀面积的缩小的问题，提高了光栅的加工精度。
[0017]进一步地，通过本申请方法加工包括多个目标结构区域的母版时，可有效解决由
于不同区域的对齐精度完全依靠不同刻蚀阶段使用挡板的手工贴合对位精度、导致区域对位精度不准的问题，从而可得到光栅区域对位精度高的光栅母版。
附图说明
[0018]本申请借助于以下附图进行描述：图1为刻蚀时使用挡板来保护无结构区制得的母版；图2为使用挡板来保护无结构区时的刻蚀原理图；图3为本申请一个实施例中的表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法流程示意图；图4为本申请另一个实施例中待加工母版的目标结构区域分布示例图；图5为本申请另一个实施例中的表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法流程示意图；图6为本申请另一个实施例中匀胶前后的基板结构图；图7为本申请另一个实施例中基板接触式曝光示意图；图8为本申请另一个实施例中显影后的基板结构图；图9为本申请另一个实施例中干涉曝光显影后得到的基板结构图；图10为本申请另一个实施例中刻蚀后得到的基板结构图；图11为本申请另一个实施例中第二次清洗和匀胶后得到的基板结构图；图12为本申请另一个实施例中基板第二次接触式曝光示意图；图13为本申请另一个实施例中第二次显影后的基板结构图；图14为本申请另一个实施例中第二次干涉曝光显影后得到的基板结构图；图15为本申请另一个实施例中对第二目标结构区域刻蚀后得到的光栅母版结构图；图16为本申请又一个实施例中的二维光栅结构图；图17为本申请再一个实施例中的增强现实设备的架构示意图。
[0019]附图标记说明：10
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待加工母版，11
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法，其特征在于，该方法包括：在基板表面形成正性光刻胶层，得到具有均匀光刻胶掩膜的基板；该具有均匀光刻胶掩膜的基板上设有目标结构区域，使用光刻掩膜板遮挡所述目标结构区域，对具有均匀光刻胶掩膜的基板进行接触曝光和显影处理，得到目标结构区域有光刻胶掩膜的基板；对目标结构区域有光刻胶掩膜的基板进行干涉曝光显影，得到目标结构区域有光栅掩膜的基板；对目标结构区域有光栅掩膜的基板进行刻蚀，得到目标结构区域有光栅结构的基板。2.根据权利要求1所述的表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法，其特征在于，所述正性光刻胶层厚度范围为150nm至300nm。3.根据权利要求1所述的表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法，其特征在于，在基板表面形成正性光刻胶层之前，该方法还包括：使用丙酮、硫酸与双氧水的混合溶液，对所述基板进行清洗。4.根据权利要求1所述的表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法，其特征在于，当所述基板的材料为石英玻璃时，使用三氟甲烷进行气体刻蚀。5.根据权利要求1所述的表面浮雕光栅衍射光波导的母版制作方法，其特征在于，当所述目标结构区域为M个时，M大于等于2，该方法还包括以下步骤：S01、在基板表面形成正性光刻胶层，得到整面具有均匀光刻胶掩膜的基板；S02、对该具有均匀光刻胶掩膜的基板上的第N个目标结构区域使用光刻掩膜板进行遮挡，对具有均匀光刻胶掩膜的基板进行接触曝光和显影处理，得到第N个目标结构区域有光刻胶掩膜的基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥峰，董文浩，冒新宇，
申请(专利权)人：北京至格科技有限公司，
类型：发明
国别省市：