一种光栅结构及衍射光波导的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种光栅结构的制作方法，光栅结构用于扩瞳结构和/或耦出结构，该方法包括：提供一基底；对基底不同位置进行定域气团腐蚀处理，以在基底的第一表面不同位置形成起伏不平的表面轮廓；在基底的第一表面上沉积光栅材料层，并对光栅材料层的顶部进行平坦化处理，以使得光栅材料层的顶部平整；光栅材料层的厚度非均匀分布，以使刻蚀光栅材料层形成光栅结构时，光栅结构的深度变化使得光栅结构沿着光线传播的方向衍射效率逐渐增大；在光栅材料层的顶部形成图形化的掩模层；以图形化的掩模层为掩模刻蚀光栅材料层至第一表面，以在基底上形成光栅结构；去除图形化的掩模层。本发明专利技术提供的方案可以解决如何制作深度调制的光栅结构的问题。栅结构的问题。栅结构的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种光栅结构及衍射光波导的制作方法


[0001]本专利技术涉及衍射波导领域，尤其涉及一种光栅结构及衍射光波导的制作方法。

技术介绍

[0002]增强现实是一种将真实世界和虚拟信息相融合的技术，衍射光波导是实现该技术的方式之一，目前市面上的衍射光波导通常分为体全息波导和表面浮雕光栅波导，衍射光波导的本质都是通过光栅衍射将入射光耦入到波导中，表面浮雕光栅波导以其极高的设计自由度和由纳米压印加工带来的可量产性，在众多方案中具有明显的优势。而且，为了使得衍射光波导的出光更均匀，通常会在扩瞳和/或耦出的不同区域设置不同的光栅参数，纳米压印的方式也能较好的实现。但是，纳米压印制备的衍射光波导通常以压印胶材料为光栅材料，受限于压印胶材的折射率，制备出的光栅结构、衍射光波导难以实现兼顾不同波长、大视场角的高衍射效率。
[0003]传统的衍射波导中，为了使得耦出光栅或扩瞳光栅出射的光束更均匀，通常会设置不同深度的光栅单元，而不同深度的光栅单元的制作工艺难度较大，现有技术中，通常有以下几种工艺方法：
[0004]1.利用深度调制的压印母版，将压印母版压印到压印胶上，以制备不同深度的光栅结构；
[0005]2.在基底上形成图形化掩模，在图形化的掩模上形成表面起伏变化的牺牲层，以图形化掩模和表面起伏变化的牺牲层为掩模，刻蚀基底，从而形成不同深度的光栅结构；
[0006]3.在基底上依次形成刻蚀截止层和表面起伏不平的光栅材料层，在光栅材料层表面形成图形化的掩模层，以图形化的掩模层为掩模刻蚀光栅材料层，以形成光栅结构。
[0007]然而，上述现有技术中存在着下述缺陷：
[0008]对于上述工艺方法1，其需以压印胶材料为光栅材料，而压印工艺受限于压印胶材料的折射率(通常较高的也只有1.9左右)，难以实现兼顾不同波长、大视场角的高衍射效率，导致压印的光栅结构不如人意。
[0009]对于上述工艺方法技术手段2，由于其采用的是灰度光刻的方式，因而可控性低，形成理想非均匀厚度的牺牲层的工艺难度高。
[0010]对于上述工艺方法3，需要进行多次刻蚀工艺，同样存在可控性低的问题，相同的工艺参数在不同的工艺中刻蚀结果存在差异，且需要额外的刻蚀截止层，同时在光栅材料层表面上形成掩膜层并进行图案化时由于起伏不平的表面导致图案化工艺困难，操作不便。
[0011]且对本领域技术人员而言，在实际的压印或刻蚀过程中，相同的压印母版或多次刻蚀工艺所制备出的不同批次光栅结构并不能保证结构的稳定性，导致不同批次的光栅结构的衍射效果存在差异。
[0012]因此，本专利技术基于现有技术可能存在的问题，提出了一种光栅结构及衍射光波导的制作方法。

技术实现思路

[0013]本专利技术提供一种光栅结构及衍射光波导的制作方法，基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，以及定域气团腐蚀的优越性，通过定域气团腐蚀在基底的不同位置进行分时分区作业形成表面起伏不平的轮廓结构，以解决制作出光栅参数调制的光栅结构的同时、也能兼顾不同波长、大视场下不同视场角的均匀性的问题，制作出深度均匀变化的光栅结构，避免深度断层导致的光束突变，同时，该方法能够克服刻蚀过程中由于相同工艺的刻蚀参数在不同基底的刻蚀过程中所带来的差异性，可保证不同工艺批次的光栅结构的一致性，实现工艺的可重复性，保证了光栅及波导结构性能的稳定性。
[0014]根据本专利技术的第一方面，提供了一种光栅结构的制作方法，所述光栅结构用于衍射光波导的扩瞳结构和/或耦出结构，包括：
[0015]S11:提供一基底；
[0016]S12:基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，对所述基底进行分时分区的定域气团腐蚀处理，控制束斑大小和移动步长，以在所述基底的第一表面不同位置形成起伏不平的表面轮廓；
[0017]S13:在所述基底的第一表面上沉积光栅材料层，并对所述光栅材料层的顶部进行平坦化处理，以使得所述光栅材料层的顶部平整；所述光栅材料层的厚度非均匀分布，以使刻蚀所述光栅材料层形成所述光栅结构时，所述光栅结构的深度变化使得所述光栅结构沿着光线传播的方向衍射效率逐渐增大；
[0018]S14:在所述光栅材料层的顶部形成图形化的掩模层；
[0019]S15:以所述图形化的掩模层为掩模刻蚀所述光栅材料层至所述第一表面，以在所述基底上形成所述光栅结构；
[0020]S16:去除所述图形化的掩模层，得到所述光栅结构。
[0021]所述定域气团腐蚀指以粒子束的束斑大小为基准，控制束斑大小和移动步长，通过气体的化学作用，并以该基准进行分区腐蚀。
[0022]本专利技术所述的基底指Si、SiO2、高折射率玻璃(HRI)、树脂等；所述的气体指C4F8、NF3、He、O2、Ar或任意前述混合气体等。
[0023]可选的，在步骤S12中，基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，对所述基底进行定域气团腐蚀处理，以在所述基底的第一表面不同位置形成起伏不平的表面轮廓，包括：
[0024]基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，通过定域气团腐蚀中粒子束作用于所述基底的不同位置进行处理所述基底，并调制所述粒子束在所述基底的第一表面的不同位置对应的粒子束能量和/或停留时间，来调制对所述基底的第一表面不同位置的处理深度，以在所述基底的第一表面不同位置形成起伏不平的表面轮廓。
[0025]可选的，所述粒子束的尺寸小于所述扩瞳结构和/或所述耦出结构的尺寸，且所述粒子束的尺寸大于所述光栅结构的光栅周期。
[0026]可选的，所述通过粒子束作用于所述基底的不同位置进行处理所述基底，包括：
[0027]控制所述粒子束沿至少两个方向移动进行分时分区作用，以处理所述扩瞳结构和/或所述耦出结构在所述基底的第一表面不同位置所对应的区域；所述两个方向平行于所述光栅材料层的顶部所在的平面。
[0028]可选的，所述起伏不平的表面轮廓包括在至少两个方向上形成台阶状变化的表面轮廓，且相邻两台阶的厚度差不大于10％。
[0029]可选的，所述基底还包括与所述第一表面相对的第二表面，所述台阶状变化的表面轮廓中的台阶表面平行于所述第二表面，所述光栅材料层形成于所述台阶的表面。
[0030]可选的，所述光栅材料层包括若干层光栅材料分层，各所述光栅材料分层的折率各不相同。
[0031]可选的，各所述光栅材料分层的折率沿着远离所述基底的方向逐渐增大。
[0032]根据本专利技术的第二方面，提供了一种衍射光波导的制作方法，包括：
[0033]提供一基底；
[0034]基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，对所述基底的不同位置分时分区分别进行定域气团腐蚀处理，控制束斑大小和移动步长，以至少在所述基底的第一表面的扩瞳区域和/或耦出区域内不同位置形成起伏不平的表面轮廓；
[0035]在所述基底的第一表面上沉积光栅材料层，并对所述光栅材料层的顶部进行平坦化处理，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光栅结构的制作方法，所述光栅结构用于衍射光波导的扩瞳结构和/或耦出结构，其特征在于，包括：S11:提供一基底；S12:基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，对所述基底进行分时分区的定域气团腐蚀处理，控制束斑大小和移动步长，以在所述基底的第一表面不同位置形成起伏不平的表面轮廓；S13:在所述基底的第一表面上沉积光栅材料层，并对所述光栅材料层的顶部进行平坦化处理，以使得所述光栅材料层的顶部平整；所述光栅材料层的厚度非均匀分布，以使刻蚀所述光栅材料层形成所述光栅结构时，所述光栅结构的深度变化使得所述光栅结构沿着光线传播的方向衍射效率逐渐增大；S14:在所述光栅材料层的顶部形成图形化的掩模层；S15:以所述图形化的掩模层为掩模刻蚀所述光栅材料层至所述第一表面，以在所述基底上形成所述光栅结构；S16:去除所述图形化的掩模层。2.根据权利要求1所述的光栅结构的制作方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：基于预期光栅深度分布以及不同光栅深度之间的差值要求，通过定域气团中粒子束作用于所述基底的不同位置处理所述基底，并调制所述粒子束在所述基底的第一表面的不同位置对应的粒子束能量和/或停留时间，来调制对所述基底的第一表面不同位置的处理深度，以在所述基底的第一表面不同位置形成起伏不平的表面轮廓。3.根据权利要求2所述的光栅结构的制造方法，其特征在于，所述粒子束的尺寸小于所述扩瞳结构和/或所述耦出结构的尺寸，且所述粒子束的尺寸大于所述光栅结构的光栅周期。4.根据权利要求3所述的光栅结构的制造方法，其特征在于，所述通过定域气团中粒子束作用于所述基底的不同位置进行处理所述基底，包括：控制所述粒子束沿至少两个方向移动进行分时分区作用，以处理所述扩瞳结构和/或所述耦出结构在所述基底的第一表面不同位置所对应的区域；所述两个方向平行于...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈和峰，陈志高，楼歆晔，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：发明
国别省市：