具有结构及折射率渐变的光学器件及其制造方法技术

本公开内容大体而言涉及用于形成具有渐变折射率的基板的方法及装置。一种形成波导结构的方法包括从具有头部的施加器朝向在基板上形成的多个光栅结构排出等离子体。等离子体在大气压力下形成于头部中。该方法进一步包括通过从多个光栅结构移除光栅材料来用等离子体改变多个光栅结构的深度。体改变多个光栅结构的深度。体改变多个光栅结构的深度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有结构及折射率渐变的光学器件及其制造方法


[0001]本公开内容的实施方式大体而言涉及用于形成具有渐变折射率的基板的方法及装置。

技术介绍

[0002]相关技术描述
[0003]虚拟现实通常被认为是使用者具有表观物理存在的计算机产生的模拟环境。虚拟现实体验可以以三维(three
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dimensional；3D)产生并且用于头戴式显示器(head
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mounted display；HMD)观看，诸如眼镜或其他具有近眼显示面板(诸如透镜)的可穿戴显示装置，以显示替代实际环境的虚拟现实环境。
[0004]然而，增强现实实现了其中使用者仍可透过眼镜或其他HMD装置的显示透镜看到周围环境，并且也可看到为了显示而产生的并且作为环境的一部分出现的虚拟物体的图像的体验。增强现实可包括任何类型的输入，诸如音频及触觉输入，以及及可强化或增强使用者体验的环境的虚拟图像、图形、视频。作为一项新兴技术，增强现实面临许多挑战及设计约束。
[0005]光学器件用于帮助重叠图像。经产生的光传播穿过波导，直至光离开波导并且在周围环境上重叠。波导包括多种器件结构，例如，光栅。在降低输出信号中的信号损失中面临的挑战之一是为视觉观察者显示具有足够清晰的图像。解决此挑战的传统方法包括改变光栅或封装层的厚度以调谐输出信号的光学特性。然而，传统的方法需要多个处理步骤(这些处理步骤需要多个处理腔室)，以便获得波导(显示器)的期望光学性能，这增加了生产且降低了产量。
[0006]因此，仍然需要用于改良波导的系统及方法。

技术实现思路

[0007]本文公开了一种用于在受控、离散区域中形成具有跨基板表面的渐变折射率或深度的多维凹槽特征的方法及装置。在一个示例中，用于形成波导结构的方法包括在基板上的光栅层中形成多个通道。每一通道部分地界定多个光栅结构的一部分。该方法包括从具有头部的施加器朝向多个光栅结构排出等离子体。等离子体在大气压力下形成于头部中。另外，该方法包括通过从多个光栅结构移除光栅材料来用等离子体改变多个光栅结构的深度。深度变化对应于多个光栅结构的折射率变化。
[0008]在另一示例中，光学处理系统包括具有头部的施加器。该头部被配置为在其中形成等离子体。非暂态计算机可读介质储存指令。当这些指令被处理器执行时，促使在施加器中执行方法。该方法包括在基板上的光栅层中形成多个通道。每一通道部分地界定多个光栅结构的一部分。该方法另外包括从具有头部的施加器朝向多个光栅结构的排出等离子体。等离子体在大气压力下形成于头部中。该方法包括通过从多个光栅结构移除光栅材料来用等离子体改变多个光栅结构的深度。深度变化对应于多个光栅结构的折射率变化。
[0009]在又一示例中，光学处理系统包括被配置为形成等离子体的施加器。非暂态计算机可读介质储存指令。当这些指令被处理器执行时，促使在施加器中执行方法。该方法包括在大气压力下在施加器中形成等离子体。该方法进一步包括在基板上的光栅层中形成多个通道。每一通道由多个光栅结构的一部分部分地界定。另外，该方法包括通过从多个光栅结构移除光栅材料来改变多个光栅结构的折射率。折射率对应于多个光栅结构的深度变化。光栅材料通过等离子体移除。
附图说明
[0010]为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可通过参考本文中的示例来获得简要概述于上文的本公开内容的更特定描述，这些示例的一些示例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示示例，并且因此不被视为限制本公开内容的范围。因此，附图能够实现其他同等有效的示例。
[0011]图1是具有多个器件结构的光学器件的示意俯视图。
[0012]图2是图1中的基板的沉积及蚀刻的不同阶段的一个示例的流程图。
[0013]图3是测量仪器的示意侧视图，该测量仪器被配置为确定进入且离开图1中所示的基板的光的分布，如沿着线A
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A所示。
[0014]图4图示设置在适用于处理图1中所示的基板的环境之内的施加器。
[0015]图5A至图5B是在覆盖层的沉积及蚀刻的不同阶段期间的覆盖层的示意截面图。
[0016]图6A至图6D是在折射体的沉积及蚀刻的不同阶段期间的具有各种折射率的折射体的示意截面图。
[0017]图7A至图7C是图4中所示的施加器的头部的替代示例。
[0018]为了促进理解，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来指示作为共用特征的相同元件。可以预期，一个示例的元件及特征可有利地并入其他示例，而无需进一步叙述。
具体实施方式
[0019]本文公开了用于形成具有渐变折射率的基板的装置及方法。测量系统用于确定进入光学器件的光的量。在一个示例中，光学器件具有如在波导组合器中的输入耦合区域、间歇区域及用于输出一定量的光的输出耦合区域。在另一示例中，测量系统确定进入平坦光学器件(诸如具有含多个光学结构的超颖表面的波导)的光量。测量系统确定进入光学器件的光及离开光学器件的光的分布。输入光及输出光中的每一者形成包括非均匀的光强度的分布。当光沿着光学器件的内表面行进和反射时，光可经由光栅的衍射穿过光学器件的内表面逸出。因此，当光离开中间耦合或输出耦合时，光栅结构表面上的强度分布会随着光行进距离的增加而减小。输出分布直接衍射到人眼中并用作光学器件性能的指示。因此，元件结构(即，光栅)边缘的模糊图像可能增加。表示实际光分布的数据储存于存储器中并且用以产生二维表面轮廓，该二维表面轮廓将产生均匀的光分布。
[0020]本文公开的装置及方法包括从具有头部的施加器朝向设置在基板上的多个光栅结构排出等离子体。等离子体在大气压力下形成于头部中。在一个示例中，材料层覆盖基板。等离子体在其中具有能够与材料层的部分或多个光栅结构的部分反应且因此移除这些部分的反应物。另外，该方法包括通过从多个光栅结构移除光栅材料来用等离子体改变多
个光栅结构的深度。施加器可相对于基板移动，以使得等离子体头能够定位在基板表面的不同离散区域之上，包括在材料层之上，或在多个光栅结构之上。材料层的离散部分通过等离子体蚀刻，以移除材料的一部分，并且从而在材料表面向内形成三维凹槽。
[0021]如本文所公开的，产生二维表面轮廓可包括蚀刻光栅以改变波导组合器的光栅的高度。或者，产生二维表面轮廓包括沉积覆盖层，诸如封装层。在另一示例中，蚀刻及沉积用于产生二维表面轮廓。沉积封装层或蚀刻光栅的传统方法包括使用一个或多个处理腔室来执行蚀刻、沉积及/或光刻。通过利用大气压等离子体射流(atmospheric pressure plasma jet；APPJ)，可以以传统方法所无法实现的方式获得对整个光学器件的光栅深度、光栅折射率及封装厚度的精确控制。如本文所公开的，通过修改覆盖层的二维表面轮廓或光学器件的光栅的二维表面轮廓，光学器件的衍射效率得到增加。有利地，可以通过用APPJ进行蚀刻且沉积来以高产量并在大气压力下实现二维表面轮廓。
[0022]图1是具有多个器件结构的光学器件101的示意俯视图。应将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成波导结构的方法，包含以下步骤：从具有头部的施加器朝向形成于基板上的多个光栅结构排出等离子体，所述等离子体在大气压力下形成于所述头部中；以及通过从所述多个光栅结构移除光栅材料来用所述等离子体改变所述多个光栅结构的深度。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：通过用所述等离子体蒸发前驱物来沉积在所述光栅结构上方且与所述光栅结构接触的覆盖层，其中所述覆盖层是光刻胶层、封装层，或沉积层的至少一者。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤：使用在大气压力下形成于所述施加器的所述头部中的等离子体来移除所述覆盖层的一部分。4.根据权利要求1所述的方法，其中改变所述多个光栅结构的深度的步骤包含从所述基板的第一端向所述基板的第二端倾斜。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述波导结构的折射率相对于所述多个光栅结构的所述深度从所述第一端至所述第二端线性地变化。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述波导结构的折射率相对于所述多个光栅结构的所述深度从所述第一端至所述第二端非线性地变化。7.根据权利要求4所述的方法，其中所述波导结构的折射率相对于所述多个光栅结构的所述深度从所述第一端至所述第二端振荡。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：产生相对于所述多个光栅结构移动所述施加器的所述头部的表面轮廓；以及基于表示目标轮廓的数据，从所述多个光栅结构移除光栅材料。9.根据权利要求2所述的方法，其中通过改变等离子体功率、从所述施加器的所述头部至所述基板的表面的距离、或者相对于所述基板的所述表面的头部速度的至少一者，来改变所述覆盖层的表面轮廓。10.根据权利要求1所述的方法，进一步包含以下步骤：产生相对于所述多个光栅结构移动所述施加器的所述头部的表面轮廓；以及基于表示目标轮廓的数据，在所述光栅结构上沉积材料。11.一种形成一波导结构的方法，包含以下步骤：从具有头部的施加器朝向形成于基板上的多个光栅结构排出等离子体，所述等离子体在大气压力下形成于所述头部中；以及通过用所述等离子体蒸发前驱物来在所述多个光栅结构上方沉积层。12.根据权利要求11所述的方法，其中通过改变等离子体功率、从所述施加器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗康，卢多维克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：