[发明专利]制造经高度调制的光学衍射光栅的方法

说明书

本发明涉及一种制造经高度调制的光学衍射光栅的方法。该方法包括：提供基板并且在该基板上制造第一材料的多个临时元件，这些元件被间隙分隔开并且被布置为包括具有不同元件高度的至少两个周期的周期性结构。第二材料的涂层被沉积在该多个临时元件上，使得该涂层填充所述间隙并覆盖所述临时元件。随后，一均匀的第二材料层被去除，以便暴露所述临时元件，并且第一材料被去除，以便在该基板上形成第二材料的经高度调制的图案作为光学衍射光栅。本发明在制造具有局部变化的衍射效率的光栅的情况下放宽了制造约束。

发明领域

本发明涉及用于光学目的的微结构和纳米结构的制造。具体而言，本发明涉及制造光学衍射光栅，该光学衍射光栅可例如在显示应用(诸如近眼式显示器)中使用。

背景技术

近眼式显示器(NED)和平视显示器(HUD)通常包括衍射光栅以生成可视图像。所需光栅为内耦合光栅，其将图像从图像源耦合到波导；为外耦合光栅，其为用户生成最终的可视图像；以及为出瞳扩展器(EPE)，其增大显示器出瞳的大小。

光栅的质量和特性确定所得图像的质量。除了具有清晰一致的光栅线之外，在高级应用中，还期望能够局部控制光栅的衍射效率。这可以通过改变光栅内的光栅线高度或填充因子(即，使用高度或填充因子调制)来实现。为了实现最大可能效率调整范围，高度和填充因子两者应被调制。因此，需要用于衍射光栅的稳健且成本高效的制造方法，其中可自由地控制衍射效率，并且该方法适用于大规模生产。此外，在一些情形中，需要非聚合物材料，其与直接聚合物调制相比增加了工艺复杂性。

经高度调制元件的制造一般通过重复制造循环来完成，其中在一个循环内定义一个高度。具体而言，在同一基板上制造具有变化的高度的微结构和纳米结构是困难的，尤其是在难以加工的无机材料的情形中。这一般需要对齐的若干制造循环，其中每个元件高度在一个循环期间被分开定义。这也需要对材料进行高度优化且通常复杂的加工。为了在材料中获得垂直的侧壁，在当前可用的方法中需要高度各向异性的蚀刻。一种已知的加工方法在C.David的“Fabrication of stair-case profiles with high aspect ratios forblazed diffractive optical elements(针对闪耀衍射光学元件的具有高纵横比的阶梯轮廓的制造)”，Microelectronic Engineering(微电子工程),53(2000)中被讨论。由于该方法的复杂性，该工艺的产率较低。此外，覆盖曝光需要在纳米水平上的横向放置精度，并且离最佳的任何偏差都会导致光学性能的损失。当期望高度调制和填充因子调制两者以便实现最大效率调整范围时，面临特定的挑战。

因此，需要用于高度和/或填充因子调制以实现衍射效率控制的新颖的产业规模的技术。

发明内容

本发明的目的是克服以上提及的问题中的至少一些问题，并提供一种用于生成经高度调制的、以及可任选地经填充因子调制的光学衍射光栅的新颖方法。特定目的是提供一种方法，该方法需要较少数目的加工步骤，并且尤其不需要多循环高横向精度加工以便实现调制。目的还在于提供一种允许方便地组合高度和填充因子调制的方法。

本发明基于通过以下基本步骤来制造光栅的思想：首先通过提供牺牲结构(例如，通过压印)来限定光栅的高度以及可任选地填充因子特性。随后用过量的最终光栅材料覆盖整个结构。最后，过量的最终光栅材料和牺牲结构被去除以便提供该牺牲结构的负片。

更详细地，制造衍射结构的方法包括：

-提供基板，

-在该基板上制造第一材料的多个临时元件，这些元件被间隙分开并且被布置为包括具有不同元件高度的至少两个周期的周期性结构，

-在该多个临时元件上沉积第二材料的涂层，使得该涂层填充所述间隙并覆盖所述临时元件，

-去除一均匀的第二材料层，以便暴露所述临时元件，