[发明专利]倾斜表面浮雕结构上的外覆层的平坦化

说明书

公开了用于在倾斜表面浮雕结构上产生外覆层的技术以及使用该技术获得的设备。在一些实施例中，平坦化表面浮雕结构上的外覆层的方法包括使用离子束以掠射角移除外覆层的一部分。外覆层包括平坦表面部分和非平坦表面部分。每个非平坦表面部分包括第一倾斜侧和面向第一倾斜侧的第二倾斜侧。掠射角被选择成使得每个非平坦表面部分的第一倾斜侧相对于离子束被相邻的平坦表面部分遮蔽，从而离子束不会到达每个非平坦表面部分的至少第一倾斜侧，而是到达每个非平坦表面部分的第二倾斜侧。

背景

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。

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(例如倾斜表面浮雕光栅(slanted surface-reliefgrating))将投影图像的光耦合到波导中或从波导耦合出去。在许多情况下，成本有效地制造倾斜表面浮雕光栅可能具有挑战性。

概述

本公开总体上涉及在倾斜表面浮雕结构上生产外覆层(overcoat layer)的技术。倾斜表面浮雕结构，例如倾斜表面浮雕光栅，可以包括脊(ridge)和槽(groove)。可以在倾斜表面浮雕光栅上形成填充槽并覆盖脊的外覆层。根据某些实施例，可以执行平坦化(planarization)操作以获得外覆层的平的顶表面。

沉积和蚀刻操作可以在多次加工循环的每一次中进行。离子束蚀刻可用于改善外覆层的表面光洁度(surface finishing)。在表面浮雕结构上形成外覆层之后，可以使用化学机械平坦化技术来获得均匀或平的表面。

在使用ALD或其他循环沉积工艺用外覆材料填充槽之后，可以执行旋涂操作(spin-coating operation)以获得外覆层的基本平的表面。在旋涂操作之后，可以执行蚀刻操作以移除使用旋涂操作施加的所有外覆材料，并移除使用ALD或其他循环工艺沉积的外覆材料的至少一部分，以实现外覆层的基本平的表面。

根据本发明的第一方面，提供了一种平坦化衬底上的表面浮雕结构上的外覆层的方法，其中所述方法可以包括使用离子束以掠射角(glacing angle)移除外覆层的一部分。外覆层可以包括多个平坦表面部分和多个非平坦表面部分。多个非平坦表面部分中的每一个可以包括第一倾斜侧和面向第一倾斜侧的第二倾斜侧。掠射角可以是离子束与多个平坦表面部分之间的角度。可以选择掠射角，使得多个非平坦表面部分中的每一个的第一倾斜侧可以相对于离子束被多个平坦表面部分中的相邻平坦表面部分遮蔽，从而离子束可以不到达多个非平坦表面部分中的每一个的至少第一倾斜侧，而是可以到达多个非平坦表面部分中的每一个的第二倾斜侧。

多个非平坦表面部分可以是凹的(concave)。多个非平坦表面部分中的每一个还可以包括在第一倾斜侧和第二倾斜侧之间的底部。可以进一步选择掠射角，使得离子束不到达多个非平坦表面部分中的每一个的底部。多个非平坦表面部分中的每一个的第一倾斜侧可以相对于多个平坦表面部分中的相邻平坦表面部分以第一角度定向。掠射角可以小于第一角度。掠射角的范围可以在1°和15°之间。使用离子束移除外覆层的该部分可以包括随着通过离子束移除外覆层的该部分，减小掠射角。掠射角可以从15°减小到小于1°。

表面浮雕结构可以包括相对于衬底倾斜的多个脊，以及各自在两个相邻的脊之间的多个槽。多个槽可以各自具有至少100nm的深度。多个脊可以各自具有至少45°的倾斜角。可以使用原子层沉积工艺将外覆层沉积在表面浮雕结构上。