[发明专利]制造可变效率衍射光栅的方法以及衍射光栅

说明书

本发明涉及制造经调制光学衍射光栅的方法和对应光栅。该方法包括：提供基板并且在该基板上制造多个临时元件，这些临时元件以包括具有不同元件特性的至少两个周期的周期性图案被布置。接下来，第一沉积层被沉积，以便用第一沉积层至少部分地覆盖临时元件，并且这些临时元件从基板上被去除，以便在该基板上形成由第一沉积层制成的第一光栅元件的经调制衍射光栅，该图案在每个周期内包括多个第一光栅元件和这些第一光栅元件之间的一个或多个间隙。本发明允许生成具有局部变化的衍射效率的高质量光栅。

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产生可视图像。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。

存在利用无机材料为光学目的而实现所需光栅图案分辨率的可用技术。例如，在半导体技术中，例如在US 7972959 B2中讨论的自对准双重图案化(SADP)是一种增强半导体组件的图案分辨率的公知技术。在X射线光学器件制造中，类似SADP概念的方法(区划倍频(zone frequency doubling))被用于采用电子束光刻来将区划片线分辨率推进到10nm以下(K.Jefimovs,“A zone doubling technique to produce ultra-high resolutionx-ray optics(生产超高分辨率x射线光学器件的区划倍增技术)”Physical ReviewLetters(物理评论快报),99(2007))。

经高度调制的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 ratiosfor blazed 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纳米或微元件的经调制图案的新颖方法。一个特定目的是提供一种用于生成经高度和/或填充因子调制的光学衍射光栅的方法。

一个目的是提供一种适合于具有高折射率的无机材料的方法。

目的还在于提供一种新颖的经调制光栅结构。