[发明专利]经高度调制的衍射母板及其制造方法

说明书

本发明涉及一种制造用于生成衍射结构的母板的方法以及由此获得的母板。该方法包括：提供具有周期性表面轮廓的基板；至少部分地用填充材料(16A、16B)均匀地填充该表面轮廓，以及部分地去除该填充材料(16A、16B)，以便生成具有由所述基板和所述填充材料(16A’、16B”)形成的周期性的经高度调制的表面轮廓的母板。本发明允许生成能够进一步生成具有可变衍射效率的光栅的母板。

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，本发明涉及制造用于生成可例如在显示应用(诸如近眼式显示器)中使用的衍射光栅的母板。

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。

灰度光刻提供了一种制造具有变化的结构高度的结构的方法。然而，由于该工艺的较低对比度，侧壁通常是圆形的而不是完全垂直的。灰度光刻工艺的控制也具有挑战性。另外，直接光刻和蚀刻工艺很难调谐以提供垂直维度上的高精度，尤其是在光栅的特征(即脊和凹槽)在较大表面积上包含若干纵横比和深度时。使用这些方法结合高度调制也难以完美地实现特征的垂直侧壁。另一方面，冲压技术需要高质量的母板和使用该母板制造的印模，由此主要挑战在于母板的制造。

经高度调制结构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。这需要具有高精度对齐的若干曝光，参见例如C.David的“Fabrication of stair-case profiles with high aspect ratios for 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)”，MicroelectronicEngineering(微电子工程)，53(2000)。由于该方法的复杂性，产率较低。该方法提供了对垂直侧壁的良好控制，但受到复杂性和所需精度的挑战。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。

总而言之，在衍射光栅的产业规模的大规模生产中提供高质量的高度和填充因子调制、尤其是它们的组合目前是一种挑战，并且为此目的而存在改进的工具和方法的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的至少一些缺点，并提供一种用于生成衍射结构的新颖解决方案。具体而言，目的是提供一种生成要在冲压技术中使用的高质量的经高度调制母板的方法以及对应的母板。

目的还在于提供一种可组合高度调制和填充因子调制的解决方案。

本发明基于以下思想：使用具有周期性结构的基板，该周期性结构具有在光学衍射范围中的周期，并且用随后例如通过蚀刻去除的填充材料来填充该结构，使得所得表面轮廓包含高度调制。例如光学或物理掩模层类型的不均匀掩模可在去除工艺中被用来确定该板的最终调制特性。

根据本发明的方法包括通过如下方式来制造用于生成衍射结构的母板：

-提供具有周期性初始表面轮廓的基板，

-至少部分地用填充材料均匀地填充该初始表面轮廓，以及

-部分地去除填充材料，以便生成具有由所述基板和所述填充材料形成的周期性的经高度调制的表面轮廓的母板。