一种光栅定位标记及其制备方法和定位方法

技术领域

本发明属于光学定位技术领域，具体涉及一种光栅定位标记及其制备方法和定位方法。

背景技术

衍射光波导作为增强现实近眼显示（AR）设备的主流技术之一，它利用光栅的衍射效应，将微投影系统发出的光线按照设计路径传播进入人眼，同时人眼也可以接收到真实世界中物体发出或反射的光，能够在真实世界中叠加虚拟的文字或图像信息。

在衍射光波导的生产过程中，一般包括光栅设计、光栅母版加工以及纳米压印生产三个主要步骤。在光栅母版制作中的原子力测量以及纳米压印过程中的拼版、切割、叠合以及打标等实验步骤中均需要对基板上的光栅区域进行定位。

现有一般通过激光或者机械刻划等方式，直接在基板上制作一个标记区域，标记区域的识别精度低，从而影响基板内光栅区域的定位精度。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种光栅定位标记及其制备方法和定位方法。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明提供一种光栅定位标记，包括定位区域以及定位标记光栅；

所述定位区域设置在基板的设定位置；

所述定位标记光栅设置在所述定位区域内。

进一步的，所述定位标记光栅的栅线周期为5-15um；

所述定位标记光栅的槽深为100-200nm；

所述定位标记光栅的栅线宽度为1-10um。

进一步的，所述定位标记光栅采用一维光栅或者二维光栅。

进一步的，所述定位标记光栅的形状为十字、圆环或者十字和圆环的组合形状。

对应的，本发明还提供一种上述的光栅定位标记制备方法，包括如下步骤：

在基板表面旋涂一层正性光刻胶；

在掩膜板的设计位置设置与所述定位标记光栅的栅线结构对应的定位标识，定位标识内具有透光区域，将所述掩膜板在所述定位标识的周围区域设置为不透光区域；

通过所述掩膜板内的透光区域对所述基板上的光刻胶进行接触式曝光，在所述基板的设定位置形成光刻胶掩膜；

对所述基板的所述光刻胶掩膜进行显影操作，在所述基板的设定位置得到光刻胶光栅掩膜；

基于所述光刻胶光栅掩膜对所述基板进行刻蚀，在所述基板的设定位置的定位区域内形成所述定位标记光栅。

进一步的，所述在基板表面旋涂一层光刻胶，包括如下步骤：

将所述基板放置在匀胶机的匀胶载台上；

在所述基板表面滴加所述正性光刻胶；

旋转所述匀胶载台，使得所述基板表面旋涂一层厚度在100-200nm的所述正性光刻胶。

进一步的，所述在掩膜板的设计位置设置与所述定位标记光栅的栅线结构对应的定位标识，定位标识内具有透光区域，将所述掩膜板在所述定位标识的周围区域设置为不透光区域，包括如下步骤；

在玻璃板的设计位置间隔设置由条状遮光膜层构成的定位标识，所述条状遮光膜层的间隔、长度以及方向与所述定位标记光栅的栅线结构对应，所述条状遮光膜层的间隔区域为透光区域；

在玻璃板的所述定位标识的周围区域设置遮光膜层，使得所述掩膜板在所述定位标识的周围区域为不透光区域。

进一步的，所述通过所述掩膜板内的透光区域对所述基板上的光刻胶进行接触式曝光，在所述基板的设定位置形成光刻胶掩膜，包括如下步骤：

将所述掩膜板与接触式曝光机出光位置连接；

将旋涂光刻胶的基板吸附在支撑台上；

所述接触式曝光机的出射光束通过所述掩膜板的定位标识内的透光区域入射所述基板在设定位置的光刻胶，在所述基板的设定位置形成光刻胶掩膜。

进一步的，对所述基板的所述光刻胶掩膜进行显影操作，在所述基板的设定位置得到光刻胶光栅掩膜，包括如下步骤：

将设置光刻胶掩膜的基板浸入显影液内进行显影操作，使得对应位置的光刻胶掩膜溶解在显影液内，从而在所述基板的设定位置得到光刻胶光栅掩膜。

进一步的，所述基于所述光刻胶光栅掩膜对所述基板进行刻蚀，在所述基板的设定位置的定位区域内形成所述定位标记光栅，包括如下步骤：

将设置光刻胶光栅掩膜的基板置于刻蚀机中，所述刻蚀机对基板表面未被光刻胶光栅掩模覆盖的位置进行离子束刻蚀，在所述基板的设定位置的定位区域内形成所述定位标记光栅。

进一步的，所述掩膜板的尺寸大于所述基板的尺寸。

进一步的，还包括：

在所述掩膜板上设置用于基板边缘定位的定位基准，所述定位基准与所述定位标识具有设定距离。

进一步的，在所述掩膜板上设置用于基板边缘定位的定位基准，包括如下步骤：

在玻璃板上设定所述定位基准的设置区域；

确定所述定位基准的设计图案；

在所述玻璃板上围绕设置区域的定位基准的图案边缘设置遮光膜层，使得被遮光膜层围绕的内部透明区域即形成所述设计图案的定位基准。

进一步的，在通过所述掩膜板内的透光区域对所述基板上的光刻胶进行接触式曝光，在所述基板的设定位置形成光刻胶掩膜之前，还包括：

将第一采集设备与所述接触式曝光机连接；

移动所述旋涂光刻胶的基板，使得基板边缘与所述掩膜板上的定位基准进行第一对位操作；

在所述基板边缘与所述掩膜板上的定位基准进行第一对位操作过程中，所述第一采集设备实时采集所述基板边缘与所述定位基准的当前对位状态数据，并将所述当前对位状态数据发送给第一处理设备；

所述第一处理设备实时接收所述当前对位状态数据，并将当前对位状态数据与内部存储的标准对位数据进行比较，直至当前对位状态数据与内部存储的标准对位数据一致时，停止移动所述旋涂光刻胶的基板。

对应的，本发明还提供一种采用上述的光栅定位标记进行光栅定位方法，包括如下步骤：

将设置所述定位标记光栅以及工作光栅的基板放置在具有光栅定位需求的工序载台上，其中工作光栅和定位标记光栅具有设定距离；

移动所述基板，使得所述定位标记光栅与所述载台的定位位置进行第二对位操作；

在所述定位标记光栅与所述载台的定位位置进行第二对位操作过程中，采用第二采集设备实时采集所述定位标记光栅与所述载台的定位位置的当前对位状态信息，并将所述当前对位状态信息发送给第二处理设备；

所述第二处理设备实时接收所述当前对位状态信息，并将当前对位状态信息与内部存储的标准对位信息进行比较，直至当前对位状态信息与内部存储的标准对位信息一致时，停止移动所述基板，实现工作光栅的定位操作。

和现有技术比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

本发明提供一种光栅定位标记，包括定位区域以及定位标记光栅，定位区域设置在基板的设定位置，定位标记光栅设置在定位区域内。对于设置工作光栅的基板，可以通过在基板上设置本发明的光栅定位标记对工作光栅进行定位，即对基板上的定位标记光栅和工作光栅设定固定距离值，然后通过对定位标记光栅的定位操作间接实现工作光栅的定位目的。相较于现有定位标记，利用光栅的衍射特性，能够大大提高定位标记的识别精度。

本发明的光栅定位标记制备方法中，在掩膜板的设计位置设置与定位标记光栅的栅线结构对应的定位标识，定位标识内具有透光区域，将掩膜板在所述定位标识的周围区域设置为不透光区域；通过掩膜板内的透光区域对基板上的光刻胶进行接触式曝光，在基板的设定位置形成光刻胶掩膜。相较现有干涉曝光方式，无需搭建光路，提高光栅定位标记的制备效率，降低光栅定位标记的制备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为示例性的光栅定位标记图案示意图；

图2为示例性的光栅定位标记制备方法示意图；

图3为在基板上设置一层光刻胶的示意图；

图4为设置定位标识的掩膜板示意图；

图5为图4中定位标识的放大图；

图6为对设置光刻胶的基板进行曝光、显影后的基板结构示意图；

图7为对设置光刻胶的基板曝光、显影后的基板结构进行离子刻蚀的示意图；

图8为设置光栅定位标记的基板结构示意图；

图9为CCD相机采集的第一示例的定位标记光栅的图像示意图；

图10为CCD相机采集的第二示例的定位标记光栅的图像示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个所述事物，而是表示有关描述仅仅针对所述事物中的一个，所述事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全部，A还可能包括C、D、E等其它元素。

在本文中，术语“实施例”、“本实施例”、“优选实施例”、“一个实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，所述替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本发明的保护范围。

在本文的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明提供一种光栅定位标记，包括定位区域以及定位标记光栅，定位区域设置在基板的设定位置，定位标记光栅设置在定位区域内。

示例性的，基板可以是玻璃板。

示例性的，

定位标记光栅的栅线周期为5-15um。

定位标记光栅的槽深为100-200nm。

定位标记光栅的栅线宽度为1-10um。

定位标记光栅可以采用一维光栅或者二维光栅等。

示例性的，

如图1所示，定位标记光栅的形状可以为十字、圆环、十字和圆环的组合形状等，而对于十字和圆环的组合形状，可以是如图1示意的十字在里，圆环在外的组合形式。

对于设置工作光栅的基板，可以通过在基板上设置本发明的光栅定位标记对工作光栅进行定位，即对基板上的定位标记光栅和工作光栅设定固定距离值，然后通过对定位标记光栅的定位操作间接实现工作光栅的定位目的。相较于现有定位标记，利用光栅的衍射特性，使得定位标记的反射光强减弱，使得定位标记的反射光强与其周围区域的反射光强的对比增大，从而能够大大提高定位标记的识别度。

对于上述光栅定位标记的制备方法，如图2所示，具体包括如下步骤：

S1将基板清洗干净，在基板表面旋涂一层光刻胶（如图3所示），并进行烘干操作。

具体的，

将清洗干净的基板放置在匀胶机的匀胶载台上。

在基板表面滴加光刻胶。

旋转匀胶载台，使得基板表面旋涂一层光刻胶；

对基板表面的光刻胶进行烘干操作。

示例性的，基板可以是玻璃。光刻胶采用正性光刻胶。光刻胶的厚度一般在100-200nm。

S2在掩膜板的设计位置设置与定位标记光栅的栅线结构对应的定位标识，定位标识内具有透光区域；将掩膜板在定位标识的周围区域设置为不透光区域。

需要说明的是，掩膜板的尺寸一般大于基板的尺寸。

示例性的，掩膜板可以是玻璃板。

以玻璃板作为掩膜板为例，操作具体如下：

如图4以及图5所示，在玻璃板的设计位置间隔设置由条状遮光膜层构成的定位标识，条状遮光膜层的间隔区域为透光区域；条状遮光膜层的间隔、长度以及方向与定位标记光栅的栅线结构对应，即条状遮光膜层的间隔区域为定位标记光栅的栅线位置，条状遮光膜层的设置长度以及设置方向与定位标记光栅一致。

在玻璃板的定位标识的周围区域设置遮光膜层，使得掩膜板在定位标识的周围区域为不透光区域。

示例性的，遮光膜层可以采用黑色遮光膜层，遮光膜层可以采用现有镀膜仪镀设在玻璃板上。玻璃板的定位标识的设计位置需能够和基板的定位标记光栅的设定位置对应。

S3通过上述掩膜板内的透光区域对基板上的光刻胶进行接触式曝光，在基板的设定位置形成光刻胶掩膜。

示例性的，

将掩膜板与接触式曝光机出光位置连接。

将旋涂光刻胶的基板吸附在支撑台上，支撑台可以带动基板进行移动，从而便于实现基板的定位标记光栅设置位置与掩膜板的定位标识位置的对位操作。

接触式曝光机的出射光束通过掩膜板的定位标识内的透光区域入射到基板在设定位置处的光刻胶，在基板的设定位置形成光刻胶掩膜。

示例性的，接触式曝光机采用现有设备即可。掩膜板与接触式曝光机出光位置的连接方式可以为可拆卸连接。旋涂光刻胶的基板可以采用真空吸附方式吸附在支撑台上。

S4对基板的光刻胶掩膜进行显影操作，在基板的设定位置得到光刻胶光栅掩膜。

示例性的，

将设置光刻胶掩膜的基板浸入显影液内进行显影操作，使得对应位置的光刻胶掩膜溶解在显影液内，即光刻胶被光照位置在显影液内溶解，从而在基板的设定位置得到光刻胶光栅掩膜（如图6所示）。

需要说明的是，显影操作时间需要根据实际曝光量和显影液性能进行对应调整。

S5基于光刻胶光栅掩膜对基板进行刻蚀，在基板的设定位置的定位区域内形成定位标记光栅。

示例性的，

如图7所示，将设置光刻胶光栅掩膜的基板置于刻蚀机中，刻蚀机对基板表面未被光刻胶光栅掩模覆盖的位置进行离子束刻蚀，在基板的设定位置的定位区域内形成定位标记光栅。

示例性的，刻蚀机采用现有设备即可。

离子束刻蚀气体可以是CHF3。

离子束刻蚀过程中，需要根据实际操作情况调控刻蚀次数以及刻蚀速率。

S6待刻蚀完毕后，对基板进行清洗，去除基板上残留的光刻胶光栅掩模（如图8所示）。

在上述光栅定位标记制备方法中，为了快速实现基板的定位标记光栅设置位置与掩膜板的定位标识位置的对位操作，作为优选实施方式，上述步骤S2中，进一步在掩膜板上设置用于基板边缘定位的定位基准，掩膜板上的定位基准与定位标识具有设定距离。因此，由于掩膜板上的定位基准能够对基板边缘进行定位，而掩膜板上的定位基准和定位标识具有设定距离，通过设计掩膜板上的定位基准和定位标识之间的距离即基板边缘和基板的定位标记光栅设置位置之间的距离，即可以实现基板的定位标记光栅设置位置与掩膜板的定位标识位置的定位精度。

对于在掩膜板上设置用于基板边缘定位的定位基准，以玻璃板作为掩膜板为例，操作具体如下：

在玻璃板上设定定位基准的设置区域。具体的，根据基板尺寸、基板边缘形状以及定位标识的位置确定玻璃板上定位基准的设置区域。比如，对于矩形基板，则需要考虑矩形基板的长度、宽度以及4个边缘直角，在玻璃板上划定4个定位基准设置区域，4个定位基准位置即矩形基板的4个边缘直角位置，4个定位基准与定位标识具有设定距离关系。

确定定位基准的设计图案。示例性的，这里定位基准的设计图案可以与基板的边缘形状对应，比如对于矩形基板，定位基准可以采用L型标志。

在玻璃板上围绕设置区域的定位基准的图案边缘设置遮光膜层，使得被遮光膜层围绕的内部透明区域即形成设计图案的定位基准。

而为了进一步定位基准对基板边缘的定位精度，从而提高基板的定位标记光栅设置位置与掩膜板的定位标识位置的对位精度，作为优选实施方式，在上述光栅定位标记制备方法的S3步骤中，通过掩膜板内的透光区域对基板上的光刻胶进行接触式曝光，在基板的设定位置形成光刻胶掩膜之前，

将第一采集设备与接触式曝光机连接。连接方式可以是可拆卸连接。第一采集设备示例采用CCD相机。

移动旋涂光刻胶的基板，使得基板边缘与掩膜板上的定位基准进行第一对位操作。示例性的，可以通过移动支撑台，间接移动旋涂光刻胶的基板，从而实现基板边缘与掩膜板上的定位基准的第一对位操作。

在基板边缘与掩膜板上的定位基准进行第一对位操作过程中，第一采集设备实时采集基板边缘与定位基准的当前对位状态数据，并将当前对位状态数据发送给第一处理设备。以CCD相机作为第一采集设备为例，在基板边缘与掩膜板上的定位基准进行第一对位操作过程中，CCD相机实时采集基板边缘与定位基准的当前对位状态图像，并将当前对位状态图像发送给第一处理设备。

第一处理设备实时接收当前对位状态数据，并将当前对位状态数据与内部存储的标准对位数据进行比较，直至当前对位状态数据与内部存储的标准对位数据一致时，停止移动所述旋涂光刻胶的基板。示例性的，以处理器作为第一处理设备接收CCD相机发送的当前对位状态图像为例，处理器实时接收当前对位状态图像，并将当前对位状态图像与内部存储的标准对位图像进行比较（包括图像大小、图像形状，以及图像的黑白对比度等），直至当前对位状态图像与内部存储的标准对位图像一致时，停止移动旋涂光刻胶的基板。

上述光栅定位标记可以用于光栅定位，方法示例包括如下步骤：

P1将设置定位标记光栅以及工作光栅的基板放置在具有光栅定位需求的工序载台上，其中工作光栅和定位标记光栅具有设定距离，工序载台上设置定位位置。

其中，定位标记光栅可以先于工作光栅设置在基板上。

以AR镜片为例，工作光栅用于对输入波导的光线沿着设定方向传播。

以AR镜片纳米压印生产工艺为例，具有光栅定位需求的工序包括拼版、压印、切割、叠合以及打标等。

P2移动基板，使得定位标记光栅与载台的定位位置进行第二对位操作。

这里基板移动方式可以是手动，也可以是移动设备间接带动基板移动。

P3在定位标记光栅与载台的定位位置进行第二对位操作过程中，采用第二采集设备实时采集定位标记光栅与载台的定位位置的当前对位状态信息，并将当前对位状态信息发送给第二处理设备。

以CCD相机作为第二采集设备为例，在定位标记光栅与载台的定位位置进行第二对位操作过程中，CCD相机实时采集定位标记光栅与载台的定位位置的当前对位状态图像，并将当前对位状态图像发送给第二处理设备。

如图9所示，为CCD相机采集的第一示例的定位标记光栅（光栅槽深156nm,光栅周期10um,光栅线宽4μm）的图像，如图10所示，为CCD相机采集的第二示例的定位标记光栅（光栅槽深121nm，光栅周期10um，光栅线宽4μm）的图像，可以看出，采用光栅作为定位标记可以大大提高定位标记的识别度。

P4第二处理设备实时接收当前对位状态信息，并将当前对位状态信息与内部存储的标准对位信息进行比较，直至当前对位状态信息与内部存储的标准对位信息一致时，停止移动基板，实现工作光栅的定位操作。

示例性的，以处理器作为第二处理设备接收CCD相机发送的当前对位状态图像为例，处理器实时接收当前对位状态图像，并将当前对位状态图像与内部存储的标准对位图像进行比较（包括图像大小、图像形状，以及图像的黑白对比度等），直至当前对位状态信息与内部存储的标准对位图像一致时，停止移动基板，实现工作光栅的定位操作。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。