呈角度的光栅的形成

技术领域

本公开内容的实施方式大体涉及呈角度的蚀刻工具。更详细而言，本文描述的实施方式供以利用呈角度的蚀刻工具形成具有不同的倾斜角、深度梯度、和楔形角的光栅。

背景技术

扩增实境为使用者创造了能够通过扩增实境眼镜的显示透镜或使用其他HMD装置观看周围环境以进行观看的体验。扩增实境装置让使用者得以看见用于显示而生成且作为环境一部分而显现的虚拟物体的影像。扩增实境能够包括声音和触觉输入，以及可以增进或扩增使用者环境的虚拟影像、图形和影音。

扩增实境装置设计和制造中的一个挑战是叠加在周围环境上的虚拟影像的显示。增强波导组合器(augmented waveguide combiner)用于辅助叠加影像。首先，将生成的光输入耦合(in-couple)至增强波导组合器，并且通过增强波导组合器传播。随后，所产生的光从增强波导组合器输出耦合(out-couple)且叠加于周围环境上。使用表面起伏光栅将光耦合进至和离开增强波导组合器。使用传统设计可能无法适当控制输出耦合的光的强度。

另一个挑战是，波导组合器可取决于扩增实境装置期望的性质使用具有不同倾斜角的光栅。此外，波导组合器可包括具有不同倾斜角的光栅，以适当控制光的输入耦合和输出耦合，并且所述倾斜角可以与光栅向量具有不同的角度。

因此，所需要的是改善的增强波导组合器以及光栅和光栅母版(grating master)的制造方法。

发明内容

在一个或多个实施方式中，一种形成光栅的方法包括：蚀刻硬掩模层以形成多个开口，所述硬掩模层设置在光栅材料层之上，所述光栅材料层设置在基板上；和通过所述硬掩模层的所述多个开口在所述光栅材料层中形成第一光栅，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量。所述第一光栅能够通过下述方式形成：确定第一离子束角θ

在一些实施方式中，一种形成光栅的方法，包括：蚀刻第一光栅材料层以在所述第一光栅材料层中形成第一特征，所述第一光栅材料层设置在基板上；在所述第一特征中沉积蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层上沉积第二光栅材料层；和在所述第二光栅材料层上沉积硬掩模层。所述方法进一步包括：蚀刻所述硬掩模层以形成多个开口；以及通过所述多个开口在所述第二光栅材料层中形成第一光栅，其中，所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量。所述第一光栅能够通过下述方式形成：确定第一离子束角θ

在其他实施方式中，一种形成光栅的方法，包括：在硬掩模层中蚀刻多个开口，所述硬掩模层设置在光栅材料层上并且所述光栅材料层设置在基板上；和通过所述硬掩模层中的所述多个开口蚀刻所述基板，以在所述光栅材料层中形成第一光栅，所述第一光栅包括形成在凹部中的多个鳍片，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量。所述第一光栅能够通过下述方式形成：确定第一离子束角θ1，所述第一离子束角θ

附图说明

通过参照实施方式(其中一些在附图中示出)，可以详细地理解本公开内容的上述特征以及上文简要概述的本公开内容的更具体的描述。然而，应注意，附图仅图解示示例性实施方式，因此不应认为是对本公开内容的范围的限制，并且，可允许其他等效的实施方式。

图1描绘根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的增强波导组合器的透视前视图。

图2A描绘根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的呈角度的蚀刻系统的侧面示意性截面图。

图2B描绘根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的呈角度的蚀刻系统的侧面示意性截面图。

图3描绘根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的具有呈角度的光栅的基板的一部分的示意性透视图。

图4是流程图，图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的用于形成光栅的方法。

图5A至图5J图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的在图4中描绘的方法期间产生的不同区间(interval)的结构。

图6是流程图，图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的用于形成光栅的另一方法。

图7A至图7G图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的在图6中描绘的方法期间产生的不同区间的结构。

图8是流程图，图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的用于形成光栅的另一方法。

图9A至图9D图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的在图8中描绘的方法期间产生的不同区间的结构。

图10是流程图，图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的用于形成光栅的另一方法。

图11A至图11D图解了根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的在图10中描绘的方法期间产生的不同区间的结构。

为了便于理解，已尽可能地使用相同的附图标记来标示各图中共有的相同元件。预期一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。

具体实施方式

运用光栅的虚拟实境和扩增实境装置能够利用深度调控的倾斜光栅，其中形成楔形光栅的方向可不与光栅向量对齐。使用能够适应一定范围的角度的离子束在目标材料中蚀刻深度调控的倾斜光栅，从而形成具有不同倾斜角度和不同深度梯度的光栅。光栅深度的调控增加了诸如波导组合器之类的光学装置中的光学均匀性。

使用本文讨论的系统和方法，通过旋转基板和通过调控工艺参数(例如，离子束的占空比)，而形成具有与光栅向量不对齐的深度梯度的光栅，从而产生相对于基板的各取向的平滑梯度深度分布。能够运用本文讨论的系统和方法形成波导组合器或其他光学元件，并且能够进一步运用本文讨论的系统和方法形成用于压印波导组合器或其他光学元件的母版。如本文所讨论的形成的光栅能够形成为楔形或呈现其他截面形状。

本文所讨论的光栅是在目标材料层中形成的图案，所述图案是由多个槽(trough)所分开的多个鳍片组成。所述多个鳍片能够形成为多个深度和高度，并且能够通过使用呈角度、可调整的离子束蚀刻目标材料且通过旋转基板而形成。所述多个鳍片以相对于基板平面的倾斜角形成。所述光栅能够形成为具有楔形、矩形或其他多边形或圆形形状或形状组合的截面几何形状。能够形成光栅，然后在高度和/或关键尺寸上对所述光栅进行修饰。取决于实施方式，本文讨论的关键尺寸能够指光栅的鳍片高度、节距、宽度或其他尺寸。

垂直于光栅线测量光栅向量，并且所述光栅向量与鳍片的倾斜角对齐。楔形方向(向量)能够藉由楔形的光栅的深度的改变来测量，例如，楔形光栅的鳍片的深度增加的方向。在一个或多个示例中，楔形向量与设备的扫描方向相同，其中设置基板以形成光栅。能够将楔形向量和光栅向量之间形成的角度与鳍片的倾斜角组合使用，以确定用于形成光栅的离子束角度。

图1描绘了根据一个或多个实施方式的增强波导组合器100的透视前视图。应当理解，下文描述的增强波导组合器100是示例性增强波导组合器，并且可与本公开内容的方面一并使用其他增强波导组合器或是修改其他增强波导组合器以完成本公开内容的方面。增强波导组合器100包括由第一多个光栅108所界定的输入耦合区域102、由第二多个光栅110界定的中间区域104、以及由第三多个光栅112界定的输出耦合区域106。所述输入耦合区域102接收来自微显示器的具有强度的入射光束。多个光栅108中的每个光栅将入射光束分成多个模式，每一入射光束具有一模式。

不同的光束模式对增强波导组合器100的反应不同。举例而言，零阶模式(T0)光束在增强波导组合器100中折射而回或丧失。与T0光束呈对比，正一阶模式(T1)光束通过增强波导组合器100耦合到中间区域104，且负一阶模式(T-1)光束在增强波导组合器100中沿与T1光束相反的方向传播。理想地，入射光束被分成具有所有入射光束强度的T1光束，以将虚拟影像引导到中间区域104。在一个或多个实施方式中，多个光栅108中的每一光栅呈一角度，以抑制T-1光束和T0光束。T1光束通过增强的波导组合器100经历全内反射(TLR)，直到T1光束与中间区域104中的第二多个光栅110接触为止。

当T1光束接触第二多个光栅110的光栅时，T1光束被分为T0光束、T1光束、和T-1光束。T0光束在增强波导组合器100中折射而回或丧失，这些T1光束在中间区域104中经历TIR，直到T1光束接触第二多个光栅110中的另一光栅为止，且T-1光束通过增强波导组合器100耦合到输出耦合区域106。在中间区域104中经历TIR的T1光束继续与第二多个光栅110接触，直到下述其中之一的情况为止：(1)通过增强波导组合器100耦合到中间区域104的T1光束的强度被耗尽，或者(2)通过中间区域104传播的其余T1光束到达中间区域104的末端。调整第二多个光栅110，以控制通过光束波导组合器100耦合到中间区域104的T1光束。调整第二多个光栅110控制了耦合到输出耦合区域106的T-1光束的强度，以从使用者的角度调控由微显示器产生的虚拟影像的视场，并且增加使用者能够观看虚拟影像的视角。

在一个或多个实施方式中，第二多个光栅110在本文中能够称为楔形，并且由形成所述楔形的鳍片的倾斜角(在下文中讨论)、第一侧114、和与第一侧114相对的呈角度的第二侧116所界定。呈角度的侧116包括第一部分116A和第二部分116B。第二多个光栅110进一步由弯曲的第一端118、呈角度的第二端所界定，所述呈角度的第二端是由第一部分120A和第二部分120B所界定的。取决于实施方式，弯曲的第一端118能够采取各种曲率。第一角度α由呈角度的侧116的第一部分116A和呈角度的侧116的第二部分116B所界定。第二角度β由第二部分116B和呈角度的第二端的第一部分120A限定。第三角度γ能够由呈角度的第二端的第一部分120A和第二部分120B界定。第四角度δ能够由第一侧114和呈角度的第二端的第二部分120B所界定。本文讨论的系统和方法形成楔形或其他形状，其中第二多个光栅110的每一鳍片具有第一端和第二端，这些鳍片的所述第一端沿着呈角度的第二侧116定位，并且这些鳍片的第二端沿着第一侧114定位。第二多个光栅110的每一鳍片能够进一步由各种几何特征界定。例如，鳍片的第一侧能够具有斜坡(ramp)(角度)，使得沿着呈角度的第二侧116的鳍片每一者都具有斜坡。每一鳍片的第二侧能够具有底切(undercut)，使得沿着第一侧114的鳍片每一者具有底切。

进一步在图1中，在从多个光栅110的第一侧110A到第二侧110B的方向上界定深度梯度。图1也说明针对至少第二多个光栅110和第三多个光栅112的深度梯度。每一深度梯度能够进一步由一方向上的深度梯度所界定，所述方向是在光栅或多个光栅的鳍片的深度的增加或减小的方向。在图1中以阴影显示深度梯度，对于第二光栅110而言，深度梯度从第一侧110A增加到第二侧110B，并且从第三多个光栅112的顶部112A增加到底部112B。正交于第二多个光栅110测量第二多个光栅110的光栅向量(在此未显示)。第二多个光栅110的楔形角能够界定为光栅向量和深度梯度之间的角度。类似地，正交于第三多个光栅112测量第三多个光栅112的光栅向量(在此未显示)。

通过增强波导组合器100耦合到输出耦合区域106的T-1光束在增强波导组合器100中经历TIR。T-1光束经历TIR，直到T-1光束接触多个光栅112的一光栅为止，其中，T-1光束分成：(a)T0光束，在增强波导组合器100中折射而回或丧失；(b)T1光束，在输出耦合区域106中经历TIR，直到T1光束与多个光栅112的另一束光栅接触为止；和(c)T-1光束，从增强波导组合器100耦合输出。在输出耦合区域106中经历TIR的T1光束继续接触多个光栅112的光栅，直到通过增强波导组合器100耦合到输出耦合区域106的T-1光束中的强度被耗尽为止，或者通过输出耦合区域106传播的剩余T1光束已经到达输出耦合区域106的末端为止。必须调整多个光栅112，以控制通过增强波导组合器100耦合到输出耦合区域106的T-1光束，以便控制从增强波导组合器100耦合输出的T-1光束的强度，从而进一步从使用者的角度调控从微显示器产生的虚拟影像的视场，并且进一步增加了使用者能够观看虚拟影像的视角。

图2A描绘了根据一个或多个实施方式的呈角度的蚀刻系统200的侧视示意性截面图，且图2B描绘了所述呈角度的蚀刻系统200的侧视示意性截面图。为了形成具有倾斜角的光栅，通过呈角度的蚀刻系统200蚀刻设置在基板210上的光栅材料212。在一个或多个实施方式中，将光栅材料212设置在蚀刻终止层211上，所述蚀刻终止层211设置在基板210上，并且，将图案化硬掩模213设置在光栅材料212之上。在一个或多个实施方式中，根据每一光栅的倾斜角θ′和基板210的折射率选择光栅材料212的材料，以控制光的输入耦合和输出耦合，且有助于光通过波导组合器的传播。在一些实施方式中，光栅材料212包括含碳氧化硅(SiOC)、二氧化钛(TiO

在一些实施方式中，图案化硬掩模213是透明硬掩模。在一个或多个实施方式中，蚀刻终止层211是不透明的蚀刻终止层，在形成波导组合器之后移除所述蚀刻终止层。在一些实施方式中，蚀刻终止层211是透明的蚀刻终止层。呈角度的蚀刻系统200被配置成例如使用控制器(未示出)执行多个指令，以形成本文讨论的呈角度的光栅。执行的所述多个指令能够包括倾斜角、离子束角、离子束角在光栅形成之间的变化、楔形角、深度梯度、和/或待从光栅形成的楔形的其他方面。

呈角度的蚀刻系统200包括容纳离子束源204的离子束腔室202。所述离子束源被配置为生成离子束216，诸如带状束、点状束、或完整基板尺寸的射束。离子束腔室202被配置为相对于基板210的表面法线218以角度α引导离子束216。基板210保持在耦接至第一致动器208的工作台206上。所述第一致动器208被配置成沿y方向和/或z方向以扫描运动移动工作台206。为了形成相对于表面法线218具有倾斜角θ’的光栅，所述离子束源204产生离子束216，并且离子束腔室202以角度α将离子束216导向基板210。第一致动器208将工作台206定位成使得离子束216以离子束角θ接触光栅材料212，并且在光栅材料212的期望部分上蚀刻具有倾斜角θ’的光栅。能够调控一个或多个工艺参数(例如，离子束216的占空比)，以将光栅的多个鳍片形成为有变化的深度。

图3描绘了根据一个或多个实施方式的基板302的一部分300的示意性透视图。离子束角θ介于约0°至约90°之间。在光栅制造期间离子束角θ是可调整的，较佳为在约15°至约75°之间，因为接近约0°或约90°的离子束角θ会导致光栅304具有约0°或约90°的倾斜角θ’，使得光栅304不倾斜。因此，能够通过离子束角与基板的旋转位置之间的相对取向确定倾斜角θ’。使基板302绕工作台206的x轴旋转，从而使得在离子束216与光栅304的光栅向量308之间有旋转角φ，所述旋转角φ正交于所述光栅304而测量。为了形成如本文所讨论的楔形，能够调控离子束的占空比和/或其他工艺参数，以改变蚀刻深度。

在一个或多个示例中，工艺参数能够是或包括离子束的占空比、离子束的部分扫描、离子束的扫描速度、用于生成离子束的电源(例如电压)、或上述参数的任何组合。在一些示例中，将占空比从大约5％调控到约85％，其中5％占空比形成光栅的浅鳍片，而85％占空比将光栅的鳍片形成至更深的深度。在其他示例中，能够独立地调控离子束的部分扫描、离子束的扫描速度、和/或用于生成离子束的电源，以形成光栅鳍片的各种深度(例如，从相对浅到相对深)。虽然本文讨论具有楔形截面的光栅的形成，但是在其他示例中，能够形成具有变化的深度梯度和倾斜角的不同光栅，从而形成具有弯曲、弓形、呈角度、平坦、或其他截面轮廓(其为各种几何形状的组合)的光栅。

在一个或多个实施方式中，离子束角θ与光栅的深度梯度对齐。上文讨论的深度梯度是遍及光栅在鳍片中于深度的改变量的测量，且深度梯度是鳍片深度改变的方向。能够使用方程式

图4是流程图，说明根据一个或多个实施方式的形成光栅的方法400。图5A至图5J说明在方法400期间产生的不同区间的结构。在方法400中，在操作402处，在能够包括化学气相沉积(CVD)的多个子操作中制造目标堆叠。在图5A中显示在操作402处形成的目标堆叠，所述目标堆叠包括基板502和形成在基板502之上的光栅材料层504。目标堆叠进一步包括形成在光栅材料层504之上的硬掩模层506。所述基板502能够由诸如SiO2之类的硅基材料形成，且硬掩模层506能够由诸如铬或钛之类的金属材料形成，或由诸如碳氮化硅(SiCN)之类的介电材料形成。光栅材料层504能够包括碳氧化硅(SiOC)、二氧化钛(TiO

在操作404处，移除硬掩模层506的连续部分，以在硬掩模层506中形成开口508。能够在湿剥除蚀刻操作中使用一种或多种化学物质执行操作404，以形成开口508。图5B显示由于在操作404处移除硬掩模层506的所述部分所得到的结构。在操作406处，对光栅材料层504的一部分进行蚀刻(或以其他方式移除)，以形成特征510。图5C显示由于在操作406处形成特征510所得到的结构。能够通过使用选择性区域处理(SAP)蚀刻来执行操作406，以移除光栅材料层504的一个或多个部分。在操作406期间，能够使用SAP蚀刻，以形成特征510，所述特征510能够包含各种截面，包括但不限于图5C中所示的特征510的楔形截面。举例而言，虽然在图5C中显示特征510为楔形或三角形，但在其他示例中，能够在操作406处通过使用SAP蚀刻形成各种多边形或组合形状。特征510能够称作凹部，并且由第一侧510A、过渡表面510B、和第二侧510C所界定。第二侧510C与第一侧510A相对，并且过渡表面510B在第一侧510A和第二侧510C之间延伸。过渡表面510B相对于基板502以角度512形成。在图5C中的示例中，第二侧510C形成为比第一侧510A更大的深度。

在一个或多个实施方式中，SAP能够包括经设计的数量的暴露循环，其中给定的暴露循环牵涉沿着特定方向扫描处理射束，以及随后将基板504旋转到新的旋转位置。在一些示例中，SAP蚀刻能够包括2个暴露循环、4个暴露循环、6个暴露循环、8个暴露循环、或更多个暴露循环。在一些示例中，SAP蚀刻能够包括不同的暴露循环，其中基板504定位于不同的旋转位置，使得每一循环在不同的旋转位置处执行。SAP蚀刻的额外方面在美国专利第10,269,663号(第4栏第34行至第7栏第61行)和美国专利第10,302,826号中描述和讨论，上述专利通过引用方式并入本文中。

在操作408处，蚀刻终止层514沉积在特征510上。图5D显示由在操作408处沉积蚀刻终止层514而得到的结构。能够在操作408处通过CVD工艺、原子层沉积(ALD)、或在特征510上形成保形(conformal)涂层的另一工艺沉积蚀刻终止层514。能够将蚀刻终止层514形成达15nm至50nm厚的厚度。在一个或多个示例中，在操作408处由诸如氮化钽之类的氮化物形成蚀刻终止层514。在另一示例中，在操作408处由诸如氧化硅之类的硅基材料形成蚀刻终止层514。

在操作410处，第二光栅材料层516沉积于蚀刻终止层514上。能够使用CVD沉积第二光栅材料层516，并且将所述第二光栅材料层516形成在特征510的内侧以及特征510的任一侧上，从而使得材料516A过量。图5E显示在操作410处由沉积第二光栅材料层516所得到的结构。在一个或多个实施方式中，光栅材料层504和第二光栅材料层516的每一者是由下述材料的至少一者形成的：碳氧化硅(SiOC)、氧化钛(例如二氧化钛(TiO

随后，在操作412处，从第二光栅材料层516移除(平坦化)过量材料，以形成平坦化表面518。能够通过使用SAP蚀刻执行操作412处的平坦化。图5F显示由在操作412处进行平坦化所得的结构。在操作414处，第二硬掩模层520沉积在第二光栅材料层516上，且经蚀刻而形成多个开口522。图5G显示由在操作414处沉积第二硬掩模层520所得到的结构。能够在操作414处通过使用CVD而沉积第二硬掩模层520，并且通过使用深紫外线(DUV)光刻对所述第二硬掩模层520进行蚀刻，以形成多个开口522(例如，通过使用DUV形成图案，所述图案通过蚀刻工艺转移到硬掩模层520)。在其他示例中，能够通过使用纳米压印光刻(NIL)对第二硬掩模层520进行图案化，以形成多个开口522。在操作414的一个或多个示例中，能够在多个子操作中形成多个开口522，这些子操作包括：在第二硬掩模层520上沉积光刻胶(未示出)，执行DUV光刻以图案化所述光刻胶，并通过图案化的光刻胶蚀刻第二硬掩模层520。然后能够在操作416之前移除光刻胶。能够由与上文讨论的用于形成硬掩模层506的材料类似的材料形成第二硬掩模层520。在一个或多个示例中，第二硬掩模层520由与蚀刻终止层514的材料不同的材料形成，使得两种材料具有不同的蚀刻选择性。

在操作416处，通过第二硬掩模层520中的多个开口522在第二光栅材料层516中形成包括第一多个鳍片526的第一光栅524。图5H显示在操作416处由形成第一光栅524所得到的结构。能够通过使用在图2A至图2B中上文讨论的呈角度的蚀刻系统来执行操作416，以第一倾斜角形成第一多个鳍片526。在操作416期间，为了形成第一光栅524，基板502的第一部分相对于离子束以第一离子束角定位。操作416包括，确定第一光栅524的第一离子束角θ

基板502保持在工作台上，并且如上文所讨论的，相对于与工作台平行的平面测量第一离子束角。当离子束处于第一离子束角时，基板502绕工作台的中心轴旋转至介于离子束与第一光栅524的第一光栅向量之间的第一旋转角。离子束是带状束，所述带状束相对于与工作台平行的平面呈一角度，所述角度可在从约15度至约75度调整。为了形成第一光栅524，所述第一光栅524具有第一多个鳍片526，这些鳍片526形成为使得与第一光栅524的第一端524A相邻的鳍片形成至比与第一光栅的第二端524B相邻的鳍片更小的深度。在一个或多个示例中，第一光栅的深度为约10nm至约400nm，并且多个鳍片526中的每一鳍片的宽度是多个鳍片526的间距的约30％至约70％。多个鳍片526是以如上文讨论的第一倾斜角形成的，所述第一倾斜角能够是从约0度至约60度。多个鳍片526能够与第一深度梯度相关联，使得从光栅524的第一侧524A到第二侧524B的高度增加，从而增加了蚀刻的深度。鳍片526沿着底表面524C的高度变化能够产生楔形角528。离子束具有能够经调控以形成第一光栅524的一个或多个工艺参数(例如，占空比)。例如，当离子束处于第一离子束角并且与基板的第一部分接触时的工艺参数能够调控在占空比的约5％到约85％之间。用于工艺参数的较短的调控时间(例如5％)可用于形成深度较小的鳍片，诸如在第一光栅524的第一端524A处或附近的那些鳍片。类似地，用于工艺参数的较长的调控时间(例如85％)能够用于形成具有较大相对深度的鳍片，诸如在第一光栅的第二端524B处或附近的那些鳍片。在一个或多个实施方式中，用于在操作416中形成第一光栅524的第一离子束角与第一光栅524的第一深度梯度对齐。

在一个或多个实施方式中，在形成第一光栅524之后，能够在操作416的后续反复操作期间形成额外的多个鳍片。在此示例中，在操作416处，在形成第一光栅之后，将第一离子束角改变至不同于第一离子束角的第二离子束角。操作416的后续反复操作包括，确定后续离子束角θ

在操作418处，例如，通过使用如上文关于操作404所讨论的湿剥除蚀刻来移除第二硬掩模层520。图5I显示由在操作418处移除第二硬掩模层520所得到的结构。在方法400的一些实施方式中，在操作420处，通过使用ALD工艺视情况任选地在多个鳍片526上形成涂层526A。在一个或多个示例中，涂层526A包括一层或多层的氧化物。图5J显示由在操作420处于多个鳍片526上形成涂层而得到的结构。在其中形成超过一个光栅的示例中，在操作420处，一些或全部的光栅能够在所述光栅上设置有涂层。在一个或多个示例中，能够在操作420处使用ALD工艺以用氧化物涂布多个鳍片526。在一些示例中，能够运用形成多个鳍片526的保形涂层的其他方法。在一个或多个示例中，能够在操作420处涂布多个鳍片526，以调整或精化多个鳍片526的关键尺寸。

图6是流程图，说明根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的形成光栅的方法600。图7A至图7G显示在方法600期间产生的不同区间的结构。方法600包括操作402、404和406，这些操作已在上文中针对图4中的方法400有了详细讨论。图7A说明由操作402形成的结构，所述结构包括基板502以及光栅材料层504和硬掩模层506。图7B说明由操作404形成的结构，其中如上文在方法400中所讨论的，使用湿剥除(化学)蚀刻在硬掩模层506中形成开口508。图7C说明在移除第一光栅层504的一部分以形成特征510之后由操作406形成的结构。类似于图5C中所显示的，特征510能指凹部或呈角度的凹部，且由第一侧510A、与第一侧510A相对的第二侧510C、以及在第一侧510A和第二侧510C之间延伸的过渡表面510B界定。在过渡表面510B和第二侧510C之间形成角度512。然而，在图6的方法600中，与其中在操作406之后沉积蚀刻终止层和第二光栅材料层的方法400呈对比，在操作602沉积硬掩模层702。能够通过使用CVD在操作602处沉积硬掩模层702。图7D显示在操作602处由硬掩模层702的沉积所得到的结构。硬掩模层702能够由与上文关于硬掩模层506和第二硬掩模层520所讨论的材料类似的材料形成。

随后，在操作604处，蚀刻硬掩模层702(在此能称为第二硬掩模层)以形成多个开口704。图7E显示由于在操作604处在硬掩模层702中形成开口所得到的结构。在一些示例中，在操作604期间，也从光栅材料层504的多个部分710移除硬掩模层702。能够在多个子操作中形成多个开口704，这些子操作包括：在硬掩模层702上沉积光刻胶(未示出)、执行DUV光刻以图案化所述光刻胶，以及通过经图案化的光刻胶蚀刻硬掩模层702。然后，能够在操作606之前移除光刻胶。在其他示例中，能够在操作604处使用NIL形成多个开口704。

在操作606处，能够通过使用呈角度的蚀刻形成光栅706，以包括以如上文讨论的呈倾斜角且呈深度梯度与楔形角形成的多个鳍片708。操作606包括，确定用于形成光栅706的第一离子束角θ

图8是流程图，说明根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的形成光栅的方法800。图9A至图9D说明在方法800期间产生的不同区间的结构。在方法800中的操作802处，使用例如CVD形成包括光栅材料层902的基板。图9A说明由在操作802处形成光栅材料层902所得到的结构。具体地，图9A显示光栅材料层902，所述光栅材料层902能够使用CVD由硅基材料形成达到从约200nm至约400nm的厚度，所述硅基材料是来自下述的至少一者：碳氧化硅(SiOC)、氧化硅(例如，二氧化硅(SiO

在操作804处，在硬掩模层904中形成多个开口906。图9B显示由操作804的硬掩模层904的形成所得到的结构。于操作804处，能够于多个子操作形成多个开口906，这些子操作包括：在硬掩模层904上沉积光刻胶(未示出)、执行DUV光刻以及蚀刻或NIL以图案化光刻胶、通过经图案化的光刻胶蚀刻硬掩模层904。然后能够在操作806之前移除光刻胶。图9C显示由在操作804处蚀刻硬掩模层904所得到的结构。

在操作806处，使用如本文所讨论的呈角度的蚀刻系统，由硅基材料在光栅材料层902中形成光栅908。操作806包括，确定用于形成光栅908的第一离子束角θ

图10是流程图，说明根据本文描述和讨论的一个或多个实施方式的形成光栅的方法1000。图11A至图11D说明在方法1000期间产生的不同区间的结构。方法1000包括操作402，所述操作402是以与图4的方法400中的操作402类似的方式执行的。图11A显示由方法1000中的操作402所得到的结构。图11A显示形成在基板502之上的光栅材料层504以及形成在光栅材料层之上的硬掩模层506。在操作1002处，使用DUV光刻和蚀刻或NIL，以与上文讨论的操作404和804类似的方式，开启硬掩模层506以形成多个开口1101。图11B显示由在方法1000中的操作1002处开启硬掩模层506所得到的结构。这与在方法400中的操作404呈对比，在所述操作404移除了硬掩模层的连续部分。随后，在方法1000的操作1004中，如上文所讨论的，藉由旋转基板502并且调控离子束的占空比，使用呈角度的蚀刻在光栅材料层504中形成光栅1104。操作1004包括，确定用于形成光栅1104的第一离子束角θ

本公开内容的实施方式进一步关于以下段落1-29中的任何一者或多者：

1.一种形成光栅的方法，包括：蚀刻硬掩模层以形成多个开口，所述硬掩模层设置在光栅材料层之上，所述光栅材料层设置在基板上；通过所述硬掩模层的所述多个开口在所述光栅材料层中形成第一光栅，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量，其中形成所述第一光栅包括：根据方程式

2.一种形成光栅的方法，包括：蚀刻第一光栅材料层，以在设置于基板上的所述第一光栅材料层中形成第一特征；在所述第一特征中沉积蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层上沉积第二光栅材料层；在所述第二光栅材料层上沉积硬掩模层；蚀刻所述硬掩模层以形成多个开口；和通过所述多个开口在所述第二光栅材料层中形成第一光栅，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量，其中形成所述第一光栅包括：根据方程式

3.一种形成光栅的方法，包括：在硬掩模层中蚀刻多个开口，所述硬掩模层设置在光栅材料层上并且所述光栅材料层设置在基板上；通过所述硬掩模层中的所述多个开口蚀刻所述基板，以在所述光栅材料层中形成第一光栅，所述第一光栅包括形成在凹部中的多个鳍片，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量，其中形成所述第一光栅包括：根据方程式

4.一种形成光栅的方法，包括：蚀刻硬掩模层以形成多个开口，所述硬掩模层设置在光栅材料层之上，所述光栅材料层设置在基板上；通过所述硬掩模层的所述多个开口在所述光栅材料层中形成第一光栅，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量，其中形成所述第一光栅包括：确定第一离子束角θ

5.一种形成光栅的方法，包括：蚀刻第一光栅材料层，以在设置于基板上的第一光栅材料层中形成第一特征；在所述第一特征中沉积蚀刻终止层；在所述蚀刻终止层上沉积第二光栅材料层；在所述第二光栅材料层上沉积硬掩模层；蚀刻所述硬掩模层以形成多个开口；和通过所述多个开口在所述第二光栅材料层中形成第一光栅，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量，其中形成第一光栅包括：确定第一离子束角θ

6.一种形成光栅的方法，包括：在硬掩模层中蚀刻多个开口，所述硬掩模层设置在光栅材料层上并且所述光栅材料层设置在基板上；通过所述硬掩模层中的所述多个开口蚀刻所述基板，以在所述光栅材料层中形成第一光栅，所述第一光栅包括形成在凹部中的多个鳍片，其中所述第一光栅具有第一形状向量和第一光栅向量，其中形成所述第一光栅包括：确定第一离子束角θ

7.根据段落1-6中任一段落所述的方法，其中所述第一离子束角θ

8.根据段落1-7中任一段落所述的方法，进一步包括：使所述基板绕所述工作台的中心轴旋转至所述离子束与所述第一光栅的所述第一光栅向量之间的第一旋转角。

9.根据段落1-8中任一段落所述的方法，进一步包括：在所述光栅材料层中形成第二光栅，所述第二光栅包括具有第二形状向量和第二光栅向量的第二多个鳍片，其中形成所述第二光栅包括：确定第二离子束角θ

10.根据段落1-9中任一段落所述的方法，其中，所述第二旋转角与所述第一旋转角不同，并且其中，所述第二离子束角θ

11.根据段落1-10中任一段落所述的方法，其中，所述离子束是带状束。

12.根据段落1-11中任一段落所述的方法，其中，所述第一离子束角θ

13.根据段落1-12中任一段落所述的方法，进一步包括：在所述光栅材料层中形成第二光栅，所述第二光栅包括具有第二形状向量和第二光栅向量的第二多个鳍片，其中形成所述第二光栅包括：根据方程式

14.根据段落1-13中任一段落所述的方法，其中所述第二旋转角与所述第一旋转角不同。

15.根据段落1-14中任一段落所述的方法，其中所述工艺参数包括所述离子束的占空比、所述离子束的部分扫描、所述离子束的扫描速度、用于生成所述离子束的电源、或上述工艺参数的任何组合。

16.根据段落1-15中任一段落所述的方法，进一步包括，在形成所述第一光栅之后，移除所述硬掩模层。

17.根据段落1-16中任一段落所述的方法，其中所述光栅材料层包括下述之一或多者：碳氧化硅、氧化硅、碳氮化硅、氮化硅、或上述材料的任何组合。

18.根据段落1-17中任一段落所述的方法，其中所述第一光栅材料层和所述第二光栅材料层的每一者包括下述之一或多者：碳氧化硅、二氧化钛、氧化硅、氧化钒、氧化铝、氧化铟锡、氧化锌、五氧化二钽、氮化硅、氮化钛、或二氧化锆。

19.根据段落1-18中任一段落所述的方法，其中所述硬掩模层包括氧化硅、氮化硅、或上述材料的组合。

20.根据段落1-19中任一段落所述的方法，其中所述第一特征包括凹部，并且由第一侧、第二侧、和第三侧所界定，所述第一侧形成为在所述第一光栅材料层中达第一深度，所述第二侧由所述第一光栅材料层中的第二深度界定，所述第三侧在所述第一侧与所述第二侧之间延伸，所述第一深度小于所述第二深度。

21.根据段落1-20中任一段落所述的方法，其中所述第一光栅包括多个鳍片，所述多个鳍片相对于所述基板的表面法线具有第一倾斜角θ

22.根据段落1-21中任一段落所述的方法，其中所述第一多个鳍片的高度根据从所述凹部的所述第一侧到所述凹部的所述第二侧的第一深度梯度而减小。

23.根据段落1-22中任一段落所述的方法，其中所述第一离子束角θ

24.根据段落1-23中任一段落所述的方法，进一步包括：移除所述硬掩模层；和以氧化物层涂布所述第一多个鳍片。

25.根据段落1-24中任一段落所述的方法，进一步包括：在形成所述第一光栅之后，将所述第一离子束角θ

26.根据段落1-25中的任一段落所述的方法，进一步包括：在沉积所述第二光栅材料层之后，在所述第二光栅材料层中形成所述第一光栅之前，平坦化其中形成所述第一光栅的基板，以移除所述第二光栅材料层的一部分。

27.根据段落1-26中任一段落所述的方法，进一步包括：在所述多个鳍片上形成保形氧化物涂层。

28.根据段落1-27中任一段落所述的方法，进一步包括：在所述光栅材料层中形成第二光栅，所述第二光栅包括第二多个鳍片、第二形状向量、和第二光栅向量，其中形成所述第二光栅包括：根据方程式

29.一种用于执行根据段落1-28中任一段落所述的方法的设备或系统。

因此，使用本文讨论的系统和方法，能够制造用于增强波导组合器的多个光栅和/或用于压印光栅材料的母版。通过使用本文讨论的实施方式，能够在单一基板上形成具有变化深度梯度和倾斜角的光栅，这是通过至少改变离子束角和调控离子束的占空比结合相对于所述离子束角旋转基板而实现的。

尽管前述内容针对本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计出其他和进一步的实施方式，并且其范围由所附的权利要求书确定。本文所描述的所有文件皆以引用方式并入本文，包括程度达到与本文并无不一致的任何优先权文件和/或测试程序。从前面的一般描述和具体实施方式中显而易见的是，尽管已说明和描述了本公开内容的形式，但是在不可脱离本公开内容的精神和范围的情况下，能够进行各种修改。因此，不希望本公开内容因此受到限制。同样，出于法律的目的，术语“包含”视为与术语“包括”同义。同样，只要在一组成物、一要素、或一组要素前面加上连接词汇“包含”时，应该理解我们亦考虑了相同组成物或要素组：在所述组成物、要素、或多个要素前有连接词汇“基本上由下述各项组成”、“由下述各项组成”、“选自下述各项所组成的组”或“是”，反之亦然。

已经使用一组数值上限和一组数值下限描述了某些实施方式和特征。应当理解，除非另外指出，否则涵盖包括任何两个值的组合的范围，例如，任何较低的值与任何较高的值的组合、任何两个较低的值的组合、和/或任何两个较高的值的组合。某些下限、上限和范围呈现于下文的一项或多项权利要求中。