包括具有漸進改變的槽特性的衍射光柵的光學組件的制作方法

光學組件可以被用在光學系統中以便以可預測和期望的方式來改變可見光的狀態，例如用在顯示系統中以使得期望的圖像對用戶可見。光學組件可以以反射、折射、衍射等方式與光交互。在傳播的波與例如障礙或狹縫之類的結構交互時發生了衍射。衍射可以被描述為波的干涉，并且在該結構在大小上與波的波長相當時最顯著。可見光的光學衍射源于光的波的性質并且可以被描述為光波的干涉。可見光具有在大約390到700納米(nm)之間的波長，而在傳播的光遇到100或1000nm范圍級別的類似規模的結構時可見光的衍射是最顯著的。

衍射結構的一個示例是周期性結構。周期性結構可以引起光的衍射，該光的衍射通常在周期性結構具有與光的波長類似大小的空間周期時最顯著。周期性結構的類型包括，例如，光學組件的表面上的表面調制、折射率調制、全息圖等。當傳播的光遇到周期性結構時，衍射使得光被分成不同的方向上的多個光束。這些方向取決于所述光的波長，這樣衍射光柵引起多色(例如白色)光的色散，由此，多色光被分成在不同的方向上行進的不同顏色的光束。

當周期結構是在光學組件的表面上時，其被稱為表面光柵。當周期結構是源自表面本身的調制時，其被稱為表面起伏光柵(SRG)。SRG的一個示例是在光學組件的表面中的被均勻直槽間隔區域分隔開的均勻直槽。槽間隔區域在此被稱為“線”、“光柵線”和“填充區域”。SRG的衍射的性質取決于入射在光柵上的光的波長和SRG的各種光學特性(例如線間隔、槽深度和槽傾斜角)這兩者。SRG可以借助于合適的微制造處理被制造，該微制造處理涉及蝕刻基板和/或在基板上沉積以在基板上制造期望的周期微結構。所述基板可以是光學組件本身或生產模板(production master)，例如用于制造光學組件的模具。

SRG具有許多有用的應用。一個示例是SRG光導應用。光導(在此也稱為“波導”)是一種被用于借助于在光導內的內部反射(例如全內部反射)來傳送光的光學組件。光導可以被例如用于基于光導的顯示系統中，以將期望的圖像的光從光引擎傳送到人眼以使得該圖像對眼睛可見。可以將光導的表面上的輸入耦合(incoupling)和輸出耦合(outcoupling)SRG分別用于輸入光到波導或從波導輸出光。

概述

提供本概述以便以簡化的形式介紹以下在詳細描述中進一步描述的一些概念。本概述并不旨在標識所要求保護主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。所要求保護的主題也不限于解決

背景技術：
部分中指出的任何或所有缺點的實現。

在第一方面，用于在光學系統中使用的光學組件具有外表面，并且衍射光柵由所述外表面的至少一部分中的一系列槽來形成。所述槽基本上彼此平行并且基本上在長度上大于它們的寬度。衍射光柵在表面部分上的每個點處展現了至少第一和第二槽特性，這些特性都對入射在衍射光柵上的光在該點處被衍射的方式產生影響。第一和第二槽特性在表面部分上漸進變化，以便漸進地改變入射光在表面部分上的不同的點處被衍射的方式，并且以各自的梯度來這樣進行，所述梯度在表面部分上的至少一些點處是在彼此不同的方向中。

在第二方面，用于在光學系統中使用的光學組件具有外表面，并且衍射光柵由所述外表面的至少一部分中的調制來形成。衍射光柵在表面部分上的每個點處展現了至少第一和第二調制特性，這些特性都對入射在表面部分上的光在該點處被衍射的方式產生影響。第一和第二調制特性在表面部分上漸進地改變，以便漸進地改變入射光在表面部分上的不同點處被衍射的方式。第一調制特性隨在第一方向中的第一梯度而變化。第一方向在表面部分上基本上是不變的。第二調制特性隨在第二方向中隨第二梯度而變化。第二方向在表面部分上基本上是不變的，并且其不同于第一方向。

在第三方面，用于在光學系統中使用的光學組件具有外表面，并且衍射光柵由所述外表面的至少一部分中的一系列槽來形成。所述槽基本上彼此平行并且基本上在長度上大于它們的寬度。衍射光柵在表面部分上的每個點處展現了光柵深度和光柵傾斜，這兩者都對入射在衍射光柵上的光在該點處被衍射的方式產生影響。深度和/或傾斜在表面部分上漸進地改變，以便漸進地改變入射光在表面部分上的不同點處被衍射的方式。

在此公開的光學組件可以被配置用作或可以不被配置用作顯示系統中的波導，并被合并入這樣的顯示系統中。在第四方面，顯示系統包括任何這樣的光學組件，這些光學組件被這樣配置以用作波導和耦合到該光學組件的光引擎。光引擎被配置成生成期望的圖像。光學組件被安排為將圖像的光從光引擎傳送到用戶的眼睛以使得該圖像對用戶可見。

附圖說明

為了幫助理解所述主題，現在將僅通過示例參考下述附圖，其中：

圖1A是光學組件的示意性平面圖；

圖1B是光學組件的示意性說明，該光學組件被示為與入射光交互并且是從側面觀看的；

圖2A是直二元光柵的示意性說明，該直二元光柵被示為與入射光交互并且是從側面觀看的；

圖2B是斜二元光柵的示意性說明，該斜二元光柵被示為與入射光交互并且是從側面觀看的；

圖2C是突出的三角光柵的示意性說明，該突出的三角光柵被示為與入射光交互并且是從側面觀看的；

圖3示意性地示出第一微制造系統；

圖4A是在第一微制造處理的沉浸步驟期間的第一微制造系統的示意性說明；

圖4B和4C分別示例性示出在圖4A的沉浸步驟之前和之后的基板的橫截面；

圖5A是在第二微制造處理的沉浸步驟期間的第一微制造系統的示意性說明；

圖5B和5C分別示例性示出在圖5A的沉浸步驟之前和之后的基板的橫截面；

圖5D示意性示出在進一步蝕刻之后的圖5C的基板的橫截面；

圖6A是在第三微制造處理的沉浸步驟期間的第一微制造系統的示意性說明；

圖6B和6C示意性說明在圖6A的沉浸步驟之前的不同階段處的基板的橫截面，而圖6D示意性說明在該沉浸步驟之后的該基板的橫截面；

圖7是第一微制造設備的示意性框圖；

圖8A是從側面看的第二微制造系統的示意圖；

圖8B是第二微制造系統的部件的示意性平面圖；

圖9是示出第二微制造系統的示例性操作的示意性說明；

圖10是第二微制造設備的示意性框圖；

圖11A和11B是說明某些示例性光柵分布圖的某些特性的示例性平面圖。

然而，應理解，所述附圖不必是按比例的，除非另外指示。取而代之的，重點在于解釋特定實施例的原理。

詳細描述

圖1A和1B分別從頂面和側面示出具有外表面S的基本上透明的光學組件2，例如波導。表面S的至少一部分展現出構成SRG圖案4的表面調制，其是微結構的一個示例。這樣的部分被稱為“光柵區域”。如圖1A所示，表面S基本上位于由x和y軸所定義的平面中。z軸表示垂直于該平面的方向以及進而基本上垂直于表面S的方向(被稱為表面S的“法線”)。

圖1B示出光學組件2，并且具體而言是與傳入照明光束I交互的光柵4，所述光束向內入射到SRG4上。光I在該示例中是白色光，并且因而具有多種顏色分量。光I與光柵4交互，光柵將所述光分成向內定向到光學組件2中的幾個光束。光I的一些也可作為反射光束R0被從表面S反射回來。零階模式向內光束T0和任何反射R0是根據衍射的一般原理以及其它非零階(±n-階)模式(其可被解釋為波干涉)被創建的。圖1B示出第一階向內光束T1,T-1；將理解可以依據光學組件2的配置創建或不創建更高階的光束。由于衍射的性質取決于波長，因此，對于更高階的模式而言，入射光I的不同顏色分量(即波長分量)當存在時以相對于彼此而言不同的傳播角度被分成不同顏色的光束，如圖1B所示。

圖2A-2C是不同的示例性SRG圖案4a-4c(在此統稱為4)的特寫示意性截面圖，所述圖案由(在這些圖中是從側面觀看的)光學組件2的表面S的調制形成的。光束用箭頭標注，其厚度指示大致相對的強度(越高強度的光束以越厚的箭頭示出)。

圖2A示出“直二元光柵”圖案4a的示例。直二元光柵4a由在表面S中通過突出槽間隔區域9a被分開的一系列槽7a來形成，所述槽間隔區域在此也被稱為“填充區域”、“光柵線”或簡稱為“線”。圖案4a具有d的空間周期(稱為“光柵周期”)，其是調制形狀在其上重復的距離。槽7a具有深度h，且具有基本上直的壁和基本上平的基底。這樣，在圖2A中填充區域具有高度h和在填充區域的高度h上基本上均勻的標記為“w”的寬度(其中w是周期的某個分數：w＝f*d)。

對于直二元光柵，壁基本上垂直于表面S。出于這個原因，光柵4a引起垂直進入到表面的入射光I的對稱衍射，其中由圖案4a所創建的每個+n階模式光束(例如T1)具有與對應的-n階模式光束(例如T-1)基本相同的強度，通常小于約入射光束I的強度的五分之一(0.2)。

圖2B示出“斜二元光柵”圖案4b的示例。斜圖案4b也是由表面S中的標記為7b的槽形成，所述槽具有由寬度w的線9b所分隔的基本上直的壁和基本上平的基底。然后，與直圖案4a相比較而言，所述壁相對于法線傾斜了一定量，在圖2B中由角度α標注。當沿法線測量時槽7b具有深度h。取決于非零傾斜所進入的非對稱性，行進離開傾斜方向的±n階模式向內光束具有比它們的階模式對應物更高的強度(例如在圖2B的示例中，T1光束被定向離開傾斜的方向并且通常具有比T-1光束更大的強度，但是這取決于例如光柵周期d)；通過增加傾斜達足夠量，那些對應物可以基本上被消除(即具有基本上為零的強度)。T0光束的強度通常還可以通過斜二元光柵被大大減少，這樣，在圖2B的示例中，第一階光束T1通常具有至多約入射光束I的強度的五分之四(0.8)的強度。

二元圖案4a和4b可以被看作是嵌入到表面S中的空間波形，該空間波形具有基本上為方波的形狀(具有周期d)。在圖案4b的情況下，所述形狀是傾斜達α的傾斜方波形狀。

圖2C示出了“突出的三角光柵”圖案4c的示例，其是突出的“梯形光柵”圖案的特殊情況。三角圖案4c是由表面S中的槽7c形成，所述槽是三角形狀的(且因此具有可分辨的尖端)并且當沿法線測量時其具有深度h。填充區域9c采用了三角形、齒狀突起(齒形)的形式，具有與法線成角度α(α是圖案4c的傾斜角)的中線。所述齒形具有由d(其是圖案4c的光柵周期)分隔開的各尖端，在齒形底部處為w并且在齒形的尖端處變窄到基本上為零的寬度。對于圖4c的圖案，w≈d，但通常可以是w<d。所述圖案是突起的，其中齒形的尖端在槽的尖端上延伸。構建突起的三角形光柵圖案是可能的，該圖案基本上消除了傳輸模式T0光束和模式光束，僅留下±n階模式光束(例如僅有T1)。槽具有與中線成角度γ(壁角)的壁。圖案4c可以被看作是嵌入在S中的空間波形，所述空間波形具有基本上三角的波形，其傾斜了α。

形成圖案4a-4c的槽和間隔區域構成了在表面S上的表面調制。

通常，在表面上的表面調制導致表面突起，并且展現出在此被稱為“調制寬度”的事務，其是沿那些表面調制的表面的特性標量并且其通常可以相關于從該表面上的調制產生的那些突起的特性寬度而被定義。通常，在表面上的調制可以至少從沉積在該表面上的外來材料產生，從該表面本身的調制產生或從這兩者的組合中產生。當調制形成衍射光柵圖案(其中光柵線寬為光柵線的寬度)時，“調制寬度”在此等同地被稱為“光柵線寬”。

這樣的調制還具有在此被稱為“調制深度”(對于光柵圖案為“槽深度”)的事務，其是垂直于那些表面調制的表面的特性標量且其通常可以相關于突起的特性深度而被定義，以及“調制傾斜”(用于光柵圖案的“槽深度”)，其是那些突起相對于表面的特性傾斜角。

在圖案4a-4c的情況下，形成圖案4a-4c的槽7a-7c(統稱為7)和間隔區域9a-9c(統稱為9)構成了表面S本身的調制，其展現了可以被定義為突起的填充區域9的特性寬度的調制寬度。在圖案4a和4b的情況下，突起填充區域具有在其高度h上基本上均勻且等于w的寬度，并且調制寬度可以被定義為w。在圖案4c的情況下，突起填充區域具有在突起的底部處的寬度w，并且調制寬度可以被有用地定義為例如底部寬度w(盡管它也可以依據在某個其它高度處的填充區域寬度來定義)。圖案4還具有調制深度和傾斜，其可以分別被定義為h和α。

其它光柵也是可能的，例如，其它類型的梯形光柵圖案(其可以在寬度上始終不變窄到零)、正弦光柵圖案等，并具有可以容易地以合適的方式被定義的調制寬度。這樣的其它圖案還展現了深度h、線寬w、傾斜角α和壁角γ，其可以以類似于圖2A-C的方式被定義。

在基于光導的顯示應用(例如在其中SRG被用于進入顯示系統的光導和從顯示系統的光導出來的光的耦合)中，d通常在約250到500nm之間，并且h在約30到400nm之間。傾斜角α通常在約-45到45度之間，并在光柵矢量的方向中被測量，該方向垂直于光柵線。

SRG具有依據期望的被衍射的光束(例如T1)的強度相對于照明光束I的強度而被定義的衍射效率，并且可以由那些強度的比η來表示。如從上將顯而易見的，斜二元光柵(例如4b-在T1是期望的光束的情況下直至η≈0.8)可以實現比非斜光柵(例如4a-在T1是期望的光束的情況下僅直至約η≈0.2)更高的效率。利用突出的梯形光柵，其中三角形光柵是示例的，對于一種模式就可能實現甚至η≈1的效率。

基于SRG光導顯示器的性能強烈依賴于光柵的效率以及它們對入射光的入射角的依賴性。

如下所述的各種制造技術允許光柵(包括例如二元、梯形(例如三角形)和正弦光柵)采用變量w被制造。就是說，采用作為在表面S上的位置的函數w(x,y)來變化的調制寬度。如下所述的技術還允許這樣的光柵采用變量h和/或α被制造。就是說，采用作為在表面S上的位置的相應函數h(x,y)和α(x,y)來變化的深度和/或傾斜。

具有表面起伏光柵的光學組件可以根據在此公開的任何技術以使得它們適于用作顯示系統中的波導的方式而被制造。這樣，顯示系統的光引擎可以被耦合到光學組件。光學組件在系統中被安排以便在由光引擎生成時將期望的圖像的光傳送到用戶的眼睛以使得該圖像對用戶可見。在一些應用中，顯示系統可以由用戶穿戴。例如，顯示系統可以被嵌入在可佩戴的耳機中，該耳機具有當由佩戴者佩戴時在佩戴者的眼睛前面的波導，并且所述系統被安排以將已經從光引擎傳送的光輸出到眼睛。使用在此所述的任何技術所制造的波導上的表面起伏光柵可以在此上下文中用作例如用于接收來自光引擎的光的輸入耦合光柵、用于將傳送的光輸出到眼睛的輸出耦合光柵，或在光導上別處的便于圖像光的未被中斷傳送以幫助保存傳送中的圖像的中間光柵。

下面所述的技術是微制造技術。微制造是指微米規模和更小規模的期望結構的制造。微制造可以涉及在基板上的蝕刻和/或沉積(以及可能的對沉積在基板上的膜的蝕刻和/或沉積)以在基板上(或在基板上的膜上)創建期望的微結構。如在此所用，術語“圖案化基板”或類似術語包括了所有這樣的在基板或基板膜上的蝕刻/沉積。

濕蝕刻涉及使用液體蝕刻劑來選擇性地移除沉積在基板的表面上的膜的各部分和/或基板本身的表面的各部分。蝕刻劑與基板/膜化學地起反應以移除基板/膜的暴露給蝕刻劑的各部分。選擇性蝕刻可以通過在基板/膜上沉積合適的保護性層來實現，所述保護性層僅僅將基板/膜的部分暴露給蝕刻劑的化學反應并保護了剩余部分免受蝕刻劑的化學反應。保護性層可以由光致抗蝕劑或其它保護性掩模層來形成。光致抗蝕劑或其它掩模可以被沉積在整個蝕刻表面區域上，隨后被暴露并顯影以創建期望的“圖像”，隨后，所述圖像通過蝕刻劑在基板/膜中被雕刻以形成三維結構。

干蝕刻涉及選擇性地(例如使用類似的光致抗蝕劑掩模)將基板/膜暴露給高能粒子的轟擊以移除基板/膜的暴露給所述粒子的各部分(有時稱為“濺射”)。一種示例是在其中各部分被暴露給離子束的離子束蝕刻。作為與那些暴露的部分的離子化學反應以移除它們(有時稱為“化學濺射”)和/或取決于它們的動能物理移除那些部分(有時稱為“物理濺射”)的結果可以移除那些部分。

與蝕刻相反，沉積-例如離子束沉積或基于沉浸的沉積-涉及將材料施加到基板/膜，而不是從基板/膜移除材料。

在下述示例中，基板(5-圖3)具有外表面S’，其借助于微制造被圖案化。最終被圖案化的基板自身可以用作光學系統(例如顯示系統)中的光學組件(例如波導)，或它可以用作用于制造這樣的組件的生產模板，例如用于從聚合物中成模這樣的組件的模具。其中基板5是光學組件，基板表面S’與圖2A-2C示出的表面S相同。當基板5是模板(例如模具)時，S’還是對應于S，其中S’的結構被作為制造(例如模制)處理的部分被傳遞給(即復制到)S。表面S’基本上位于具有x和y坐標的在此被稱為xy-平面的一個平面中，所述x和y坐標等價于在圖1A中關于表面S所示的那些坐標，在xy-平面中(并且這樣在表面S’上)的各點被標注為(x,y)。

所述基板在其表面的至少一部分(光柵區域)上被圖案化以形成光柵，其隨后可以被傳送給其它組件(在適用時)。光柵區域的尺寸大小(例如以mm、cm或更高等量級顯著地大于光柵周期-其通常是例如每光柵mm上千線/槽。這樣，即使在光柵區域中存在離散數目的線/槽，該數目也明顯很大，光柵特性可以被看作在基本上連續的幾何點的域上的數學函數r＝(x，y)(黑字體表示xy-向量)。出于這個原因，通用符號c(x,y)(或類似物)適用于如下的光柵特性。在適用時，將相應地分析對在表面部分上的“點”(或類似物)的參考，包括在如下權利要求中。

線寬w(x,y)、光柵深度h(x,y)和傾斜α(x,y)是這樣的光柵特性的各示例。下述技術允許在表面部分上制造光柵圖案，所述圖案具有線寬w(x,y)、深度h(x,y)和傾斜α(x,y)，它們在表面部分上變化，并且進而漸進地變化，即作為在所述基本上連續的點域上的基本連續的數學函數。

光柵特性c(r)＝c(x，y)在所提供的本上下文中被認為是在表面部分上空間上變化的，光柵特性c(r)改變的總量為ΔC＝max c(r)-min c(r)，該總量相比較于光柵特性c(r)自身的特性標量C(例如C＝max|c(r)|)來說是顯著的。顯著改變的示例包括當ΔC與C是相同數量級或比C低一數量級時。例如，對于上面參考圖2A-2C所述的光柵圖案來說，線寬在至少當線寬改變達周期d的5％的量級或更多的總量ΔW時在本上下文中可以被認為是空間上變化的；所述深度在至少當深度改變達10nm量級或更多的總量ΔH時在本上下文中可以被認為是空間上變化的；傾斜在至少當傾斜改變達5度的量級或更多的總量ΔA時在本上下文中可以被認為是空間上變化的。在光柵特性僅僅展現出小的、非期望的變化(例如源自非期望的制造不精確性或不嚴密性的小的、非期望的變化和/或受限于類似標量的其它變化)時，該特性不被認為在本公開的上下文中空間地變化。

空間變化被認為是漸進(基本上連續的)提供光柵特性的空間梯度其中是xy-平面的梯度函數，在表面部分上的所有點r＝(x，y)處足夠小，這樣，光柵特性c(r)在d量級的小距離上的改變通常比所有點r處的ΔC小至少3個數量級，即，這樣為或對于表面部分上的所有r來說更小。

例如，所公開的技術允許通過漸進變化的線寬w(x,y)制造光柵，該線寬的變化在單個光柵周期d上不超過10^-2nm的量級，其自身為10²或10³nm的量級，這樣，線寬梯度在表面部分上的任意點處不超過10^-4或10^-5的量級。光柵還可以通過漸進變化的深度h(x,y)來制造，該深度的變化在單個光柵周期上不超過10^-2nm的量級，這樣，深度梯度在表面部分上的任意點處不超過10^-4或10^-5的量級。光柵還可以通過漸進變化的傾斜α(x,y)來制造，該傾斜的變化在單個光柵周期上不超過大約10^-3度，這樣，傾斜梯度在表面部分上的任意點處不超過10^-5或10^-6度/nm的量級。第一類型的過程：用于制造具有可變線寬的w(x,y)的光柵。

現在將描述用于制造具有可變線寬的w(x,y)的光柵的第一類型的微制造過程。

圖3是第一微制造系統3的組件的示例性操說明。微制造系統3可以用在用于制造基板5上的微結構的微制造過程中。系統3包括基板支架42和包含流體(液體)46的液體容器44。基板支架支撐基板5。流體46是用于圖案化基板5，并且在下述示例中是用于選擇性地從表面S’的至少一部分中移除材料，所述材料可以是基板本身的基板材料或被沉積在表面S’上的一些其它材料，所述其它材料未示出在圖3中但在適用時被示出在后面的附圖中。這種性質的其它材料在此被稱為在S’上的“外來沉積物”。

基板5被支架42支撐，并且支架42和容器44以下述方式被安排：當被支撐時允許基板5以垂直速度v降低進入流體44和/或從流體44中上升出來，由此在微制造過程的沉浸步驟中將基板5沉浸入流體44和/或將基板5從流體44中移出。在任一情形中，基板5在流體46中的沉浸深度D(t)是如所示隨時間t變化的，其中是D(t)的變化率。沉浸深度D(t)在圖3中被示為在基板5離支架42的遠端和流體46的表面之間的距離，但可以被定義為傳達基板5當前被沉浸入進行圖案化的液體42中的當前程度的任何距離度量。當基板被沉浸入液體5時，所述液體通過與基板或與基板上的外來沉積物起反應以依據流體46的性質要么從表面S’中移除材料要么在表面S’上沉積材料來圖案化基板。被移除的材料可以是基板自身的基板材料或沉積在基板上的外來材料。

在沉浸步驟之前，基板5具有在基板表面S’的至少一部分上的初始(當前)表面調制。這些表面調制在表面部分上展現出基本上均勻的調制寬度，即其在該表面部分上的所有點(x,y)處基本上都相同。該調制寬度是源自這些當前調制的表面突出的特性寬度(例如基本寬度)，其可以通過突出沉積在S’上的外來材料和/或通過突出基板自身上的基板材料來形成。這些表面調制構成了當前衍射光柵圖案，所述圖案在表面部分上展現出基本上均勻的光柵線的線寬(即其在該表面部分上的所有xy-位置處基本上都相同)。

在表面S’上的某一點(x,y)保持沉浸在液體46中的時間總量被稱為該點的沉浸時間。當該點被沉浸時，進行圖案化的液體用于從該點處的任何表面突起上移除材料或將材料沉積在該點處的任何表面突起上，并且這樣改變了該點處的調制寬度。在該點處被移除/沉積的材料的量取決于該點的沉浸時間。改變基板在進行圖案化的流體46中的沉浸深度D(t)導致表面S’上的不同的點被沉浸在流體46中達不同的時間量，這樣，調制寬度在S’上的不同點處被改變不同的量。換句話說，初始表面調制被改變為新的表面調制，該新的表面調制展現出在S’上改變的空間變化的調制寬度w(x,y)，即作為xy-位置的函數而改變。這使得當前衍射圖案被相應地改變為新的衍射光柵圖案，該圖案展現了在S’上的空間變化的光柵線的線寬，即在表面S’上作為xy-位置的函數而改變。

基板的沉浸/移除是漸進的，其中基板5在流體46中的沉浸深度D(t)隨時間被漸進地改變(即是慢的)。在此，“在沉浸深度中的漸進改變”或類似術語是指基板沉浸入進行圖案化的液體(即蝕刻劑)中和/或從所述液體中沉浸出來對于所述液體在基板表面上的各點(所述點保持被沉浸在所述液體中更多時間)處的調制寬度上的效應(例如蝕刻效應)可被測量地大于所述液體在該表面上的各點(所述點保持被沉浸在所述液體中達更少時間)處的調制寬度上的效應來說是足夠慢的。在上下文中特定移動是否被認為是漸進的將取決于諸如液體的特性圖案化(蝕刻)速度之類的因素。

在圖3的配置中，基板的移動v是基本上線性的，即基板支架42是在基本上重力的方向中被向上或向下移動的。

現在將參考圖4A-6D來描述在各種配置中使用微制造系統3的示例性微制造過程。具有熔融二氧化硅合成物的基板被用于這些示例中，然而這僅僅是示例性的基板材料并且所述技術可以被應用于由不同材料制成的基板。應該注意的是這些附圖不是要定標，并且具體而言，各個表面調制的距離標量被放得很大以幫助說明。實際上，在線寬中的改變是漸進的，這樣，在相鄰線之間的線寬中的差值難以目測到(但是所述效應可以從光被衍射的方式中觀察到)。例如，示例性圖案可以具有500nm的周期，并在沿表面的1mm的距離中具有50nm的線寬改變。在1mm中存在2000條線，并且這樣，在該情況中的相鄰各線之間的線寬中的差值僅為0.025nm。

圖4A是在第一微制造過程的沉浸步驟期間的系統3的示例性說明，該沉浸步驟是在其中第一基板5a被自身蝕刻的第一浸漬蝕刻過程。就是說，在第一過程中第一類型的進行圖案化的液體被使用，該液體是第一蝕刻劑46a，其與基板5a自身起反應以移除基板5a自身的基板材料。在該示例中，蝕刻劑4a與熔融二氧化硅起反應，從熔融二氧化硅中合成了基板5a，但是這僅僅是一個示例，并且同樣類型的過程可以被應用于由不同材料制成的基板。

基板5a具有在基板表面S’的一部分11上的表面調制，其是通過在表面部分11中的槽和間隔區域所形成的表面部分11自身的表面調制。這些表面調制構成了第一光柵圖案4’a，其被示為二元光柵圖案，但其可以是不同的光柵圖案(例如三角形)。

基板5a被支架42支撐，并在浸漬蝕刻期間被漸進地下降進入蝕刻劑46a。保護性掩模20a被選擇性地沉積在基板表面S’上以僅僅暴露出表面部分11，并且其保護了表面S’的剩余部分(所述部分不旨在用于浸漬蝕刻)免受蝕刻劑46a的效應，這樣僅表面部分11a被蝕刻。基板5a的其它表面也可以類似地被保護(在圖4A中未示出)。

圖4B示出在圖4A的沉浸步驟之前的基板5a的橫截面。在該點處，槽和填充區域構成了基本上均勻的表面部分S’的初始表面調制，其中表面部分11中的各線具有彼此基本上相同的寬度w_當前(w_current)，其是在基板5a沉浸之前的線寬。均勻的填充區域構成初始的光柵圖案4’a(i)。可以例如使用已知的蝕刻技術，例如基板5a的離子束蝕刻，來形成初始表面調制。

圖4C示出在圖4A的沉浸步驟已經被完成之后的基板5a的橫截面。在圖4C中，基板5a的左手側對應于基板5a離支架42的遠端，如圖4A所示，即基板的左端是首先被浸入到蝕刻劑46a中的且經歷最長沉浸時間的端。

蝕刻劑46a可以對暴露于該蝕刻劑的所有熔融二氧化硅表面起化學反應。通過蝕刻劑46a的蝕刻基本上是各向同性的(即蝕刻速度在所有方向上是相同的)，這影響了填充區域，如圖4C所示(注意圖4C中的虛線用于說明在蝕刻之前的填充區域的原始范圍)。對于每個填充區域，基板材料w2、w4的寬度分別從該填充區域的左手和右手側被移除；由w3所標注的基板材料的量被從該區域的頂部移除，而材料w1的量被從左邊鄰近該區域的槽中移除。各量w1-w4取決于該區域被浸入在蝕刻劑46a的總時間，該總時間作為xy-位置的函數而改變。這樣，將可以理解w1-w4作為xy-位置的函數而改變，盡管并沒有明確地這樣標注。對于在點(x,y)處的任意給定填充區域，可以進行近似w1≈w2≈w3≈w4≈Δw(x,y)，其中Δw(x,y)由在該點(x,y)處的蝕刻的速度和沉浸的時間來確定。這樣，該填充區域的寬度可以被減少為約w_當前-2*Δw(x,y)(w_current-2*Δw(x,y))。這樣，可以看出沉浸步驟的效應是要將初始表面調制改變為新的表面調制，所述新的表面調制展現出空間上變化的調制寬度w(x,y)≈w_當前-2*Δw(x,y)(w(x,y)≈w_current-2*Δw(x,y))，該調制寬度在表面部分11上(即作為xy-位置的函數)改變。因為每個填充區域的寬度被改變了稍許不同的量，這將初始光柵圖案4’a(i)改變為新光柵圖案4’a(ii)，新光柵圖案展現出空間上變化的光柵線寬w(x,y)，該光柵線寬在表面部分11上(即作為xy-位置的函數)改變，如圖4C所說明的。

圖5A是在第二微制造過程的沉浸步驟期間的系統3的示例性說明，該沉浸步驟是在其中沉積在第二基板5b上的外來材料20b(而非基板5b自身)被蝕刻的第二浸漬蝕刻過程。就是說，在第二過程中第二類型的進行圖案化的液體被使用，該液體是第二蝕刻劑46b，其與該外來材料起反應以移除該材料中的一些。在該示例中，外來材料是鉻(Cr)，但是這僅僅是一個示例，并且同樣類型的過程可以被應用于具有不同外來沉積(例如不同的金屬)的基板。

基板5b具有以被沉積在基板表面S’上的鉻線20b形式通過間歇鉻沉積所形成的表面調制。所述鉻線20b其自身被光致抗蝕劑21所覆蓋。鉻線形成局部膜，其將基板表面S’上的一些區域保持為暴露的但其它區域被覆蓋。這些表面調制構成第二光柵圖案4’b。

基板5b被支架42支撐，并在浸漬蝕刻期間被漸進地下降進入蝕刻劑46b。

圖5B示出在圖5A的沉浸步驟之前的基板5b的橫截面。在該點處，鉻沉積20b構成在表面S’上的初始的、基本上均勻的表面調制，其中各個鉻線具有彼此基本上相同的寬度w_當前(w_current)，其是在基板5b沉浸之前的調制寬度。

初始表面調制可以使用已知的蝕刻技術來形成。例如，實現此項的一種方式涉及首先在掩模層中涂敷整個(或大部分)的表面S’，在本示例中這將是鉻層。隨后掩模層被光致抗蝕劑覆蓋。隨后使用傳統技術將期望的光柵圖案的二維圖像投影到光致抗蝕劑上。隨后，光致抗蝕劑被顯影以去除要么所暴露的部分要么非暴露的部分(取決于光致抗蝕劑的成分)，使得掩模層的選擇性部分可見(即僅暴露選擇性的部分)并且剩余的部分被剩余的光致抗蝕劑覆蓋。隨后可以傳統的蝕刻技術(例如反應離子蝕刻(RIE)處理)來移除掩模層的未被覆蓋部分，所述蝕刻技術移除了掩模的未被覆蓋部分而不是被光致抗蝕劑覆蓋的部分，并且所述蝕刻技術基本上不影響基板本身。

所述鉻線構成了初始衍射光柵圖案4’b(i)，所述圖案在表面S’上展現出基本上均勻的光柵線寬w_當前(w_current)，即其在該表面S’上的所有點(x,y)處基本上都相同。

蝕刻劑46b與所有非保護(未經光致抗蝕劑21保護)的鉻表面起化學反應。光致抗蝕劑21保護了鉻線的頂部，并且熔融二氧化硅(即基板5b本身)保護了鉻線的底部。這樣，在圖5A的沉浸步驟期間僅鉻線的側面被暴露給蝕刻劑4b。

圖5C示出在圖5A的沉浸步驟已經被完成之后的基板5b的橫截面。在圖5C中，基板5b的左手側對應于基板5b離支架42的遠端，如圖5A所示，即基板的左端是首先被浸入到蝕刻劑46b中的且因而經歷最長沉浸時間的端。

從每個鉻線的側面上移除各自量的鉻。該量取決于該線被浸入在蝕刻劑46b中的總時間，該總時間作為xy-位置的函數而改變。這樣，將可以理解所述量作為xy-位置的函數而改變。這樣，可以看出沉浸步驟的效應是要將初始表面調制改變為新的表面調制，所述新的表面調制展現出空間上變化的調制寬度w(x,y)，該調制寬度在表面S’上(即作為xy-位置的函數)改變。因為每個鉻線的寬度被改變了稍許不同的量，這將初始光柵圖案4’b(i)改變為新光柵圖案4’b(ii)，新光柵圖案展現出空間上變化的光柵線寬w(x,y)，該光柵線寬在表面S’上(即作為xy-位置的函數)改變，如圖5C所說明的。

在圖5A的沉浸步驟完成之后，基板可以隨后經歷進一步的蝕刻過程，在其中剩余的鉻用作蝕刻掩模。這可以例如是基板5b的離子束蝕刻，在其中剩余的鉻保護了基板的被覆蓋區域(并且僅有那些區域)免受離子束的效應，或者可以例如而是基板5b本身的進一步的浸漬蝕刻，在其中鉻保護被覆蓋區域(并且僅有那些區域)免受液體蝕刻劑(其可以具有與圖4A的蝕刻劑4a相同的成分)的效應，所述液體蝕刻劑與基板本身起反應。以此方式，衍射圖案4’b(ii)可以被傳送給基板5b，如在圖5D中所示，其是在這樣的進一步的蝕刻過程之后的基板5b的橫截面。

圖6A是在第三微制造過程的沉浸步驟期間的系統3的示例性說明，該沉浸步驟是在其中沉積在第三基板5c上的其它外來材料(而非基板5c自身)被蝕刻的第三浸漬蝕刻過程。就是說，在第三過程中第三類型的進行圖案化的液體被使用，該液體是第三蝕刻劑46c，其與該外來材料起反應以移除該材料中的一些。在該示例中，外來材料是二氧化硅(SiO₂)，其與蝕刻劑4c起反應，但是這僅僅是一個示例，并且同樣類型的過程可以被應用于具有不同外來沉積物的基板。

基板5c具有通過基板表面S’自身與沉積在經調制的表面S’上的二氧化硅的層23的調制的組合形成的表面調制。這些表面調制構成第三衍射圖案4’c。

基板5c被支架42支撐，并在浸漬蝕刻期間被漸進地下降進入蝕刻劑46c。

圖6B和6C示出在圖6A的沉浸步驟之前的在不同階段處的基板5c的各橫截面。

圖6B示出了在二氧化硅層23已經被施加之前的基板5c。僅由表面S’自身的調制(具體由可例如使用已知蝕刻技術所創建的基本上均勻的槽和填充區域)形成了初步光柵圖案4’c(0)。

圖6C示出了在二氧化硅層23已經被施加到經調制的表面S’之后的基板5c。二氧化硅層是使用原子層沉積(ALD)被施加的基本上平坦的層。這通過放大填充區域而有效地增加了表面S’中的調制的填充因子。這有效地創建了表面調制，所述表面調制通過表面S’和沉積的二氧化硅中的調制的組合形成，其具有比單獨的表面S’中的調制的調制寬度更寬的調制寬度w_當前(w_current)，如在圖6C中所示。經組合的調制可以是基本上均勻的調制，在其中寬度w_當前(w_current)在表面S’上是基本上恒定的，并且構成了初始(即預蝕刻)衍射光柵圖案4’c(i)。

蝕刻劑46c與二氧化硅23沉積物起化學反應，而非基板5c自身的熔融二氧化硅。圖6D示出在圖6A的沉浸步驟已經被完成之后的基板5c的橫截面。在圖6C中，基板5c的左手側對應于基板5c離支架42的遠端，如圖6A所示，即基板的左端是首先被浸入到蝕刻劑46c中的且因而經歷最長沉浸時間的該端。

各個的量的二氧化硅23在每個被沉浸的點(x,y)處被移除。該量取決于該點被浸入在蝕刻劑46c中的總時間，該總時間作為xy-位置的函數而改變。這樣，將理解，每個經放大的填充區域的寬度被減少達一個量，該量取決于該填充區域的xy-位置，其等于在該點處的填充因子的減少。這樣，可以看出沉浸步驟的效應是要將初始表面調制改變為新的表面調制，所述新的表面調制展現出空間上變化的調制寬度w(x,y)(或等價的空間上變化的經調制的填充因子)，該調制寬度在表面S’上(即作為xy-位置的函數)改變。因為每個經放大的填充區域的寬度被改變了稍許不同的量，這將初始光柵圖案4’c(i)改變為新光柵圖案4’c(ii)，新光柵圖案展現出空間上變化的光柵線寬w(x,y)，該光柵線寬在表面S’上(即作為xy-位置的函數)改變，如圖6C所說明的。

基板的沉浸深度的漸進改變導致一種線寬分布圖，該分布圖相應地漸進改變(即在明顯大于光柵周期d的距離標量上基本上是連續的-參見上述)。線寬w(x,y)在其上改變的標量與光柵周期d相比是足夠大的(就是說，在線寬w(x,y)中的空間變化在基板表面上是足夠漸進的)，使得線寬w(x,y)可以被有效地認為是xy-位置的基本上連續的數學函數，該xy-位置是在xy-平面的相關部分中的每個點(x,y)處被定義的。

如將會是顯而易見的，上述過程導致具有光柵線寬w(x,y)的新光柵圖案的創建，所述光柵線寬作為xy-位置的函數改變并且因而具有梯度(其中是xy-平面的梯度函數)，所述梯度在至少一些xy-位置處是非零的。

在上述中，考慮的是改變沉浸深度D(t)的基本上線性的基板移動。如將理解的，這導致具有與相對于表面S’的線性移動的方向基本上對齊的梯度的光柵線寬分布圖w(x,y)。在替換微制造設備配置中，除了具有光柵線寬梯度的線性移動之外，更加復雜的光柵分布圖可以通過引入基板5的旋轉移動來創建，其方向可以在xy-平面中的不同的點處改變。

應該注意的是上述的沉浸方法不改變它們所要施加到的圖案的光柵周期d。對于一些光柵圖案，在表面的任意處該周期基本上是恒定的(在此情況下它在沉浸之后保持恒定)；在其它情況下，周期d并不是恒定地開始(并且通過沉浸再次未改變)。

在圖4A-6D的上述示例中，基板被漸進地沉浸入進行圖案化的液體中，但是將理解類似的效應可以通過替換地或另外地漸進地將基板從其已經被浸入其中的進行圖案化的液體中提升出來實現。

而且，在上述中蝕刻劑形式的進行圖案化的液體被用于移除材料以改變光柵圖案的調制寬度，替換地，可以使用沉積物形式的進行圖案化的液體作為替代，該沉積物通過在表面部分上沉積材料來改變調制寬度，具體而言通過在從在該表面上的調制中得到的表面突起上沉積材料來增加那些突起的寬度來改變調制寬度。

圖5是合并了微制造系統3的第二微制造設備50的框圖。所述系統包括具有被配置成接收期望的光柵分布信息54的輸入的控制器52，所述信息定義了期望的光柵分布圖，即其定義了光柵線寬w(x,y)要作為表面上的位置(x,y)的函數而(連續地)改變的方式。控制器被連接到驅動機制56。驅動機制56以允許其影響基板支架的受控移動以控制所支撐的基板5的沉浸程度的方式被機械地耦合到支架42，具體而言為垂直、線性移動并且可能在適用時是旋轉移動。這樣，驅動機制38可以受控來影響基板浸入進行圖案化的液體46和/或從進行圖案化的液體46中移出基板的期望漸進沉浸。

控制器52將期望的光柵分布信息54轉換成控制信號，該控制信號在微制造過程期間被輸出給驅動機制，使得驅動機制36移動支架以上述方式實現期望的分布。驅動機制56包括一個或多個電機，所述電機被機械耦合到支架以實現期望的移動。

控制器52可以被實現為在合適的計算機系統上執行的代碼，并且期望的分布信息54可以被保持在計算機存儲中作為當被執行時可訪問該代碼的數據。

第二類型的過程：用于制造具有可變深度和傾斜h(x,y)，α(x,y)的光柵。

現在將描述用于制造具有可變深度h(x,y)和/或傾斜α(x,y)的光柵的第二類型的微制造過程。

為了實現高衍射效率，可以使用傾斜的光柵。合適的圖案可以通過離子束蝕刻(IBE)的幫助在石英和硅模板上被制造(以供傳送到光學組件)。然而，本技術不限于這些材料。

使用標準商業IBE系統，是不可能創建具有可變的深度h和/或可變的傾斜角α的光柵區域。然而，這兩種類型的改變可以是理想的以優化SRG光導的性能。更具體而言，微和納制造僅僅提供了實現具有連續變化的深度或厚度分布(如果曾經有過)的結構的可能性。所述改變通常是逐步的，這可以破壞應用的性能。這在例如基于SRG光導的顯示器的情況中是真實的。

相反，在下述中，考慮了可以實現恒定變化蝕刻分布，即隨位置改變的深度h和/或傾斜角α，的定制光閘(shutter)機制。光閘機制被置于IBE工具的離子源(例如離子槍)和被配置為支撐要被圖案化的基板的基板支架之間。基板可以例如是要通過SRG被圖案化的石英基板以創建期望的光學組件，或用于(例如從聚合物)模制光學組件的硅樹脂模板。

圖8A是從側面示出第二微制造系統的組件的示例性說明，所述第二微制造系統形成了微制造工具的用于在微制造過程中在基板(樣本)5上制造微結構的部分。第二系統1包括離子槍6形式的離子源、基板支架(樣本支架)14，其支撐基板5以及光閘機制10形式的分隔系統。

通過與基板的其觸碰的部分進行化學反應、物理移走那些部分或這兩者的組合中的任一方式，離子槍6可以被激活以生成用于蝕刻基板的離子束8。離子可以例如是一種按需與石英或硅樹脂(或其它合適的材料)進行反應的類型，并且合適的束成分對于本領域技術人員來說是顯而易見的。

光閘機制被置于基板支架14和離子源6之間并被配置成提供孔16。離子槍6在孔16的前面，并且被安排以便束8被朝著孔16定向并包圍孔16。基板5在孔之后被支撐，這樣，基板5的外表面S’的區域是通過孔可見的，該可見的區域具有基本上與孔相同的大小(即面積)。光閘機制10包括不與離子進行反應或僅與離子最低限度進行反應的材料。這樣，光閘機制10抑制了除通過孔之外的束8的通路，這樣，所述基板被暴露給所述束的僅僅通過了所述孔的那些部分(即被暴露給那些束粒子)。以此方式，束8的離子僅與表面S’的通過孔16可見的區域交互，而表面S’的剩余部分則被遮擋以屏蔽束8。所述工具可以被包含在一個處理室(未示出)中以將其基本上與周圍環境隔離開來。

束8被基本上校準以實現各向異性的(即方向上的)蝕刻，如下更加詳細討論的。所述校準可以例如通過在離子源6內部的光柵中引起合適的電勢來實現。

在離子源6和基板支架14之間的傾斜角θ(稱作“束入射角”)也可以被改變以創建變化的傾斜角。基板支架14和光閘機制10可以兩者都相對于離子槍6傾斜以改變表面S’的法線(標記為方向z)和離子束8的方向之間的傾斜角θ，這樣，光閘相對于束8與基板支架傾斜。如所述，表面S’基本上位于在此被稱為xy-平面的一個平面中；就是說，所述xy-平面是相對于基板5的表面S’被定義的并可以被認為是與表面S’傾斜，因為θ是變化的。盡管在圖8A中僅僅示出了單個傾斜角θ(表示在頁面的平面中的角度變化)，所述設備還可以垂直于此地傾斜(就是說如在查看附圖時頁面的進/出)以提供表面S’相對于束8的任意期望取向。傾斜角θ還是束8的入射相對于表面S’的角度，即θ是束8偏離表面S’的法線的方向的量(在此稱為“束入射角”)。

由光閘機制10所提供的孔16具有可編程的孔大小。光閘機制10還可以提供在蝕刻孔16的位置上的可編程控制，其中光閘機制10可以是可控制的以在xy-平面中在xy-平面的某些或所有方向上相對于支架14移動孔。孔16(x,y)的移動可以與基板支架14的移動(x,y和旋轉)同步以便在基板上的任意點處實現可變和連續變化的蝕刻深度。束8的寬度足以在其相對于離子槍6移動和/或改變大小時保持孔16被包圍(就是說具有足以在其相對于離子槍移動和/或改變大小時保持孔16被包圍的束直徑/面積)。

基板支架14在xy-平面中在所述光閘之下的某些或所有方向上是可移動的，而不移動光閘，這使得大大減少離子槍6和整個工具的大小成為可能(因為束8僅僅需要在相對于槍6的固定孔位置處包圍固定或最大孔的大小)。這可大大減少工具的整體成本。

光閘機制10可以從例如兩個單獨的光閘板對，即從總數為4個的光閘板中構建。示例性的光閘機制10在圖8B中描述，其是工具的部件的平面圖，在xy-平面中提供了工具的橫截面圖。4個可控制的光閘板12a-12d被示出，其構成了光閘機制10。孔16是通過板內緣的交叉所定義的開口區域。基板支架14可以在光閘10之下(即在板(pate)12之下)被看見。一對板12a、12b可以在xy-平面中的第一方向(被標注為y方向)中移動，—而第二對板12c、12d可以在xy-平面中的第二方向(被標注為x方向)中移動—該方向基本垂直于第一方向。每個板12可以個別地被移動，例如使用耦合到板12的真空步進電機(例如商業上可用的真空步進電機)以形成不同大小和形狀的不同的孔配置。基板支架15可以在xy-平面中單獨地被移動和旋轉。使用該構造，蝕刻孔的形狀總是矩形的，但以其它方式其大小可被自由改變—包括在離子束蝕刻過程期間。

板12是由鉬或其它低濺射產生材料制成的；存在許多這樣的合適的材料，例如一些陶瓷制品。由于其易于制造性，鉬是適用的。板12的低濺射產生成分允許它們有效地抑制除了通過孔16之外的束8的通路。每個板12可以使用真空步進電機被單獨地移動。

如所示，光閘機制10被置于處理室中，以便板12在離子源6和基板支架14之間。光閘板12被定位得盡可能地靠近基板5的表面S’，以改善蝕刻精度，例如約1mm(或更少，取決于例如基板的承載機制)的間隔。在上限處，可以施加約5mm的最大間隔。以在不移動光閘10的情況下允許基板支架14的獨立移動(xy-平面移動和旋轉)的方式來完成將光閘機制10安裝到處理室中。然而，當基板支架14相對于離子源6傾斜時，所述光閘隨著傾斜，如圖8A所示(基板支架和分隔系統由此彼此保持對齊)。如果蝕刻孔16在基板正在移動時大致在室的中間，則離子源的直徑可以考慮到束的均勻性由表面S’的在微制造過程期間的任意給定時間處要被暴露的最大部分來定義(因為其設定了最大所需的孔大小，并且束僅需要包圍該孔)。這與其中基板的大小(即表面S’的大小或至少S’的要被蝕刻的部分)規定了離子源的直徑的現有離子束蝕刻技術形成對比。因此，IBE工具的大小和成本可以根據本示教而被大大減少。

或者，光閘機制可以被安裝在樣本支架上，該樣本支架僅僅能相對于光閘旋轉(在xy-平面中無移動)。這允許光閘機制在標準、商業可用的IBE工具內適配。這可以要求更大的離子源，因為所述離子源必須覆蓋整個基板區域。在這種情形中，在孔和支架之間的相對xy-平面移動是通過驅動光閘(且不是支架)來實現的。

如所示，設備1可以被用在具有連續變化的深度和/或傾斜角的光柵區域的制造中。具有連續變化的深度和/或傾斜角的傾斜光柵可以通過這兩種上述的光閘配置來實現。

可以通過首先在鉻層或其它保護性掩模層(例如另一個金屬層)中涂敷整個(或大多數)表面S’來在基板上制造光柵圖案。隨后掩模層被覆蓋在光致抗蝕劑中。隨后使用傳統的技術，期望的光柵圖案的二維圖像可以被投影到光致抗蝕劑上。隨后，光致抗蝕劑被顯影以去除要么所暴露的部分要么非暴露的部分(取決于光致抗蝕劑的成分)，使得掩模層的選擇性部分可見(即僅暴露選擇性的部分)并且剩余的部分被剩余的光致抗蝕劑覆蓋。隨后可以傳統的蝕刻技術(例如初始離子束蝕刻處理)來移除掩模層的未被覆蓋部分，所述蝕刻技術移除了掩模的未被覆蓋部分而不是被光致抗蝕劑覆蓋的部分，并且所述蝕刻技術基本上不影響基板本身。

掩模層材料可以被選擇以使得其抑制離子束8的離子的通過，即防止束8的影響的掩模材料被選擇，并且這樣其保護了表面S’的被掩模所覆蓋的任意區域在基板的離子束蝕刻期間免受束8的影響。以此方式，當離子束8被定位朝向基板時，僅表面S’的未被掩模層覆蓋的那些部分與離子束8進行反應，其中離子束在那些部分中創建了表面S’中的突起(通過化學和/或物理地僅從所露出的部分中移走基板材料)。這樣，二維光柵圖像通過離子束被蝕刻入基板5以創建三維光柵結構。因為離子束8基本上被校準，所以所述蝕刻是各向異性的，從而導致具有基本上直邊的突起。

為了制造如在圖2A和2B中所示的類型的衍射圖案，可以在基板S’上保留基本上一致的矩形的掩模(具有周期d和寬度w以及跨表面S’的在其上要制造圖案的部分的長度，所述長度可以是整個表面S’)，從而在表面S’上留下具有相同長度和寬度d*(1-f)(其可以與線寬w相同或相似)的基本上一致的矩形的掩模。

或者，光致抗蝕劑層可以被直接施加到基板以及光致抗蝕劑的選擇性區域，使得光阻以與上述掩模類似的方式起作用。然而，使用單獨的金屬掩模層可以便利于蝕刻的更好的選擇性。

可以在離子束蝕刻過程期間以可變速度或更加精確的(矢量)速度通過在xy-平面中移動恒定大小的蝕刻孔或通過移動在恒定大小的蝕刻孔之下的基板支架(或這兩者)來制造展現出連續深度梯度的光柵。或者，孔的大小也可以同時被改變。

更一般而言，在(恒定或可變大小的)孔和基板之間的相對xy-運動可以被實現用于創建變化的深度的圖案。改變相對運動的速度引起改變的暴露時間τ(暴露條件的一個示例)，即其中在表面S’的至少一部分上的不同的點(x,y)經歷不同的“局部化”的暴露時間τ(x,y)。當相對的孔-基板運動更快(或更慢)時，點(x,y)保持暴露更少(或更多)時間—這樣，通過放慢(或加速)所述相對運動可以增加(或減少)暴露時間。當所述相對運動正在進行時，孔可以被認為是在xy-平面中相對于表面S’移動(不管哪個組件實際被驅動)。

所述速度是以時間為函數被連續(即平滑地)改變，其引起每個點(x,y)所經歷的局部化的暴露時間τ(x,y)相應地以xy-平面中的位置(xy-位置)為函數而平滑改變。這使得具有深度的結構被創建為具有空間上變化的深度h(x,y)(其對應于如圖2A-2C所示的“h”)，其以相應的平滑方式以xy-位置為函數而改變，因為在點(x,y)處的結構的深度h(x,y)是通過局部化的暴露時間τ(x,y)來確定的，例如h(x,y)≈R*τ(x,y)，其中R是蝕刻速率，其可以是或可以不是大致恒定的。

速度的變化是漸進的，這導致一種深度分布圖，該分布圖相應地漸進改變(即在明顯大于光柵周期d的距離標量上基本上是連續的)。實際上，在槽深度h(x,y)中的改變幾乎是不可見的(但是所述效應可以從光被衍射的方式中觀察到)。例如，說明性的情況可以是蝕刻其深度可以在沿表面的10mm的距離中從300nm改變到150nm的光柵。

圖案的深度梯度可以被表示為其中是xy-平面的梯度函數。如將顯而易見的，當孔的大小以上述方式被改變時，在表面S’上的至少一些點(x,y)處是非零值的并且作為在表面S’上的xy-位置的基本上連續的函數而改變。

展現出連續傾斜角梯度的光柵圖案可以通過實現在孔16和基板5之間的相對運動，并同時改變離子源6和基板支架14之間的傾斜角來制造，這樣，表面S’的不同的區域經歷了不同的傾斜角(即不同的束入射角)。孔運動和傾斜角是以連續(即平滑)的方式被改變以實現連續變化的傾斜角。例如，傾斜可以具有基本上恒定的角速度以實現基本上恒定的傾斜角梯度。

更一般而言，改變圖案傾斜可以通過實現在表面S’和束8之間(就是說在光閘-支架系統10/14和離子源6之間)的相對傾斜運動來創建。改變相對傾斜引起改變束入射角θ(暴露條件的另一個示例)，即其中在表面S’的至少一部分上的不同的點(x,y)經歷不同的“局部化”的束入射角θ(x,y)，其中θ(x,y)表示當該點(x,y)被暴露時的束入射角。當傾斜更大(或更小)時，束8以更高(或更低)的局部化的入射角θ(x,y)在被暴露的點(x,y)上入射。

所述束角度是以時間為函數被連續(即平滑地)改變，使得每個點(x,y)所經歷的局部化的束角度θ(x,y)以位置(x,y)為函數而相應地平滑改變。這使得結構具有空間上變化的傾斜角α(x,y)(其對應于如圖2A-2C中所示的“α”)，所述傾斜角以xy-位置為函數以相應平滑的方式變化，因為傾斜α(x,y)≈θ(x,y)。

傾斜θ中的改變是漸進地，這導致相應地漸進改變的傾斜分布圖。與深度h(x,y)一樣，傾斜α(x,y)在其上改變的標量與光柵周期d相比是足夠大的，α(x,y)可以被有效地認為是xy-位置的基本上連續的數學函數，該α(x,y)是在xy-平面的相關部分中的每個點(x,y)處被定義的。例如，說明性的情況將是制造具有可變傾斜角的光柵，該傾斜角在10mm的距離中可從20°改變到40°，即每mm 2°。

圖案的傾斜梯度可以被表示為如將顯而易見的，當束入射角以上述方式被改變時，在表面S’上的至少一些點(x,y)處是非零值的并且作為在表面S’上的xy-位置的基本上連續的函數而改變。

在創建更加復雜的光柵分布期間，光閘板和/或基板支架可以被移動，和/或傾斜可以被改變，從而展現出連續且獨立變化的深度h(x,y)和傾斜角α(x,y)。

例如，對于特定的經制造的圖案，可以在一些或所有的點(x,y)處被定向在x方向中，這可以通過在制造期間以孔相對于S’的當前的x位置(但不是y)的函數改變孔的速度來實現，并且可以被定向在y方向中，這可以通過在制造期間以孔相對于S’的y位置(但不是x)的函數改變傾斜角來實現。通常，和

的任意期望(和可能的空間上變化)的方向可以通過在制造期間以孔的相對于S’的xy-位置的函數相應地控制暴露時間α(x,y)和傾斜角θ(x,y)來獨立地實現。

注意，對于一個點(x,y)僅在單個時間窗中被暴露沒有要求，例如孔可以在過程期間通過任意給定的點(x,y)多次—τ(x,y)表示在所述過程期間該點(x,y)跨一個或多個暴露窗口被暴露的總時間。

為了說明作為某些實施例的基礎的一些原理，將參考圖9描述簡化的示例。圖9是在微制造過程期間當離子源6主動產生基本上校準的粒子束8時從側面看的設備1的示意性說明。應該注意的是該附圖不是要定標，并且具體而言，各個表面調制的距離標量被放得很大以幫助說明。如所示，說明性的情況將是制造具有在10mm的距離中從20°改變到40°(即每mm 2°)的可變傾斜角的光柵。在該相同的距離上，光柵深度可從300nm改變到150nm(但是這僅僅是說明性示例)。

在圖9的示例中，基板支架14可以以速度v相對于光閘10移動。基板5被示出為具有沉積在表面S’上的鉻、光致抗蝕劑或其它合適的掩模膜形式的保護性掩模層20，其可選擇性地以上述方式覆蓋表面S’。在該示例中，基板支架向左以平滑地增加的速度v移動，由此跨表面S’從左向右地以位置(x,y)的函數形式減少暴露時間。如所示，這引起離子束在表面S’的沒有被保護性層20保護的地方創建了槽，由于更加有限的暴露，其深度h(x,y)以位置(x,y)的函數的形式從左到右地減少。

類似地，基板支架以均勻的角速度ω從初始傾斜角開始增加，由此導致以位置(x,y)的函數的形式從左到右的相對于表面S’的更加顯著的束傾斜。在圖4的簡化的示例中，初始傾斜角是大約0度，以便最初創建具有基本上垂直于S’的槽(如可以在左手側看見的)，但是這僅僅是一個示例，并且初始傾斜角可以是任意期望的角度。如所示，這引起離子束在表面S’中創建具有傾斜角α(x,y)的槽，由于在微制造過程期間相對于所述表面變化的束取向8，該傾斜角以位置(x,y)函數的形式從左到右增加。

使用上述技術制造的任意光柵可以具有任意期望的形狀(梯形、正弦等)，其具有例如通過在蝕刻基板時選擇合適比例的反應和非反應氣體(“蝕刻參數”)來設定的壁角γ。通過在孔/基板移動時改變這些蝕刻參數，可以使得壁角γ在基板表面上如期望的那樣改變。通常，不期望其以與線寬相同的方式來漸進變化，但是該可能性并不能被排除。

圖10是合并了第二微制造系統1的第二微制造設備30的框圖。所述系統包括具有被配置成接收期望的光柵分布信息34的輸入的控制器32，所述信息定義了期望的光柵分布圖，即其定義了光柵深度h(x,y)和/或傾斜角α(x,y)要作為表面上的位置(x,y)的函數而(連續地)改變的方式。所述控制器具有被連接以在微制造過程期間的開始/結尾來激活/停用離子源6的第一輸出，在所述微制造過程中在基板上制造了具有期望的光柵分布的光柵圖案。控制器被連接到微制造工具的驅動機制36。驅動機制36以下述方式被機械地耦合到光閘10和/或支架14：使得其實現基板支架14和/或光閘10的受控移動。這樣，驅動機制38可以受控來實現在微制造期間當束是有效的時期望的xy-平面和/或旋轉運動，如上詳述的。

控制器32將期望的光柵分布信息34轉換成控制信號，該控制信號在微制造過程期間被輸出給驅動機制，使得驅動機制36移動和/或傾斜支架和/或光閘以便以上述方式實現期望的分布。驅動機制36包括一個或多個電機，例如如上所述的真空步進電機，所述電機被機械耦合到支架和/或光閘以實現期望的運動。

控制器32可以被實現為在合適的計算機系統上執行的代碼，并且期望的分布信息34可以被保持在計算機存儲中作為當被執行時可訪問該代碼的數據。

當在上述中孔被移動以提供跨基板表面的恒定變化的暴露時間時，其它類型的相對孔-基板運動可以被用于例如通過改變孔的大小實現類似效果。作為示例，當板12d被連續地朝著圖8B的板12c移動或離開板12c移動時，圖8B的板12c可以被保持在固定的位置處，由此在微制造過程期間在基板表面S’上的不同的點暴露給特定束達不同的時間量。而且，在上述中在基板表面上的不同的點通過改變暴露時間經歷不同的束暴露水平時，替換地或另外地，所述束的強度(即粒子通量)可以被改變以實現類似的效果。而且在上述中基板支架和分隔系統通過驅動基板支架/分隔系統被相對于束傾斜時，替換地或另外地，離子源可以被耦合到驅動系統并由此移動以實現期望的相對傾斜。而且，對于上述光閘構造，蝕刻孔的形狀總是矩形的，但以其它方式其大小可以自由改變，其它可以提供任意期望的孔形狀和大小的孔的光閘構造也是可能的。而且，在上述中光閘機制被用于提供可控大小的孔，例如在圖8B中所示，分隔系統可以被安排以提供固定大小的孔，在該孔下基板支架被移動和/或其在支架上被移動。組合過程。

如將顯而易見的，上述過程可以被組合以便制造具有可變線寬w(x,y)和可變傾斜α(x,y)和/或可變深度h(x,y)的光柵。

例如，第二類型的過程的離子束蝕刻技術可以被用于在基板上制造初始光柵，該光柵展現出變化的深度h(x,y)和/或傾斜角α(x,y)，其隨后可經受圖4A-4C或6A-6C(第一類型的過程)的蝕刻技術以改變該光柵的線寬。

作為另一個示例，圖 5A-5D(第一類型的過程)的技術可以首先被用于創建具有變化線寬的鉻膜(或其它保護性膜)，隨后其可以在第二類型的過程中用作蝕刻掩模，這樣，除了鉻掩模固有的可變線寬之外具有可變傾斜和/或深度的圖案被從掩模轉移到基板。

在圖11A中示出了可以使用在此討論的過程制造的第一示例性光學組件的外表面S1的一部分的平面圖。圖11A中可見的表面部分具有由該部分的表面調制所形成的衍射光柵，所述表面調制是在外表面的至少一部分中的一系列槽，所述槽基本上彼此平行且基本上長于它們的寬度。就是說，這樣的相鄰的線被一距離分開，所述距離在那些線的整個長度上改變一個比光柵周期顯著更少的量(例如更低的量級)，并且其長度比光柵周期顯著更大(例如更高的量級)。實踐中槽長度可以是毫米或更多的量級。所述線可以是或可以不是直的(就是說可以如期望地例如通過在制造期間選擇合適的平板印刷圖像以轉移到光柵就可制造具有曲線和直線這兩者的光柵)。

圖11A的衍射光柵在表面部分上的每個點(x,y)處展現了至少第一槽特性c1(x,y)和與第一槽特性c1(x,y)不同且獨立于第一槽特性c1(x,y)的第二槽特性c2(x,y)，這兩種特性都影響了了在其中衍射光柵上的光入射在該點處被衍射的方式。特性c1可以是下述項之一，而c2是下述項中的不同的一項：光柵深度h(x,y)(即在該點處的槽的深度)、光柵傾斜α(x,y)(即在該點處的槽的傾斜)或光柵線寬w(x,y)(即在該點處的槽之間的填充區域的大小)。

第一和第二槽特性c1(x,y),c2(x,y)在表面部分上漸進變化，以便漸進地改變入射光在表面部分上的不同的點處被衍射的方式，并且以各自的(矢量)梯度

(其中是xy-平面中的梯度函數)來這樣進行，所述梯度具有彼此獨立的方向(因為在制造期間可以獨立地選擇這些方向)，并且在表面部分上的至少一些點處是在彼此不同的方向中。這在圖11A中的示例點(x1,y1)、(x2,y2)以及(x3,y3)處被示出，其將在那些點處的梯度示作矢量箭頭，其方向在那些點處各自相差角度φ₁(x1,y1)、φ₂(x2,y2)和φ₃(x3,y3)。更多的特性可以以類似的方式在表面部分上改變。

圖11B示出第二示例性光學組件表面S2的一部分的平面圖，所述第二示例性光學組件表面也可以根據當前所公開的技術被制造出。在此，光柵已經被制造成具有第一和第二光柵特性c1(x,y)、c2(x,y)，其分別以第一梯度和第二梯度改變。第一和第二梯度的方向分別在第一和第二方向中，所述第一和第二方向在該部分上基本不變，即那些方向在該部分上的每個點(x,y)處基本相同，所述點包括在圖11B示出的示例性點(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)。而且，所述第一和第二方向彼此不同，具有在圖11B中被示為φ的角度間隔，該角度間隔在表面部分上的每個點(x,y)處基本上相同。所述方向可以或可以不基本垂直于彼此。更多的特性可以以類似的方式在表面部分上改變。

在上述這兩個示例中，不同的光柵特性具有其方向基本上(在圖11A的光柵的情況中在至少一些點處，而在圖11B的光柵的情況中則在基本上整個表面部分上)相差期望角度的光柵。在光柵方向僅僅展現出小的、非期望的差異量，例如源自非期望的制造不精確性或不嚴密性的小的、非期望的變化和/或受限于類似標量的其它變化，那些方向不被認為是彼此不同的。例如，本技術允許光柵被制造為具有各特性(例如傾斜、深度和線寬)，其梯度在表面部分上的至少一些點處至少相差β≈1度(量級)—對于圖11A的光柵，在表面部分上的至少一些(x,y)處為φ(x,y)>β；對于圖11B，φ>β。如果需要，所述差值可以可以更大，例如β≈5度、10度、20度、90度或任意值直至180度。如上所述，在此所述的制造技術允許光柵被制造為具有空間上變化的光柵特性，所述特性在相鄰的光柵線之間改變了各個量，所述量與光柵本身的特性標量(例如光柵周期d)相比足夠小—就是說，其足夠漸進地改變—它們可以被有效地認為是在xy-平面的相關部分中的xy-位置的連續數學函數，具有良好定義的、基本上連續的矢量梯度(如果所述梯度在數量和/或方向中改變，其也如xy-位置的基本上連續的數學函數那樣進行)。這與在光柵特性中的步進改變而言相反，在步進改變中光柵特性基本上如步進函數那樣改變。如所示，在下述權利要求中對“點”和“梯度”(或類似物)的參考將相應以頭腦中的該視角來解釋。

附圖11A和11B的光柵分布是示例性的，并且具有獨立變化的光柵特性的許多不同類型的期望光柵可以使用任意上述過程或其組合來制造，如對于本領域技術人員在查閱在此呈現的示教時顯而易見的。

使用所述技術制造的任意光柵可以具有常見的梯形形狀(包括但不局限于二元或三角形狀)，具有例如通過在蝕刻基板本身時的第二類型的過程中選擇合適比例的反應和非反應氣體(蝕刻參數)來設定的壁角γ。通過在第二類型的過程期間在孔/基板移動時改變這些蝕刻參數，可以使得壁角γ在基板表面上如期望地那樣改變。通常，不期望其以與線寬、傾斜和深度相同的方式來漸進變化，但是該可能性并不能被排除。通過對保護性掩模進行合適的修改可以實現蝕刻除梯形之外的形狀(例如正弦)。

應該注意的是，出于壁角(參數)和蝕刻掩模被磨損的程度的原因，線寬可以在基板自身的離子束蝕刻過程(即在第二類型的過程中)中被稍許改變。然而，當浸漬蝕刻光柵線(在第一類型的過程中)時可以考慮該變化的線寬，并且這樣，相關的特性還可以是獨立的。

在上述考慮基本上軟件實現的控制器32、52時，控制器的功能可以使用軟件、固件、硬件(例如，固定邏輯電路)、或這些實現的組合來實現。此處使用的術語“模塊”、“功能”、“組件”和“邏輯”(在適用時)一般表示軟件、固件、硬件或其組合。在軟件實現的情況下，模塊、功能或邏輯表示當在處理器(例如，一個或多個CPU)上執行時執行指定任務的程序代碼。程序代碼可被儲存在一個或多個計算機可讀存儲器設備中。下面所描述的技術的特征是平臺無關的，意味著所述技術可以在具有各種處理器的各種商用計算平臺上實現。

例如，設備(例如30、50)還可包括使得設備的計算機的硬件執行操作(例如處理器功能框)等等的實體(例如軟件)。例如，計算機可包括計算機可讀介質，其可被配置用于維護使得計算機(且尤其是計算機的操作系統和相關聯的硬件)執行操作的指令。因此，這些指令用于配置操作系統和相關聯的硬件來執行這些操作，并以此方式致使操作系統和相關聯的硬件變換以執行各功能。可由計算機可讀介質通過各種不同配置將指令提供給計算機。

一種這樣的計算機可讀介質配置是信號承載介質，并因此被配置來將指令(例如，作為載波)，例如通過網絡，傳送到計算設備。計算機可讀介質還可被配置為計算機可讀存儲介質并且因而不是信號承載介質。計算機可讀存儲介質的示例包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、光板、閃存、硬板存儲器、和其他可使用磁、光以及用于存儲指令和其他數據的其他技術的存儲器設備。

盡管用結構特征和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但可以理解，所附權利要求書中定義的主題不必限于上述具體特征或動作。更確切而言，上述具體特征和動作是作為實現權利要求的示例形式公開的。