包括具有渐进改变的槽特性的衍射光栅的光学组件的制作方法

光学组件可以被用在光学系统中以便以可预测和期望的方式来改变可见光的状态，例如用在显示系统中以使得期望的图像对用户可见。光学组件可以以反射、折射、衍射等方式与光交互。在传播的波与例如障碍或狭缝之类的结构交互时发生了衍射。衍射可以被描述为波的干涉，并且在该结构在大小上与波的波长相当时最显著。可见光的光学衍射源于光的波的性质并且可以被描述为光波的干涉。可见光具有在大约390到700纳米(nm)之间的波长，而在传播的光遇到100或1000nm范围级别的类似规模的结构时可见光的衍射是最显著的。

衍射结构的一个示例是周期性结构。周期性结构可以引起光的衍射，该光的衍射通常在周期性结构具有与光的波长类似大小的空间周期时最显著。周期性结构的类型包括，例如，光学组件的表面上的表面调制、折射率调制、全息图等。当传播的光遇到周期性结构时，衍射使得光被分成不同的方向上的多个光束。这些方向取决于所述光的波长，这样衍射光栅引起多色(例如白色)光的色散，由此，多色光被分成在不同的方向上行进的不同颜色的光束。

当周期结构是在光学组件的表面上时，其被称为表面光栅。当周期结构是源自表面本身的调制时，其被称为表面起伏光栅(SRG)。SRG的一个示例是在光学组件的表面中的被均匀直槽间隔区域分隔开的均匀直槽。槽间隔区域在此被称为“线”、“光栅线”和“填充区域”。SRG的衍射的性质取决于入射在光栅上的光的波长和SRG的各种光学特性(例如线间隔、槽深度和槽倾斜角)这两者。SRG可以借助于合适的微制造处理被制造，该微制造处理涉及蚀刻基板和/或在基板上沉积以在基板上制造期望的周期微结构。所述基板可以是光学组件本身或生产模板(production master)，例如用于制造光学组件的模具。

SRG具有许多有用的应用。一个示例是SRG光导应用。光导(在此也称为“波导”)是一种被用于借助于在光导内的内部反射(例如全内部反射)来传送光的光学组件。光导可以被例如用于基于光导的显示系统中，以将期望的图像的光从光引擎传送到人眼以使得该图像对眼睛可见。可以将光导的表面上的输入耦合(incoupling)和输出耦合(outcoupling)SRG分别用于输入光到波导或从波导输出光。

概述

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决

背景技术：
部分中指出的任何或所有缺点的实现。

在第一方面，用于在光学系统中使用的光学组件具有外表面，并且衍射光栅由所述外表面的至少一部分中的一系列槽来形成。所述槽基本上彼此平行并且基本上在长度上大于它们的宽度。衍射光栅在表面部分上的每个点处展现了至少第一和第二槽特性，这些特性都对入射在衍射光栅上的光在该点处被衍射的方式产生影响。第一和第二槽特性在表面部分上渐进变化，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同的点处被衍射的方式，并且以各自的梯度来这样进行，所述梯度在表面部分上的至少一些点处是在彼此不同的方向中。

在第二方面，用于在光学系统中使用的光学组件具有外表面，并且衍射光栅由所述外表面的至少一部分中的调制来形成。衍射光栅在表面部分上的每个点处展现了至少第一和第二调制特性，这些特性都对入射在表面部分上的光在该点处被衍射的方式产生影响。第一和第二调制特性在表面部分上渐进地改变，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同点处被衍射的方式。第一调制特性随在第一方向中的第一梯度而变化。第一方向在表面部分上基本上是不变的。第二调制特性随在第二方向中随第二梯度而变化。第二方向在表面部分上基本上是不变的，并且其不同于第一方向。

在第三方面，用于在光学系统中使用的光学组件具有外表面，并且衍射光栅由所述外表面的至少一部分中的一系列槽来形成。所述槽基本上彼此平行并且基本上在长度上大于它们的宽度。衍射光栅在表面部分上的每个点处展现了光栅深度和光栅倾斜，这两者都对入射在衍射光栅上的光在该点处被衍射的方式产生影响。深度和/或倾斜在表面部分上渐进地改变，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同点处被衍射的方式。

在此公开的光学组件可以被配置用作或可以不被配置用作显示系统中的波导，并被合并入这样的显示系统中。在第四方面，显示系统包括任何这样的光学组件，这些光学组件被这样配置以用作波导和耦合到该光学组件的光引擎。光引擎被配置成生成期望的图像。光学组件被安排为将图像的光从光引擎传送到用户的眼睛以使得该图像对用户可见。

附图说明

为了帮助理解所述主题，现在将仅通过示例参考下述附图，其中：

图1A是光学组件的示意性平面图；

图1B是光学组件的示意性说明，该光学组件被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图2A是直二元光栅的示意性说明，该直二元光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图2B是斜二元光栅的示意性说明，该斜二元光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图2C是突出的三角光栅的示意性说明，该突出的三角光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图3示意性地示出第一微制造系统；

图4A是在第一微制造处理的沉浸步骤期间的第一微制造系统的示意性说明；

图4B和4C分别示例性示出在图4A的沉浸步骤之前和之后的基板的横截面；

图5A是在第二微制造处理的沉浸步骤期间的第一微制造系统的示意性说明；

图5B和5C分别示例性示出在图5A的沉浸步骤之前和之后的基板的横截面；

图5D示意性示出在进一步蚀刻之后的图5C的基板的横截面；

图6A是在第三微制造处理的沉浸步骤期间的第一微制造系统的示意性说明；

图6B和6C示意性说明在图6A的沉浸步骤之前的不同阶段处的基板的横截面，而图6D示意性说明在该沉浸步骤之后的该基板的横截面；

图7是第一微制造设备的示意性框图；

图8A是从侧面看的第二微制造系统的示意图；

图8B是第二微制造系统的部件的示意性平面图；

图9是示出第二微制造系统的示例性操作的示意性说明；

图10是第二微制造设备的示意性框图；

图11A和11B是说明某些示例性光栅分布图的某些特性的示例性平面图。

然而，应理解，所述附图不必是按比例的，除非另外指示。取而代之的，重点在于解释特定实施例的原理。

详细描述

图1A和1B分别从顶面和侧面示出具有外表面S的基本上透明的光学组件2，例如波导。表面S的至少一部分展现出构成SRG图案4的表面调制，其是微结构的一个示例。这样的部分被称为“光栅区域”。如图1A所示，表面S基本上位于由x和y轴所定义的平面中。z轴表示垂直于该平面的方向以及进而基本上垂直于表面S的方向(被称为表面S的“法线”)。

图1B示出光学组件2，并且具体而言是与传入照明光束I交互的光栅4，所述光束向内入射到SRG4上。光I在该示例中是白色光，并且因而具有多种颜色分量。光I与光栅4交互，光栅将所述光分成向内定向到光学组件2中的几个光束。光I的一些也可作为反射光束R0被从表面S反射回来。零阶模式向内光束T0和任何反射R0是根据衍射的一般原理以及其它非零阶(±n-阶)模式(其可被解释为波干涉)被创建的。图1B示出第一阶向内光束T1,T-1；将理解可以依据光学组件2的配置创建或不创建更高阶的光束。由于衍射的性质取决于波长，因此，对于更高阶的模式而言，入射光I的不同颜色分量(即波长分量)当存在时以相对于彼此而言不同的传播角度被分成不同颜色的光束，如图1B所示。

图2A-2C是不同的示例性SRG图案4a-4c(在此统称为4)的特写示意性截面图，所述图案由(在这些图中是从侧面观看的)光学组件2的表面S的调制形成的。光束用箭头标注，其厚度指示大致相对的强度(越高强度的光束以越厚的箭头示出)。

图2A示出“直二元光栅”图案4a的示例。直二元光栅4a由在表面S中通过突出槽间隔区域9a被分开的一系列槽7a来形成，所述槽间隔区域在此也被称为“填充区域”、“光栅线”或简称为“线”。图案4a具有d的空间周期(称为“光栅周期”)，其是调制形状在其上重复的距离。槽7a具有深度h，且具有基本上直的壁和基本上平的基底。这样，在图2A中填充区域具有高度h和在填充区域的高度h上基本上均匀的标记为“w”的宽度(其中w是周期的某个分数：w＝f*d)。

对于直二元光栅，壁基本上垂直于表面S。出于这个原因，光栅4a引起垂直进入到表面的入射光I的对称衍射，其中由图案4a所创建的每个+n阶模式光束(例如T1)具有与对应的-n阶模式光束(例如T-1)基本相同的强度，通常小于约入射光束I的强度的五分之一(0.2)。

图2B示出“斜二元光栅”图案4b的示例。斜图案4b也是由表面S中的标记为7b的槽形成，所述槽具有由宽度w的线9b所分隔的基本上直的壁和基本上平的基底。然后，与直图案4a相比较而言，所述壁相对于法线倾斜了一定量，在图2B中由角度α标注。当沿法线测量时槽7b具有深度h。取决于非零倾斜所进入的非对称性，行进离开倾斜方向的±n阶模式向内光束具有比它们的阶模式对应物更高的强度(例如在图2B的示例中，T1光束被定向离开倾斜的方向并且通常具有比T-1光束更大的强度，但是这取决于例如光栅周期d)；通过增加倾斜达足够量，那些对应物可以基本上被消除(即具有基本上为零的强度)。T0光束的强度通常还可以通过斜二元光栅被大大减少，这样，在图2B的示例中，第一阶光束T1通常具有至多约入射光束I的强度的五分之四(0.8)的强度。

二元图案4a和4b可以被看作是嵌入到表面S中的空间波形，该空间波形具有基本上为方波的形状(具有周期d)。在图案4b的情况下，所述形状是倾斜达α的倾斜方波形状。

图2C示出了“突出的三角光栅”图案4c的示例，其是突出的“梯形光栅”图案的特殊情况。三角图案4c是由表面S中的槽7c形成，所述槽是三角形状的(且因此具有可分辨的尖端)并且当沿法线测量时其具有深度h。填充区域9c采用了三角形、齿状突起(齿形)的形式，具有与法线成角度α(α是图案4c的倾斜角)的中线。所述齿形具有由d(其是图案4c的光栅周期)分隔开的各尖端，在齿形底部处为w并且在齿形的尖端处变窄到基本上为零的宽度。对于图4c的图案，w≈d，但通常可以是w<d。所述图案是突起的，其中齿形的尖端在槽的尖端上延伸。构建突起的三角形光栅图案是可能的，该图案基本上消除了传输模式T0光束和模式光束，仅留下±n阶模式光束(例如仅有T1)。槽具有与中线成角度γ(壁角)的壁。图案4c可以被看作是嵌入在S中的空间波形，所述空间波形具有基本上三角的波形，其倾斜了α。

形成图案4a-4c的槽和间隔区域构成了在表面S上的表面调制。

通常，在表面上的表面调制导致表面突起，并且展现出在此被称为“调制宽度”的事务，其是沿那些表面调制的表面的特性标量并且其通常可以相关于从该表面上的调制产生的那些突起的特性宽度而被定义。通常，在表面上的调制可以至少从沉积在该表面上的外来材料产生，从该表面本身的调制产生或从这两者的组合中产生。当调制形成衍射光栅图案(其中光栅线宽为光栅线的宽度)时，“调制宽度”在此等同地被称为“光栅线宽”。

这样的调制还具有在此被称为“调制深度”(对于光栅图案为“槽深度”)的事务，其是垂直于那些表面调制的表面的特性标量且其通常可以相关于突起的特性深度而被定义，以及“调制倾斜”(用于光栅图案的“槽深度”)，其是那些突起相对于表面的特性倾斜角。

在图案4a-4c的情况下，形成图案4a-4c的槽7a-7c(统称为7)和间隔区域9a-9c(统称为9)构成了表面S本身的调制，其展现了可以被定义为突起的填充区域9的特性宽度的调制宽度。在图案4a和4b的情况下，突起填充区域具有在其高度h上基本上均匀且等于w的宽度，并且调制宽度可以被定义为w。在图案4c的情况下，突起填充区域具有在突起的底部处的宽度w，并且调制宽度可以被有用地定义为例如底部宽度w(尽管它也可以依据在某个其它高度处的填充区域宽度来定义)。图案4还具有调制深度和倾斜，其可以分别被定义为h和α。

其它光栅也是可能的，例如，其它类型的梯形光栅图案(其可以在宽度上始终不变窄到零)、正弦光栅图案等，并具有可以容易地以合适的方式被定义的调制宽度。这样的其它图案还展现了深度h、线宽w、倾斜角α和壁角γ，其可以以类似于图2A-C的方式被定义。

在基于光导的显示应用(例如在其中SRG被用于进入显示系统的光导和从显示系统的光导出来的光的耦合)中，d通常在约250到500nm之间，并且h在约30到400nm之间。倾斜角α通常在约-45到45度之间，并在光栅矢量的方向中被测量，该方向垂直于光栅线。

SRG具有依据期望的被衍射的光束(例如T1)的强度相对于照明光束I的强度而被定义的衍射效率，并且可以由那些强度的比η来表示。如从上将显而易见的，斜二元光栅(例如4b-在T1是期望的光束的情况下直至η≈0.8)可以实现比非斜光栅(例如4a-在T1是期望的光束的情况下仅直至约η≈0.2)更高的效率。利用突出的梯形光栅，其中三角形光栅是示例的，对于一种模式就可能实现甚至η≈1的效率。

基于SRG光导显示器的性能强烈依赖于光栅的效率以及它们对入射光的入射角的依赖性。

如下所述的各种制造技术允许光栅(包括例如二元、梯形(例如三角形)和正弦光栅)采用变量w被制造。就是说，采用作为在表面S上的位置的函数w(x,y)来变化的调制宽度。如下所述的技术还允许这样的光栅采用变量h和/或α被制造。就是说，采用作为在表面S上的位置的相应函数h(x,y)和α(x,y)来变化的深度和/或倾斜。

具有表面起伏光栅的光学组件可以根据在此公开的任何技术以使得它们适于用作显示系统中的波导的方式而被制造。这样，显示系统的光引擎可以被耦合到光学组件。光学组件在系统中被安排以便在由光引擎生成时将期望的图像的光传送到用户的眼睛以使得该图像对用户可见。在一些应用中，显示系统可以由用户穿戴。例如，显示系统可以被嵌入在可佩戴的耳机中，该耳机具有当由佩戴者佩戴时在佩戴者的眼睛前面的波导，并且所述系统被安排以将已经从光引擎传送的光输出到眼睛。使用在此所述的任何技术所制造的波导上的表面起伏光栅可以在此上下文中用作例如用于接收来自光引擎的光的输入耦合光栅、用于将传送的光输出到眼睛的输出耦合光栅，或在光导上别处的便于图像光的未被中断传送以帮助保存传送中的图像的中间光栅。

下面所述的技术是微制造技术。微制造是指微米规模和更小规模的期望结构的制造。微制造可以涉及在基板上的蚀刻和/或沉积(以及可能的对沉积在基板上的膜的蚀刻和/或沉积)以在基板上(或在基板上的膜上)创建期望的微结构。如在此所用，术语“图案化基板”或类似术语包括了所有这样的在基板或基板膜上的蚀刻/沉积。

湿蚀刻涉及使用液体蚀刻剂来选择性地移除沉积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。蚀刻剂与基板/膜化学地起反应以移除基板/膜的暴露给蚀刻剂的各部分。选择性蚀刻可以通过在基板/膜上沉积合适的保护性层来实现，所述保护性层仅仅将基板/膜的部分暴露给蚀刻剂的化学反应并保护了剩余部分免受蚀刻剂的化学反应。保护性层可以由光致抗蚀剂或其它保护性掩模层来形成。光致抗蚀剂或其它掩模可以被沉积在整个蚀刻表面区域上，随后被暴露并显影以创建期望的“图像”，随后，所述图像通过蚀刻剂在基板/膜中被雕刻以形成三维结构。

干蚀刻涉及选择性地(例如使用类似的光致抗蚀剂掩模)将基板/膜暴露给高能粒子的轰击以移除基板/膜的暴露给所述粒子的各部分(有时称为“溅射”)。一种示例是在其中各部分被暴露给离子束的离子束蚀刻。作为与那些暴露的部分的离子化学反应以移除它们(有时称为“化学溅射”)和/或取决于它们的动能物理移除那些部分(有时称为“物理溅射”)的结果可以移除那些部分。

与蚀刻相反，沉积-例如离子束沉积或基于沉浸的沉积-涉及将材料施加到基板/膜，而不是从基板/膜移除材料。

在下述示例中，基板(5-图3)具有外表面S’，其借助于微制造被图案化。最终被图案化的基板自身可以用作光学系统(例如显示系统)中的光学组件(例如波导)，或它可以用作用于制造这样的组件的生产模板，例如用于从聚合物中成模这样的组件的模具。其中基板5是光学组件，基板表面S’与图2A-2C示出的表面S相同。当基板5是模板(例如模具)时，S’还是对应于S，其中S’的结构被作为制造(例如模制)处理的部分被传递给(即复制到)S。表面S’基本上位于具有x和y坐标的在此被称为xy-平面的一个平面中，所述x和y坐标等价于在图1A中关于表面S所示的那些坐标，在xy-平面中(并且这样在表面S’上)的各点被标注为(x,y)。

所述基板在其表面的至少一部分(光栅区域)上被图案化以形成光栅，其随后可以被传送给其它组件(在适用时)。光栅区域的尺寸大小(例如以mm、cm或更高等量级显著地大于光栅周期-其通常是例如每光栅mm上千线/槽。这样，即使在光栅区域中存在离散数目的线/槽，该数目也明显很大，光栅特性可以被看作在基本上连续的几何点的域上的数学函数r＝(x，y)(黑字体表示xy-向量)。出于这个原因，通用符号c(x,y)(或类似物)适用于如下的光栅特性。在适用时，将相应地分析对在表面部分上的“点”(或类似物)的参考，包括在如下权利要求中。

线宽w(x,y)、光栅深度h(x,y)和倾斜α(x,y)是这样的光栅特性的各示例。下述技术允许在表面部分上制造光栅图案，所述图案具有线宽w(x,y)、深度h(x,y)和倾斜α(x,y)，它们在表面部分上变化，并且进而渐进地变化，即作为在所述基本上连续的点域上的基本连续的数学函数。

光栅特性c(r)＝c(x，y)在所提供的本上下文中被认为是在表面部分上空间上变化的，光栅特性c(r)改变的总量为ΔC＝max c(r)-min c(r)，该总量相比较于光栅特性c(r)自身的特性标量C(例如C＝max|c(r)|)来说是显著的。显著改变的示例包括当ΔC与C是相同数量级或比C低一数量级时。例如，对于上面参考图2A-2C所述的光栅图案来说，线宽在至少当线宽改变达周期d的5％的量级或更多的总量ΔW时在本上下文中可以被认为是空间上变化的；所述深度在至少当深度改变达10nm量级或更多的总量ΔH时在本上下文中可以被认为是空间上变化的；倾斜在至少当倾斜改变达5度的量级或更多的总量ΔA时在本上下文中可以被认为是空间上变化的。在光栅特性仅仅展现出小的、非期望的变化(例如源自非期望的制造不精确性或不严密性的小的、非期望的变化和/或受限于类似标量的其它变化)时，该特性不被认为在本公开的上下文中空间地变化。

空间变化被认为是渐进(基本上连续的)提供光栅特性的空间梯度其中是xy-平面的梯度函数，在表面部分上的所有点r＝(x，y)处足够小，这样，光栅特性c(r)在d量级的小距离上的改变通常比所有点r处的ΔC小至少3个数量级，即，这样为或对于表面部分上的所有r来说更小。

例如，所公开的技术允许通过渐进变化的线宽w(x,y)制造光栅，该线宽的变化在单个光栅周期d上不超过10^-2nm的量级，其自身为10²或10³nm的量级，这样，线宽梯度在表面部分上的任意点处不超过10^-4或10^-5的量级。光栅还可以通过渐进变化的深度h(x,y)来制造，该深度的变化在单个光栅周期上不超过10^-2nm的量级，这样，深度梯度在表面部分上的任意点处不超过10^-4或10^-5的量级。光栅还可以通过渐进变化的倾斜α(x,y)来制造，该倾斜的变化在单个光栅周期上不超过大约10^-3度，这样，倾斜梯度在表面部分上的任意点处不超过10^-5或10^-6度/nm的量级。第一类型的过程：用于制造具有可变线宽的w(x,y)的光栅。

现在将描述用于制造具有可变线宽的w(x,y)的光栅的第一类型的微制造过程。

图3是第一微制造系统3的组件的示例性操说明。微制造系统3可以用在用于制造基板5上的微结构的微制造过程中。系统3包括基板支架42和包含流体(液体)46的液体容器44。基板支架支撑基板5。流体46是用于图案化基板5，并且在下述示例中是用于选择性地从表面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积在表面S’上的一些其它材料，所述其它材料未示出在图3中但在适用时被示出在后面的附图中。这种性质的其它材料在此被称为在S’上的“外来沉积物”。

基板5被支架42支撑，并且支架42和容器44以下述方式被安排：当被支撑时允许基板5以垂直速度v降低进入流体44和/或从流体44中上升出来，由此在微制造过程的沉浸步骤中将基板5沉浸入流体44和/或将基板5从流体44中移出。在任一情形中，基板5在流体46中的沉浸深度D(t)是如所示随时间t变化的，其中是D(t)的变化率。沉浸深度D(t)在图3中被示为在基板5离支架42的远端和流体46的表面之间的距离，但可以被定义为传达基板5当前被沉浸入进行图案化的液体42中的当前程度的任何距离度量。当基板被沉浸入液体5时，所述液体通过与基板或与基板上的外来沉积物起反应以依据流体46的性质要么从表面S’中移除材料要么在表面S’上沉积材料来图案化基板。被移除的材料可以是基板自身的基板材料或沉积在基板上的外来材料。

在沉浸步骤之前，基板5具有在基板表面S’的至少一部分上的初始(当前)表面调制。这些表面调制在表面部分上展现出基本上均匀的调制宽度，即其在该表面部分上的所有点(x,y)处基本上都相同。该调制宽度是源自这些当前调制的表面突出的特性宽度(例如基本宽度)，其可以通过突出沉积在S’上的外来材料和/或通过突出基板自身上的基板材料来形成。这些表面调制构成了当前衍射光栅图案，所述图案在表面部分上展现出基本上均匀的光栅线的线宽(即其在该表面部分上的所有xy-位置处基本上都相同)。

在表面S’上的某一点(x,y)保持沉浸在液体46中的时间总量被称为该点的沉浸时间。当该点被沉浸时，进行图案化的液体用于从该点处的任何表面突起上移除材料或将材料沉积在该点处的任何表面突起上，并且这样改变了该点处的调制宽度。在该点处被移除/沉积的材料的量取决于该点的沉浸时间。改变基板在进行图案化的流体46中的沉浸深度D(t)导致表面S’上的不同的点被沉浸在流体46中达不同的时间量，这样，调制宽度在S’上的不同点处被改变不同的量。换句话说，初始表面调制被改变为新的表面调制，该新的表面调制展现出在S’上改变的空间变化的调制宽度w(x,y)，即作为xy-位置的函数而改变。这使得当前衍射图案被相应地改变为新的衍射光栅图案，该图案展现了在S’上的空间变化的光栅线的线宽，即在表面S’上作为xy-位置的函数而改变。

基板的沉浸/移除是渐进的，其中基板5在流体46中的沉浸深度D(t)随时间被渐进地改变(即是慢的)。在此，“在沉浸深度中的渐进改变”或类似术语是指基板沉浸入进行图案化的液体(即蚀刻剂)中和/或从所述液体中沉浸出来对于所述液体在基板表面上的各点(所述点保持被沉浸在所述液体中更多时间)处的调制宽度上的效应(例如蚀刻效应)可被测量地大于所述液体在该表面上的各点(所述点保持被沉浸在所述液体中达更少时间)处的调制宽度上的效应来说是足够慢的。在上下文中特定移动是否被认为是渐进的将取决于诸如液体的特性图案化(蚀刻)速度之类的因素。

在图3的配置中，基板的移动v是基本上线性的，即基板支架42是在基本上重力的方向中被向上或向下移动的。

现在将参考图4A-6D来描述在各种配置中使用微制造系统3的示例性微制造过程。具有熔融二氧化硅合成物的基板被用于这些示例中，然而这仅仅是示例性的基板材料并且所述技术可以被应用于由不同材料制成的基板。应该注意的是这些附图不是要定标，并且具体而言，各个表面调制的距离标量被放得很大以帮助说明。实际上，在线宽中的改变是渐进的，这样，在相邻线之间的线宽中的差值难以目测到(但是所述效应可以从光被衍射的方式中观察到)。例如，示例性图案可以具有500nm的周期，并在沿表面的1mm的距离中具有50nm的线宽改变。在1mm中存在2000条线，并且这样，在该情况中的相邻各线之间的线宽中的差值仅为0.025nm。

图4A是在第一微制造过程的沉浸步骤期间的系统3的示例性说明，该沉浸步骤是在其中第一基板5a被自身蚀刻的第一浸渍蚀刻过程。就是说，在第一过程中第一类型的进行图案化的液体被使用，该液体是第一蚀刻剂46a，其与基板5a自身起反应以移除基板5a自身的基板材料。在该示例中，蚀刻剂4a与熔融二氧化硅起反应，从熔融二氧化硅中合成了基板5a，但是这仅仅是一个示例，并且同样类型的过程可以被应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上的表面调制，其是通过在表面部分11中的槽和间隔区域所形成的表面部分11自身的表面调制。这些表面调制构成了第一光栅图案4’a，其被示为二元光栅图案，但其可以是不同的光栅图案(例如三角形)。

基板5a被支架42支撑，并在浸渍蚀刻期间被渐进地下降进入蚀刻剂46a。保护性掩模20a被选择性地沉积在基板表面S’上以仅仅暴露出表面部分11，并且其保护了表面S’的剩余部分(所述部分不旨在用于浸渍蚀刻)免受蚀刻剂46a的效应，这样仅表面部分11a被蚀刻。基板5a的其它表面也可以类似地被保护(在图4A中未示出)。

图4B示出在图4A的沉浸步骤之前的基板5a的横截面。在该点处，槽和填充区域构成了基本上均匀的表面部分S’的初始表面调制，其中表面部分11中的各线具有彼此基本上相同的宽度w_当前(w_current)，其是在基板5a沉浸之前的线宽。均匀的填充区域构成初始的光栅图案4’a(i)。可以例如使用已知的蚀刻技术，例如基板5a的离子束蚀刻，来形成初始表面调制。

图4C示出在图4A的沉浸步骤已经被完成之后的基板5a的横截面。在图4C中，基板5a的左手侧对应于基板5a离支架42的远端，如图4A所示，即基板的左端是首先被浸入到蚀刻剂46a中的且经历最长沉浸时间的端。

蚀刻剂46a可以对暴露于该蚀刻剂的所有熔融二氧化硅表面起化学反应。通过蚀刻剂46a的蚀刻基本上是各向同性的(即蚀刻速度在所有方向上是相同的)，这影响了填充区域，如图4C所示(注意图4C中的虚线用于说明在蚀刻之前的填充区域的原始范围)。对于每个填充区域，基板材料w2、w4的宽度分别从该填充区域的左手和右手侧被移除；由w3所标注的基板材料的量被从该区域的顶部移除，而材料w1的量被从左边邻近该区域的槽中移除。各量w1-w4取决于该区域被浸入在蚀刻剂46a的总时间，该总时间作为xy-位置的函数而改变。这样，将可以理解w1-w4作为xy-位置的函数而改变，尽管并没有明确地这样标注。对于在点(x,y)处的任意给定填充区域，可以进行近似w1≈w2≈w3≈w4≈Δw(x,y)，其中Δw(x,y)由在该点(x,y)处的蚀刻的速度和沉浸的时间来确定。这样，该填充区域的宽度可以被减少为约w_当前-2*Δw(x,y)(w_current-2*Δw(x,y))。这样，可以看出沉浸步骤的效应是要将初始表面调制改变为新的表面调制，所述新的表面调制展现出空间上变化的调制宽度w(x,y)≈w_当前-2*Δw(x,y)(w(x,y)≈w_current-2*Δw(x,y))，该调制宽度在表面部分11上(即作为xy-位置的函数)改变。因为每个填充区域的宽度被改变了稍许不同的量，这将初始光栅图案4’a(i)改变为新光栅图案4’a(ii)，新光栅图案展现出空间上变化的光栅线宽w(x,y)，该光栅线宽在表面部分11上(即作为xy-位置的函数)改变，如图4C所说明的。

图5A是在第二微制造过程的沉浸步骤期间的系统3的示例性说明，该沉浸步骤是在其中沉积在第二基板5b上的外来材料20b(而非基板5b自身)被蚀刻的第二浸渍蚀刻过程。就是说，在第二过程中第二类型的进行图案化的液体被使用，该液体是第二蚀刻剂46b，其与该外来材料起反应以移除该材料中的一些。在该示例中，外来材料是铬(Cr)，但是这仅仅是一个示例，并且同样类型的过程可以被应用于具有不同外来沉积(例如不同的金属)的基板。

基板5b具有以被沉积在基板表面S’上的铬线20b形式通过间歇铬沉积所形成的表面调制。所述铬线20b其自身被光致抗蚀剂21所覆盖。铬线形成局部膜，其将基板表面S’上的一些区域保持为暴露的但其它区域被覆盖。这些表面调制构成第二光栅图案4’b。

基板5b被支架42支撑，并在浸渍蚀刻期间被渐进地下降进入蚀刻剂46b。

图5B示出在图5A的沉浸步骤之前的基板5b的横截面。在该点处，铬沉积20b构成在表面S’上的初始的、基本上均匀的表面调制，其中各个铬线具有彼此基本上相同的宽度w_当前(w_current)，其是在基板5b沉浸之前的调制宽度。

初始表面调制可以使用已知的蚀刻技术来形成。例如，实现此项的一种方式涉及首先在掩模层中涂敷整个(或大部分)的表面S’，在本示例中这将是铬层。随后掩模层被光致抗蚀剂覆盖。随后使用传统技术将期望的光栅图案的二维图像投影到光致抗蚀剂上。随后，光致抗蚀剂被显影以去除要么所暴露的部分要么非暴露的部分(取决于光致抗蚀剂的成分)，使得掩模层的选择性部分可见(即仅暴露选择性的部分)并且剩余的部分被剩余的光致抗蚀剂覆盖。随后可以传统的蚀刻技术(例如反应离子蚀刻(RIE)处理)来移除掩模层的未被覆盖部分，所述蚀刻技术移除了掩模的未被覆盖部分而不是被光致抗蚀剂覆盖的部分，并且所述蚀刻技术基本上不影响基板本身。

所述铬线构成了初始衍射光栅图案4’b(i)，所述图案在表面S’上展现出基本上均匀的光栅线宽w_当前(w_current)，即其在该表面S’上的所有点(x,y)处基本上都相同。

蚀刻剂46b与所有非保护(未经光致抗蚀剂21保护)的铬表面起化学反应。光致抗蚀剂21保护了铬线的顶部，并且熔融二氧化硅(即基板5b本身)保护了铬线的底部。这样，在图5A的沉浸步骤期间仅铬线的侧面被暴露给蚀刻剂4b。

图5C示出在图5A的沉浸步骤已经被完成之后的基板5b的横截面。在图5C中，基板5b的左手侧对应于基板5b离支架42的远端，如图5A所示，即基板的左端是首先被浸入到蚀刻剂46b中的且因而经历最长沉浸时间的端。

从每个铬线的侧面上移除各自量的铬。该量取决于该线被浸入在蚀刻剂46b中的总时间，该总时间作为xy-位置的函数而改变。这样，将可以理解所述量作为xy-位置的函数而改变。这样，可以看出沉浸步骤的效应是要将初始表面调制改变为新的表面调制，所述新的表面调制展现出空间上变化的调制宽度w(x,y)，该调制宽度在表面S’上(即作为xy-位置的函数)改变。因为每个铬线的宽度被改变了稍许不同的量，这将初始光栅图案4’b(i)改变为新光栅图案4’b(ii)，新光栅图案展现出空间上变化的光栅线宽w(x,y)，该光栅线宽在表面S’上(即作为xy-位置的函数)改变，如图5C所说明的。

在图5A的沉浸步骤完成之后，基板可以随后经历进一步的蚀刻过程，在其中剩余的铬用作蚀刻掩模。这可以例如是基板5b的离子束蚀刻，在其中剩余的铬保护了基板的被覆盖区域(并且仅有那些区域)免受离子束的效应，或者可以例如而是基板5b本身的进一步的浸渍蚀刻，在其中铬保护被覆盖区域(并且仅有那些区域)免受液体蚀刻剂(其可以具有与图4A的蚀刻剂4a相同的成分)的效应，所述液体蚀刻剂与基板本身起反应。以此方式，衍射图案4’b(ii)可以被传送给基板5b，如在图5D中所示，其是在这样的进一步的蚀刻过程之后的基板5b的横截面。

图6A是在第三微制造过程的沉浸步骤期间的系统3的示例性说明，该沉浸步骤是在其中沉积在第三基板5c上的其它外来材料(而非基板5c自身)被蚀刻的第三浸渍蚀刻过程。就是说，在第三过程中第三类型的进行图案化的液体被使用，该液体是第三蚀刻剂46c，其与该外来材料起反应以移除该材料中的一些。在该示例中，外来材料是二氧化硅(SiO₂)，其与蚀刻剂4c起反应，但是这仅仅是一个示例，并且同样类型的过程可以被应用于具有不同外来沉积物的基板。

基板5c具有通过基板表面S’自身与沉积在经调制的表面S’上的二氧化硅的层23的调制的组合形成的表面调制。这些表面调制构成第三衍射图案4’c。

基板5c被支架42支撑，并在浸渍蚀刻期间被渐进地下降进入蚀刻剂46c。

图6B和6C示出在图6A的沉浸步骤之前的在不同阶段处的基板5c的各横截面。

图6B示出了在二氧化硅层23已经被施加之前的基板5c。仅由表面S’自身的调制(具体由可例如使用已知蚀刻技术所创建的基本上均匀的槽和填充区域)形成了初步光栅图案4’c(0)。

图6C示出了在二氧化硅层23已经被施加到经调制的表面S’之后的基板5c。二氧化硅层是使用原子层沉积(ALD)被施加的基本上平坦的层。这通过放大填充区域而有效地增加了表面S’中的调制的填充因子。这有效地创建了表面调制，所述表面调制通过表面S’和沉积的二氧化硅中的调制的组合形成，其具有比单独的表面S’中的调制的调制宽度更宽的调制宽度w_当前(w_current)，如在图6C中所示。经组合的调制可以是基本上均匀的调制，在其中宽度w_当前(w_current)在表面S’上是基本上恒定的，并且构成了初始(即预蚀刻)衍射光栅图案4’c(i)。

蚀刻剂46c与二氧化硅23沉积物起化学反应，而非基板5c自身的熔融二氧化硅。图6D示出在图6A的沉浸步骤已经被完成之后的基板5c的横截面。在图6C中，基板5c的左手侧对应于基板5c离支架42的远端，如图6A所示，即基板的左端是首先被浸入到蚀刻剂46c中的且因而经历最长沉浸时间的该端。

各个的量的二氧化硅23在每个被沉浸的点(x,y)处被移除。该量取决于该点被浸入在蚀刻剂46c中的总时间，该总时间作为xy-位置的函数而改变。这样，将理解，每个经放大的填充区域的宽度被减少达一个量，该量取决于该填充区域的xy-位置，其等于在该点处的填充因子的减少。这样，可以看出沉浸步骤的效应是要将初始表面调制改变为新的表面调制，所述新的表面调制展现出空间上变化的调制宽度w(x,y)(或等价的空间上变化的经调制的填充因子)，该调制宽度在表面S’上(即作为xy-位置的函数)改变。因为每个经放大的填充区域的宽度被改变了稍许不同的量，这将初始光栅图案4’c(i)改变为新光栅图案4’c(ii)，新光栅图案展现出空间上变化的光栅线宽w(x,y)，该光栅线宽在表面S’上(即作为xy-位置的函数)改变，如图6C所说明的。

基板的沉浸深度的渐进改变导致一种线宽分布图，该分布图相应地渐进改变(即在明显大于光栅周期d的距离标量上基本上是连续的-参见上述)。线宽w(x,y)在其上改变的标量与光栅周期d相比是足够大的(就是说，在线宽w(x,y)中的空间变化在基板表面上是足够渐进的)，使得线宽w(x,y)可以被有效地认为是xy-位置的基本上连续的数学函数，该xy-位置是在xy-平面的相关部分中的每个点(x,y)处被定义的。

如将会是显而易见的，上述过程导致具有光栅线宽w(x,y)的新光栅图案的创建，所述光栅线宽作为xy-位置的函数改变并且因而具有梯度(其中是xy-平面的梯度函数)，所述梯度在至少一些xy-位置处是非零的。

在上述中，考虑的是改变沉浸深度D(t)的基本上线性的基板移动。如将理解的，这导致具有与相对于表面S’的线性移动的方向基本上对齐的梯度的光栅线宽分布图w(x,y)。在替换微制造设备配置中，除了具有光栅线宽梯度的线性移动之外，更加复杂的光栅分布图可以通过引入基板5的旋转移动来创建，其方向可以在xy-平面中的不同的点处改变。

应该注意的是上述的沉浸方法不改变它们所要施加到的图案的光栅周期d。对于一些光栅图案，在表面的任意处该周期基本上是恒定的(在此情况下它在沉浸之后保持恒定)；在其它情况下，周期d并不是恒定地开始(并且通过沉浸再次未改变)。

在图4A-6D的上述示例中，基板被渐进地沉浸入进行图案化的液体中，但是将理解类似的效应可以通过替换地或另外地渐进地将基板从其已经被浸入其中的进行图案化的液体中提升出来实现。

而且，在上述中蚀刻剂形式的进行图案化的液体被用于移除材料以改变光栅图案的调制宽度，替换地，可以使用沉积物形式的进行图案化的液体作为替代，该沉积物通过在表面部分上沉积材料来改变调制宽度，具体而言通过在从在该表面上的调制中得到的表面突起上沉积材料来增加那些突起的宽度来改变调制宽度。

图5是合并了微制造系统3的第二微制造设备50的框图。所述系统包括具有被配置成接收期望的光栅分布信息54的输入的控制器52，所述信息定义了期望的光栅分布图，即其定义了光栅线宽w(x,y)要作为表面上的位置(x,y)的函数而(连续地)改变的方式。控制器被连接到驱动机制56。驱动机制56以允许其影响基板支架的受控移动以控制所支撑的基板5的沉浸程度的方式被机械地耦合到支架42，具体而言为垂直、线性移动并且可能在适用时是旋转移动。这样，驱动机制38可以受控来影响基板浸入进行图案化的液体46和/或从进行图案化的液体46中移出基板的期望渐进沉浸。

控制器52将期望的光栅分布信息54转换成控制信号，该控制信号在微制造过程期间被输出给驱动机制，使得驱动机制36移动支架以上述方式实现期望的分布。驱动机制56包括一个或多个电机，所述电机被机械耦合到支架以实现期望的移动。

控制器52可以被实现为在合适的计算机系统上执行的代码，并且期望的分布信息54可以被保持在计算机存储中作为当被执行时可访问该代码的数据。

第二类型的过程：用于制造具有可变深度和倾斜h(x,y)，α(x,y)的光栅。

现在将描述用于制造具有可变深度h(x,y)和/或倾斜α(x,y)的光栅的第二类型的微制造过程。

为了实现高衍射效率，可以使用倾斜的光栅。合适的图案可以通过离子束蚀刻(IBE)的帮助在石英和硅模板上被制造(以供传送到光学组件)。然而，本技术不限于这些材料。

使用标准商业IBE系统，是不可能创建具有可变的深度h和/或可变的倾斜角α的光栅区域。然而，这两种类型的改变可以是理想的以优化SRG光导的性能。更具体而言，微和纳制造仅仅提供了实现具有连续变化的深度或厚度分布(如果曾经有过)的结构的可能性。所述改变通常是逐步的，这可以破坏应用的性能。这在例如基于SRG光导的显示器的情况中是真实的。

相反，在下述中，考虑了可以实现恒定变化蚀刻分布，即随位置改变的深度h和/或倾斜角α，的定制光闸(shutter)机制。光闸机制被置于IBE工具的离子源(例如离子枪)和被配置为支撑要被图案化的基板的基板支架之间。基板可以例如是要通过SRG被图案化的石英基板以创建期望的光学组件，或用于(例如从聚合物)模制光学组件的硅树脂模板。

图8A是从侧面示出第二微制造系统的组件的示例性说明，所述第二微制造系统形成了微制造工具的用于在微制造过程中在基板(样本)5上制造微结构的部分。第二系统1包括离子枪6形式的离子源、基板支架(样本支架)14，其支撑基板5以及光闸机制10形式的分隔系统。

通过与基板的其触碰的部分进行化学反应、物理移走那些部分或这两者的组合中的任一方式，离子枪6可以被激活以生成用于蚀刻基板的离子束8。离子可以例如是一种按需与石英或硅树脂(或其它合适的材料)进行反应的类型，并且合适的束成分对于本领域技术人员来说是显而易见的。

光闸机制被置于基板支架14和离子源6之间并被配置成提供孔16。离子枪6在孔16的前面，并且被安排以便束8被朝着孔16定向并包围孔16。基板5在孔之后被支撑，这样，基板5的外表面S’的区域是通过孔可见的，该可见的区域具有基本上与孔相同的大小(即面积)。光闸机制10包括不与离子进行反应或仅与离子最低限度进行反应的材料。这样，光闸机制10抑制了除通过孔之外的束8的通路，这样，所述基板被暴露给所述束的仅仅通过了所述孔的那些部分(即被暴露给那些束粒子)。以此方式，束8的离子仅与表面S’的通过孔16可见的区域交互，而表面S’的剩余部分则被遮挡以屏蔽束8。所述工具可以被包含在一个处理室(未示出)中以将其基本上与周围环境隔离开来。

束8被基本上校准以实现各向异性的(即方向上的)蚀刻，如下更加详细讨论的。所述校准可以例如通过在离子源6内部的光栅中引起合适的电势来实现。

在离子源6和基板支架14之间的倾斜角θ(称作“束入射角”)也可以被改变以创建变化的倾斜角。基板支架14和光闸机制10可以两者都相对于离子枪6倾斜以改变表面S’的法线(标记为方向z)和离子束8的方向之间的倾斜角θ，这样，光闸相对于束8与基板支架倾斜。如所述，表面S’基本上位于在此被称为xy-平面的一个平面中；就是说，所述xy-平面是相对于基板5的表面S’被定义的并可以被认为是与表面S’倾斜，因为θ是变化的。尽管在图8A中仅仅示出了单个倾斜角θ(表示在页面的平面中的角度变化)，所述设备还可以垂直于此地倾斜(就是说如在查看附图时页面的进/出)以提供表面S’相对于束8的任意期望取向。倾斜角θ还是束8的入射相对于表面S’的角度，即θ是束8偏离表面S’的法线的方向的量(在此称为“束入射角”)。

由光闸机制10所提供的孔16具有可编程的孔大小。光闸机制10还可以提供在蚀刻孔16的位置上的可编程控制，其中光闸机制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对于支架14移动孔。孔16(x,y)的移动可以与基板支架14的移动(x,y和旋转)同步以便在基板上的任意点处实现可变和连续变化的蚀刻深度。束8的宽度足以在其相对于离子枪6移动和/或改变大小时保持孔16被包围(就是说具有足以在其相对于离子枪移动和/或改变大小时保持孔16被包围的束直径/面积)。

基板支架14在xy-平面中在所述光闸之下的某些或所有方向上是可移动的，而不移动光闸，这使得大大减少离子枪6和整个工具的大小成为可能(因为束8仅仅需要在相对于枪6的固定孔位置处包围固定或最大孔的大小)。这可大大减少工具的整体成本。

光闸机制10可以从例如两个单独的光闸板对，即从总数为4个的光闸板中构建。示例性的光闸机制10在图8B中描述，其是工具的部件的平面图，在xy-平面中提供了工具的横截面图。4个可控制的光闸板12a-12d被示出，其构成了光闸机制10。孔16是通过板內缘的交叉所定义的开口区域。基板支架14可以在光闸10之下(即在板(pate)12之下)被看见。一对板12a、12b可以在xy-平面中的第一方向(被标注为y方向)中移动，—而第二对板12c、12d可以在xy-平面中的第二方向(被标注为x方向)中移动—该方向基本垂直于第一方向。每个板12可以个别地被移动，例如使用耦合到板12的真空步进电机(例如商业上可用的真空步进电机)以形成不同大小和形状的不同的孔配置。基板支架15可以在xy-平面中单独地被移动和旋转。使用该构造，蚀刻孔的形状总是矩形的，但以其它方式其大小可被自由改变—包括在离子束蚀刻过程期间。

板12是由钼或其它低溅射产生材料制成的；存在许多这样的合适的材料，例如一些陶瓷制品。由于其易于制造性，钼是适用的。板12的低溅射产生成分允许它们有效地抑制除了通过孔16之外的束8的通路。每个板12可以使用真空步进电机被单独地移动。

如所示，光闸机制10被置于处理室中，以便板12在离子源6和基板支架14之间。光闸板12被定位得尽可能地靠近基板5的表面S’，以改善蚀刻精度，例如约1mm(或更少，取决于例如基板的承载机制)的间隔。在上限处，可以施加约5mm的最大间隔。以在不移动光闸10的情况下允许基板支架14的独立移动(xy-平面移动和旋转)的方式来完成将光闸机制10安装到处理室中。然而，当基板支架14相对于离子源6倾斜时，所述光闸随着倾斜，如图8A所示(基板支架和分隔系统由此彼此保持对齐)。如果蚀刻孔16在基板正在移动时大致在室的中间，则离子源的直径可以考虑到束的均匀性由表面S’的在微制造过程期间的任意给定时间处要被暴露的最大部分来定义(因为其设定了最大所需的孔大小，并且束仅需要包围该孔)。这与其中基板的大小(即表面S’的大小或至少S’的要被蚀刻的部分)规定了离子源的直径的现有离子束蚀刻技术形成对比。因此，IBE工具的大小和成本可以根据本示教而被大大减少。

或者，光闸机制可以被安装在样本支架上，该样本支架仅仅能相对于光闸旋转(在xy-平面中无移动)。这允许光闸机制在标准、商业可用的IBE工具内适配。这可以要求更大的离子源，因为所述离子源必须覆盖整个基板区域。在这种情形中，在孔和支架之间的相对xy-平面移动是通过驱动光闸(且不是支架)来实现的。

如所示，设备1可以被用在具有连续变化的深度和/或倾斜角的光栅区域的制造中。具有连续变化的深度和/或倾斜角的倾斜光栅可以通过这两种上述的光闸配置来实现。

可以通过首先在铬层或其它保护性掩模层(例如另一个金属层)中涂敷整个(或大多数)表面S’来在基板上制造光栅图案。随后掩模层被覆盖在光致抗蚀剂中。随后使用传统的技术，期望的光栅图案的二维图像可以被投影到光致抗蚀剂上。随后，光致抗蚀剂被显影以去除要么所暴露的部分要么非暴露的部分(取决于光致抗蚀剂的成分)，使得掩模层的选择性部分可见(即仅暴露选择性的部分)并且剩余的部分被剩余的光致抗蚀剂覆盖。随后可以传统的蚀刻技术(例如初始离子束蚀刻处理)来移除掩模层的未被覆盖部分，所述蚀刻技术移除了掩模的未被覆盖部分而不是被光致抗蚀剂覆盖的部分，并且所述蚀刻技术基本上不影响基板本身。

掩模层材料可以被选择以使得其抑制离子束8的离子的通过，即防止束8的影响的掩模材料被选择，并且这样其保护了表面S’的被掩模所覆盖的任意区域在基板的离子束蚀刻期间免受束8的影响。以此方式，当离子束8被定位朝向基板时，仅表面S’的未被掩模层覆盖的那些部分与离子束8进行反应，其中离子束在那些部分中创建了表面S’中的突起(通过化学和/或物理地仅从所露出的部分中移走基板材料)。这样，二维光栅图像通过离子束被蚀刻入基板5以创建三维光栅结构。因为离子束8基本上被校准，所以所述蚀刻是各向异性的，从而导致具有基本上直边的突起。

为了制造如在图2A和2B中所示的类型的衍射图案，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和宽度w以及跨表面S’的在其上要制造图案的部分的长度，所述长度可以是整个表面S’)，从而在表面S’上留下具有相同长度和宽度d*(1-f)(其可以与线宽w相同或相似)的基本上一致的矩形的掩模。

或者，光致抗蚀剂层可以被直接施加到基板以及光致抗蚀剂的选择性区域，使得光阻以与上述掩模类似的方式起作用。然而，使用单独的金属掩模层可以便利于蚀刻的更好的选择性。

可以在离子束蚀刻过程期间以可变速度或更加精确的(矢量)速度通过在xy-平面中移动恒定大小的蚀刻孔或通过移动在恒定大小的蚀刻孔之下的基板支架(或这两者)来制造展现出连续深度梯度的光栅。或者，孔的大小也可以同时被改变。

更一般而言，在(恒定或可变大小的)孔和基板之间的相对xy-运动可以被实现用于创建变化的深度的图案。改变相对运动的速度引起改变的暴露时间τ(暴露条件的一个示例)，即其中在表面S’的至少一部分上的不同的点(x,y)经历不同的“局部化”的暴露时间τ(x,y)。当相对的孔-基板运动更快(或更慢)时，点(x,y)保持暴露更少(或更多)时间—这样，通过放慢(或加速)所述相对运动可以增加(或减少)暴露时间。当所述相对运动正在进行时，孔可以被认为是在xy-平面中相对于表面S’移动(不管哪个组件实际被驱动)。

所述速度是以时间为函数被连续(即平滑地)改变，其引起每个点(x,y)所经历的局部化的暴露时间τ(x,y)相应地以xy-平面中的位置(xy-位置)为函数而平滑改变。这使得具有深度的结构被创建为具有空间上变化的深度h(x,y)(其对应于如图2A-2C所示的“h”)，其以相应的平滑方式以xy-位置为函数而改变，因为在点(x,y)处的结构的深度h(x,y)是通过局部化的暴露时间τ(x,y)来确定的，例如h(x,y)≈R*τ(x,y)，其中R是蚀刻速率，其可以是或可以不是大致恒定的。

速度的变化是渐进的，这导致一种深度分布图，该分布图相应地渐进改变(即在明显大于光栅周期d的距离标量上基本上是连续的)。实际上，在槽深度h(x,y)中的改变几乎是不可见的(但是所述效应可以从光被衍射的方式中观察到)。例如，说明性的情况可以是蚀刻其深度可以在沿表面的10mm的距离中从300nm改变到150nm的光栅。

图案的深度梯度可以被表示为其中是xy-平面的梯度函数。如将显而易见的，当孔的大小以上述方式被改变时，在表面S’上的至少一些点(x,y)处是非零值的并且作为在表面S’上的xy-位置的基本上连续的函数而改变。

展现出连续倾斜角梯度的光栅图案可以通过实现在孔16和基板5之间的相对运动，并同时改变离子源6和基板支架14之间的倾斜角来制造，这样，表面S’的不同的区域经历了不同的倾斜角(即不同的束入射角)。孔运动和倾斜角是以连续(即平滑)的方式被改变以实现连续变化的倾斜角。例如，倾斜可以具有基本上恒定的角速度以实现基本上恒定的倾斜角梯度。

更一般而言，改变图案倾斜可以通过实现在表面S’和束8之间(就是说在光闸-支架系统10/14和离子源6之间)的相对倾斜运动来创建。改变相对倾斜引起改变束入射角θ(暴露条件的另一个示例)，即其中在表面S’的至少一部分上的不同的点(x,y)经历不同的“局部化”的束入射角θ(x,y)，其中θ(x,y)表示当该点(x,y)被暴露时的束入射角。当倾斜更大(或更小)时，束8以更高(或更低)的局部化的入射角θ(x,y)在被暴露的点(x,y)上入射。

所述束角度是以时间为函数被连续(即平滑地)改变，使得每个点(x,y)所经历的局部化的束角度θ(x,y)以位置(x,y)为函数而相应地平滑改变。这使得结构具有空间上变化的倾斜角α(x,y)(其对应于如图2A-2C中所示的“α”)，所述倾斜角以xy-位置为函数以相应平滑的方式变化，因为倾斜α(x,y)≈θ(x,y)。

倾斜θ中的改变是渐进地，这导致相应地渐进改变的倾斜分布图。与深度h(x,y)一样，倾斜α(x,y)在其上改变的标量与光栅周期d相比是足够大的，α(x,y)可以被有效地认为是xy-位置的基本上连续的数学函数，该α(x,y)是在xy-平面的相关部分中的每个点(x,y)处被定义的。例如，说明性的情况将是制造具有可变倾斜角的光栅，该倾斜角在10mm的距离中可从20°改变到40°，即每mm 2°。

图案的倾斜梯度可以被表示为如将显而易见的，当束入射角以上述方式被改变时，在表面S’上的至少一些点(x,y)处是非零值的并且作为在表面S’上的xy-位置的基本上连续的函数而改变。

在创建更加复杂的光栅分布期间，光闸板和/或基板支架可以被移动，和/或倾斜可以被改变，从而展现出连续且独立变化的深度h(x,y)和倾斜角α(x,y)。

例如，对于特定的经制造的图案，可以在一些或所有的点(x,y)处被定向在x方向中，这可以通过在制造期间以孔相对于S’的当前的x位置(但不是y)的函数改变孔的速度来实现，并且可以被定向在y方向中，这可以通过在制造期间以孔相对于S’的y位置(但不是x)的函数改变倾斜角来实现。通常，和

的任意期望(和可能的空间上变化)的方向可以通过在制造期间以孔的相对于S’的xy-位置的函数相应地控制暴露时间α(x,y)和倾斜角θ(x,y)来独立地实现。

注意，对于一个点(x,y)仅在单个时间窗中被暴露没有要求，例如孔可以在过程期间通过任意给定的点(x,y)多次—τ(x,y)表示在所述过程期间该点(x,y)跨一个或多个暴露窗口被暴露的总时间。

为了说明作为某些实施例的基础的一些原理，将参考图9描述简化的示例。图9是在微制造过程期间当离子源6主动产生基本上校准的粒子束8时从侧面看的设备1的示意性说明。应该注意的是该附图不是要定标，并且具体而言，各个表面调制的距离标量被放得很大以帮助说明。如所示，说明性的情况将是制造具有在10mm的距离中从20°改变到40°(即每mm 2°)的可变倾斜角的光栅。在该相同的距离上，光栅深度可从300nm改变到150nm(但是这仅仅是说明性示例)。

在图9的示例中，基板支架14可以以速度v相对于光闸10移动。基板5被示出为具有沉积在表面S’上的铬、光致抗蚀剂或其它合适的掩模膜形式的保护性掩模层20，其可选择性地以上述方式覆盖表面S’。在该示例中，基板支架向左以平滑地增加的速度v移动，由此跨表面S’从左向右地以位置(x,y)的函数形式减少暴露时间。如所示，这引起离子束在表面S’的没有被保护性层20保护的地方创建了槽，由于更加有限的暴露，其深度h(x,y)以位置(x,y)的函数的形式从左到右地减少。

类似地，基板支架以均匀的角速度ω从初始倾斜角开始增加，由此导致以位置(x,y)的函数的形式从左到右的相对于表面S’的更加显著的束倾斜。在图4的简化的示例中，初始倾斜角是大约0度，以便最初创建具有基本上垂直于S’的槽(如可以在左手侧看见的)，但是这仅仅是一个示例，并且初始倾斜角可以是任意期望的角度。如所示，这引起离子束在表面S’中创建具有倾斜角α(x,y)的槽，由于在微制造过程期间相对于所述表面变化的束取向8，该倾斜角以位置(x,y)函数的形式从左到右增加。

使用上述技术制造的任意光栅可以具有任意期望的形状(梯形、正弦等)，其具有例如通过在蚀刻基板时选择合适比例的反应和非反应气体(“蚀刻参数”)来设定的壁角γ。通过在孔/基板移动时改变这些蚀刻参数，可以使得壁角γ在基板表面上如期望的那样改变。通常，不期望其以与线宽相同的方式来渐进变化，但是该可能性并不能被排除。

图10是合并了第二微制造系统1的第二微制造设备30的框图。所述系统包括具有被配置成接收期望的光栅分布信息34的输入的控制器32，所述信息定义了期望的光栅分布图，即其定义了光栅深度h(x,y)和/或倾斜角α(x,y)要作为表面上的位置(x,y)的函数而(连续地)改变的方式。所述控制器具有被连接以在微制造过程期间的开始/结尾来激活/停用离子源6的第一输出，在所述微制造过程中在基板上制造了具有期望的光栅分布的光栅图案。控制器被连接到微制造工具的驱动机制36。驱动机制36以下述方式被机械地耦合到光闸10和/或支架14：使得其实现基板支架14和/或光闸10的受控移动。这样，驱动机制38可以受控来实现在微制造期间当束是有效的时期望的xy-平面和/或旋转运动，如上详述的。

控制器32将期望的光栅分布信息34转换成控制信号，该控制信号在微制造过程期间被输出给驱动机制，使得驱动机制36移动和/或倾斜支架和/或光闸以便以上述方式实现期望的分布。驱动机制36包括一个或多个电机，例如如上所述的真空步进电机，所述电机被机械耦合到支架和/或光闸以实现期望的运动。

控制器32可以被实现为在合适的计算机系统上执行的代码，并且期望的分布信息34可以被保持在计算机存储中作为当被执行时可访问该代码的数据。

当在上述中孔被移动以提供跨基板表面的恒定变化的暴露时间时，其它类型的相对孔-基板运动可以被用于例如通过改变孔的大小实现类似效果。作为示例，当板12d被连续地朝着图8B的板12c移动或离开板12c移动时，图8B的板12c可以被保持在固定的位置处，由此在微制造过程期间在基板表面S’上的不同的点暴露给特定束达不同的时间量。而且，在上述中在基板表面上的不同的点通过改变暴露时间经历不同的束暴露水平时，替换地或另外地，所述束的强度(即粒子通量)可以被改变以实现类似的效果。而且在上述中基板支架和分隔系统通过驱动基板支架/分隔系统被相对于束倾斜时，替换地或另外地，离子源可以被耦合到驱动系统并由此移动以实现期望的相对倾斜。而且，对于上述光闸构造，蚀刻孔的形状总是矩形的，但以其它方式其大小可以自由改变，其它可以提供任意期望的孔形状和大小的孔的光闸构造也是可能的。而且，在上述中光闸机制被用于提供可控大小的孔，例如在图8B中所示，分隔系统可以被安排以提供固定大小的孔，在该孔下基板支架被移动和/或其在支架上被移动。组合过程。

如将显而易见的，上述过程可以被组合以便制造具有可变线宽w(x,y)和可变倾斜α(x,y)和/或可变深度h(x,y)的光栅。

例如，第二类型的过程的离子束蚀刻技术可以被用于在基板上制造初始光栅，该光栅展现出变化的深度h(x,y)和/或倾斜角α(x,y)，其随后可经受图4A-4C或6A-6C(第一类型的过程)的蚀刻技术以改变该光栅的线宽。

作为另一个示例，图 5A-5D(第一类型的过程)的技术可以首先被用于创建具有变化线宽的铬膜(或其它保护性膜)，随后其可以在第二类型的过程中用作蚀刻掩模，这样，除了铬掩模固有的可变线宽之外具有可变倾斜和/或深度的图案被从掩模转移到基板。

在图11A中示出了可以使用在此讨论的过程制造的第一示例性光学组件的外表面S1的一部分的平面图。图11A中可见的表面部分具有由该部分的表面调制所形成的衍射光栅，所述表面调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长于它们的宽度。就是说，这样的相邻的线被一距离分开，所述距离在那些线的整个长度上改变一个比光栅周期显著更少的量(例如更低的量级)，并且其长度比光栅周期显著更大(例如更高的量级)。实践中槽长度可以是毫米或更多的量级。所述线可以是或可以不是直的(就是说可以如期望地例如通过在制造期间选择合适的平板印刷图像以转移到光栅就可制造具有曲线和直线这两者的光栅)。

图11A的衍射光栅在表面部分上的每个点(x,y)处展现了至少第一槽特性c1(x,y)和与第一槽特性c1(x,y)不同且独立于第一槽特性c1(x,y)的第二槽特性c2(x,y)，这两种特性都影响了了在其中衍射光栅上的光入射在该点处被衍射的方式。特性c1可以是下述项之一，而c2是下述项中的不同的一项：光栅深度h(x,y)(即在该点处的槽的深度)、光栅倾斜α(x,y)(即在该点处的槽的倾斜)或光栅线宽w(x,y)(即在该点处的槽之间的填充区域的大小)。

第一和第二槽特性c1(x,y),c2(x,y)在表面部分上渐进变化，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同的点处被衍射的方式，并且以各自的(矢量)梯度

(其中是xy-平面中的梯度函数)来这样进行，所述梯度具有彼此独立的方向(因为在制造期间可以独立地选择这些方向)，并且在表面部分上的至少一些点处是在彼此不同的方向中。这在图11A中的示例点(x1,y1)、(x2,y2)以及(x3,y3)处被示出，其将在那些点处的梯度示作矢量箭头，其方向在那些点处各自相差角度φ₁(x1,y1)、φ₂(x2,y2)和φ₃(x3,y3)。更多的特性可以以类似的方式在表面部分上改变。

图11B示出第二示例性光学组件表面S2的一部分的平面图，所述第二示例性光学组件表面也可以根据当前所公开的技术被制造出。在此，光栅已经被制造成具有第一和第二光栅特性c1(x,y)、c2(x,y)，其分别以第一梯度和第二梯度改变。第一和第二梯度的方向分别在第一和第二方向中，所述第一和第二方向在该部分上基本不变，即那些方向在该部分上的每个点(x,y)处基本相同，所述点包括在图11B示出的示例性点(x1,y1)、(x2,y2)和(x3,y3)。而且，所述第一和第二方向彼此不同，具有在图11B中被示为φ的角度间隔，该角度间隔在表面部分上的每个点(x,y)处基本上相同。所述方向可以或可以不基本垂直于彼此。更多的特性可以以类似的方式在表面部分上改变。

在上述这两个示例中，不同的光栅特性具有其方向基本上(在图11A的光栅的情况中在至少一些点处，而在图11B的光栅的情况中则在基本上整个表面部分上)相差期望角度的光栅。在光栅方向仅仅展现出小的、非期望的差异量，例如源自非期望的制造不精确性或不严密性的小的、非期望的变化和/或受限于类似标量的其它变化，那些方向不被认为是彼此不同的。例如，本技术允许光栅被制造为具有各特性(例如倾斜、深度和线宽)，其梯度在表面部分上的至少一些点处至少相差β≈1度(量级)—对于图11A的光栅，在表面部分上的至少一些(x,y)处为φ(x,y)>β；对于图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，在此所述的制造技术允许光栅被制造为具有空间上变化的光栅特性，所述特性在相邻的光栅线之间改变了各个量，所述量与光栅本身的特性标量(例如光栅周期d)相比足够小—就是说，其足够渐进地改变—它们可以被有效地认为是在xy-平面的相关部分中的xy-位置的连续数学函数，具有良好定义的、基本上连续的矢量梯度(如果所述梯度在数量和/或方向中改变，其也如xy-位置的基本上连续的数学函数那样进行)。这与在光栅特性中的步进改变而言相反，在步进改变中光栅特性基本上如步进函数那样改变。如所示，在下述权利要求中对“点”和“梯度”(或类似物)的参考将相应以头脑中的该视角来解释。

附图11A和11B的光栅分布是示例性的，并且具有独立变化的光栅特性的许多不同类型的期望光栅可以使用任意上述过程或其组合来制造，如对于本领域技术人员在查阅在此呈现的示教时显而易见的。

使用所述技术制造的任意光栅可以具有常见的梯形形状(包括但不局限于二元或三角形状)，具有例如通过在蚀刻基板本身时的第二类型的过程中选择合适比例的反应和非反应气体(蚀刻参数)来设定的壁角γ。通过在第二类型的过程期间在孔/基板移动时改变这些蚀刻参数，可以使得壁角γ在基板表面上如期望地那样改变。通常，不期望其以与线宽、倾斜和深度相同的方式来渐进变化，但是该可能性并不能被排除。通过对保护性掩模进行合适的修改可以实现蚀刻除梯形之外的形状(例如正弦)。

应该注意的是，出于壁角(参数)和蚀刻掩模被磨损的程度的原因，线宽可以在基板自身的离子束蚀刻过程(即在第二类型的过程中)中被稍许改变。然而，当浸渍蚀刻光栅线(在第一类型的过程中)时可以考虑该变化的线宽，并且这样，相关的特性还可以是独立的。

在上述考虑基本上软件实现的控制器32、52时，控制器的功能可以使用软件、固件、硬件(例如，固定逻辑电路)、或这些实现的组合来实现。此处使用的术语“模块”、“功能”、“组件”和“逻辑”(在适用时)一般表示软件、固件、硬件或其组合。在软件实现的情况下，模块、功能或逻辑表示当在处理器(例如，一个或多个CPU)上执行时执行指定任务的程序代码。程序代码可被储存在一个或多个计算机可读存储器设备中。下面所描述的技术的特征是平台无关的，意味着所述技术可以在具有各种处理器的各种商用计算平台上实现。

例如，设备(例如30、50)还可包括使得设备的计算机的硬件执行操作(例如处理器功能框)等等的实体(例如软件)。例如，计算机可包括计算机可读介质，其可被配置用于维护使得计算机(且尤其是计算机的操作系统和相关联的硬件)执行操作的指令。因此，这些指令用于配置操作系统和相关联的硬件来执行这些操作，并以此方式致使操作系统和相关联的硬件变换以执行各功能。可由计算机可读介质通过各种不同配置将指令提供给计算机。

一种这样的计算机可读介质配置是信号承载介质，并因此被配置来将指令(例如，作为载波)，例如通过网络，传送到计算设备。计算机可读介质还可被配置为计算机可读存储介质并且因而不是信号承载介质。计算机可读存储介质的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光板、闪存、硬板存储器、和其他可使用磁、光以及用于存储指令和其他数据的其他技术的存储器设备。

尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。