超声处理纳米几何形状控制过程和方法与流程

本公开一般地涉及用于显示视觉信息的系统和方法，具体地说，涉及用于显示增强现实或混合现实环境中的视觉信息的目镜。更具体地说，本公开涉及制造在用于显示增强现实或混合现实环境中的视觉信息的目镜中使用的光栅的系统和方法。

背景技术：

1、虚拟环境在计算环境中无处不在，在视频游戏(其中，虚拟环境可以表示游戏世界)；地图(其中，虚拟环境可以表示要导航的地形)；模拟(其中，虚拟环境可以模拟真实环境)；数字讲故事(其中，虚拟角色可以在虚拟环境中相互交互)；以及许多其他应用中得到了应用。现代计算机用户通常可以舒适地感知虚拟环境并与之交互。然而，用户对虚拟环境的体验可能会受到虚拟环境呈现技术的限制。例如，传统的显示器(例如，2d显示屏)和音频系统(例如，固定扬声器)可能无法以创造引人注目、逼真和身临其境的体验的方式来实现虚拟环境。

2、虚拟现实(“vr”)、增强现实(“ar”)、混合现实(“mr”)和相关技术(统称为“xr”)共享向xr系统用户呈现与计算机系统中的数据表示的虚拟环境相对应的感官信息的能力。本公开考虑了vr、ar和mr系统之间的区别(尽管一些系统可以在一个方面(例如，视觉方面)被分类为vr，同时在另一方面(例如，音频方面)被分类为ar或mr)。如本文所用，vr系统在至少一方面呈现替代用户的真实环境的虚拟环境；例如，vr系统可以向用户呈现虚拟环境的视图，同时针对他或她遮挡真实环境的视图(例如，用挡光头戴式显示器)。类似地，vr系统可以向用户呈现对应于虚拟环境的音频，同时阻止(衰减)来自真实环境的音频。

3、vr系统可能经历由用虚拟环境代替用户的真实环境所导致的各种缺点。一个缺点是，当用户在虚拟环境中的视场不再与他或她的内耳状态(检测一个人在真实环境(而不是虚拟环境)中的平衡和取向)相对应时，可能会出现晕动感。类似地，用户在vr环境中可能会感到迷失方向，因为无法直接看到他们自己的身体和四肢(在真实环境中，用户看到自己的身体和四肢才会感觉“着地”)。另一缺点是，给特别是在寻求让用户沉浸在虚拟环境中的实时应用中必须呈现完整的3d虚拟环境的vr系统造成计算负担(例如，存储、处理能力)。类似地，这种环境可能需要达到非常高的真实感标准才能被视为身临其境，因为用户往往对虚拟环境中的哪怕是微小瑕疵都很敏感—任何瑕疵都可能破坏用户在虚拟环境中的沉浸感。此外，vr系统的另一缺点是，此类系统应用无法利用真实环境中的广泛感官数据，例如人们在真实世界中体验到的各种景象和声音。一个相关的缺点是，vr系统难以创建其中多个用户可以交互的共享环境，因为在真实环境中共享物理空间的用户无法在虚拟环境中直接看到彼此或相互交互。

4、如本文所用，ar系统在至少一方面呈现与真实环境重叠或覆盖真实环境的虚拟环境。例如，ar系统可以向用户呈现覆盖在用户的真实环境视图上的虚拟环境视图，例如通过在呈现显示图像的同时允许光穿过显示器进入用户眼睛的透射型头戴式显示器。类似地，ar系统可以向用户呈现对应于虚拟环境的音频，同时混合来自真实环境的音频。类似地，如本文所用，mr系统像ar系统那样在至少一方面呈现与真实环境重叠或覆盖真实环境的虚拟环境，并且可以另外在至少一方面允许mr系统中的虚拟环境可以与真实环境交互。例如，虚拟环境中的虚拟角色可能会拨动真实环境中的电灯开关，使得真实环境中相应的灯泡打开或关闭。另一例子是，虚拟角色可以对真实环境中音频信号做出反应(例如，面部表情)。通过保持真实环境的呈现，ar和mr系统可以避免vr系统的上述一些缺点；例如，减少用户的晕动症，因为来自真实环境(包括用户自己的身体)的视觉提示可以保持可见，并且，此类系统无需向用户呈现完全实现的3d环境以产生沉浸感。此外，ar和mr系统可以利用真实世界的感官输入(例如，风景、物体和其他用户的视图和声音)来创建增强该输入的新应用。

5、以逼真的方式呈现虚拟环境，从而以鲁棒且经济高效的方式为用户创建身临其境的体验可能是困难的。例如，头戴式显示器可以包括具有一个或多个多层目镜的光学系统，该目镜是一种昂贵且易碎的部件。例如，每一层都通过复杂的工艺来制造，该工艺包括多个步骤来实现衍射光栅和相关薄膜，以有效地向用户投射数字图像。例如，衍射光栅可以包括以纳米级形成的多层结构。这些多层结构可以使用光刻工艺制造，但这样的工艺很昂贵，并且在纳米级上实现所需的几何形状很困难。例如，以高保真度(无断线、具有平滑的线边缘)制造小于50nm的纳米结构可以使用昂贵的光刻技术，例如电子束光刻，以实现所需的纳米结构分辨率。即使使用这样的光刻技术，对准部件以制造纳米级的光刻母版和/或最终产品也可能是困难的，并且所得的纳米结构有容易出现不均匀的线边缘粗糙度(ler)。因此，需要一种用于制造多层纳米级结构的廉价工艺。

6、为了解决与用于制造纳米结构的昂贵光刻技术相关的问题，根据本公开的实施例的系统和方法依赖于超声处理来在衬底上蚀刻和形成期望的纳米结构。例如，根据本公开的实施例可以使用超声处理序列工艺来实现沉积在衬底上的不同材料层的期望蚀刻选择性。超声处理序列工艺可以包括将衬底浸入碱溶液浴(bath)、酸溶液浴和/或水浴中，并对该浴应用超声处理。根据本公开实施例的系统和方法例如可以蚀刻包含具有高保真度、平滑ler和跨批次一致对准的多层纳米结构的硅基结构，例如si、sio2、si3n4等。

技术实现思路

1、本文公开了用于制造衬底上的纳米结构的系统和方法。所述衬底包括可用于显示器的目镜(例如，用于头戴式设备的目镜)中的多个纳米结构。制造和/或蚀刻用于目镜的包括多个纳米结构的衬底的示例方法可以包括将所述衬底浸入浴中并在第一时间段内对所述浴所述应用超声处理。应用到所述第一浴的所述超声处理可以搅动流体以跨所述衬底的表面而提供基本一致的第一反应环境。可以将所述衬底浸入第二浴中并在第二时间段内对所述第二浴应用超声处理。应用到所述第二浴的所述超声处理可以搅动所述流体以跨所述衬底的所述表面而提供基本一致的第二反应环境。在一些示例中，在所述第二时间段期间，可以从所述衬底的所述表面去除预定量的材料以制造所述蚀刻衬底。在一些示例中，去除的所述预定量的材料可以基于所述第一时间段的长度，并且进一步基于所述第二时间段的长度。本文的实施例提供了以高保真度(无断线、平滑的线边缘)低成本地制造小于50nm的纳米结构，以实现所需的纳米结构分辨率的系统和方法。此外，本文的实施例提供了在具有平滑线边缘粗糙度(ler)的纳米结构的多层之间实现对准的系统和方法。

技术特征：

1.一种蚀刻包括多个纳米结构的衬底的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述表面去除的所述预定量的材料的厚度在5-50nm的范围内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述衬底的所述表面均匀地去除所述预定量的材料，使得所述蚀刻衬底的所述多个纳米结构的横截面是对称的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述多个纳米结构中的每个纳米结构具有对应于阶梯几何形状、凹入几何形状和闪耀几何形状之一的几何形状。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一组超声处理条件中的所述超声处理条件包括以下一项或多项：

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底由硅、二氧化硅和氮化硅中的至少一种形成。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸溶液在水中包含约2％浓度的硫酸。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碱溶液在水中包含约2％浓度的过氧化氢或氢氧化钾。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：

11.一种化合物，包括：

12.根据权利要求11所述的化合物，其中，从所述第一表面去除的所述预定量的材料的厚度在5-50nm的范围内。

13.根据权利要求11所述的化合物，其中，所述预定量的材料从所述第一表面均匀地去除，并且进一步从所述多个纳米结构的所述一个或多个表面均匀地去除，使得所述蚀刻衬底的所述多个蚀刻的纳米结构的横截面是对称的。

14.根据权利要求11所述的化合物，其中，所述超声处理工艺序列包括：

15.根据权利要求14所述的化合物，其中：

16.根据权利要求15所述的化合物，其中，所述多个纳米结构中的每个纳米结构具有基本一致的宽度，并且

17.根据权利要求15所述的化合物，其中，所述第一组超声处理条件中的所述超声处理条件包括以下一项或多项：

18.根据权利要求14所述的化合物，其中，所述酸溶液在水中包含约2％浓度的硫酸。

19.根据权利要求14所述的化合物，其中，所述碱溶液在水中包含约2％浓度的过氧化氢或氢氧化钾。

20.根据权利要求11所述的化合物，其中，所述衬底由硅、二氧化硅和氮化硅中的至少一种形成。

技术总结本文公开了用于制造衬底上的纳米结构的系统和方法，其可用于显示器的目镜，例如，用于头戴式设备中的目镜。制造和/或蚀刻这样的衬底可以包括将衬底浸入浴中并在第一时间段内对该浴应用超声处理。应用到第一浴的超声处理可以搅动流体以跨衬底表面而提供基本一致的第一反应环境。可以将衬底浸入第二浴中并在第二时间段内对第二浴应用超声处理。应用到第二浴的超声处理可以搅动流体以跨衬底表面而提供基本一致的第二反应环境。在第二时间段期间，可以从衬底表面去除预定量的材料以制造蚀刻衬底。技术研发人员：V·辛格,L·麦克唐纳,F·Y·徐受保护的技术使用者：奇跃公司技术研发日：技术公布日：2024/2/19