阅读说明：本技术 干法蚀刻中通过飞秒激光修饰衬底以实现可变蚀刻深度 (Substrate modification by femtosecond laser in dry etching to achieve variable etch depth ) 是由 谢罗尔·图尔克耶尔马兹 朱塞佩·卡拉菲奥雷 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统的人工现实系统通常包括近眼显示器(例如,头戴式装置或一副眼镜),该近眼显示器被配置成经由用户眼睛前方例如大约10mm-20mm内的电子显示器或光学显示器向用户呈现内容。这种系统可以包括可变蚀刻深度结构。本发明提供了一种在衬底中制造可变蚀刻深度结构的方法,该方法包括：将衬底表面暴露于飞秒激光脉冲,其中衬底表面上的飞秒激光脉冲的暴露剂量在衬底表面上变化；在衬底上沉积蚀刻掩模层；在蚀刻掩模层上的光刻层中形成二维图案；将二维图案转移到蚀刻掩模层中以形成蚀刻掩模；以及使用蚀刻掩模蚀刻衬底以在衬底中形成可变蚀刻深度结构。(Artificial reality systems, such as Head Mounted Displays (HMDs) or Head Up Display (HUDs) systems, typically include a near-eye display (e.g., a head-mounted device or a pair of eyeglasses) configured to present content to a user via an electronic or optical display, e.g., within about 10-20 mm in front of the user's eyes. Such a system may include a variable etch depth structure. The invention provides a method of fabricating a variable etch depth structure in a substrate, the method comprising: exposing the substrate surface to femtosecond laser pulses, wherein an exposure dose of the femtosecond laser pulses on the substrate surface varies across the substrate surface; depositing an etch mask layer on a substrate; forming a two-dimensional pattern in the photoresist layer on the etch mask layer; transferring the two-dimensional pattern into an etch mask layer to form an etch mask; and etching the substrate using the etch mask to form a variable etch depth structure in the substrate.)

具体实施方式

，并且可以被配置用作虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器。近眼显示器300可以包括框架305和显示器310。显示器310可以被配置成向用户呈现内容。在一些实施例中，显示器310可以包括显示电子器件和/或显示光学器件。例如，如上参考图1的近眼显示器120所述，显示器310可以包括LCD显示面板、LED显示面板或光学显示面板(例如，波导显示组件)。

近眼显示器300还可以包括框架305上或框架305内的各种传感器350a、350b、350c、350d和350e。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个深度传感器、运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施例中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个图像传感器，其被配置为生成表示不同方向上的不同视场的图像数据。在一些实施例中，传感器350a-350e可以用作输入设备来控制或影响近眼显示器300的显示内容，和/或向近眼显示器300的用户提供交互式VR/AR/MR体验。在一些实施例中，传感器350a-350e也可以用于立体成像。

在一些实施例中，近眼显示器300可以进一步包括一个或更多个照明器330，以将光投射到物理环境中。投射的光可以与不同的频带(例如可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以服务于各种目的。例如，照明器330可以在黑暗环境中(或者在具有低强度红外光、紫外光等的环境中)投射光，来帮助传感器350a-350e捕获黑暗环境中不同对象的图像。在一些实施例中，照明器330可以用于将特定的光图案投射到环境中的对象上。在一些实施例中，照明器330可以用作定位器，例如上面参考图1描述的定位器126。

在一些实施例中，近眼显示器300还可以包括高分辨率照相机340。照相机340可以捕获视场中的物理环境的图像。所捕获的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的人工现实引擎116)处理，以将虚拟对象添加到所捕获的图像或者修改所捕获的图像中的物理对象，并且所处理的图像可以由用于AR或MR应用的显示器310显示给用户。

图4示出了根据某些实施例的使用波导显示器的光学透视增强现实系统400的示例。增强现实系统400可以包括投影仪410和组合器415。投影仪410可以包括光源或图像源412和投影仪光学器件414。在一些实施例中，图像源412可以包括显示虚拟对象的多个像素，例如LCD显示面板或LED显示面板。在一些实施例中，图像源412可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源412可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器和/或发光二极管。在一些实施例中，图像源412可以包括多个光源，每个光源发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施例中，图像源412可以包括光学图案生成器，例如空间光调制器。投影仪光学器件414可以包括一个或更多个光学部件，光学部件可以调节来自图像源412的光，例如对光进行扩展、准直、扫描或者将光从图像源412投影到组合器415。一个或更多个光学部件可以包括，例如，一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。在一些实施例中，投影仪光学器件414可以包括具有多个电极的液体透镜(例如，液晶透镜)，允许扫描来自图像源412的光。

组合器415可以包括输入耦合器430，用于将来自投影仪410的光耦合到组合器415的衬底420中。输入耦合器430可以包括体全息光栅、衍射光学元件(DOE)(例如，表面浮雕光栅)、或折射耦合器(例如，光楔(wedge)或棱镜)。对于可见光，输入耦合器430可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。如本文所使用的，可见光可以指波长在大约380nm至大约750nm之间的光。耦合到衬底420中的光可以通过例如全内反射(TIR)在衬底420内传播。衬底420可以是一副眼镜的镜片的形式。衬底420可以具有平坦或弯曲的表面，并且可以包括一种或更多种类型的介电材料，例如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、晶体或陶瓷。基底420的厚度可以在例如从小于约1mm至约10mm或更大的范围内。衬底420对可见光可以是透明的。如果光束能够以高透射率(transmission rate)(例如大于50％、40％、75％、80％、90％、95％或更高)穿过材料，其中一小部分光束(例如少于50％、40％、25％、20％、10％、5％或更少)可以被材料散射、反射或吸收，则该材料对光束可以是“透明的”。透射率(即，透射度(transmissivity))可以由波长范围内的适光加权或未加权的平均透射率来表示，或者由波长范围(例如可见波长范围)内的最低透射率来表示。

衬底420可以包括或可以耦合到多个输出耦合器440，输出耦合器440被配置为从衬底420提取由衬底420引导并在衬底420内传播的光的至少一部分，并且将提取的光460引导到视窗495，当增强现实系统400被使用时，增强现实系统400的用户的眼睛490可以位于视窗495处。像输入耦合器430一样，输出耦合器440可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他DOE、棱镜等。输出耦合器440在不同位置处可以具有不同的耦合(例如，衍射)效率。衬底420还可以允许来自组合器415前面的环境的光450以很少损失或没有损失的方式通过。输出耦合器440也可以允许光450以很少的损失通过。例如，在一些实施方式中，输出耦合器440对于光450可以具有低衍射效率，使得光450可以被折射或者以其他方式以很少的损失通过输出耦合器440，并且因此可以比提取的光460具有更高的强度。在一些实施方式中，输出耦合器440对于光450可以具有高衍射效率，并且可以以很少的损失将光450衍射到某些期望的方向(即，衍射角)。结果，用户可以观看组合器415前面的环境和由投影仪410投影的虚拟对象的组合图像。

在许多应用中，为了在朝向用户眼睛的期望方向衍射光，为了对于某些衍射级获得期望的衍射效率，并且为了增加视场和减少波导显示器的彩虹伪像，光栅耦合器(例如，输入耦合器430或输出耦合器440)可以包括闪耀光栅或倾斜光栅，例如倾斜表面浮雕光栅，其中光栅脊(ridge)和槽(groove)可以相对于光栅耦合器或波导的表面法线倾斜。此外，在一些实施例中，可能希望光栅具有在光栅区域上不均匀的高度或深度轮廓，和/或在光栅上变化的光栅周期或占空比，以便改善光栅的性能，例如在光栅的不同区域实现不同的衍射特性(例如，衍射效率和/或衍射角)。

图5示出了根据某些实施例的示例波导显示器500中使用的倾斜光栅520的示例。波导显示器500可以包括波导510(诸如，衬底420)上的倾斜光栅520。倾斜光栅520可以充当光栅耦合器，用于将光耦合到波导510中或从波导510耦合出去。在一些实施例中，倾斜光栅520可以包括具有周期p的结构，周期p可以是常数或者可以在倾斜光栅520的整个区域上变化。倾斜光栅520可以包括多个脊522和脊522之间的多个槽524。倾斜光栅520的每个周期可以包括脊522和槽524，槽524可以是气隙或填充有折射率不同于脊522的折射率的材料的区域。脊522的宽度与光栅周期p之间的比率可以被称为占空比。倾斜光栅520可以具有例如从大约30％到大约70％，或者从大约10％到大约90％或更大的占空比。在一些实施例中，占空比可以因周期或区域而异。在一些实施例中，倾斜光栅的周期p可以在倾斜光栅520上从一个区域到另一个区域变化，或者可以在倾斜光栅520上从一个周期到另一个周期变化(即，啁啾(chirped))。

脊522可以由诸如含硅材料(例如，SiO₂、Si₃N₄、SiC、SiO_xN_y或非晶硅)、有机材料(例如，旋涂碳(SOC)或无定形碳层(ACL)或类金刚石碳(DLC))或无机金属氧化物层(例如，TiO_x、AlO_x、TaO_x、HfO_x等)的材料制成。每个脊522可以包括具有倾斜角α的前缘(leadingedge)530和具有倾斜角β的后缘(trailing edge)540。在一些实施例中，每个脊522的前缘530和后缘540可以彼此平行。在一些实施例中，倾斜角α可以不同于倾斜角β。在一些实施例中，倾斜角α可以近似等于倾斜角β。例如，倾斜角α和倾斜角β之间的差异可以小于20％、10％、5％、1％或更小。在一些实施例中，倾斜角α和倾斜角β可以在例如从约30°或更小至约70°或更大的范围内。在一些实施例中，倾斜角α和/或倾斜角β也可以在倾斜光栅520中的脊与脊之间变化。

每个槽524可以在z方向上具有深度d，该深度可以是恒定的或者可以在倾斜光栅520的整个区域上变化。在一些实施例中，槽524的深度可以根据图案或深度轮廓550在倾斜光栅520的整个区域上变化。在一些实施例中，槽524的深度可以包括多个深度水平，例如8个深度水平、16个深度水平、32个深度水平或更多。在一些实施例中，槽524的深度可以从0变化到大约100nm、200nm、300nm或更深。在一些实施方式中，在脊522之间的槽524可以被外包覆(over-coat)或填充有具有折射率的材料，所述折射率高于或低于脊522的材料的折射率。例如，在一些实施例中，高折射率材料，诸如氧化铪(Hafnia)、氧化钛(Titania)、氧化钽、氧化钨、氧化锆、硫化镓、氮化镓、磷化镓、硅或高折射率聚合物，可以用于填充槽524。在一些实施例中，低折射率材料，诸如氧化硅、氧化铝、多孔二氧化硅或氟化低折射率单体(fluorinated low index monomer)(或聚合物)，可以用于填充槽524。结果，脊的折射率和槽的折射率之间的差可以大于0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。

这样，倾斜光栅520可以具有三维结构，其物理尺寸可以在x、y和/或z方向上变化。例如，倾斜光栅520的光栅周期或占空比可以在x-y平面上变化，并且如果倾斜角α不同于倾斜角β，也可以在z方向上变化。槽524在z方向上的深度可以在x和/或y方向上变化。在一些实施例中，相对于z方向的倾斜角α和/或β也可以在倾斜光栅520中沿着x和/或y方向变化。

制造上面参照图5所示和所述的倾斜光栅可能是具有挑战性的。例如，许多光栅蚀刻工艺可能仅均匀地蚀刻衬底来制造具有均匀厚度或深度的光栅。在一些蚀刻工艺中，蚀刻速率以及光栅的深度可能取决于要蚀刻的光栅的占空比。因此，即使使用这种蚀刻工艺可以获得不均匀的深度，蚀刻深度也可能取决于光栅的其他物理尺寸(例如，占空比或周期)，因此光栅可能不具有期望的三维轮廓。

虽然传统的光刻技术(例如光蚀刻法、电子束光刻等)可以产生具有高度可定制的占空比和/或光栅周期的光栅，但是这些光刻技术通常不能在衬底的整个区域上相对于衬底的表面法线调制光栅的垂直尺寸(即，蚀刻深度)。诸如在蚀刻期间使用可移动刀片来在空间上控制蚀刻时间(和深度)、使用双掩模和灰度光刻等技术可用于制造可变蚀刻深度结构。然而，这些技术可能需要长的开发周期来开发，并且可能难以控制二维区域上蚀刻深度的不同变化，以实现完整的三维VED结构。

根据某些实施例，制造VED结构的方法可以包括在蚀刻之前使用飞秒激光脉冲来修饰衬底(例如石英)的表面区域的蚀刻选择性，然后使用干法蚀刻工艺来蚀刻经修饰的衬底，以实现具有纳米级或微米级特征的空间变化的几何形状。使用飞秒激光脉冲修饰衬底表面区域的蚀刻选择性可以在光刻工艺之前或之后进行。

飞秒激光脉冲用于直接地和局部地修饰衬底的蚀刻选择性，并在衬底中定义VED功能或轮廓，这允许无掩模灰度级蚀刻。纳米级或微米级光刻可用于定义例如近眼显示设备中使用的光学器件的二维衍射、折射或反射图案。由于衬底的不同二维区域的不同飞秒激光修饰，取决于衬底的每个相应区域已经暴露于的飞秒激光脉冲能量以及相应区域的蚀刻选择性，二维图案可以在不同区域中的不同深度水平被转移到衬底中。

图6是示出根据某些实施例的制造可变蚀刻深度光栅的方法的示例的流程图600。流程图600中描述的操作仅仅是为了说明的目的，而不意图是限制性的。在各种实施方式中，可以对流程图600进行修改以增加附加操作或省略一些操作。流程图600中描述的操作可以由例如一个或更多个半导体制造系统来执行，该半导体制造系统包括图案化系统、沉积系统、蚀刻系统或其任意组合。

在框610，可以将衬底的表面暴露于飞秒激光脉冲。如上所述，衬底可以包括一种或更多种类型的介电材料或半导体材料，例如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、晶体、Si₃N₄、SiC、Al₂O₃或陶瓷。在衬底表面的不同区域的曝光时间可以不同，使得在衬底表面的不同区域的曝光剂量可以不同，这可以在不同区域不同地修饰衬底的蚀刻选择性。

在框620，可以在衬底上沉积蚀刻掩模层(例如，硬掩模层)。蚀刻掩模层可以包括例如Cr、Pt、Pd、Ti、MoSi、聚合物、另一种金属材料、金属氧化物或其任意组合。在一些实施例中，在将衬底表面暴露于飞秒激光脉冲之前，可以在衬底上沉积蚀刻掩模层，其中暴露于飞秒激光脉冲可以从衬底的背侧发生。

在框630，可以在蚀刻掩模层顶部的光刻层中形成二维图案。该图案可以包括纳米级或微米级光栅。光刻层可以包括例如光致抗蚀剂。可以使用例如电子束光刻(EBL)、光蚀刻法、纳米压印光刻等在光刻层中形成图案。

在框640，可以将光刻层中的图案转移到蚀刻掩模层中，例如，使用各种干法蚀刻、湿法蚀刻、物理蚀刻或化学蚀刻技术，以形成蚀刻掩模。

在框650，可以使用蚀刻掩模通过干蚀刻来蚀刻衬底，例如电感耦合等离子体(ICP)蚀刻、电容耦合等离子体(CCP)蚀刻、反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻(IBE)、离子研磨、化学RIE等。暴露于较高飞秒激光脉冲剂量的衬底区域可以比暴露于较低飞秒激光脉冲剂量的衬底区域蚀刻得更快。因此，可以使用干法蚀刻在衬底中形成可变的蚀刻深度轮廓。

本发明的实施例可用于实现人工现实系统的部件或者可以结合人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前以某种方式被调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，并且它们中的任何一个都可以在单个通道或多个通道中呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，这些平台包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

图7是用于实现本文公开的一些示例的示例近眼显示器(例如，HMD设备)的示例电子系统700的简化框图。电子系统700可以用作上述HMD设备或其他近眼显示器的电子系统。在该示例中，电子系统700可以包括一个或更多个处理器710和存储器720。处理器710可以被配置为执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如通用处理器或适于在便携式电子设备内实现的微处理器。处理器710可以与在电子系统700内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器710可以通过总线740与其他示出的部件进行通信。总线740可以是适于在电子系统700内传输数据的任何子系统。总线740可以包括多条计算机总线和传输数据的附加电路。

存储器720可以耦合到处理器710。在一些实施例中，存储器720可以提供短期和长期存储，并且可以被分成几个单元。存储器720可以是易失性的(例如静态随机存取存储器(SRAM)和/或动态随机存取存储器(DRAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)。此外，存储器720可以包括可移动存储设备，例如安全数字(SD)卡。存储器720可以为电子系统700提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器720可以分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以被存储在存储器720中。指令可以采取可以由电子系统700可执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，在电子系统700上(例如，使用各种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)编译和/或安装时，指令可以采用可执行代码的形式。

在一些实施例中，存储器720可以存储多个应用模块722至724，应用模块722至724可以包括任意数量的应用。应用的示例可以包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。这些应用可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用模块722-724可以包括要由处理器710执行的特定指令。在一些实施例中，应用模块722-724中的某些应用或部分可以由其他硬件模块780执行。在某些实施例中，存储器720可以另外包括安全存储器，安全存储器可以包括附加的安全控制，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。

在一些实施例中，存储器720可以包括加载在其中的操作系统725。操作系统725可以可操作来启动由应用模块722-724提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块780以及与无线通信子系统730的接口，无线通信子系统730可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统725可以适于在电子系统700的部件上执行其他操作，包括线程管理(threading)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。

无线通信子系统730可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(例如设备、IEEE 802.11设备、Wi-Fi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统700可以包括用于无线通信的一根或更多根天线734，作为无线通信子系统730的一部分或者作为耦合到系统的任何部分的单独部件。根据期望的功能，无线通信子系统730可以包括单独的收发器，以与基站收发台和其他无线设备以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(例如无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)或无线个人局域网(WPAN))进行通信。WWAN可以是例如WiMax(IEEE 802.16)网络。WLAN可以是例如IEEE 802.11x网络。WPAN可以是例如蓝牙网络、IEEE 802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合。无线通信子系统730可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他设备交换数据。无线通信子系统730可以包括用于使用天线734和无线链路732发送或接收数据(例如HMD设备的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统730、处理器710和存储器720可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。

电子系统700可以包括一个或更多个传感器790。传感器790可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器或可操作来提供感测输出和/或接收感测输入的任何其他类似模块，例如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，传感器790可以包括一个或更多个惯性测量单元(IMU)和/或一个或更多个位置传感器。基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号，IMU可以生成指示相对于HMD设备的初始位置的HMD设备的估计位置的校准数据。位置传感器可以响应于HMD设备的运动生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU误差校正的一种类型的传感器或它们的某种组合。位置传感器可以位于IMU的外部、IMU的内部或者它们的某种组合。至少一些传感器可以使用结构光图案进行感测。

电子系统700可以包括显示模块760。显示模块760可以是近眼显示器，并且可以以图形方式向用户呈现来自电子系统700的信息，例如图像、视频和各种指令。这种信息可以从一个或更多个应用模块722-724、虚拟现实引擎726、一个或更多个其他硬件模块780、它们的组合或用于(例如，通过操作系统725)为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中导出。显示模块760可以使用液晶显示(LCD)技术、发光二极管(LED)技术(包括例如，OLED、ILED、mLED、AMOLED、TOLED等)、发光聚合物显示(LPD)技术或某种其他显示技术。

电子系统700可以包括用户输入/输出模块770。用户输入/输出模块770可以允许用户向电子系统700发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块770可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统700的任何其他合适的设备。在一些实施例中，用户输入/输出模块770可以根据从电子系统700接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到或已经执行动作请求时，可以提供触觉反馈。

电子系统700可以包括照相机750，照相机750可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。照相机750还可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于VR、AR或MR应用。照相机750可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。在一些实施方式中，照相机750可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3D图像。

在一些实施例中，电子系统700可以包括多个其他硬件模块780。每个其他硬件模块780可以是电子系统700内的物理模块。虽然其他硬件模块780中的每一个可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块780中的一些可以被临时配置为执行特定功能或者被临时激活。其他硬件模块780的示例可以包括，例如，音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(NFC)模块、可充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，其他硬件模块780的一个或更多个功能可以用软件实现。

在一些实施例中，电子系统700的存储器720还可以存储虚拟现实引擎726。虚拟现实引擎726可以执行电子系统700内的应用，并从各种传感器接收HMD设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的某种组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎726接收的信息可以用于向显示模块760产生信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎726可以为HMD设备生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。此外，虚拟现实引擎726可以响应于从用户输入/输出模块770接收的动作请求，在应用内执行动作，并向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，处理器710可以包括可以执行虚拟现实引擎726的一个或更多个GPU。

在各种实施方式中，上述硬件和模块可以在单个设备上实现，或者在可以使用有线或无线连接相互通信的多个设备上实现。例如，在一些实施方式中，一些部件或模块(例如GPU、虚拟现实引擎726和应用(例如，跟踪应用))可以在与头戴式显示器设备分离的控制台上实现。在一些实施方式中，一个控制台可以连接到或支持多于一个的HMD。

在替代配置中，电子系统700中可以包括不同的和/或附加的部件。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上述方式的方式分布在部件中。例如，在一些实施例中，电子系统700可以被修改为包括其他系统环境，例如AR系统环境和/或MR环境。

上面讨论的方法、系统和设备是示例。各种实施例可以酌情省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在替代配置中，所描述的方法可以以不同于所描述的顺序来被执行，和/或可以添加、省略和/或组合各个阶段。此外，参照某些实施例描述的特征可以在各种其他实施例中被组合。实施例的不同方面和元素可以以相似的方式被组合。此外，技术不断发展，且因此许多元素是示例，并不将本公开的范围限制于那些具体示例。

在描述中给出了具体细节，以提供对实施例的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施例。例如，为了避免模糊实施例，众所周知的电路、过程、系统、结构和技术在没有不必要的细节的情况下被示出。本描述仅提供示例实施例，并不意图限制本发明的范围、适用性或配置。相反，实施例的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现各种实施例的可行的描述(enabling description)。可以对元件的功能和布置进行各种改变而不脱离本公开的精神和范围。

此外，一些实施例和示例被描述为被描绘为流程图或框图的过程。虽然每一个可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或同时被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可能有图中未包括的附加步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任意组合来实现方法的实施例。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行相关联的任务的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的计算机可读介质中。处理器可以执行相关联的任务。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，也可以使用定制或专用的硬件，和/或特定的元件可以在硬件、软件(包括便携式软件(例如小程序(applet)等))或两者中被实现。此外，可以采用到诸如网络输入/输出设备的其他计算设备的连接。

参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施例和示例中，在向处理单元和/或其他设备提供指令/代码以供执行时可能涉及各种机器可读介质。附加地或替代地，机器可读介质可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。这种介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读介质的常见形式包括例如磁和/或光学介质(例如光盘(CD)或数字多功能盘(DVD))、穿孔卡、纸带、具有孔(hole)图案的任何其它物理介质、RAM、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存-EPROM、任何其它存储器芯片或盒、下文所述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其它介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以代表过程、函数、子程序、程序、例程、应用(App)、子例程、模块、软件包、类或指令、数据结构或程序语句的任意组合。

本领域的技术人员将理解，可以使用各种不同的技术和技艺中的任何一种来表示用于传送本文描述的消息的信息和信号。例如，在以上通篇描述中可以被引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任意组合来表示。

本文使用的术语“和(and)”和“或(or)”可以包括多种含义，这些含义也预期至少部分取决于使用这些术语的上下文。典型地，如果“或”被用来关联列表(例如A、B或C)，其意在表示A、B和C(这里以包含的意义使用)，以及A、B或C(这里以排他的意义使用)。此外，本文使用的术语“一个或更多个(one or more)”可以用来以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用来描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性的示例，并且要求保护的主题不限于该示例。此外，如果术语“......中的至少一个(at leastone of)”被用来关联列表(例如A、B或C)，该术语可以被解释为意指A、B和/或C的任意组合，例如A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等。

此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施例和示例，但是应该认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施例和示例可以仅以硬件的方式实现，或者仅以软件的方式实现，或者使用它们的组合来实现。在一个示例中，软件可以用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实现，所述计算机程序代码或指令可由一个或更多个处理器执行，用于执行本公开中描述的任何或所有步骤、操作或过程，其中计算机程序可以存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的各种过程可以在相同的处理器上实现，或者在任何组合中的不同的处理器上实现。

在设备、系统、部件或模块被描述为被配置为执行某些操作或功能的情况下，可以通过下列项来完成这种配置：例如，通过设计电子电路来执行操作、通过对可编程电子电路(诸如微处理器)进行编程来执行操作(诸如通过执行计算机指令或代码)、或者通过被编程为执行存储在非暂时性存储介质上的代码或指令的处理器或核、或者通过它们的任意组合。进程可以使用各种技术(包括但不限于用于进程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的进程对可以使用不同的技术，或者相同的进程对可以在不同的时间使用不同的技术。

因此，应当从说明性意义上而非从限制性意义上来考虑说明书和附图。然而，显而易见的是，在不脱离权利要求中阐述的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，虽然已经描述了特定的实施例和示例，但是这些实施例并不旨在进行限制。各种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。

附录A

动机

在WG技术中，实现具有图案高度的高度控制的空间可变蚀刻深度(VED)光栅对于调节衍射光栅的衍射效率和角度/光谱响应非常重要。在非衍射解决方案(折射/反射)中，实现空间变化的3D结构也非常重要。不幸的是，没有一种简单的方法可以在毫米尺度上图案化纳米级特征并对其几何形状进行空间控制。目前探索的解决方案包括在蚀刻过程中使用可移动刀片以在空间上控制蚀刻时间(和深度)，使用双掩模和灰度光刻等。然而，这些技术都需要长时间的开发，当需要2D VED时很难控制。

发明

本发明包括使用飞秒激光脉冲修饰衬底表面，结合常规光刻步骤和干法蚀刻，以实现具有纳米级或微米级图案的任何空间变化的几何形状。

飞秒激光脉冲用于局部修饰衬底的蚀刻选择性，并直接在衬底中“编程”VED功能。这允许无掩模灰度蚀刻。纳米级或微米级光刻用于定义光学器件使用的衍射/折射/反射图案。由于对衬底进行了飞秒激光修饰，图案将根据衬底暴露于的局部能量蚀刻得更深或更浅。

流程步骤

1)将衬底表面暴露于飞秒激光脉冲

2)沉积硬掩膜。硬掩模(Cr、Pt、Pd、Ti、MoSi、聚合物或任何金属、金属氧化物的组合)可能已经存在于衬底上。在这种情况下，暴露于飞秒激光会从背侧发生。

3)在硬掩模顶部的光刻层上图案化纳米光栅和/或微光栅(EBL、光蚀刻法、NIL等)。

4)将图案转移到硬掩模中。

5)通过硬掩模蚀刻石英。承受最高剂量的衬底区域预期比未修饰的区域蚀刻得更快。因此，VED轮廓可以在衬底上编程，并使用干法蚀刻(ICP、CCP、RIE、IBE、离子研磨、化学RIE等)来实现。