倾斜表面浮雕结构上的外覆层的平坦化的制作方法

倾斜表面浮雕结构上的外覆层的平坦化
1.背景
2.人工现实系统(例如头戴式显示器(hmd)或平视显示器(hud)系统)通常包括被配置成呈现描绘虚拟环境中的对象的人工图像的显示器。例如在虚拟现实(vr)、增强现实(ar)或混合现实(mr)应用中，显示器可以显示虚拟对象或者将现实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在ar系统中，用户可以例如通过透过透明显示眼镜或透镜观看(通常称为光学透视(optical see
‑
through)或者通过观看由照相机捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(cgi))和周围环境。
3.一个示例光学透视ar系统可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以耦合到波导(例如，衬底)中，在波导内传播，并且在不同位置处从波导耦合出去。在一些实现中，可以使用衍射光学元件(例如倾斜表面浮雕光栅(slanted surface
‑
relief grating))将投影图像的光耦合到波导中或从波导耦合出去。在许多情况下，成本有效地制造倾斜表面浮雕光栅可能具有挑战性。
4.概述
5.本公开总体上涉及在倾斜表面浮雕结构上生产外覆层(overcoat layer)的技术。倾斜表面浮雕结构，例如倾斜表面浮雕光栅，可以包括脊(ridge)和槽(groove)。可以在倾斜表面浮雕光栅上形成填充槽并覆盖脊的外覆层。根据某些实施例，可以执行平坦化(planarization)操作以获得外覆层的平的顶表面。
6.沉积和蚀刻操作可以在多次加工循环的每一次中进行。离子束蚀刻可用于改善外覆层的表面光洁度(surface finishing)。在表面浮雕结构上形成外覆层之后，可以使用化学机械平坦化技术来获得均匀或平的表面。
7.在使用ald或其他循环沉积工艺用外覆材料填充槽之后，可以执行旋涂操作(spin
‑
coating operation)以获得外覆层的基本平的表面。在旋涂操作之后，可以执行蚀刻操作以移除使用旋涂操作施加的所有外覆材料，并移除使用ald或其他循环工艺沉积的外覆材料的至少一部分，以实现外覆层的基本平的表面。
8.根据本发明的第一方面，提供了一种平坦化衬底上的表面浮雕结构上的外覆层的方法，其中所述方法可以包括使用离子束以掠射角(glacing angle)移除外覆层的一部分。外覆层可以包括多个平坦表面部分和多个非平坦表面部分。多个非平坦表面部分中的每一个可以包括第一倾斜侧和面向第一倾斜侧的第二倾斜侧。掠射角可以是离子束与多个平坦表面部分之间的角度。可以选择掠射角，使得多个非平坦表面部分中的每一个的第一倾斜侧可以相对于离子束被多个平坦表面部分中的相邻平坦表面部分遮蔽，从而离子束可以不到达多个非平坦表面部分中的每一个的至少第一倾斜侧，而是可以到达多个非平坦表面部分中的每一个的第二倾斜侧。
9.多个非平坦表面部分可以是凹的(concave)。多个非平坦表面部分中的每一个还可以包括在第一倾斜侧和第二倾斜侧之间的底部。可以进一步选择掠射角，使得离子束不到达多个非平坦表面部分中的每一个的底部。多个非平坦表面部分中的每一个的第一倾斜侧可以相对于多个平坦表面部分中的相邻平坦表面部分以第一角度定向。掠射角可以小于
第一角度。掠射角的范围可以在1
°
和15
°
之间。使用离子束移除外覆层的该部分可以包括随着通过离子束移除外覆层的该部分，减小掠射角。掠射角可以从15
°
减小到小于1
°
。
10.表面浮雕结构可以包括相对于衬底倾斜的多个脊，以及各自在两个相邻的脊之间的多个槽。多个槽可以各自具有至少100nm的深度。多个脊可以各自具有至少45
°
的倾斜角。可以使用原子层沉积工艺将外覆层沉积在表面浮雕结构上。
11.根据第二方面，本发明提供了一种在衬底上的表面浮雕结构上形成外覆层的方法，其中该方法可以包括接收衬底。表面浮雕结构可以包括相对于衬底倾斜的多个脊，以及各自在两个相邻的脊之间的多个槽。该方法还可以包括在多次循环的每次循环中，在多个脊的表面和多个槽的底部上沉积第一外覆材料的均匀层。该方法还可以包括使用旋涂工艺在第一外覆材料的层上沉积第二外覆材料。
12.多个脊可以各自具有至少45
°
的倾斜角。在每次循环中，可以仅沉积第一外覆材料的一个原子层。第二外覆材料的折射率可以匹配第一外覆材料的折射率。
13.该方法还可以包括移除沉积在第一外覆材料上的第二外覆材料，以暴露沉积在表面浮雕结构上的第一外覆材料。该方法还可以包括移除第一外覆材料的一部分，以获得第一外覆材料的平坦顶表面。
14.移除第二外覆材料和/或部分第一外覆材料可以包括使用化学机械抛光工艺移除第二外覆材料和/或部分第一外覆材料。移除第二外覆材料和/或部分第一外覆材料可以包括使用掠射离子束蚀刻移除第二外覆材料和/或部分第一外覆材料。移除第二外覆材料和/或部分第一外覆材料可以包括使用干法蚀刻工艺移除第二外覆材料和/或部分第一外覆材料。干法蚀刻工艺可以以相同的速率蚀刻第一外覆材料和第二外覆材料。
15.该方法还可以包括，在每次循环中，在沉积了第一外覆材料的均匀层之后，移除沉积在多个脊的顶表面上的第一外覆材料的均匀层的部分。
16.根据第三方面，本发明提供了一种波导，其中所述波导可以包括衬底、衬底上的表面浮雕结构以及表面浮雕结构上的外覆层。表面浮雕结构可以包括相对于衬底倾斜的多个脊，以及各自由两个相邻的脊限定的多个槽。外覆层和多个脊可以共同在衬底上形成光耦合结构。外覆层的顶表面可以通过以掠射角进行离子束蚀刻获得。
17.离子束蚀刻可以在原子层沉积操作之后进行，在原子层沉积操作中可以沉积外覆材料层以形成中间外覆层。可以执行离子束蚀刻以移除中间外覆层上的多个非平坦表面部分。多个非平坦表面部分中的每一个可以包括第一倾斜侧和面向第一倾斜侧的第二倾斜侧。可以选择掠射角，使得多个非平坦表面部分中的每一个的第一倾斜侧可以相对于离子束被遮蔽，并且多个非平坦表面部分中的每一个的第二倾斜侧可以暴露于离子束。
18.本概述既不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解主题。前述内容连同其他特征和示例一起将在下面的说明书、权利要求和附图中被更详细地描述。应当理解，本发明的第一方面、第二方面和第三方面中的任何一个的特征可以结合到其余方面中。
19.附图简述
20.下面参考以下附图详细描述说明性实施例。
21.图1是根据某些实施例的示例近眼显示器的简化图。
22.图2是根据某些实施例的示例近眼显示器的横截面视图。
23.图3是根据某些实施例的示例波导显示器的等轴视图。
24.图4是根据某些实施例的示例波导显示器的横截面视图。
25.图5是包括波导显示器的示例人工现实系统的简化框图。
26.图6示出了根据某些实施例的使用波导显示器的示例光学透视增强现实系统。
27.图7示出了显示光(display light)和外部光在示例波导显示器中的传播。
28.图8示出了根据某些实施例的示例波导显示器中的示例倾斜光栅耦合器。
29.图9a示出了根据某些实施例的示例波导显示器中的示例倾斜光栅耦合器。
30.图9b示出了根据某些实施例的图9a的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有外覆材料层。
31.图9c示出了根据某些实施例的图9a和图9b的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有附加外覆材料。
32.图9d示出了根据某些实施例的图9a
‑
图9c的示例倾斜光栅耦合器，其进一步涂覆有附加外覆材料以形成平坦外覆层。
33.图10是简化的流程图，其示出了根据某些实施例的用于外覆倾斜表面浮雕结构的示例工艺。
34.图11示出了根据某些实施例的具有外覆层的倾斜表面浮雕结构的示例。
35.图12是简化的流程图，其示出了根据某些实施例的用于外覆倾斜表面浮雕结构的示例工艺。
36.图13a示出了根据某些实施例的涂覆有外覆材料层的示例倾斜光栅耦合器。
37.图13b示出了根据某些实施例的图13a的示例倾斜光栅耦合器，其中部分外覆材料层已经被移除。
38.图13c示出了根据某些实施例的图13a和图13b的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有附加外覆材料。
39.图13d示出了根据某些实施例的图13a
‑
图13c的示例倾斜光栅耦合器，其进一步涂覆有附加外覆材料以形成平坦外覆层。
40.图14是示出根据某些实施例的用于平坦化倾斜表面浮雕结构上的外覆层的示例工艺的简化流程图。
41.图15a示出了根据某些实施例的涂覆有外覆材料层的示例倾斜光栅耦合器。
42.图15b示出了根据某些实施例的图15a的示例倾斜光栅耦合器，其中部分外覆材料层已经被移除。
43.图15c示出了根据某些实施例的图15a和图15b的示例倾斜光栅耦合器，其中外覆材料层的附加部分已经被移除。
44.图15d示出了根据某些实施例的图15a
‑
图15c的示例倾斜光栅耦合器，其中外覆材料层的附加部分已经被进一步移除以形成平坦外覆层。
45.图16a是示出根据某些实施例的用于平坦化倾斜表面浮雕结构上的外覆层的示例工艺的简化流程图。
46.图16b是示出根据某些实施例的用于平坦化倾斜表面浮雕结构上的外覆层的示例工艺的简化流程图。
47.图17a示出了根据某些实施例的涂覆有外覆材料层的示例倾斜光栅耦合器。
48.图17b示出了根据某些实施例的图17a的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有附加外覆材料以形成平坦外覆层。
49.图18a示出了根据某些实施例的涂覆有外覆材料层的示例倾斜光栅耦合器。
50.图18b示出了根据某些实施例的已经涂覆有附加外覆材料的图18a的示例倾斜光栅耦合器。
51.图18c示出了根据某些实施例的图18a和图18b的示例倾斜光栅耦合器，其中部分外覆材料已经被移除。
52.图18d示出了根据某些实施例的图18a
‑
图18c的示例倾斜光栅耦合器，其中已经移除了外覆材料的附加部分以形成平坦外覆层。
53.图19是根据某些实施例的示例近眼显示器的示例电子系统的简化框图。
54.附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到示出的结构和方法的可选的实施例可以被采用而不偏离本公开的原理和所推崇的益处。
55.在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各个部件。如果说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。
56.详细描述
57.本公开涉及基于波导的近眼显示系统。更具体地且不受限制地，本公开涉及用于覆盖倾斜表面浮雕结构的外覆层的平坦化技术。
58.倾斜表面浮雕结构，例如倾斜表面浮雕光栅，可以用在许多光学或电子设备中来操纵光和/或电的行为。根据某些实施例，倾斜表面浮雕光栅可以用在一些光学设备中，例如人工现实应用中的近眼显示系统，以产生高折射率变化、高衍射效率和/或高光传输效率。倾斜表面浮雕光栅可以包括脊和槽。为了保护倾斜表面浮雕光栅的结构，并增加视场和减少彩虹伪影等，可以在倾斜表面浮雕光栅上形成外覆层。外覆材料的折射率可以不同于形成脊的材料的折射率。脊和填充槽并覆盖脊的外覆材料可以一起用作波导显示器的光栅耦合器。
59.旋涂(spin
‑
on)技术可以提供相对低成本且简单的选项，但是部分由于光栅的变化的构造(cofiguration)(例如脊的变化的倾斜角、光栅的变化的占空比、由脊限定的槽的变化的深度等)，外覆材料可能无法均匀地涂覆在整个倾斜的表面浮雕光栅上。当脊的倾斜角可能变得相对较大时，可能变得更加难以获得均匀的外覆层。厚度变化会由于杂散光路径而导致产量的显著损失。此外，在一些应用中，槽可以非常窄和/或深，并且当使用旋涂技术时，溶剂滞留可能发生在例如槽中。滞留的溶剂可以导致外覆层内变化的折射率和设备的效率损失。
60.根据某些实施例，可以利用原子层沉积(ald)来改善表面轮廓的平面性(flatness)/平整度(evenness)以及外覆层折射率的均匀性。在一些实施例中，外覆层的顶表面仍然可以包括凹陷或不平整。对于某些应用，可以执行平坦化操作以获得外覆层的平的顶表面。
61.在一些实施例中，沉积和蚀刻操作可以在多次加工循环的每一次中执行。沉积操作可以包括ald。在每次加工循环中，薄的外覆材料层可以在沉积操作期间沉积在暴露的表面上，并且比起沉积在槽中的外覆材料，蚀刻操作可以更快地移除沉积在脊顶部上的外覆材料，使得在沉积操作期间沉积在槽中的至少一些外覆材料可以保留，同时可以移除脊顶部上的外覆材料。结果，在完成多次操作和蚀刻循环后，可以获得外覆层的基本平的或均匀的顶表面。
62.在一些实施例中，离子束蚀刻可用于改善外覆层的表面光洁度。例如，可以使用几乎平行于沉积的外覆材料表面的掠射离子束(glancing ion beam)来比凹陷(dip)内的外覆材料更快地移除凹陷外的外覆材料，从而可以获得外覆层的均匀或平的表面。在一些实施例中，离子束的掠射角(glancing angle)可以随着外覆材料被蚀刻掉和凹陷的深度逐渐减小而逐渐减小。
63.在一些实施例中，在在表面浮雕结构上形成外覆层之后，可以使用化学机械平坦化技术来获得均匀或平的表面。
64.在一些实施例中，在使用ald或其他循环沉积工艺填充槽之后，可以执行旋涂操作。因为在完成ald或其他循环沉积工艺后，与其上形成有变化光栅的未涂覆衬底相比，表面平整度已经得到显著改善，所以通过随后的旋涂操作可以获得基本平的表面。在一些实施例中，用于旋涂操作的外覆材料可以具有与使用ald沉积的外覆材料的折射率相匹配的折射率。
65.在一些实施例中，用于旋涂操作的外覆材料可以具有与使用ald或其他循环工艺沉积的外覆材料的折射率不同的折射率，但是相对于使用ald或其他循环工艺施加的外覆材料，可以具有大约1:1的蚀刻选择性。在旋涂操作之后，可以执行蚀刻操作以移除使用旋涂操作施加的所有外覆材料，并且至少移除在ald工艺期间形成的凹陷底部上方的外覆材料，以获得外覆层的基本平的表面。
66.在以下的描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对公开的示例的透彻理解。然而，很明显，没有这些具体细节也可以实施各种示例。例如，设备、系统、结构、组件、方法和其他部件可以以框图形式被示出为部件，以避免在不必要的细节上模糊示例。在其他情况下，公知的设备、过程、系统、结构和技术可以在没有必要细节的情况下被示出，以避免模糊示例。附图和描述并不旨在是限制性的。在本公开中使用的术语和表达被用作描述性术语而非限制性术语，并且在使用这些术语和表达时无意排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物。词语“示例”在本文中用于意指“用作示例(example)、实例(instance)或说明”。本文被描述为“示例”的任何实施例或设计不一定被解释为相对于其他实施例或设计更优选或有利。
67.图1是根据某些实施例的示例近眼显示器100的简图。近眼显示器100可以向用户呈现媒体。由近眼显示器100呈现的媒体的示例可以包括一个或更多个图像、视频和/或音频。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)被呈现，该外部设备从近眼显示器100、控制台或两者接收音频信息，并基于音频信息来呈现音频数据。近眼显示器100通常被配置成作为人工现实显示器进行操作。在一些实施例中，近眼显示器100可以作为增强现实(ar)显示器或混合现实(mr)显示器来进行操作。
68.近眼显示器100可以包括框架105和显示器110。框架105可以耦合到一个或更多个
光学元件。显示器110可以被配置成让用户看到由近眼显示器100呈现的内容。在一些实施例中，显示器110可以包括波导显示组件，用于将来自一个或更多个图像的光导向用户的眼睛。
69.图2是图1所示近眼显示器100的横截面视图200。显示器110可包括至少一个波导显示组件210。当用户佩戴近眼显示器100时，出射光瞳(exit pupil)230可以位于用户眼睛220所处的位置。出于说明的目的，图2示出了与用户眼睛220和单个波导显示组件210相关联的横截面视图200，但是在一些实施例中，第二波导显示器可以用于用户的第二只眼睛。
70.波导显示组件210可以被配置成将图像光(例如，显示光)导向位于出射光瞳230处的视窗(eyebox)，并导向用户眼睛220。波导显示组件210可以包括具有一个或更多个折射率的一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)。在一些实施例中，近眼显示器100可以包括在波导显示组件210和用户眼睛220之间的一个或更多个光学元件。
71.在一些实施例中，波导显示器组件210可以包括一个或更多个波导显示器的堆叠，包括但不限于堆叠式波导显示器、变焦波导显示器等。堆叠式波导显示器是通过堆叠相应单色源具有不同颜色的波导显示器创建的多色显示器(例如，红绿蓝(rgb)显示器)。堆叠式波导显示器也可以是可以被投影在多个平面上的多色显示器(例如，多平面彩色显示器)。在一些配置中，堆叠式波导显示器可以是可以被投影在多个平面上的单色显示器(例如，多平面单色显示器)。变焦波导显示器是可以调节从波导显示器发射的图像光的焦点位置的显示器。在替代实施例中，波导显示组件210可以包括堆叠式波导显示器和变焦波导显示器。
72.图3是波导显示器300的实施例的等轴视图。在一些实施例中，波导显示器300可以是近眼显示器100的部件(例如，波导显示组件210)。在一些实施例中，波导显示器300可以是可以将图像光导向特定位置的某个其他近眼显示器或其他系统的一部分。
73.波导显示器300可以包括源组件310、输出波导320和控制器330。出于说明的目的，图3示出了与用户眼睛390相关联的波导显示器300，但在一些实施例中，与波导显示器300分离(或部分地分离)的另一个波导显示器可以向用户的另一只眼睛提供图像光。
74.源组件310可以生成用于显示给用户的图像光355。源组件310可以生成图像光355并将其输出到位于输出波导320的第一侧面370
‑
1上的耦合元件350。在一些实施例中，耦合元件350可以将来自源组件310的图像光355耦合到输出波导320中。耦合元件350可以包括，例如，衍射光栅、全息光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱柱面元件(prismatic surface element)、和/或全息反射器阵列。输出波导320可以是能够向用户眼睛390输出扩展图像光340的光波导。输出波导320可以在位于第一侧面370
‑
1上的一个或更多个耦合元件350处接收图像光355，并将接收到的图像光355引导至导向元件360。
75.导向元件360可以将接收到的输入图像光355重定向到去耦元件(decoupling element)365，使得接收到的输入图像光355可以经由去耦元件365从输出波导320耦合出去。导向元件360可以是输出波导320的第一侧面370
‑
1的一部分或固定到其上。去耦元件365可以是输出波导320的第二侧面370
‑
2的一部分或固定到其上，使得导向元件360与去耦元件365相对。导向元件360和/或去耦元件365可以包括，例如，衍射光栅、全息光栅、表面浮雕光栅、一个或更多个级联反射器、一个或更多个棱柱面元件、和/或全息反射器阵列。
76.输出波导320的第二侧面370
‑
2可以表示沿x维度和y维度的平面。输出波导320可
以包括有助于图像光355的全内反射的一种或更多种材料。输出波导320可以包括，例如，硅、塑料、玻璃和/或聚合物。输出波导320可以具有相对较小的形状因子(form factor)。例如，输出波导320可以沿x维度宽约50mm，沿y维度长约30mm，以及沿z维度厚约0.5mm至1mm。
77.控制器330可以控制源组件310的扫描操作。控制器330可以确定用于源组件310的扫描指令。在一些实施例中，输出波导320可以将扩展的图像光340输出到用户眼睛390，具有大视场(fov)。例如，被提供给用户眼睛390的扩展的图像光340可以具有(x和y中的)大约60度或者更大和/或大约150度或更小的对角fov。输出波导320可以被配置成提供视窗，其长度为大约20mm或更大和/或等于或小于大约50mm；和/或宽度为大约10mm或更大和/或等于或小于大约50mm。
78.图4是波导显示器300的横截面视图400。波导显示器300可以包括源组件310和输出波导320。源组件310可以根据来自控制器330的扫描指令生成图像光355(例如，显示光)。源组件310可以包括源410和光学系统415。源410可以包括生成相干光或部分相干光的光源。源410可以包括，例如，激光二极管、垂直腔面发射激光器和/或发光二极管。
79.光学系统415可以包括一个或更多个光学部件，光学部件能够调节来自源410的光。调节来自源410的光可以包括，例如，根据来自控制器330的指令来扩展、准直和/或调整定向。一个或更多个光学部件可以包括一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。从光学系统415(还有源组件310)发射的光可以被称为图像光355或显示光。
80.输出波导320可以从源组件310接收图像光355。耦合元件350可以将来自源组件310的图像光355耦合到输出波导320中。在耦合元件350包括衍射光栅的实施例中，衍射光栅可以被构造成使得全内反射可以在输出波导320内发生，并且因此耦合到输出波导320中的图像光355可以在输出波导320内(例如，通过全内反射)朝向去耦元件365进行内部传播。
81.导向元件360可以将图像光355朝向去耦元件365重新定向，用于将图像光的至少一部分从输出波导320耦合出去。在导向元件360是衍射光栅的实施例中，衍射光栅可以被构造成使得入射图像光355以相对于去耦元件365的表面倾斜的角度离开输出波导320。在一些实施例中，导向元件360和/或去耦元件365可以在结构上类似。
82.离开输出波导320的扩展的图像光340可以沿着一个或更多个维度被扩展(例如，沿着x维度被拉长)。在一些实施例中，波导显示器300可以包括多个源组件310和多个输出波导320。每个源组件310可以发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。每个输出波导320可以堆叠在一起，以输出可以是多色的扩展的图像光340。
83.图5是包括波导显示组件210的示例人工现实系统500的简化框图。系统500可以包括近眼显示器100、成像设备535和输入/输出接口540，它们各自耦合到控制台510。
84.如上所述，近眼显示器100可以是向用户呈现媒体的显示器。由近眼显示器100呈现的媒体的示例可以包括一个或更多个图像、视频和/或音频。在一些实施例中，音频可以经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)被呈现，该外部设备可以从近眼显示器100和/或控制台510接收音频信息，并基于音频信息来向用户呈现音频数据。在一些实施例中，近眼显示器100可以充当人工现实眼镜。例如在一些实施例中，近眼显示器100可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。
85.近眼显示器100可以包括波导显示组件210、一个或更多个位置传感器525和/或惯性测量单元(imu)530。波导显示组件210可以包括诸如波导显示器300的波导显示器，波导
显示器300包括如上所述的源组件310、输出波导320和控制器330。
86.imu 530可以包括电子设备，该电子设备能够基于从一个或更多个位置传感器525接收的测量信号生成快速校准数据，该快速校准数据指示相对于近眼显示器100的初始位置的近眼显示器100的估计位置。
87.成像设备535可根据从控制台510接收的校准参数来生成慢速校准数据。成像设备535可以包括一个或更多个照相机和/或一个或更多个摄像机。
88.输入/输出接口540可以是允许用户向控制台510发送动作请求的设备。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。
89.控制台510可以根据从成像设备535、近眼显示器100和输入/输出接口540中的一个或更多个接收的信息来向近眼显示器100提供媒体以呈现给用户。在图5所示的示例中，控制台510可以包括应用储存器545、跟踪模块550和引擎555。
90.应用储存器545可以存储用于由控制台510执行的一个或更多个应用。应用可以是一组指令，该组指令当由处理器执行时可以生成用于呈现给用户的内容。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。
91.跟踪模块550可以使用一个或更多个校准参数来校准系统500，并且可以调整一个或更多个校准参数以减小近眼显示器100的位置确定中的误差。跟踪模块550可以使用来自成像设备535的慢速校准信息来跟踪近眼显示器100的移动。跟踪模块550还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器100的参考点的位置。
92.引擎555可以执行系统500内的应用，并从跟踪模块550接收近眼显示器100的位置信息、加速度信息、速度信息和/或预测的未来位置。在一些实施例中，引擎555接收的信息可以用于产生信号(例如，显示指令)给波导显示组件210。信号可以确定要呈现给用户的内容的类型。
93.可以有许多不同的方式来实现波导显示器。例如，在一些实现中，输出波导320可以包括在第一侧面370
‑
1和第二侧面370
‑
2之间的倾斜表面，用于将图像光355耦合到输出波导320中。在一些实现中，倾斜表面可以涂覆有反射涂层，以朝向导向元件360反射光。在一些实现中，倾斜表面的角度可以被构造成使得图像光355可以由于全内反射而被倾斜表面反射。在一些实现中，可以不使用导向元件360，并且可以通过全内反射在输出波导320内引导光。在一些实现中，去耦元件365可以位于第一侧面370
‑
1附近。
94.在一些实现中，输出波导320和去耦元件365(以及导向元件360，如果使用了的话)对于来自环境的光可以是透明的，并且可以充当光学组合器(optical combiner)，用于组合图像光355和来自近眼显示器100前面的物理、现实世界环境的光。这样，用户可以查看来自源组件310的人工对象的人工图像和物理、现实世界环境中的现实对象的真实图像，这可以被称为光学透视。
95.图6示出了根据某些实施例的使用波导显示器的示例光学透视增强现实系统600。增强现实系统600可以包括投影仪610和组合器615。投影仪610可以包括光源或图像源612和投影仪光学器件614。在一些实施例中，图像源612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612可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源612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612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612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614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612的光，例如对光进行扩展、准直、扫描或者将光从图像源612投影到组合器615。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614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612的光。
96.组合器615可以包括输入耦合器630，用于将来自投影仪610的光耦合到组合器615的衬底620中。输入耦合器630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630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620中的光可以通过例如全内反射(tir)在衬底620内传播。衬底620可以是一副眼镜的镜片的形式。衬底620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。衬底的厚度可以在例如，小于大约1mm至大约10mm或更大的范围内。衬底620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％、60％、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。
97.衬底620可以包括或者可以耦合到多个输出耦合器640，输出耦合器640被构造成从衬底620提取由衬底620引导并在衬底620内传播的光的至少一部分，并将提取的光660导向增强现实系统600的用户的眼睛690。像输入耦合器630一样，输出耦合器640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640在不同位置处可以具有不同的耦合(例如，衍射)效率。衬底620还可以允许来自组合器615前面的环境的光650以很少损失或没有损失的方式通过。输出耦合器640也可以允许光650以很少的损失通过。例如，在一些实施方式中，输出耦合器640对于光650可以具有低衍射效率，使得光650可以被折射或者以其他方式以很少的损失穿过输出耦合器640，并且因此可以具有比所提取的光660更高的强度。在一些实现中，输出耦合器640对光650可以具有高衍射效率，并且可以以很少的损失将光650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615前面的环境和由投影仪610投影的虚拟对象的组合图像。
98.图7示出了包括波导710和光栅耦合器720的示例波导显示器700中入射显示光740和外部光730的传播。波导710可以是平坦或弯曲的透明衬底，其中折射率n2大于自由空间折射率n1(即，1.0)。光栅耦合器720可以包括，例如，布拉格光栅(bragg grating)或表面浮雕光栅。
99.入射显示光740可以通过例如，图6的输入耦合器630或上述的其他耦合器(例如，棱镜或倾斜表面)耦合到波导710中。入射显示光740可以通过例如全内反射在波导710内传播。当入射显示光740到达光栅耦合器720时，入射显示光740可以被光栅耦合器720衍射成例如，0阶衍射(即，反射)光742和
‑
1阶衍射光744。0阶衍射可以继续在波导710内传播，并且
可以在不同的位置处被波导710的底表面朝向光栅耦合器720反射。
‑
1阶衍射光744可以朝向用户的眼睛从波导710耦合(例如，折射)出去，因为由于
‑
1阶衍射光744的衍射角，在波导710的底表面处可能不满足全内反射条件。
100.外部光730也可以被光栅耦合器720衍射成例如0阶衍射光732或
‑
1阶衍射光734。0阶衍射光732或
‑
1阶衍射光734可以朝向用户的眼睛从波导710被折射出去。因此，光栅耦合器720可以充当输入耦合器，用于将外部光730耦合到波导710中，并且还可以充当输出耦合器，用于将入射显示光740从波导710耦合出去。这样，光栅耦合器720可以充当组合器，用于组合外部光730和入射显示光740，并将组合的光发送到用户的眼睛。
101.为了在朝向用户眼睛的期望方向上衍射光，并且对于某些衍射阶获得期望的衍射效率，光栅耦合器720可以包括闪耀光栅(blazed grating)或倾斜光栅，例如倾斜的布拉格光栅或表面浮雕光栅，其中光栅脊和槽可以相对于光栅耦合器720或波导710的表面法线倾斜。
102.图8示出了根据某些实施例的示例波导显示器800中的示例倾斜光栅820。波导显示器800可以包括波导810(例如衬底620)上的倾斜光栅820。倾斜光栅820可以充当光栅耦合器，用于将光耦合到波导810中或从波导810耦合出去。在一些实施例中，倾斜光栅820可以包括周期为p的周期性结构。例如，倾斜光栅820可以包括多个脊822和脊822之间的槽824。倾斜光栅820的每个周期可以包括脊822和槽824，槽824可以是空气间隙或填充有折射率为n
g2
的材料的区域。脊822的宽度与光栅周期p之间的比率可以称为占空比。倾斜光栅820可以具有例如从大约10％到大约90％或更大的占空比范围。在一些实施例中，占空比可以每周期都变化。在一些实施例中，倾斜光栅的周期p可以在倾斜光栅820上从一个区域到另一个区域变化，或者可以在倾斜光栅820上从一个周期到另一个周期变化(即，啁啾(chirped))。
103.脊822可以由折射率为n
g1
的材料制成，例如含硅材料(例如，sio2、si3n4、sic、sio
x
n
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)。每个脊822可以包括具有倾斜角α的前缘(leading edge)830和具有倾斜角β的后缘(trailing edge)840。在一些实施例中，每个脊822的前缘830和后缘840可以彼此平行。换句话说，倾斜角α近似等于倾斜角β。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之间的差值可以小于20％、10％、5％、1％或更小。在一些实施例中，倾斜角α和倾斜角β的范围可以是例如，从大约30
°
或更小到大约70
°
或更大。在一些实施例中，倾斜角α和/或倾斜角β可以大于30
°
、45
°
、50
°
、70
°
或更大。
104.倾斜光栅820可以使用许多不同的纳米制造技术来被制造。纳米制造技术通常包括图案化工艺和后图案化(例如，外覆)工艺。图案化工艺可以用于形成倾斜光栅820的倾斜脊822。可以有许多不同的纳米制造技术用于形成倾斜脊822。例如，在一些实现中，可以使用包括倾斜蚀刻的光刻技术来制造倾斜光栅820。在一些实施方式中，可以使用来自母模(master mold)的纳米压印光刻(nil)来制造倾斜光栅820。
105.后图案化工艺可用于用折射率n
g2
不同于倾斜脊822的折射率n
g1
的材料外覆倾斜脊822和/或填充倾斜脊822之间的槽824。后图案化工艺可以独立于图案化工艺。因此，可以在使用任何图案化技术制造的倾斜光栅上使用相同的后图案化工艺。
106.图9a示出了根据某些实施例的波导显示器900中的倾斜光栅耦合器的示例。波导显示器900可以包括倾斜表面浮雕结构，例如在诸如波导的衬底910上的倾斜光栅920。如上所述，也如图9a所示，倾斜光栅920的构造可以在整个衬底910上变化，以便提高光到用户眼睛的耦合效率。例如，一些倾斜光栅920a可以包括与其他倾斜光栅920b的周期p2不同的周期p1。脊922a和922b的高度、槽924a和924b的深度以及脊922a和922b的前缘930a和930b以及后缘940a和940b的倾斜角度也可以变化。脊922a和922b的宽度和/或槽924a和924b的宽度可以进一步变化，导致倾斜光栅920a和920b的变化的占空比。倾斜光栅920的变化的构造可能给均匀外覆倾斜光栅920和/或形成外覆层的基本平坦的顶表面带来挑战。
107.用于施加外覆层的常用技术可以包括旋涂技术。通常，旋涂技术可以很好地外覆相对平的表面。然而，当待涂覆的表面可能包括形成在其上的结构时，实现均匀的外覆层可能是具有挑战性的，并且当表面结构的构造可以在整个表面上变化时(例如倾斜光栅920的变化的构造)，或者当一些暴露的表面可以被其他表面和/或结构(例如倾斜脊922的后缘940和/或前缘930)遮蔽时，外覆所有暴露的表面可能甚至更困难。使用旋涂技术施加在倾斜光栅920上的外覆层的最终厚度可以变化，这会导致外覆层的表面不均匀或不平坦。外覆层表面的不均匀性会导致耦合光的显著损失。此外，当可以采用旋涂技术时，溶剂或空气滞留可能会发生在槽924中。例如，用于旋涂外覆材料的溶剂可能不会完全蒸发。空气也可能滞留在外覆层中。滞留的溶剂和/或空气可能导致外覆层的折射率变化和设备的效率损失。当槽924可以相对较深时，例如100nm、200nm、300nm或更深时，问题会加剧。在一些实施例中，槽924可以相对较窄，和/或脊922的倾斜角可以相对较大。在一些实施例中，倾斜角可以大于30
°
、45
°
、50
°
、70
°
或更大。
108.为了克服这些问题，可以实施用于在倾斜光栅920上施加外覆层的不同技术。在一些实施例中，可以采用循环涂覆或沉积工艺来填充槽924和/或外覆脊922。具体而言，可以在多次循环中形成外覆层，而不是一次性施加外覆材料来获得期望的外覆层厚度，并且在每次循环中，可以仅施加相对较薄的外覆材料层来部分填充槽924和/或外覆脊922。可以通过外覆材料施加的两次或更多次循环来获得所需的外覆层厚度。
109.在一些实施例中，可以在每次循环中使用原子层沉积(ald)来施加或沉积外覆材料。具体而言，一旦倾斜光栅920可以使用任何合适的技术形成，其上形成有倾斜光栅920的衬底910可以被转移到加工室(processing chamber)，用于外覆材料的施加或沉积。倾斜光栅920可以在可以施加或沉积外覆材料的同一加工室中形成，或者可以在不同的加工室中形成。加工室可以被配置成以循环方式施加或沉积外覆材料。加工室还可以配置成在每次循环期间以受控的量施加或沉积外覆材料，包括在一些实施例中使用ald沉积外覆材料。因此，在一些实施例中，在每次循环中，可以仅沉积可以包括外覆材料的两个或更多个原子层的薄层。在一些实施例中，在每次循环中可以仅沉积外覆材料的一个原子层。可以在两次或更多次循环中以逐层的方式沉积外覆材料，以获得所需的外覆层总厚度。
110.图9b示出了根据某些实施例的图9a的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有外覆材料层。如图所示，因为外覆材料可以以逐层的方式沉积，所以随着沉积的进行，沉积在脊922的顶部950上的外覆材料的厚度可以保持基本均匀。此外，当执行ald时，加工室的压力可以保持相对较低，例如接近真空。在真空条件下，形成外覆材料的分子可以被吸附在可以以任何角度取向的所有暴露表面上。因此，在使用ald沉积外覆材料期间，形成外覆层的分子不
仅可以被吸附在脊922的顶部950上，还可以被吸附在脊922的前缘930和后缘940的表面上，以及槽924的底部955上。在完成一次循环后，可以在脊922的顶部950上、并且在槽924内部以及脊922的前缘930和后缘940上沉积或形成一个连续的外覆材料原子层。如上所述，可能难以外覆脊922的前缘930，部分原因是前缘930、后缘940和/或槽924的底部955可能被脊922遮蔽。通过使用ald，形成外覆材料的分子能够到达并均匀地吸附在前缘930、后缘940和/或槽924的底部955上。因此，即使当前缘930和/或后缘940的倾斜角可能极高时，例如大于或大约30
°
、大于或大约35
°
、大于或大约40
°
、大于或大约45
°
、大于或大约50
°
、大于或大约55
°
、大于或大约60
°
、大于或大约65
°
、大于或大约70
°
、大于或大约75
°
、大于或大约80
°
或更大时，也可以通过使用ald获得均匀的外覆层。
111.由于可以执行使用ald的外覆材料施加的两次或更多次循环，沉积在脊922的顶部950上的外覆材料的厚度、沉积在脊922的前缘930和后缘940上的外覆材料的厚度以及沉积在槽924的底部955上的外覆材料的厚度可以以基本相同或相似的速率增长或增加。因此，如图9b所示，在沉积工艺期间，所有暴露表面上的外覆材料的厚度可以保持基本均匀，并且沉积的外覆材料可以同时减小槽924的深度和槽924的宽度。
112.图9c示出了根据某些实施例的图9a和图9b的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有附加外覆材料。如图所示，随着进行更多次的沉积循环，在沉积工艺期间可以保持所有暴露表面上的外覆材料厚度的均匀性。槽924的深度和槽924的宽度可以同时进一步减小。
113.图9d示出了根据某些实施例的图9a
‑
图9c的示例倾斜光栅耦合器，其进一步涂覆有附加外覆材料以形成平坦外覆层。如图所示，随着沉积的进一步循环进行，相邻脊922之间的间隙可以被消除，槽924可以被外覆材料完全填充，并且外覆层的连续表面960可以由外覆材料形成。
114.因为外覆材料可以以逐层的方式沉积，并且在一些实施例中，如图9a所示，各个倾斜光栅920a和920b的顶部950可以相对于衬底910的底表面处于相同的高度或高程(elevation)，所以当槽924可能被填充时外覆层的连续表面960可以具有相同的高度或高程，并且因此可以是基本平的或平坦的。在一些实施例中，表面960可以不包括表面不规则性，因此是平的或平坦的。在一些实施例中，表面960仍可包括较小程度的表面不规则性，例如突起或凹陷(dips)。在各种实施例中，凹陷的深度或突起的高度可以是几十纳米至小于几纳米，可以小于10nm、小于9nm、小于8nm、小于7nm、小于6nm、小于5nm、小于4nm、小于3nm、小于2nm、小于1nm、小于0.5nm或更小。
115.根据应用，即使当表面960可能包括微小程度的表面不规则性时，表面960仍然可以被认为是平的或平坦的，或者基本平的或平坦的。例如，在一些实施例中，当凹陷的深度或突起的高度可以小于倾斜光栅920的相关周期p的1％时，表面960可以被认为是平的或平坦的。根据应用，在一些实施例中，当凹陷的深度或突起的高度可以小于倾斜光栅920的相关周期p的5％时，表面960可以被认为是平的或平坦的，并且在各种实施例中，当凹陷的深度或突起的高度可以小于倾斜光栅920的相关周期p的4％、3％、2％、1％、0.5％或0.1％时，表面960可以被认为是平的或平坦的。
116.在一些实施例中，可以进行附加外覆材料施加的一次或更多次循环，以增加外覆层的厚度。因为外覆层的表面960可以是基本平坦的，所以可以使用ald或其他物理和/或化学技术(包括旋涂技术)来执行附加的沉积，以仍然保持和实现外覆层的基本平坦的顶表
面。
117.虽然ald在本文中被描述为用于填充倾斜光栅920的槽924的示例性技术，但是也可以使用其他沉积技术，例如其他化学气相沉积(cvd)和/或物理气相沉积(pvd)技术，来以循环方式沉积外覆材料。在每次循环期间，只有少量形成外覆层的材料可以流入加工室，以在脊922上和槽924内部沉积一薄层外覆材料。因此，与使用常规旋涂技术获得的表面轮廓相比，沉积的外覆材料层的表面轮廓可以得到改善。在一些实施例中，支撑其上形成有倾斜光栅920的衬底910的室部件可以倾斜，以便将槽924暴露给外覆材料的进入流，从而进一步促进槽924内部的均匀沉积。
118.与使用常规旋涂技术一次性施加外覆材料相比，无论是使用ald还是其他cvd或pvd技术，以循环方式形成外覆层通常可以改善表面轮廓。与其他cvd或pvd技术相比，使用ald施加外覆材料可以允许对外覆层的表面轮廓进行更大的控制，因为在每次循环期间，可以仅沉积外覆材料的一个原子层，即大约0.5nm厚。因此，在每次循环中沉积的厚度变化可以小于0.5nm。因此，外覆层总厚度的变化可能非常小，可能在几纳米或更小的范围内。
119.除了改善顶表面均匀性之外，通过使用ald以逐层方式沉积外覆材料，还可以实现整个外覆层的一致折射率。具体而言，通过使用ald将外覆材料逐层地沉积在槽924内部，槽924可以被外覆材料填充而基本上没有空隙。如上所述，使用旋涂技术施加外覆层会导致溶剂或空气滞留在槽924中，尤其是当槽924相对较深和/或较窄时。滞留在槽924内的溶剂或空气可导致外覆层内的折射率变化，这可进一步导致设备的效率损失。通过使用ald施加外覆层，可以不引入溶剂，并且不会发生空气滞留，因此，可以获得整个外覆层的一致和/或均匀的折射率，这可以进一步导致设备效率的提高。
120.外覆材料可以是视觉上基本透明的材料。根据应用，外覆材料的折射率可以高于或低于形成脊922的材料的折射率。在一些实施例中，形成脊922的材料可以包括非晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅(sioxny)、旋涂碳(soc)、无定形碳、类金刚石碳(dlc)、氧化钛、氧化铝、氧化钽或氧化铪中的一种。在一些实施例中，高折射率材料，例如氧化铪、氧化钛、氧化钽、氧化钨、氧化锆、硫化镓、氮化镓、磷化镓、硅、氮化硅和高折射率聚合物，可用于填充槽924。在一些实施例中，低折射率材料，例如氧化硅、氧化铝、多孔二氧化硅或氟化低折射率单体(或聚合物)，可用于填充槽924。结果，脊922的折射率和填充有外覆材料的槽924的折射率之差可以大于0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0或更高。外覆材料和脊922可以共同用于将光耦合到衬底910中和从衬底910耦合出去。
121.图10是简化的流程图1000，其示出了根据某些实施例的将外覆层施加到衬底上的示例性方法。流程图1000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。
122.在框1010，可以将衬底设置到加工室中。衬底可以包括类似于上面参照图8和图9描述的表面浮雕结构。因此，衬底可以包括具有倾斜脊和槽的倾斜光栅。如上所述，倾斜脊和槽的构造可以在整个衬底上变化。用于进行外覆层施加的加工室可以与在其中形成倾斜光栅的加工室相同或不同。因此，在框1010之前，其上形成有倾斜光栅的衬底可能已经在加工室中。可选地，在框1010，衬底可以被装载到加工室中，用于施加外覆层。
123.在框1020，可以在衬底上沉积一层外覆材料，以至少部分填充倾斜光栅的槽。在一些实施例中，加工室可以被配置成以受控的量施加或沉积外覆材料。因此，在框1020，可以沉积一薄层外覆材料。根据所使用的沉积技术和/或每种技术的操作参数，在一些实施例
中，外覆材料的薄层可以包括外覆材料的一个原子层，并且在一些实施例中可以包括外覆材料的几个原子层(即，两个或更多个原子层)。当可以沉积外覆材料的两个或更多个原子层时，根据所实施的沉积技术，可以通过确定或控制沉积的外覆材料的原子层的数量和/或通过确定或控制在框1020沉积的每个外覆材料层的厚度来控制沉积的外覆材料的总厚度。
124.在一些实施例中，加工室可以被配置成使用ald沉积外覆材料。因此，在框1020，可以沉积外覆材料的一个原子层。如上所述，当可以实施ald时，外覆材料可以均匀地涂覆或施加在所有暴露的表面上，包括可能被衬底上的其他结构遮蔽的表面。因此，使用ald沉积外覆材料可以实现外覆层的基本平滑或平坦的顶表面，并提高整个外覆层的折射率一致性。然而，也可实施可允许薄层沉积的其它沉积技术，例如其它化学气相沉积(cvd)和/或物理气相沉积(pvd)技术。在一些实施例中，被配置为支撑衬底的室部件可以倾斜，以便暴露任何被遮蔽的表面，例如限定槽的侧壁和/或底部的表面，从而进一步有利于在所有暴露表面上均匀涂覆或施加外覆材料。
125.在框1030，可以确定槽是否被外覆材料充分填充。在一些实施例中，在沉积了几层外覆材料之前，可以不执行框1030处的操作。换句话说，直到框1020的沉积操作已经被执行多次或被多次循环，框1030处的操作才可以被执行。例如，可以估计填充槽所需的外覆材料的层数，使得在框1020处的沉积操作已经重复了估计的循环次数或接近估计的循环次数之后，可以执行框1030处的操作。根据应用，当槽深度的至少大约70％、至少大约75％、至少大约80％、至少大约85％、至少大约90％、至少大约91％、至少大约92％、至少大约93％、至少大约94％、至少大约95％、至少大约96％、至少大约97％、至少大约98％、至少大约99％或大约100％可由外覆材料填充时，槽可被认为由外覆材料充分填充。
126.如果在框1030，确定槽没有被外覆材料充分填充，则该工艺可以进行到框1020，以沉积外覆材料的一个或更多个附加层。可以重复框1020和框1030的操作，直到槽可以被外覆材料充分填充。如果在框1030，确定槽已经被外覆材料充分填充，则该方法可以进行到框1040。
127.在框1040，可以确定是否已经实现了外覆层的期望厚度。在一些实施例中，可能希望沉积外覆材料，从而不仅填充槽，而且形成在脊顶部上方具有厚度的外覆层。根据应用，在一些实施例中，脊顶部上方的外覆层的期望厚度可以大于或大约是脊高度的5％，并且在各种实施例中可以大于或大约是脊高度的10％、大于或大约是脊高度的15％、大于或大约是脊高度的20％、大于或大约是脊高度的25％、大于或大约是脊高度的30％、大于或大约是脊高度的35％、大于或大约是脊高度的40％、大于或大约是脊高度的45％、大于或大约是脊高度的50％或更大的百分比。脊的高度可以被定义为沿着其上可以形成倾斜光栅的衬底的法线在脊的顶部和相邻槽的底部之间的距离。
128.在一些实施例中，可以同时实现充分填充槽和在脊的顶部上方沉积期望厚度的外覆层。如上面参考图9a
‑
图9c所讨论的，由于外覆材料可以沉积以填充槽，外覆材料也可以沉积在脊的顶部。当槽可以被外覆材料充分填充时，如图9c所示，外覆材料的连续层也可以形成在脊的顶部上方。因此，当可以确定槽是否已经被充分填充时，可以同时确定是否可以实现期望厚度的外覆层。换句话说，在框1030执行的操作和在框1040执行的操作可以同时执行，或者可以在一个操作中执行。
129.如果在框1040，确定已经实现了脊顶部上方的期望外覆层厚度，则该工艺可以进
行到框1050，并且可以完成外覆层施加。在完成外覆层施加后，衬底可以在相同的加工室中被进一步加工，或者可以从加工室中取出。
130.如果在框1040，确定没有达到脊顶部上方的期望外覆层厚度，则该方法可以进行到框1060以沉积附加外覆材料。附加外覆材料可以与在框1020施加的外覆材料相同或不同。如果在框1020和框1060可以使用不同的外覆材料，则两种不同的外覆材料可能具有匹配的折射率。在一些实施例中，在框1060处执行的操作可以与在框1020执行的操作基本相同或相似。可以使用在框1020中使用的相同或相似的沉积技术(包括ald或其他pvd或cvd沉积方法)来沉积外覆材料。因此，在框1060，可以沉积外覆材料的附加层，并且该附加层可以是外覆材料的一个原子层，或者外覆材料的两个或更多个原子层，或者沉积的预定厚度的外覆材料。
131.在一些实施例中，在框1060处执行的操作可以不同于在框1020处执行的操作。在框1060处执行的操作可以使用不同的沉积技术和/或可以对相同的沉积技术使用不同的操作或沉积参数。具体而言，当该方法可以进行到框1060时，槽可能已经被外覆材料充分填充，并且与没有外覆材料的衬底相比，衬底表面轮廓的变化可以基本上更小。因此，与在框1020处控制的沉积速率相比，在框1060处可以以更快的沉积速率沉积外覆材料。因此，在一些实施例中，在框1060处使用的沉积技术可以包括ald，以获得外覆层的基本平坦的顶表面。在一些实施例中，在框1060处使用的沉积技术可以包括其他pvd或cvd沉积技术，同时仍然保持通过在框1020处执行的沉积操作的循环而获得的表面均匀性。在一些实施例中，甚至可以在框1060使用旋涂技术。常规旋涂技术的问题，例如槽中的溶剂或空气滞留和/或获得的涂层中的不均匀性，可以被最小化或基本上避免，因为在在框1020处执行的沉积操作循环之后获得了显著改善的表面均匀性。框1040和框1060的操作可以在两次或更多次循环中重复，直到获得脊顶部上方的外覆层的期望厚度，然后可以在框1050处完成外覆层施加。
132.参考图11，在一些实施例中，在循环沉积工艺完成时(包括当可以使用ald沉积外覆材料时)，表面变化(例如凹陷1170)仍然可以形成在外覆材料的顶表面1160上。凹陷1170可以部分地由于加工室的能力或限制、所采用的沉积技术和/或倾斜光栅结构的变化而形成。尽管如此，凹陷1170可以明显比使用传统旋涂技术形成的凹陷浅。此外，根据具体应用，使用本文所述方法形成的外覆层，即使在其上形成有凹陷1170，仍可在设备容差内，因此可用于将光耦合到波导衬底中和从波导衬底耦合出去。此外，凹陷1170通常可以形成在设置槽或与槽对齐的地方，因此可以形成在已知的位置和/或可以周期性出现。因此，使用本文所述的沉积方法(包括本文所述的ald)形成的凹陷1170可以用作用于光耦合和/或其他目的的功能结构。
133.根据所使用的技术，凹陷1170的深度d1可以变化。凹陷1170的深度d1也可以根据倾斜光栅的结构(例如倾斜光栅的占空比、脊和/或槽的宽度、脊的前缘和后缘的倾斜角等)而变化。此外，在一些实施例中，脊的拐角可以被倒圆(rounded)，这也可以影响凹陷1170的结构和/或深度。凹陷1170的深度d1与外覆材料在外覆层的顶表面1160和脊的顶部1150之间的厚度d2的比率可以小于或大约是1:2、小于或大约是1:3、小于或大约是1:4、小于或大约是1:5、小于或大约是1:6、小于或大约是1:7、小于或大约是1:8、小于或大约是1:9、小于或大约是1:10、小于或大约是1:20、小于或大约是1:30、小于或大约是1:40，或更小。
134.在一些实施例中，脊的顶部1150上的外覆材料的厚度d2可以取决于倾斜光栅的周
期和/或占空比。例如，为了外覆具有相对大的周期和/或相对小的占空比的倾斜光栅，脊的顶部1150上的外覆材料可以具有更大的厚度d2，以便在脊上方形成连续的外覆层。相反，为了外覆具有相对较小周期和/或相对较大占空比的倾斜光栅，脊的顶部1150上的外覆材料可以具有较小的厚度d2，以在脊上方形成连续的外覆层。如上所述，倾斜光栅的周期和/或占空比可以在整个衬底上变化。要沉积在顶部1150上的外覆材料的厚度d2可以基于变化的周期和/或占空比来确定，从而可以在整个衬底上的倾斜光栅上形成连续的外覆层。
135.凹陷1170的深度d1与被定义为相邻脊的顶部1150和槽的底部1155之间的距离的槽的深度d3的比率可以小于或大约是1:5、小于或大约是1:6、小于或大约是1:7、小于或大约是1:8、小于或大约是1:9、小于或大约是1:10、小于或大约是1:20、小于或大约是1:30、小于或大约是1:40、小于或大约是1:50、小于或大约是1:60，或更小。外覆层的顶表面1160和脊的顶部1150之间的外覆材料的厚度d2与槽的深度d3的比率可以小于或大约是1:2、小于或大约是1:3、小于或大约是1:5、小于或大约是1:10、小于或大约是1:20、小于或大约是1:30、小于或大约是1:40、小于或大约是1:50、小于或大约是1:60，小于或大约是1:70、小于或大约是1:80、小于或大约是1:90、小于或大约是1:100，或更小。
136.在一些实施方式中，槽的深度d3可以大于或大约是100nm、大于或大约是150nm、大于或大约是200nm、大于或大约是250nm、大于或大约是300nm，或更大。外覆层的顶表面1160和脊的顶部1150之间的外覆材料的厚度d2可以大于或大约是10nm、大于或大约是20nm、大于或大约是30nm、大于或大约是40nm、大于或大约是50nm、大于或大约是100nm、大于或大约是150nm、大于或大约是200nm，或更大。
137.在一些实施例中，凹陷1170的深度d1可以小于或大约是100nm、小于或大约是95nm、小于或大约是90nm、小于或大约是85nm、小于或大约是80nm、小于或大约是75nm、小于或大约是70nm、小于或大约是65nm、小于或大约是60nm、小于或大约是55nm、小于或大约是50nm，或更小。在一些实施例中，凹陷1170的深度d1可以小于或大约是45nm、小于或大约是40nm、小于或大约是35nm、小于或大约是30nm、小于或大约是25nm、小于或大约是20nm、小于或大约是15nm、小于或大约是10nm、小于或大约是5nm，或更小。在一些实施例中，凹陷1170的深度d1可以是大约5nm到100nm。在一些实施例中，凹陷1170的深度d1可以是大约80nm到100nm。
138.根据应用，可能需要类似于图9c所示表面960的外覆层的基本平的或平坦的顶表面。可以实施各种工艺来限制或防止凹陷的形成。在一些实施例中，为了限制凹陷形成，沉积和蚀刻操作可以在多次加工循环的每一次中执行。
139.图12是简化的流程图1200，其示出了根据某些实施例的通过在多次加工循环的每一次中执行沉积和蚀刻操作来施加外覆层的示例性方法。流程图1200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。将结合图13a
‑
图13d的示意图描述图12所示方法的操作。
140.在框1210，可以将衬底设置到加工室中。衬底可以包括类似于上面参考图8和图9描述的表面浮雕结构。因此，衬底可以包括具有倾斜脊和槽的倾斜光栅。如上所述，倾斜脊和槽的构造可以在整个衬底上变化。用于进行外覆层施加的加工室可以与在其中形成倾斜光栅的加工室相同或不同。因此，在框1210之前，其上形成有倾斜光栅的衬底可能已经在加工室中。可选地，在框1210，衬底可以被装载到加工室中，用于施加外覆层。
141.在框1220，在初始加工循环中，可以在倾斜光栅的暴露表面上沉积一薄层外覆材料。该层可以使用ald或本文所述的其他合适的沉积技术来沉积。例如，在一些实施例中，可以采用其他沉积技术，例如其他cvd和/或pvd技术。尽管其他沉积技术可能无法实现与ald工艺可以实现的相同的均匀性，但是在每次加工循环期间执行的后续蚀刻操作(如下所述)可以减少不均匀性，并且可以减少可能形成的凹陷的总深度。
142.图13a示出了根据某些实施例的涂覆有外覆材料层1310的示例倾斜光栅耦合器。当可以使用ald时，在一些实施例中，薄层1310可以包括外覆材料的至少大约5个原子层，并且在各种实施例中可以包括外覆材料的至少大约10个原子层、至少大约20个原子层、至少大约30个原子层、至少大约40个原子层、至少大约50个原子层或更多个原子层。可选地，可以沉积外覆材料，直到层1310达到预定厚度。例如，在各种实施例中，可以沉积外覆材料，直到层1310可以是至少大约1nm、至少大约2nm、至少大约3nm、至少大约4nm、至少大约5nm、至少大约10nm、至少大约15nm、至少大约20nm、至少大约25nm、至少大约30nm、至少大约35nm、至少大约40nm、至少大约45nm、至少大约50nm或更大。
143.在框1230，可以执行蚀刻操作以移除在前一沉积操作中沉积的外覆材料的至少部分。在一些实施例中，可以执行蚀刻操作，使得沉积在倾斜光栅的顶部1350上的外覆材料可以以比沉积在槽1324内部的外覆材料可以被移除的速率更快的速率被移除。
144.图13b示出了根据某些实施例的图13a的示例倾斜光栅耦合器，其中部分外覆材料层已经被移除。在一些实施例中，可以控制蚀刻操作的操作条件，使得沉积在脊1322的顶部1350上的基本上所有的外覆材料可以被移除，而沉积在槽1324内部的外覆材料的非常有限的量可以被移除。例如，可以控制操作条件，使得可以实现各向异性蚀刻(anisotropic etch)。各向异性蚀刻可以通过控制蚀刻剂的流动来实现。在一些实施例中，蚀刻剂可以在大致垂直于脊1322的顶部1350的方向上流向倾斜光栅。在一些实施例中，蚀刻剂可流向脊1322的后缘1340，但远离脊1322的前缘1330。因此，沉积在脊1322的顶部1350上的外覆材料可以被蚀刻或移除，而沉积在脊1322的前缘1330上的外覆材料的蚀刻可以受到限制。沉积在脊1322的后缘1340上的外覆材料的蚀刻也可以受到限制，因为脊1322的倾斜取向可能阻挡或限制可能到达相邻脊1322的后缘1340的蚀刻剂。脊1322的倾斜取向也可以限制可以到达槽1324的底部1355的外覆材料的量。提高加工室的温度和/或压力也可以限制可以在槽1324内部行进的蚀刻剂的量，导致槽1324内部被蚀刻的外覆材料更少。
145.在一些实施例中，可以在蚀刻操作中移除的槽1324内部的外覆材料的厚度可以是在前一沉积操作期间沉积的外覆材料的厚度的小于或大约50％、小于或大约40％、小于或大约30％、小于或大约20％、小于或大约10％、小于或大约5％、小于或大约3％、小于或大约2％、小于或大约1％或更少。可以在蚀刻操作中移除的脊1322的顶部1350上的外覆材料的厚度可以是在前一沉积操作期间沉积的外覆材料的厚度的大于或大约50％、大于或大约60％、大于或大约70％、大于或大约80％、大于或大约90％、大于或大约95％或大约100％。
146.在框1240，可以确定槽是否被外覆材料充分填充。在一些实施例中，直到已经执行了沉积和蚀刻操作的几次循环，才可以执行框1240处的操作。根据应用，当槽深度的至少大约70％、至少大约75％、至少大约80％、至少大约85％、至少大约90％、至少大约91％、至少大约92％、至少大约93％、至少大约94％、至少大约95％、至少大约96％、至少大约97％、至少大约98％、至少大约99％或大约100％可由外覆材料填充时，槽可被认为被外覆材料充分
填充。如果在框1240，确定槽没有被外覆材料充分填充，则该工艺可以进行到框1210以沉积外覆材料的另一层，随后在框1230进行另一蚀刻操作。
147.在一些实施例中，在沉积操作期间沉积的外覆材料的量可以在不同的循环之间保持相同，并且在蚀刻操作期间移除的外覆材料的量也可以在不同的循环之间保持相同。在一些实施例中，沉积的外覆材料的量和/或移除的外覆材料的量中的至少一个或两个可以在不同的循环之间变化。在一些实施例中，沉积操作的持续时间可以在不同的循环之间保持相同，并且蚀刻操作的持续时间也可以在不同的循环之间保持相同。在一些实施例中，沉积的持续时间和/或蚀刻操作的持续时间中的至少一个或两个可以在不同的循环之间变化。
148.图13c示出了根据某些实施例的图13a和图13b的示例倾斜光栅耦合器，其已经涂覆有附加外覆材料。通过在多次加工循环中重复沉积操作和蚀刻操作，槽1324可以逐渐被外覆材料填充，同时外覆材料可以不堆积在脊1322的顶部1350上，这导致类似于图13c所示的结构。如图13c所示，通过实施循环工艺，其中每个循环可以包括沉积操作，随后是蚀刻操作，当槽1324可以被外覆材料充分填充时，脊1322的顶部1350和填充每个槽1324的外覆材料的顶部1380可以共同形成基本上平的或平坦的顶表面。在一些实施例中，可以由外覆材料形成的凹陷或其他表面不规则性的深度可以小于倾斜光栅的周期p的1％，并且在各种实施例中可以小于倾斜光栅的周期p的0.9％、小于p的0.7％、小于p的0.5％、小于p的0.3％或小于p的0.1％。根据光栅的构造，在各种实施例中，凹陷或其他表面不规则性的深度可以小于5nm、小于4nm、小于3nm、小于2nm、小于1nm、小于0.5nm或更小。
149.一旦槽已经被外覆材料充分填充，该方法可以进行到框1250，以沉积附加外覆材料，直到可以实现脊1322的顶部1350上方的外覆层的期望厚度。附加外覆材料可以与在框1220施加的外覆材料相同或不同。如果在框1220和框1240可以使用不同的外覆材料，则两种不同的外覆材料可以具有匹配的折射率。在一些实施例中，可以使用与框1220中所使用的相同或相似的沉积技术(包括ald或其他pvd或cvd沉积方法)来沉积附加外覆材料。在一些实施例中，如图13c所示，由于脊1322的顶部1350和填充每个槽1324的外覆材料的顶部1380可以基本上是齐平的，所以可以使用旋涂技术来施加附加外覆材料。
150.图13d示出了根据某些实施例的图13a
‑
图13c的示例倾斜光栅耦合器，其进一步涂覆有附加外覆材料以形成平坦外覆层。如图所示，在完成附加外覆材料的沉积后，类似于图9c所示，可以实现外覆层的基本平的或平坦的顶表面1360，而基本上不形成凹陷。如果可以形成任何凹陷或其他表面不规则性，根据用于施加附加外覆材料的技术，在各种实施例中，表面不规则性的尺寸可以小于倾斜光栅的周期p的1％、小于p的0.9％、小于p的0.7％、小于p的0.5％、小于p的0.3％或小于p的0.1％，和/或在各种实施例中可以小于5nm、小于4nm、小于3nm、小于2nm、小于1nm、小于0.5nm或更小。
151.图14是简化流程图1400，其示出了根据某些实施例的示例性平坦化工艺，该工艺可以改善外覆层的表面光洁度。流程图1400中描述的操作仅仅是为了说明的目的，并不旨在进行限制。将结合图15a
‑
图15d的示意图来描述图14所示方法的操作。
152.在框1410，可以将衬底设置到加工室中。衬底可以包括类似于上面参考图8和图9描述的表面浮雕结构。衬底还可以包括使用ald或本文所述的其他沉积技术沉积在衬底上的外覆层。如图15a所示，沉积的外覆材料可以包括形成在顶表面上的凹陷1570，类似于上
面参考图11描述的那些凹陷。每个凹陷1570可以由外覆材料的凹的表面部分限定，该凹的表面部分具有两个相对的倾斜侧，第一倾斜侧1510和第二倾斜侧1520，以及第一倾斜侧1510和第二倾斜侧1520之间的底部1515。根据所采用的沉积技术，在一些实施例中，凹陷1570之间的表面部分1580可以是基本平的或平坦的。为了减小凹陷1570的深度或者完全移除凹陷1570，可以利用离子束蚀刻。
153.尽管在外覆层的顶表面上形成的凹陷在本文中被描述为示例性的表面不规则性，但是本文中描述的方法和/或平坦化技术并不旨在仅限于移除外覆层表面上的凹陷。本文所述的方法和/或平坦化技术可用于减少或移除使用任何沉积、涂覆、生长或其他形成工艺形成的任何其他表面上的其他表面不规则性。表面不规则性可以是凹的、凸的(convex)、凹进的(recessed)、突出的(protruding)和/或可以周期性或非周期性出现。
154.在框1420，可以执行掠射离子束蚀刻以减小凹陷1170的深度。具体地，参考图15b，离子束1590可以被定向成使得入射离子束1590和表面部分1580之间的角度可以相对较小。在一些实施例中，离子束1590可以几乎平行于基本平坦的表面部分1580。因此，离子束1590也可以被称为掠射离子束1590，并且由掠射离子束执行的蚀刻可以被称为掠射离子束蚀刻。
155.在一些实施例中，离子束1590可以相对于表面部分1580和/或脊的顶部1550定向或成角度，使得每个凹陷1570的一个倾斜侧1510或1520可以被入射离子束1590到达或轰击(bombard)，而每个凹陷1570的另一个倾斜侧1510或1520和底部1515可以不被离子束1590到达或轰击。例如，在图15b所示的实施例中，入射离子束1590和表面部分1580之间的角度，或离子束1590的掠射角，可以小于或大约是凹陷1570的第一倾斜表面1510和相邻表面部分1580之间的角度θ1。因此，离子束1590可以到达表面部分1580和每个凹陷1570的第二倾斜侧1520。离子束1590可能无法到达每个凹陷1570的第一倾斜侧1510和底部1515，因为相邻的表面部分1580可能阻挡离子束1590，或者换句话说，第一倾斜侧1510和/或底部1515可能被表面部分1580遮蔽。通过以这种方式定向入射离子束1590，凹陷1570的深度不会被离子束1590增加。相反，与图15a所示的那些相比，凹陷1570的深度可以减小，因为形成表面部分1580和每个凹陷1570的第二倾斜侧1520的外覆材料可以被离子束1590移除。类似地，尽管每个凹陷1570的第一倾斜侧1510可能不会被离子束1590轰击，但是凹陷1570的第一倾斜侧1510也可能由于相邻表面部分1580的移除或蚀刻而逐渐减小。
156.类似地，当离子束1590可以从相对侧被导向倾斜光栅920时，离子束1590可以被定向成使得离子束1590的掠射角可以小于或大约是凹陷1570的第二倾斜侧1520和相邻表面部分1580之间的角度θ2。利用这种构造，形成表面部分1580和凹陷1570的第一倾斜侧1510的外覆材料可以被离子束1590移除，而不增加凹陷1570的深度。凹陷1570可以变得更浅，并且最终可以随着离子束蚀刻的进行而被完全消除，以形成外覆层的基本平坦的顶表面。
157.在框1430，可以确定是否已经实现了期望的表面平整度。根据应用，通过完全移除所有凹陷1170或在一些实施例中形成的其他表面不规则性，期望的表面平整度可以是基本平坦的。在一些实施例中，一定的表面平整度可以是容差的(tolerated)。例如，当凹陷1170或其他凹的表面不规则性的深度或者凸的或凸出的表面不规则性的高度可以减小到小于或约100nm、小于或约90nm、小于或约85nm、小于或约80nm、小于或约75nm、小于或约70nm、小于或约65nm、小于或约60nm、小于或约55nm、小于或约50nm、小于或约45nm、小于或约40nm、
小于或约35nm、小于或约30nm、小于或约25nm、小于或约20nm、小于或约15nm、小于或约10nm、小于或约9nm、小于或约8nm、小于或约7nm、小于或约6nm、小于或约5nm、小于或约4nm、小于或约3nm、小于或约2nm、小于或约1nm、小于或约0.5nm或更小时，可以确定已经实现了期望的表面平整度。
158.如果在框1430确定已经实现了期望的表面平整度，则可以在框1450完成平坦化工艺。如果在框1430确定没有实现期望的表面平整度，则该工艺可以进行到框1420，以继续用掠射离子束蚀刻外覆层，直到实现期望的表面平整度。
159.在框1440，在一些实施例中，当确定可以执行连续蚀刻时，该工艺可以包括随着凹陷1570变得越来越浅，逐渐减小离子束1590的掠射角，如图15c所示。离子束1590的初始掠射角可以是大约15
°
或更大。离子束1590的掠射角可以朝向0
°
逐渐减小。在一些实施例中，随着离子束蚀刻的进行，离子束1590的掠射角可从约15
°
减小至约1
°
或0
°
。
160.在一些实施例中，为了增大离子束1590的蚀刻速率或缩短蚀刻时间，离子束1590和第一倾斜侧1510之间的角度(在图15b所示的实施例中)或离子束1590和第二倾斜侧1520之间的角度(在其他实施例中)可以分别约是或略大于θ1或θ2。在这些实施例中，尽管倾斜侧1510和1520都可以被离子束1590蚀刻，但是倾斜侧1510和1520中的一个可以以显著大于另一个倾斜侧1510或1520的蚀刻速率的速率被蚀刻。随着离子束1590和表面部分1580之间的角度逐渐减小，另一个倾斜侧1510或1520的蚀刻可以完全停止。
161.随着平坦化工艺的进行，凹陷1570或其他表面不规则性可以被完全移除，并且可以获得如图15d所示的外覆材料的基本平的或平坦的表面1585。如果可以剩余任何表面不规则性，则在各种实施例中，剩余表面不规则性的尺寸可以小于倾斜光栅的周期p的1％、小于p的0.9％、小于p的0.7％、小于p的0.5％、小于p的0.3％或小于p的0.1％，和/或小于5nm、小于4nm、小于或约是3nm、小于或约是2nm、小于或约是1nm、小于或约是0.5nm或更小。
162.尽管离子束蚀刻在本文中被描述为示例，但是也可以使用其他蚀刻或平坦化技术。在一些实施例中，化学机械平坦化技术可用于改善表面轮廓和/或获得外覆层的基本平坦或平的顶表面。
163.图16a是简化流程图1600a，其示出了根据某些实施例的示例性平坦化工艺，该工艺可以改善外覆层的表面光洁度。流程图1600a中描述的操作仅仅是为了说明的目的，并不旨在进行限制。将结合图17a和图17b的示意图描述图16a所示方法的操作。
164.在框1610a，可以设置衬底。衬底可以包括类似于上面参考图8和图9描述的表面浮雕结构。如图17a所示，衬底还可以包括沉积在衬底上的第一外覆层1710。第一外覆层1710可以包括形成在顶表面上的凹陷1770，类似于上面参考图11描述的那些凹陷。可以使用ald或本文所述的其他循环沉积技术来沉积第一外覆层1710。
165.在框1620a，可以使用旋涂操作沉积第二外覆层1720。如上所述，当可以实施循环沉积工艺时，特别是当可以使用ald时，与其上形成有变化的表面浮雕结构的未涂覆衬底相比，如此沉积的外覆材料的顶表面的平整度可以得到显著改善。这样，旋涂操作可以在沉积操作之后执行，以获得基本均匀的外覆层1720，如图17b所示，并且第二外覆层1720的顶表面1730可以基本平坦。如果可能存在任何表面不规则性，则在各种实施例中，表面不规则性的尺寸可以小于倾斜光栅的周期p的1％、小于p的0.9％、小于p的0.7％、小于p的0.5％、小于p的0.3％或小于p的0.1％，和/或可以小于5nm、小于4nm、小于3nm、小于2nm、小于1nm、小
于0.5nm或更小。
166.在一些实施例中，形成第一外覆层1710的材料和形成第二外覆层1720的材料可以是相同的。在一些实施例中，尽管形成第二外覆层1720的材料可以不同于形成第一外覆层1710的材料，但是这些材料可以具有匹配的折射率。如果第一外覆层1710的折射率与第二外覆层1720的折射率匹配，则可以在沉积第二外覆层1720之后完成平坦化工艺。
167.图16b是简化流程图1600b，其示出了根据某些实施例的示例性平坦化工艺，该工艺可以改善外覆层的表面光洁度。流程图1600b中描述的操作仅仅是为了说明的目的，并不旨在进行限制。将结合图18a
‑
图18d的示意图描述图16b所示方法的操作。
168.在框1610b和框1620b执行的操作可以分别类似于在框1610a和1620a执行的操作。具体地，在框1610b，可以设置如图18a所示的具有被第一外覆层1810覆盖的表面浮雕结构的衬底。第一外覆层1810可以包括形成在第一外覆层1810的顶表面上的凹陷1870。在框1620b，如图18b所示，可以使用旋涂操作来沉积第二外覆层1820。类似于图17b所示的第二外覆层1720的顶表面1730，第二外覆层1820的顶表面1830可以是基本平坦的，这是由于通过使用ald或本文所述的其他循环沉积方法获得的第一外覆层1810中的改善的表面平整度。
169.在框1630b，可以执行蚀刻操作以移除整个第二外覆层1820并移除部分第一外覆层1810。在该实施例中，形成第二外覆层1820的材料的折射率和形成第一外覆层1810的材料的折射率可能不匹配。该差异可能是由于用于形成第一外覆层1810和第二外覆层1820的不同材料和/或实施的不同沉积/形成工艺。然而，可以选择形成第二外覆层1820的材料，使得形成第二外覆层1820的材料和形成第一外覆层1810的材料可以以基本相同的速率被蚀刻。因此，通过在框1630b执行后续蚀刻操作，例如对两种材料具有约1:1的蚀刻选择性或以相同速率蚀刻两种材料的干法蚀刻工艺，在蚀刻工艺期间可以保持外覆层顶表面的平面性或平整度。
170.具体而言，如图18c所示，当第二外覆层1820可以被蚀刻掉以暴露第一外覆层1810的部分时，由于1:1的选择性，蚀刻操作可以以相同的速率继续蚀刻剩余的第二外覆层1820和第一外覆层1810的暴露部分，因此可以保持外覆层顶表面的平面性或平整度。
171.在完成平坦化工艺后，如图18d所示，可以获得外覆层的第一外覆层1810的基本平的或平坦的顶表面。在各种实施例中，可能存在的任何表面不规则性的尺寸可以小于倾斜光栅的周期p的1％、小于p的0.9％、小于p的0.7％、小于p的0.5％、小于p的0.3％或小于p的0.1％，和/或可以小于5nm、小于4nm、小于3nm、小于2nm、小于1nm、小于0.5nm或更小，这部分取决于所使用的蚀刻技术。尽管干法蚀刻工艺被描述为示例，但是第二外覆层1820和/或第一外覆层1810可以使用其他移除工艺来移除，例如化学机械平坦化工艺、离子束蚀刻(包括本文描述的掠射离子束蚀刻)或者其他合适的蚀刻或移除技术。
172.本文描述的各种技术允许极端倾斜结构与外覆层的集成以及选择外覆材料折射率的灵活性。本文描述的技术可以最小化厚度变化，并且可以获得外覆层的基本平坦的顶表面。本文描述的技术也可以减少或消除外覆层的垂直折射率变化。
173.本发明的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)、混合现实(mixed reality，mr)、混杂现实(hybrid reality)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、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观众产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式使用(例如在人工现实中执行活动)。可以在各种平台(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众提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。
174.图19是用于实现本文公开的一些示例的示例性近眼显示器(例如，hmd设备)的示例性电子系统1900的简化框图。电子系统1900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1900可以包括一个或更多个处理器1910和存储器1920。处理器1910可以被配置成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1910可以与在电子系统1900内的多个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器1910可以通过总线1940与其他示出的部件进行通信。总线1940可以是适于在电子系统1900内传输数据的任何子系统。总线1940可以包括多条计算机总线和附加电路以传输数据。
175.存储器1920可以耦合到处理器1910。在一些实施例中，存储器1920可以提供短期和长期存储，并且可以被分成若干个单元。存储器1920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1920可以包括可移动存储设备，例如安全数字(sd)卡。存储器1920可以为电子系统1900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1920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1920中。指令可以采取可以由电子系统1900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，当在电子系统1900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，源代码和/或可安装代码可以采用可执行代码的形式。
176.在一些实施例中，存储器1920可以存储多个应用模块1922至1924，应用模块1922至1924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1922
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1924可以包括要由处理器1910执行的特定指令。在一些实施例中，应用模块1922
‑
1924中的某些应用或部分可以由其他硬件模块1980执行。在某些实施例中，存储器1920可以另外包括安全存储器，该安全存储器可以包括附加的安全控件，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。
177.在一些实施例中，存储器1920可以包括加载在其中的操作系统1925。操作系统1925可以可操作来启动由应用模块1922
‑
1924提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块1980以及与无线通信子系统1930的接口，无线通信子系统1930可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统1925可以适于在电子系统1900的组件上执行其他操作，包括线程管理(threading management)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。
178.无线通信子系统1930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
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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1900可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统1930的一部分或者作为耦合到系统的任何部分的单独部件的一根或更多根天线1934。根据期望的功能，无线通信子系统1930可以包括单独的收发器，以与基站收发信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1930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1930可以包括用于使用天线1934和无线链路1932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1930、处理器1910和存储器1920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。
179.电子系统1900的实施例还可以包括一个或更多个传感器1990。传感器1990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(proximity sensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合了加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器、或者可操作来提供感测输出(sensory output)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，在一些实现中，传感器1990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。imu可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于hmd设备的初始位置的hmd设备的估计位置。位置传感器可以响应于hmd设备的运动而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的误差校正的一种类型的传感器或者其某种组合。位置传感器可以位于imu的外部、imu的内部或者这两种位置的某种组合。至少一些传感器可以使用结构光图案进行感测。
180.电子系统1900可以包括显示模块1960。显示模块1960可以是近眼显示器，并且可以向用户图形地呈现来自电子系统1900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1922
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1924、虚拟现实引擎1926、一个或更多个其他硬件模块1980、它们的组合或者(例如，通过操作系统1925)用于为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中得到。显示模块1960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。
181.电子系统1900可以包括用户输入/输出模块1970。用户输入/输出模块1970可以允许用户向电子系统1900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1970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、或者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1900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1970可以根据从电
子系统1900接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。
182.电子系统1900可以包括照相机1950，照相机1950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1950也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1950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。在一些实现中，照相机1950可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3d图像。
183.在一些实施例中，电子系统1900可以包括多个其他硬件模块1980。其他硬件模块1980中的每一个可以是电子系统1900内的物理模块。虽然其他硬件模块1980中的每一个可以被永久地配置为结构，但是其他硬件模块1980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1980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1980的一个或更多个功能可以用软件实现。
184.在一些实施例中，电子系统1900的存储器1920还可以存储虚拟现实引擎1926。虚拟现实引擎1926可以执行电子系统1900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、预测的未来位置或其某种组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎1926接收的信息可以用于为显示模块1960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1926可以为hmd设备生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外，虚拟现实引擎1926可以响应于从用户输入/输出模块1970接收的动作请求执行应用内的动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉、听觉或触觉反馈。在一些实现中，处理器1910可以包括可以执行虚拟现实引擎1926的一个或更多个gpu。
185.在各种实施方式中，上述硬件和模块可以在单个设备上被实现，或者在能够使用有线或无线连接彼此通信的多个设备上被实现。例如，在一些实现中，一些部件或模块(例如gpu、虚拟现实引擎1926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被实现。在一些实现中，一个控制台可以连接到或支持一个以上hmd。
186.在替代配置中，不同的和/或附加的部件可以被包括在电子系统1900中。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当中。例如在一些实施例中，电子系统1900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。
187.上面讨论的方法、系统和器件是示例。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，关于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。
188.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、结构和技术被示出而没有不必要的细节。此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使能描述(enabling description)。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以在
元素的功能和布置方面进行各种改变。
189.此外，一些实施例被描述为过程，过程被描绘为流程图或框图。尽管每一个都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可以具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。
190.对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，还可以使用定制的或专用的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括便携式软件，例如小程序(applet)等)或者两者来实现特定的元素。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。
191.参考附图，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中，各种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他设备提供指令/代码以供执行。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。在许多实现中，计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。这样的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、具有孔图案的任何其他物理介质、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、任何其他存储器芯片或盒、下文所述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、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。
192.本领域的技术人员将理解，用于传送本文描述的消息的信息和信号可以使用各种不同的技术和技艺中的任何一种来表示。例如，在上面的描述中可以引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片(chip)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。
193.本文使用的术语“和”以及“或”可以包括多种含义，这些含义还被预期至少部分地取决于使用这些术语的上下文。典型地，“或”如果用于关联列表，例如a、b或c，则意在表示a、b和c(此处以包含的意义使用)以及a、b或c(此处以排他的意义使用)。此外，本文使用的术语“一个或更多个”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，术语
“……
中的至少一个(at least one of)”如果用于关联列表，例如a、b或c，则可以被解释为表示a、b和/或c的任意组合，例如a、ab、ac、bc、aa、abc、aab、aabbccc等。
194.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，但是应当认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施例可以仅以硬件实现，或者仅以软件实现，或者使用它们的组合来实现。在一个示例中，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软件，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
在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或者以任何组合在不同的处理器上被实现。
195.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，可以例如通过设计执行操作的电子电路、通过对可编程电子电路(例如微处理器)进行编程以(例如通过执行计算机指令或代码)执行操作、或者被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核、或者它们的任意组合来完成这种配置。过程可以使用各种技术(包括但不限于用于过程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同的时间使用不同的技术。
196.因此，说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。然而，将明显的是，在不脱离在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，尽管已经描述了具体实施例，但是这些实施例并不意图进行限制。各种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。