大衍射光栅图案的数字写入的制作方法

1.本公开总地涉及在衬底中制造衍射光栅图案，并且更具体地涉及在模具衬底中数字产生衍射光栅图案，用于制造虚像近眼显示系统中利用的光学波导。


背景技术：

2.虚像近眼显示系统正被开发用于一系列多样的用途，包括军事、商业、工业、消防和娱乐应用。对于这些应用中的许多应用来说，形成可以在视觉上叠加在位于用户视野中的现实世界图像之上的虚像中存在特定的价值。光学图像光导可以在狭窄的空间中向用户传送图像承载光，用于将虚像定向到用户的瞳孔并使能实现该叠加功能。
3.根据常规设计和方法产生光学图像光导是时间和资金密集型的。本公开尤其描述了一种光学图像光导及其更高效的制作方法。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种衬底及其制作方法。在第一示例性实施例中，该衬底包括平坦表面，该平坦表面具有设置在该平坦表面中的第一衍射光栅、第二衍射光栅和第三衍射光栅，其中第一衍射光栅包括第一多个衍射特征，第二衍射光栅包括第二多个衍射特征，并且第三衍射光栅包括第三多个衍射特征。第一、第二和第三多个衍射特征中的一个或多个包括阶梯图案。
5.在第二示例性实施例中，一种虚像近眼显示系统包括具有第一、第二和第三衍射光栅的第一平面波导，以及具有第一、第二和第三衍射光栅的第二平面波导，其中第二平面波导与第一平面波导平行设置。第一和第二平面波导衍射光栅中的每一个包括光栅矢量，并且第一和第二平面波导中的每一个的第一、第二和第三衍射光栅中的至少一个包括限定阶梯图案的衍射特征，并且第一和第二平面波导中的每一个的第一、第二和第三衍射光栅中的至少一个包括限定直线的衍射特征。
6.在第三示例性实施例中，一种制造衬底的方法包括提供具有平坦表面的衬底，其中涂层与平坦表面耦合，以及提供可操作以在第一方向和第二方向上写入的光束写入系统，其中第二方向垂直于第一方向。该方法进一步包括提供具有第一衍射光栅、第二衍射光栅以及第三衍射光栅的衍射光栅布局图案，该第一衍射光栅包括限定第一光栅矢量的第一多个衍射特征，该第二衍射光栅包括限定第二光栅矢量的第二多个衍射特征，该第三衍射光栅包括限定第三光栅矢量的第三多个衍射特征。该方法还包括将衬底定位在光束写入系统中，由此光束写入系统可操作以写入涂层中。附加地，该方法包括将第一、第二和第三多个衍射特征之一与光束写入系统第一方向平行对准，并经由光束写入系统将衍射光栅布局图案写入涂层中。
7.在第四示例性实施例中，一种光束写入系统包括可操作以在x轴方向和y轴方向上平移的第一平台，以及可操作以围绕垂直于第一平台的z轴旋转的第二平台，其中第二平台安装到第一平台。衬底可以选择性地与第二平台耦合，由此在衬底中制造的衍射特征总是
定向在第一平台x轴和y轴方向之一上。
附图说明
8.附图作为说明书的一部分并入本文。本文描述的附图图示了本公开的实施例，并且是其选择的原理和教导的图示。然而，附图没有图示当前公开的主题的所有可能的实现，并且不意图以任何方式限制本公开的范围。
9.图1图示了根据本公开实施例的具有多个衍射光栅的波导的示意图；图2图示了根据本公开实施例的佩戴头戴式显示系统的人的示意图；图3图示了根据本公开实施例的衬底的示意图；图4a图示了根据本公开实施例的具有三个衍射光栅的波导的示意图；图4b图示了根据本公开实施例的描绘转向衍射光学器件的取向的衬底的示意图；图5a图示了根据本公开另一实施例的具有三个衍射光栅的波导的示意图；图5b图示了根据本公开实施例的描绘衍射光栅取向的衬底的示意图；图6图示了根据本公开实施例的衍射光栅矢量的取向的示意图；图7图示了根据本公开实施例的两个平行板平面波导的示意图；图8图示了根据本公开实施例的具有旋转台的光束写入机器的示意图；图9图示了根据本公开实施例的衬底的示意图；图10图示了根据本公开实施例的衍射光栅占空比的示意图；图11是图示了根据本公开实施例的制造模具衬底的方法的流程图；和图12是图示了根据本公开另一实施例的制造模具衬底的方法的流程图。
具体实施方式
10.应理解，除了在有相反的明确指定的情况下，否则本发明可以假设各种替代的取向和步骤次序。还应理解，附图中图示并在以下说明书中描述的特定组装件和系统仅仅是本文定义的发明概念的示例性实施例。因此，与所公开的实施例相关的具体尺寸、方向或其他物理特性不应被认为是限制性的，除非另有明确说明。此外，在本文描述的各种实施例中同样的元件在本技术的该部分内通常可以用同样的附图标记来指代，尽管它们也可能不是。
11.作为实像投影的替代方案，光学系统可以产生虚像显示。在实施例中，如图2中图示的，光学系统可以是或包括虚像近眼显示系统34。虚像近眼显示系统34可以包括头戴式显示器（“hmd”）。与用于形成实像的方法形成对照，虚像不形成在显示表面上。也就是说，如果显示表面定位在虚像的感知位置处，则将不在该表面上形成图像。虚像显示对于增强现实显示具有多个固有的优势。例如，虚像的外观大小不受显示表面的大小或位置限制。与投影实像的系统相比，通过形成看起来离得有些距离的虚像，可以提供更真实的观看体验。提供虚像还消除了对补偿屏幕伪像——如在投影实像时可能是必要的——的任何需要。
12.如图1中图示的，光学成像光导20可以向用户32传送图像承载光wo。来自图像源36的准直的相对角度编码的光束wi（“图像承载光”）可以通过输入耦合光学器件24耦合到光学成像光导20中，输入耦合光学器件24可以安装或形成在成像光导20的表面中/上。在沿着光学成像光导20传播之后，衍射光可以通过输出耦合衍射光学器件28被定向回到光学成像
光导20之外，该输出耦合衍射光学器件28可以被布置成沿着虚像的一个维度提供光瞳扩展。此外，转向衍射光学器件26可以光学地定位在输入和输出耦合光学器件24、28之间的光学成像光导20上/中，以经由输出耦合衍射光学器件28在与虚像的光瞳扩展正交的维度上提供光瞳扩展。在实施例中，这样的衍射光学器件可以形成为衍射光栅。例如，衍射光栅可以通过表面浮雕形成。从光学成像光导20输出的图像承载光wo为观察者提供了扩展的眼动范围（eyebox）。
13.参考图1，在实施例中，光学成像光导20包括平面波导22，在该平面波导22上制造了三个衍射光学器件24、26、28。成像光导20被布置为光束扩展器，其使用中间转向衍射光学器件26提供相对于x轴和y轴二者的光束扩展，以将光输出（第一衍射模式）从输入耦合衍射光学器件24重定向到输出耦合衍射光学器件28。具有光栅矢量k0的输入耦合衍射光学器件24可以用于将来自成像投影仪36的图像承载光束wi与平面波导22光学耦合。输入光束wi被输入耦合衍射光学器件24衍射。例如，第一级衍射光作为角度相关的光束wg集合沿着衬底s朝向转向衍射光学器件24传播。在光栅或其他类型的衍射光学器件之间，通过全内反射（tir）沿着波导22输送或定向光。输出耦合衍射光学器件28经由沿其长度、即沿图1视图中的x轴与传播光束wg的多次衍射相遇，从而有助于光束扩展，并将来自每次相遇的衍射光向外朝向观察者眼睛的意图位置定向。
14.图像承载光束wg的一部分可以被朝向具有光栅矢量k1的中间转向衍射光学器件26定向。转向衍射光学器件26可以用于将通过平面波导22传播的光学耦合图像承载光束wg的至少一部分朝向具有光栅矢量k2的输出耦合衍射光学器件28转向/定向。中间光栅26由于其在光路中的功能而被称为“转向光栅”，根据其光栅矢量k1在朝向输出耦合衍射光学器件28的方向上重定向来自波导22内的光束wg，从而计及输入耦合衍射光学器件110和输出耦合衍射光学器件120的光栅矢量k0、k2之间的角度差。具有衍射元件的角度取向和由间隔周期d确定的间隔几何形状的转向衍射光学器件26不仅对内部反射光束wg进行重定向，而且还经由沿着传播的初始方向、即沿着图1视图中的y轴与光束wg的多次衍射相遇而有助于光束扩展。
15.以此方式，转向衍射光学器件26光学定位在输入耦合衍射光学器件24和输出耦合衍射光学器件28之间。衍射光栅24、26、28包括多个衍射特征50。衍射特征50可以是凹槽、线或刻线。在实施例中，如图1中图示的，衍射特征50可以包括直线。每个衍射光栅24、26、28可以相对于每个其他衍射光栅24、26、28具有不同宽度、深度、闪耀角、占空比等的衍射特征50。
16.将转向衍射光学器件26光学地定位在输入和输出耦合衍射光栅24、28之间使得转向衍射光学器件26能够将通过平面波导传播的至少一部分图像承载光从输入耦合衍射光栅24朝向输出耦合衍射光栅28转向/定向。在光敏层、掩模层或模具衬底的平坦表面上创建至少三个衍射光栅可能需要电子束或离子束和/或其他光束写入装置的大量写入时间。然而，如本文所述，经由衍射光栅相对于所利用的光束写入机器的x轴和/或y轴的取向，可以减少衍射光栅图案写入时间。光束写入机器的x轴和/或y轴在本文可以被称为优选的光束写入方向。x轴和y轴是光束写入机器可以最准确和/或快速地将衍射特征写入模具衬底和/或衬底上的材料层中的方向。
17.在实施例中，衍射光栅的布局图案可以使用但不限于电子束（e
‑
beam）光刻、离子
束光刻、激光光刻和/或其他数字光束写入的方法直接形成或写入到模具衬底的平坦表面上和/或中。在另一个实施例中，衍射光栅的布局图案可以写入被设置在模具衬底之上的掩模层或涂层中。在又一实施例中，衍射光栅的布局图案可以被写入被设置在掩模层和/或模具衬底之上的光敏层中。
18.在直接写入掩模层的情况下，图案可以转移到在模具衬底之上多个可能层的不同层。模具衬底可以是但不限于硅或石英，并且转移过程可以是例如离子蚀刻过程。在图案被写入光敏层中的情况下，然后可以借助于例如干法或湿法蚀刻过程将布局图案转移到光敏层下面的掩模层。布局图案也可以使用例如离子蚀刻或湿法蚀刻过程直接从光敏层转移到模具衬底。
19.已经接收衍射光栅的布局图案的模具衬底可以用作模具来产生另一模具衬底，或者用作模具来产生用于光学图像光导的衍射光栅图案。利用模具衬底产生图像光导衍射光栅图案的方法可以包括将聚合物施加到模具衬底以在聚合物中形成衍射光栅图案，并且然后将聚合物粘附到图像光导的表面以在其上形成衍射光栅图案。本领域技术人员已知的其他技术也可以用于将衍射图案从模具衬底复制和转移到图像光导。
20.如图2中图示的，在实施例中，衍射光栅24、26、28的布置可以用在增强和/或虚拟现实虚像近眼显示系统34的成像光导20中。转向衍射光学器件26可以用于沿一个方向扩展近眼显示系统的出射光瞳，并且输出耦合衍射光学器件28可以用于沿另一个方向扩展近眼显示系统的出射光瞳。在实施例中，转向衍射光学器件26在第一方向上扩展近眼显示系统的出射光瞳，并且输出耦合衍射光学器件28在第二方向上扩展近眼显示系统的出射光瞳。
21.在实施例中，虚像近眼显示系统34可以采取将由人32佩戴的眼镜的形式。眼镜的至少一个透镜可以包括成像光导20。虚像近眼显示系统34可以包括投影仪36，用于生成朝向图像光导输入耦合衍射光栅24投影的图像承载光束。一部分输入耦合的图像承载光束从输入耦合衍射光栅24被定向到转向衍射光学器件26，该转向衍射光学器件26将至少一部分图像承载光束朝向输出耦合衍射光学器件28转向，从而允许人32查看虚像。在另一个实施例中，包括成像光导20的虚像近眼显示系统可以采取面罩的形式。
22.如图3中图示的，在实施例中，模具衬底40可以具有平坦表面46。平坦表面46可以包括与模具衬底40不是相同材料的涂层/层。在实施例中，模具衬底40可以是石英，并且平坦表面46可以包括铬层。在另一个实施例中，平坦表面46可以包括光敏涂层。此外，平坦表面46可以由施加到模具衬底40的多层涂层产生。
23.图3示出了具有多个直线衍射特征50的衍射光栅24、26、28的一部分的示意图（图3中仅图示了一个直线衍射特征50）。在实施例中，衍射特征50可以由光束写入机器（诸如本文描述的光束写入系统200）在衬底平坦表面46上和/或中制造。每个衍射特征50可以是期望深度和期望宽度的凹槽。如图10中图示的，在实施例中，每个衍射光栅24、26、28的衍射特征50的占空比可以小于50%。换句话说，衍射特征50的凸起部分的宽度w1小于衍射特征50的凹陷部分的宽度w2的一半。在另一个实施例中，衍射光栅24、26、28中仅一个可以具有小于50%的衍射特征50占空比；在该实施例中，具有小于50%的衍射特征50占空比的衍射光栅24、26、28可以被定向成使得衍射特征50与光束写入机器的优选写入方向平行。
24.模具衬底40可以包括一个或多个对准特征，其用于相对于光束写入机器定向模具衬底40。在实施例中，一个或多个对准特征可以包括第一直边42和第二直边44。第一直边42
可以与光束写入机器的y轴大致平行对准，并且第二直边44可以与光束写入机器的x轴大致平行对准。在另一个实施例中，模具衬底可以具有非直的周边。在其中模具衬底包括非直周边的实施例中，一个或多个对准特征可以是但不限于一个或多个基准标记。
25.在实施例中，衍射光栅图案可以通过写入光束的偏转、写入光束的选择性供电和/或激活和/或模具衬底40的平移的组合在模具衬底40和/或平坦表面46中制造。如图3中图示的，为了近似期望的直线衍射特征50，光束写入机器光束可以采取阶梯图案52，其在本文也称为之字形路径。光束写入机器阶梯图案52包括一个或多个y轴写入路径54和一个或多个x轴写入路径56。以此方式，在平坦表面46之上具有x轴和y轴光束路径方向的数字光束写入机器可以通过利用阶梯图案52近似直线50来制造期望的直线衍射特征50，该直线衍射特征50与x轴和y轴成一定角度设置。例如，模具衬底40可以包括输入耦合、转向和输出耦合衍射光学器件24、26、28，其中衍射光学器件24、26、28中的一个或多个包括阶梯线衍射特征52，其一般表现得像直线衍射特征50。换句话说，衍射光学器件24、26、28中的一个或多个的衍射特征包括阶梯线衍射特征52，其可操作来衍射入射光，就好像它们是直线衍射特征50一样。
26.在另一个实施例中，可以使用通过写入光束的偏转、模具衬底40的平移和/或写入光束的选择性供电的组合生成的x
‑
y栅格来写入期望的衍射特征。利用栅格方法，相对于x轴和y轴成一定角度设置的直线衍射特征50也将具有阶梯图案。栅格可以包括多遍写入，以生成所期望衍射特征的完整集合。
27.实际上，最终衬底和/或平行板波导上的写入阶梯图案52可能比写入光束的路径或栅格平滑得多。平滑从有限宽度的写入光束和用于形成最终衬底的化学处理二者发生。结果所得的阶梯图案可能要求诸如扫描电子显微镜（sem）或原子力显微镜（afm）的精确技术才能看到。在其中阶梯图案52存在但相对平滑的某些情况下，即使利用这些显微镜技术来看到也可能是具有挑战性的。
28.在另一个实施例中（未示出）中，模具衬底40可以旋转，使得直边42和/或直边44不分别与y轴和/或x轴平行对准。在该实施例中，可以利用诸如基准标记的对准特征来对准光束写入机器内的模具衬底40。
29.如图4a中图示的，在实施例中，平行板波导60可以在其一个或多个表面62上包括输入耦合衍射光栅24、转向衍射光学器件26和输出耦合衍射光学器件28。如图4b中图示的，模具衬底70可以包括具有平行板波导60的衍射光栅图案24、26、28的表面72。模具衬底70的表面72可以包括与模具衬底70不同的材料。在实施例中，模具衬底70可以是石英，并且表面72可以是铬涂层和/或多层涂层。如图4b中图示的，转向衍射光学器件26的光栅矢量k1被定向为与光束写入机器的y轴方向平行。光栅矢量k1垂直于转向衍射光学器件26的直线衍射特征。换句话说，光栅矢量k1垂直于光束写入机器的x轴定向。输入耦合衍射光栅24具有光栅矢量k0，并且输出耦合衍射光学器件28具有光栅矢量k2。在实施例中，光栅矢量k0可以相对于光栅矢量k1成近似65度的角度，并且光栅矢量k2可以与光栅矢量k0在对称线之上镜像，以相对于转向衍射光学矢量k1成近似65度的角度。三个衍射光栅矢量k0、k1、k2的总和近似为零。光栅矢量k0和k2具有长度，使得当它们被置于代表性箭头的尖端到末端时，与光栅矢量k1一起形成等腰三角形。换句话说，光栅矢量k0、k1、k2的力矢量图形成三角形。在实施例中，可以是三个光栅矢量k0、k1、k2形成不等边三角形的情况。
30.在另一个实施例中，可以旋转模具衬底表面72上的衍射光栅24、26、28的布局，使得光栅矢量k1定向为与光束写入机器的x轴平行。因此，转向衍射光学器件26的直线衍射特征与y轴方向平行。
31.在模具衬底70上，转向衍射光学器件26的光栅矢量k1将垂直于光束写入机器的标记为x轴和y轴方向的优选写入方向之一对准。这使得模具衬底70的周边形状能够具有任何方便的形状，包括但不限于圆形、正方形、矩形或椭圆形。
32.将转向衍射光学器件26的光栅矢量k1定向为垂直于光束写入机器的优选写入方向之一显著减少了将衍射光栅24、26、28写入模具衬底70中/上所需的时间。例如，第一模具衬底可以具有衍射光栅图案，该衍射光栅图案被定向成使得光栅矢量k1垂直于一个优选的写入方向并且平行于另一个优选的写入方向。第二模具衬底可以具有与第一模具衬底的衍射光栅图案相同的衍射光栅图案，除了光栅矢量k1不垂直于优选写入方向之一定向。对于第一和第二衬底二者，光栅矢量k0、k1和k2相对于彼此的相对取向是相同的，并且输入耦合衍射光栅24、转向衍射光学器件26和输出耦合衍射光学器件28的总体大小也是相同的。在该示例中，衍射光栅矢量k0和k2相对于光栅矢量k1成65度角度而跨对称线设置，所有三个衍射光栅24、26、28的总写入面积近似为574 mm2，并且所有三个衍射光栅24、26、28的衍射光栅节距在320 nm和380 nm之间。对于第二模具衬底，在三个衍射光栅矢量k0、k1和k2中没有一个与光束写入机器的x轴或y轴优选写入方向对准的情况下，写入时间近似为884分钟（如根据测试确定）。对于第一模具衬底，在转向衍射光学器件矢量k1与y轴平行对准，使得转向衍射光学器件26的直线衍射特征与光束写入机器的x轴平行，并且与光栅矢量k0和k2相关联的直线衍射特征不在优选的写入方向上的情况下，所有三个衍射光栅24、26、28的总写入时间为527分钟（如根据测试确定）。因此，针对第一模具衬底的写入时间比第二模具衬底的写入时间少40%。
33.图5a是示出在平行板波导80的一个或多个表面82上的三个衍射光栅84、86、88的布局的图示。衍射光栅84、86、88的节距可以在300 nm和1000 nm之间。
34.图5b是在模具衬底90的平坦表面92上的图5a的衍射光栅布局的图示，其示出了衍射光栅84、86、88的取向。模具衬底90的平坦表面92可以包括多层涂层，例如铬涂层和/或光聚合物涂层，例如pmma或其他光致抗蚀剂材料。衍射光栅86的光栅矢量k1被定向为垂直于光束写入机器的x轴方向。衍射光栅84具有光栅矢量k0，并且衍射光栅88具有衍射光栅矢量k2。光栅矢量k0可以相对于光栅矢量k1成近似60度的角度。衍射光栅88的光栅矢量k2可以相对于跨对称线镜像的衍射光栅矢量k1成近似60度的角度。三个衍射光栅矢量求和的总和近似为零。光栅矢量k0和k2可以具有长度，使得当它们被置于代表性箭头的尖端到末端时，与光栅矢量k1一起形成等腰三角形。在另一个实施例中，光栅矢量k0、k1和k2可以形成不等边三角形。
35.在实施例中，所有三个衍射光栅84、86、88的总写入面积可以近似为200 mm2。在另一个实施例中，所有三个衍射光栅84、86、88的总写入面积可以近似是模具衬底90的整个表面92。
36.图6图示了输入衍射光栅矢量k0、转向衍射光栅矢量k1和输出衍射光栅矢量k2。输入衍射光栅矢量k0的直线衍射特征102经由相关联的光束写入路径104产生，并且衍射光栅矢量k2的直线衍射特征110经由相关联的光束写入路径112产生。光栅矢量k0和k2可以跨对
称线对称。转向衍射光栅矢量k1可以光学地定位在由光栅矢量k0表示的衍射光栅和由衍射光栅矢量k2表示的衍射光栅之间。
37.图7是至少部分利用模具衬底70产生的两个平行板平面波导160、162的堆叠的图示。第一平行板平面波导160至少包括输入耦合衍射光栅ido1、转向衍射光栅tg1和输出耦合衍射光栅odo1。光栅矢量k1a是与转向衍射光学器件tg1相关联的衍射光栅矢量。转向衍射光学器件tg1光学地定位在输入耦合衍射光栅ido1和输出耦合衍射光栅odo1之间。第二平行板平面波导162至少包括输入耦合衍射光栅ido2、转向衍射光栅tg2和输出耦合衍射光栅odo2。光栅矢量k1b是与转向衍射光学器件tg2相关联的衍射光栅矢量。转向衍射光学器件tg2光学地定位在输入耦合衍射光栅ido2和输出耦合衍射光栅odo2之间。
38.在模具衬底70的产生期间，如果转向衍射光学器件tg1/tg2直线衍射特征和光束写入机器的x轴或y轴之间的角度接近零度而不平行，则由光束写入机器产生的输入和输出耦合衍射光学器件直线衍射特征阶梯图案可以在来自输出耦合衍射光学器件odo1/odo2的衍射光中引发有效的角度误差。因此，图像承载光束的光线的输入和输出角度将不相同。该有效的角度误差可以引起平行板平面波导160、162的堆叠板使它们的直接图像彼此偏移，或者具有与图像偏移的菲涅尔反射。然而，如果在制造的直线衍射特征中不存在有效的角度误差，则平行板平面波导160、162将菲涅尔反射与期望的图像光对准，从而改进输出图像质量。
39.在模具衬底70的数字光束写入产生中，不与光束写入机器的x轴和/或y轴平行的直线衍射特征以如上所述的之字形或阶梯图案产生。在实施例中，将转向衍射光学器件26的直线衍射特征定向为与第一优选写入方向平行，将输入耦合衍射光栅24和输出耦合衍射光学器件28的直线衍射特征的角度定向为第二优选写入方向，使得角度跨对称线镜像。在光束写入过程期间以此方式定向模具衬底70产生了输入耦合衍射光栅24和输出耦合衍射光学器件28的直线衍射特征阶梯图案的对称阶梯图案，从而消除了阶梯图案中周期性误差的影响。在实施例中，转向衍射光学器件26的直线衍射特征在与优选写入方向之一平行的1弧分内定向。在另一个实施例中，转向衍射光学器件26的直线衍射特征在与优选写入方向之一平行的1弧秒内定向。
40.将转向衍射光学器件26的直线衍射特征定向为与光束写入机器的第一优选写入方向平行，并且镜像光栅矢量k0、k2的角度（参见图6）消除或取消了模具衬底70的直线衍射特征阶梯图案中的周期性误差的影响。
41.平行板平面波导160、162在其堆叠中对准，使得光栅矢量k1b平行于光栅矢量k1a。图7进一步图示了微型投影仪170的示例，该微型投影仪170产生由棱镜组装件172重定向的图像承载光，使得图像承载光被定向到输入耦合衍射光栅ido1和ido2。
42.在另一个实施例中，光栅矢量k0和k2可以不在对称线之上被镜像。然而，将光栅矢量k1定向为垂直于光束写入机器的优选写入方向仍然可以至少部分地消除由数字光束写入机器的阶梯图案引起的相关联直线衍射特征中的周期性误差的影响。周期性误差的影响可以至少部分地被消除，这是因为由阶梯图案产生的周期性误差对于两个衍射光栅来说将是相同的，并且可以至少部分地跨对称线对准。
43.在实施例中，如图9中图示的，衍射光栅180可以包括形成曲线的连续弦段的直线衍射特征182。比对y轴测量，直线衍射特征182的角度作为连续曲线的弦沿着y轴以逐步
的方式变化。直线衍射特征182以逐步的方式从y轴取向成角度地偏离，其中沿着x轴距离衍射光栅180的中心线184具有距离，但是该角度偏离在中心线184的相对侧上的符号改变。在实施例中，为了减少或消除由光束写入机器的阶梯图案产生的周期性误差，跨中心线184设置的直线衍射特征182a可以与优选的光束写入方向平行定向。该对准跨中心线184对衍射光栅180的直线衍射特征182镜像。
44.现在参考图11，其描绘了根据提供模具衬底的方法的实施例的简化框图。该方法包括步骤300，其提供具有平坦表面的衬底，其中涂层与平坦表面耦合。该方法包括步骤302，其提供可操作以在第一方向和第二方向上写入的光束写入系统，其中第二方向垂直于第一方向。该方法还包括步骤304，其提供具有以下各项的衍射光栅布局图案：包括限定第一光栅矢量的第一多个衍射特征的第一衍射光栅，包括限定第二光栅矢量的第二多个衍射特征的第二衍射光栅，以及包括限定第三光栅矢量的第三多个衍射特征的第三衍射光栅。该方法进一步包括步骤306，其将衬底定位在光束写入系统中，由此光束写入系统可操作以写入涂层中。附加地，该方法包括步骤308，其将第一、第二和第三多个衍射特征之一与光束写入系统第一方向平行对准。该方法包括步骤310，其经由光束写入系统将衍射光栅布局图案写入涂层中。
45.现在参考图12，其描绘了根据提供模具衬底的方法的实施例的简化框图。在图12中图示的实施例中，将第一、第二和第三多个衍射特征之一与光束写入系统第一方向平行对准的步骤308包括步骤308a，其中第一和第二多个衍射特征不与光束写入系统第一和第二方向之一平行对准。经由光束写入系统将衍射光栅布局图案写入涂层中的步骤310包括以阶梯图案将第一和第二多个衍射特征写入涂层中的步骤310a。此外，步骤310包括步骤310b，其中第一和第二衍射光栅以关于第二衍射光栅的双边对称取向设置，由此由阶梯图案引发的角度误差被至少部分地校正。
46.如图8中图示的，在实施例中，光束写入系统200可以至少包括xy线性平移平台202、旋转装置204、旋转装置控制器208和通信装置206。通信装置206使得控制器208能够向旋转装置204发送信号。在实施例中，通信装置206可以是具有多个电独立导线的线缆，诸如但不限于同轴线缆或8通道线缆。在另一个实施例中，控制器208可以经由诸如例如无线局域联网或无线个域联网的无线信号传输与旋转装置204通信。
47.在实施例中，旋转装置204可以是机动化的旋转台。在实施例中，旋转装置204的角度准确度可以好于0.01度。在另一个实施例中，旋转装置204的角度准确度可以好于0.001度。光束写入系统200可以进一步包括安装到旋转装置204的旋转平台210，用于随其旋转。光束写入系统200还可以包括用于生成和发射光束214的光束源212。光束源212还可以包括用于聚焦和/或操纵发射光束214的装置（未示出）。在实施例中，一个或多个磁透镜可以用于聚焦和/或操纵发射光束214。在另一个实施例中，发射光束214可以经由静电偏转被聚焦和/或操纵。例如真空室的光束写入系统200的其他组件对于相关领域的技术人员来说是公知的，并且在本文中不说明。
48.在光束写入系统200的操作中，具有可选平坦表面涂层222的模具衬底220被置于旋转平台210上。衍射光栅可以被制造到模具衬底220上或模具衬底220中，或者被制造到平坦表面涂层222中。模具衬底220可以通过旋转装置204旋转到优选的取向。以此方式，在光束写入系统200中的制造时，所有衍射光栅的直线衍射特征可以定向在与xy线性平移平台
202的线性平移方向和/或优选光束操纵方向相关联的优选写入方向上。
49.除了将直线衍射特征定向为在优选的直线写入方向上之外，光束写入系统200还可以用于通过在xy
‑
线性平移平台202的线性平移期间操作旋转装置204将弯曲特征写入到模具衬底220和/或可选的平坦表面涂层222上或写入到其中。
50.本文描述的实施例的一个或多个特征可以被组合以创建未描绘的附加实施例。虽然上面已经详细描述了各种实施例，但是应当理解，它们是作为示例而非限制来呈现的。对于相关领域的技术人员来说将清楚的是，在不脱离所公开的主题的范围、精神或本质特性的情况下，所公开的主题可以以其他特定形式、变型和修改来体现。因此，上述实施例要在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求来指示，并且落入其等同物的含义和范围内的所有改变都意图包含在其中。