本發(fā)明屬于微納光學(xué)，尤其涉及一種超表面刻蝕工藝方法。

背景技術(shù)：

1、超表面是指一種厚度小于波長的人工層狀材料。超表面可實現(xiàn)對電磁波偏振、振幅、相位、極化方式、傳播模式等特性的靈活有效調(diào)控。根據(jù)調(diào)控的波的種類，超表面可分為光學(xué)超表面、聲學(xué)超表面、機械超表面等。光學(xué)超表面是最常見的一種類型，它可以通過亞波長的微結(jié)構(gòu)來調(diào)控電磁波的偏振、相位、振幅、頻率等特性，是一種結(jié)合了光學(xué)與納米科技的新興技術(shù)。光學(xué)超表面作為一種前沿微納光學(xué)器件，通過亞波長尺寸的納米結(jié)構(gòu)陣列調(diào)控光波，實現(xiàn)高分辨成像、亞波長聚焦的功能，具有體積薄、質(zhì)量輕、尺寸小、集成度高的顯著優(yōu)勢。

2、目前，光學(xué)超表面的微納結(jié)構(gòu)通?？煞譃殡x散納米柱構(gòu)型和同心納米環(huán)構(gòu)型，構(gòu)型版圖如圖1所示，都是由數(shù)量極多的納米尺寸的結(jié)構(gòu)組成，且結(jié)構(gòu)線寬尺寸小、跨度大。由于結(jié)構(gòu)尺寸存在以上特性，在加工過程中通常需要采用高精度的光刻和刻蝕工藝進行結(jié)構(gòu)材料的圖形化。在刻蝕的過程中，由于樣片上的線寬跨度大、且不同區(qū)域的密度不用，這會導(dǎo)致同一晶圓上不同位置的刻蝕效率不同，最終形成不同線寬尺寸結(jié)構(gòu)之間存在刻蝕深度不同的問題，刻蝕結(jié)果如圖2所示。針對這些問題，目前的解決方案通常是以占有線寬尺寸比例最大部分的刻蝕深度最為標準，但是這會導(dǎo)致最終的超表面性能與設(shè)計指標不符。為具體說明加工刻蝕深度誤差造成的性能差距，對某一同心納米環(huán)構(gòu)型的超表面分別進行存在加工刻蝕深度誤差模型的仿真和無加工刻蝕深度誤差理想模型的仿真。構(gòu)建基于有限元分析的散射場計算模型，設(shè)置等強正入射的te、tm波作為背景場，根據(jù)亥姆霍茲方程求解結(jié)構(gòu)的總散射場，收集近場出射面的復(fù)振幅均值，計算其聚焦效率；其中，te，tm波是傳播方向約束在仿真平面內(nèi)的二維波的兩種基本偏振模式，te波是橫電波，指的是電磁波中電場的方向垂直于仿真平面；tm波是橫磁波，指的是電磁波中磁場的方向垂直于仿真平面。分別得到有加工刻蝕深度誤差和無加工刻蝕深度誤差的同心納米環(huán)構(gòu)型超表面散射場，如圖3所示；如圖4所示，圖中存在刻蝕深度誤差對應(yīng)的三個柱形以及無刻蝕深度誤差對應(yīng)的三個柱形，從左至右分別均為te波衍射效率、tm波衍射效率以及平均衍射效率，從圖中可以看出，te波衍射效率分別為47.49%和72.26%，tm波衍射效率分別為39.35%和46.93%，平均衍射效率為43.42%和59.59%，進而可以看出，刻蝕深度誤差造成的性能缺陷顯著。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為了解決超表面加工過程中，因刻蝕工藝微觀負載效應(yīng)導(dǎo)致的不同線寬尺寸刻蝕深度不同，致使超表面性能與設(shè)計指標不符的問題，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種可以解決超表面刻蝕工藝中微觀負載效應(yīng)的超表面刻蝕工藝方法。

2、為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供一種超表面刻蝕工藝方法，所述超表面刻蝕工藝方法用于對超表面結(jié)構(gòu)進行刻蝕，所述超表面刻蝕工藝方法包括步驟：

4、s1.將超表面曝光版圖根據(jù)線寬尺寸的不同分為多個線寬尺寸版圖，所述多個線寬尺寸版圖至少包括第一線寬尺寸版圖、第二線寬尺寸版圖和第n線寬尺寸版圖；

5、s2.在所述基底表面涂覆光刻膠；

6、s3.將帶有套刻標記的第一線寬尺寸版圖進行圖形化，形成第一線寬尺寸版圖光刻膠掩膜；

7、s4.將所述第一線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底上，達到設(shè)計刻蝕深度；

8、s5.對準預(yù)留的所述套刻標記，將所述第二線寬尺寸版圖進行圖形化，形成第二線寬尺寸版圖光刻膠掩膜；

9、s6.?將所述第二線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底上，達到所述設(shè)計刻蝕深度；

10、s7.針對所述多個線寬尺寸版圖中的所述第n線寬尺寸版圖，分別重復(fù)步驟s5和s6，直至所述多個線寬尺寸版圖均達到所述設(shè)計刻蝕深度，完成相同深度的刻蝕。

11、進一步的，所述基底的材料與所述超表面結(jié)構(gòu)的材料不一致時，所述s2包括：在所述基底表面制備超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層，在所述超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層表面涂覆光刻膠；所述s4包括：將所述第一線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底上的超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層上；所述s6包括：將所述第二線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底上的超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層上。

12、進一步的，所述基底和超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層的材料選自聚合物、、、、、、、、、或中的至少一種。

13、進一步的，使用光刻膠形成所述光刻膠掩膜的刻蝕選擇比不足時，所述s3和所述s4之間還包括：將所述第一線寬尺寸版圖光刻膠掩膜轉(zhuǎn)化為第一線寬尺寸版圖金屬掩膜；

14、所述s5和s6之間還包括：將所述第二線寬尺寸版圖光刻膠掩膜轉(zhuǎn)化為第二線寬尺寸版圖金屬掩膜。

15、進一步的，在所述超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層表面涂覆光刻膠的涂覆方式包括噴涂、旋涂或刮涂；在所述基底表面分別涂覆光刻膠的涂覆方式包括噴涂、旋涂或刮涂。

16、進一步的，所述光刻膠掩膜的刻蝕選擇比足夠時，所述圖形化為正結(jié)構(gòu)圖形化。

17、進一步的，所述光刻膠掩膜的刻蝕選擇比不足時，所述圖形化為反結(jié)構(gòu)圖形化。

18、進一步的，采用鍍膜工藝在所述基底表面制備超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層，所述鍍膜工藝包括真空蒸鍍、磁控濺射、離子束鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或原子層沉積。

19、進一步的，通過刻蝕工藝將所述第一線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底上，通過刻蝕工藝將所述第二線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底上；所述刻蝕工藝包括濕法刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、電感耦合等離子體刻蝕、離子束刻蝕或激光刻蝕。

20、進一步的，采用光刻工藝將帶有套刻標記的第一線寬尺寸版圖進行圖形化，形成第一線寬尺寸版圖光刻膠掩膜；所述光刻工藝包括電子束光刻、雙光子光刻、步進光刻、紫外光刻或納米壓印。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

22、本發(fā)明提供一種可以解決超表面刻蝕工藝中微觀負載效應(yīng)的超表面刻蝕工藝方法，該工藝方法采用分圖層多次套刻曝光刻蝕的方式，即：將納米結(jié)構(gòu)根據(jù)線寬尺寸的不同，分為多個圖層，逐層曝光刻蝕；根據(jù)不同線寬尺寸的刻蝕速率不同，調(diào)整刻蝕參數(shù)及時間，使得最終的刻蝕深度一致；從而提高超表面的加工精度，保證超表面器件性能與設(shè)計指標的一致性。

技術(shù)特征：

1.一種超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：所述超表面刻蝕工藝方法用于對超表面結(jié)構(gòu)進行刻蝕，所述超表面刻蝕工藝方法包括步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：所述基底的材料與所述超表面結(jié)構(gòu)的材料不一致時，所述s2包括：在所述基底表面制備超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層，在所述超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層表面涂覆光刻膠；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：所述基底和超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層的材料選自聚合物、、、、、、、、、或中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：使用光刻膠形成所述光刻膠掩膜的刻蝕選擇比不足時，所述s3和所述s4之間還包括：將所述第一線寬尺寸版圖光刻膠掩膜轉(zhuǎn)化為第一線寬尺寸版圖金屬掩膜；

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：在所述超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層表面涂覆光刻膠的涂覆方式包括噴涂、旋涂或刮涂；在所述基底表面分別涂覆光刻膠的涂覆方式包括噴涂、旋涂或刮涂。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：所述光刻膠掩膜的刻蝕選擇比足夠時，所述圖形化為正結(jié)構(gòu)圖形化。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：所述光刻膠掩膜的刻蝕選擇比不足時，所述圖形化為反結(jié)構(gòu)圖形化。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：采用鍍膜工藝在所述基底表面制備超構(gòu)透鏡結(jié)構(gòu)材料膜層，所述鍍膜工藝包括真空蒸鍍、磁控濺射、離子束鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積或原子層沉積。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：通過刻蝕工藝將所述第一線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底，通過刻蝕工藝將所述第二線寬尺寸版圖的圖形轉(zhuǎn)移至所述基底；所述刻蝕工藝包括濕法刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、電感耦合等離子體刻蝕、離子束刻蝕或激光刻蝕。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面刻蝕工藝方法，其特征在于：采用光刻工藝將帶有套刻標記的第一線寬尺寸版圖進行圖形化，形成第一線寬尺寸版圖光刻膠掩膜；所述光刻工藝包括電子束光刻、雙光子光刻、步進光刻、紫外光刻或納米壓印。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及微納光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超表面刻蝕工藝方法，工藝方法包括：將超表面曝光版圖根據(jù)線寬尺寸的不同分為多個線寬尺寸版圖；針對帶有套刻標記的不同線寬尺寸版圖分別通過光刻工藝完成圖形化；將圖形化的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至目標材料，刻蝕達到設(shè)計的刻蝕深度；之后通過分圖層多次套刻曝光刻蝕，將不同的線寬尺寸版圖分解為不同的圖層分別曝光刻蝕，根據(jù)線寬尺寸設(shè)置不同的刻蝕速率及時間，使最終的刻蝕深度一致；提高超表面的加工精度，保證超表面器件性能與設(shè)計指標的一致性。

技術(shù)研發(fā)人員：韓業(yè)明,穆全全,王承邈,姚路,林雨,李博文
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9