[发明专利]制作非均匀衍射光栅

说明书

一种制造非均匀光栅的方法包括：将不同密度的离子注入到基底的对应区域中；例如通过光刻来图案化位于基底上的抗蚀剂层；使用图案化的抗蚀剂层蚀刻基底；然后从基底去除抗蚀剂层，留下具有至少一个光栅的基底，该至少一个光栅具有与注入到所述区域中的不同离子密度相关的非均匀特性。该方法还可以包括使用具有光栅的基底作为模具来例如通过纳米压印光刻制造具有对应非均匀特性的对应光栅。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月5日提交的申请号为No.62/404,555的美国临时申请的优先权。申请号为No.62/404,555的美国申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及微/纳米结构制造，尤其涉及衍射光栅的制造。

背景技术

衍射光栅是具有周期性结构的光学部件，其可以将光分裂并衍射成行进到不同方向的若干光束。这些光束的方向取决于光栅的间隔、光的波长以及光栅和基底的折射率。在一些示例中，衍射光栅由一组狭缝构成，该组狭缝具有比光的波长宽的间隔，以引起衍射。在光与光栅相互作用之后，衍射光由从光栅中的每个狭缝发出的干涉波的总和组成。狭缝的深度影响到每个狭缝的波的路径长度，这相应地影响来自每个狭缝的波的相位并因此影响狭缝的衍射效率。如果狭缝具有均匀的深度，则光栅中的狭缝可能具有均匀的衍射效率。如果狭缝具有非均匀的深度，则光栅中的狭缝可能具有非均匀的衍射效率。

已经使用各种方法制造衍射光栅，包括光掩模、电子束光刻、蚀刻技术和全息干涉。然而，通过上述方法制造的衍射光栅通常是具有均匀的衍射效率的均匀的光栅。较少的方法被开发来制造具有非均匀的衍射效率的衍射光栅，特别是具有高分辨率和大面积的衍射光栅。

发明内容

本公开的一方面的特征在于一种制造非均匀结构的方法。方法包括：将不同密度的离子注入到基底的对应区域中；图案化位于基底上的抗蚀剂层；然后使用图案化的抗蚀剂层蚀刻基底，留下具有至少一个非均匀结构的基底，至少一个非均匀结构具有与注入到区域中的不同离子密度相关的非均匀特性。

该方法可以包括从基底去除抗蚀剂层。该方法还可以包括使用具有非均匀结构的基底作为模具通过纳米压印光刻来制造对应的非均匀结构。蚀刻基底可以包括使用反应离子蚀刻。

非均匀结构可以包括非均匀光栅。在一些示例中，光栅包括二元光栅，二元光栅具有与不同离子密度对应的非均匀深度。在一些示例中，光栅包括闪耀光栅，闪耀光栅具有与不同离子密度对应的非均匀深度。

在一些实现方式中，将不同密度的离子注入到基底的对应区域中包括：沿第一方向将第一密度的离子注入到至少一个目标区域中；以及沿着第二不同的方向将第二密度的离子注入到目标区域中，其中第一方向与第二方向之间的角度大于0度且小于180度。

在一些实现方式中，将不同密度的离子注入到基底的对应区域中包括：沿着方向在离子源与基底之间移动光闸(shutter)，其中具有不同离子密度的被注入的区域沿着方向。可以根据与不同密度对应的离子曝光分布来移动光闸。在一些示例中，光闸是被配置为阻挡离子通过的固体面板。

在一些示例中，光闸限定多个通孔，多个通孔允许离子从离子源传播到基底。在一些情况下，移动光闸包括：以第一速度将光闸移动穿过基底中的第一目标区域之上的第一位置，以允许离子穿过通孔到第一目标区域上；以第二速度将光闸从第一位置移动到第二连续位置，第二连续位置位于基底中的第二目标区域之上，第二速度比第一速度快；以及以第一速度将光闸移动穿过第二连续位置，以允许离子穿过通孔到第二目标区域上。在一些情况下，移动光闸包括：将光闸移动到基底中的第一目标区域之上的第一位置；在第一位置使光闸停止持续时间段，以允许一定量的离子穿过通孔到第一目标区域上；然后将光闸移动到基底中的第二目标区域之上的第二连续位置。