一种高折射率斜齿光栅的制造方法技术

本发明专利技术提供一种高折射率斜齿光栅的制造方法，包括：S1，在光栅衬底上形成种子层图案，种子层图案图案为若干周期性间隔设置的线条；S2，在种子层图案上利用掠射角沉积技术沉积一层斜齿光栅结构材料。本发明专利技术将掠射角沉积技术（GLAD）用于高折射率斜齿光栅的制造。（GLAD）用于高折射率斜齿光栅的制造。（GLAD）用于高折射率斜齿光栅的制造。

【技术实现步骤摘要】
一种高折射率斜齿光栅的制造方法


[0001]本专利技术属于光学元件
，尤其是涉及一种高折射率斜齿光栅的制造方法。

技术介绍

[0002]斜齿光栅是一种具有周期性空间结构的高性能光学元件。由于斜齿光栅在特定的衍射级上通常具有很高的效率，所以其主要功能在于将光线耦合到光学波导中。斜齿光栅卓越的光学性能使其广泛应用于航空航天、电信、光谱学以及目前飞速发展的虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域。高折射率的斜齿光栅可以提供更大的视角，是AR眼镜中的重要元件。
[0003]现有的制造斜齿光栅的方法包括应用法拉第笼进行反应离子刻蚀以及应用离子束刻蚀和反应离子束刻蚀实现斜齿光栅结构。其中应用法拉第笼进行反应离子刻蚀需要依赖特定的设备，且仅适用于小范围的斜齿光栅的批量加工。应用离子束刻蚀结合反应离子束刻蚀可以实现大范围的斜齿光栅结构加工，但是操作复杂。这两种制造斜齿光栅的方法在制造传统材料光栅如二氧化硅（n=1.5）斜齿光栅时广泛应用，但是由于刻蚀方法的局限性，难以应用于某些高折射率材料。
[0004]近些年提出的纳米压印方法大规模制造高折射率斜齿光栅的方法通过在树脂中填充高折射率材料纳米颗粒如二氧化钛（TiO2）来实现高折射率。通过纳米压印方法来实现批量生产。但是这种方案中，纳米颗粒填充的程度需要严格控制，且压印模板也有相应的使用寿命，图案转移过程中可能存在一定的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在解决以下技术问题：现有技术中，应用法拉第笼进行反应离子刻蚀以及应用离子束刻蚀和反应离子束刻蚀实现斜齿光栅结构的斜齿光栅制造方法难以应用于某些高折射率材料，应用纳米压印方法制造高折射率斜齿光栅结构的斜齿光栅制造方法纳米颗粒填充的程度需要严格控制、且压印模板也有相应的使用寿命、图案转移过程中可能存在一定的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种高折射率斜齿光栅的制造方法，能够避免刻蚀相应材料带来的各种技术问题。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高折射率斜齿光栅的制造方法，包括：S1，在光栅衬底上形成种子层图案，种子层图案图案为若干周期性间隔设置的线条；S2，在种子层图案上利用掠射角沉积技术沉积一层斜齿光栅结构材料。
[0008]作为一种优选的技术方案，步骤S1具体包括：a101，在光栅衬底上旋涂一层电子束抗蚀剂；a102，利用电子束曝光在电子束抗蚀剂层上形成设计图案；
a103，曝光结束后在室温下进行显影；a104，利用反应离子刻蚀将电子束抗蚀剂层上的设计图案转移至光栅衬底，形成种子层图案；a105，利用等离子体去除残余的电子束抗蚀剂。
[0009]作为一种优选的技术方案，步骤S1具体包括：b101，在光栅衬底上旋涂一层压印材料；b102，利用压印模板对压印材料进行纳米压印，形成若干周期间隔设置的线条；b103，利用等离子体去除压印材料，直到线条之间的压印材料被去除,得到压印图案；b104，利用反应离子刻蚀将压印图案上的设计图案转移至光栅衬底，形成种子层图案；b105，利用等离子体去除残余的压印材料。
[0010]作为一种优选的技术方案，步骤S1具体包括：c101，在光栅衬底上旋涂一层压印材料；c102，利用压印模板对压印材料进行纳米压印，形成若干周期间隔设置的线条；c103，利用等离子体去除压印材料，直到线条之间的压印材料被去除，得到种子层图案。
[0011]作为一种优选的技术方案，选用石英玻璃作为光栅衬底，选用苯甲醚稀释1:1的ZEP520A作为电子束抗蚀剂，选用TiO2作为斜齿光栅结构材料。
[0012]作为一种优选的技术方案，选用石英玻璃作为光栅衬底，选用聚苯乙烯作为压印材料，纳米压印方法为热纳米压印，选用HfO2和SiO2作为斜齿光栅结构材料。
[0013]作为一种优选的技术方案，选用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为光栅衬底，压印材料为紫外纳米压印胶，纳米压印方法为紫外纳米压印，选用TiO2作为斜齿光栅结构材料。
[0014]采用上述技术方案后，本专利技术具有如下优点：倾斜角沉积技术（GLancing Angle Deposition /GLAD），也称掠射角沉积技术，或者叫大入射角沉积技术。一般用于制备形貌可控的薄膜（参考公告号为CN106987804B的“光学玻璃微米级空间碎片防护膜”专利）、制备纳米线（参考公告号为CN105862122B的“基于多步掠射角沉积法的锑化铟纳米线制备与锰掺杂方法”专利）。
[0015]本专利技术将倾斜角沉积技术（GLAD）用于高折射率斜齿光栅的制造。解决了应用法拉第笼进行反应离子刻蚀以及应用离子束刻蚀和反应离子束刻蚀实现斜齿光栅结构的斜齿光栅制造方法难以应用于某些高折射率材料，应用纳米压印方法制造高折射率斜齿光栅结构的斜齿光栅制造方法纳米颗粒填充的程度需要严格控制、且压印模板也有相应的使用寿命、图案转移过程中可能存在一定的缺陷的技术问题。同时，由于本工艺直接使用相应的蒸镀材料进行沉积而非进行纳米颗粒植入，因此不用担心影响材料的散射率。
[0016]本专利技术中提出的方法能够在一片晶圆上实现多个重复单元斜齿光栅结构的制作。随后通过芯片切割的方式，分离出多个耦入单元。将单个耦入单元集成到已经完成耦出单元加工的晶圆上即可实现光学耦合功能。通过此方法可以极大提高该光学器件的大规模加工效率。
附图说明
[0017]图1为实施例一的一种高折射率斜齿光栅的制造方法的步骤流程图；图2为实施例二的一种高折射率斜齿光栅的制造方法的步骤流程图；图3为实施例三的一种高折射率斜齿光栅的制造方法的步骤流程图；图中：1
‑
石英玻璃；2
‑
ZEP520A电子束抗蚀剂；3
‑
电子束；4
‑ꢀ
TiO2蒸镀源；5
‑
蒸镀倾角；6
‑
斜齿光栅倾角；7
‑ꢀ
TiO2；8
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聚苯乙烯；9
‑
热纳米压印模板；10
‑ꢀ
HfO2和SiO2；11
‑ꢀ
HfO2和SiO2蒸镀源；12
‑
PET衬底；13
‑
紫外纳米压印胶；14
‑
紫外纳米压印模板；15
‑
UV。
具体实施方式
[0018]以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0019]实施例一如图1所示，本实施例提供一种高折射率斜齿光栅的制造方法，制造一种TiO2（n=2.3）斜齿光栅。
[0020]具体步骤包括：1.选用石英玻璃1作为衬底；石英玻璃1主要成分为SiO2；2.在衬底表面旋涂一层ZEP520A电子束抗蚀剂2；ZEP520A电子束抗蚀剂2用1:1苯甲醚稀释；3.在热板上以180℃烘烤3分钟；4.如图1a所示，利用电子束3曝光，曝光剂量为150μC/cm2，用电子束3曝光形成设计图案；此处ZEP520A电子束抗蚀剂2图案尺寸为150nm宽，周期为40本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高折射率斜齿光栅的制造方法，其特征在于，包括：S1，在光栅衬底上形成种子层图案，种子层图案图案为若干周期性间隔设置的线条；S2，在种子层图案上利用掠射角沉积技术沉积一层斜齿光栅结构材料。2.根据权利要求1所述的一种高折射率斜齿光栅的制造方法，其特征在于，步骤S1具体包括：a101，在光栅衬底上旋涂一层电子束抗蚀剂；a102，利用电子束曝光在电子束抗蚀剂层上形成设计图案；a103，曝光结束后在室温下进行显影；a104，利用反应离子刻蚀将电子束抗蚀剂层上的设计图案转移至光栅衬底，形成种子层图案；a105，利用等离子体去除残余的电子束抗蚀剂。3.根据权利要求1所述的一种高折射率斜齿光栅的制造方法，其特征在于，步骤S1具体包括：b101，在光栅衬底上旋涂一层压印材料；b102，利用压印模板对压印材料进行纳米压印，形成若干周期性间隔设置的线条；b103，利用等离子体去除压印材料，直到线条之间的压印材料被去除,得到压印图案；b104，利用反应离子刻蚀将压印图案上的设计图案转移至光栅衬底，形成种子层图...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔波，严正，李金涛，潘艾希，
申请(专利权)人：杭州探真纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：