超透镜的双面单层和双面多层微纳结构的制备方法及制备的超透镜

本发明属于微纳光学，尤其涉及一种超透镜的双面单层和双面多层微纳结构的制备方法及制备的超透镜。

背景技术：

1、超构透镜作为一种前沿微纳光学器件，通过亚波长尺寸的纳米结构阵列调控光波，实现高分辨成像、亚波长聚焦的功能，具有体积薄、质量轻、尺寸小、集成度高的显著优势。

2、在超透镜的设计过程中，单层的平面超透镜在不同的入射角下很难实现近衍射极限的聚焦。因此，受传统折射光学透镜通过设计透镜组的方式来校正像差的启发，开发出了将聚焦超透镜和校正超透镜结合到基底两侧的双面超透镜，以解决单层的平面超透镜没有足够的自由度来纠正慧差、像散和场曲等离轴像差的问题。但是现有的技术中，双面超透镜的制备存在：1)基底两侧微纳结构对准的问题；2)聚焦超透镜完成加工后，在进行校正超透镜加工时，聚焦超透镜的微纳结构会被损伤的问题。

技术实现思路

1、因此，为解决上述技术问题，本发明提出了一种超透镜的双面单层和双面多层微纳结构的制备方法及制备的超透镜，通过双面对准光刻配合刻蚀制备更易被观察的金属铬对准标记实现双面微纳结构的高精度对准，采用耐磨的硬质金属铬膜层保护已制备的聚焦超透镜微纳结构后进行校正超透镜微纳结构的加工，并最终在保证不损伤微纳结构的情况下完成金属膜层的去除。

2、为实现上述目的，本发明提供一种超透镜的双面单层微纳结构的制备方法，双面微纳结构为聚焦超透镜微纳结构和校正超透镜微纳结构，分别位于超透镜基底的正反两面，包括以下步骤：

3、采用镀膜工艺分别在聚焦超透镜微纳结构材料膜层和校正超透镜微纳结构材料膜层上镀金属铬层；

4、采用双面对准光刻工艺在两侧的金属铬层上制备对准标记掩膜；

5、采用刻蚀工艺在所述聚焦超透镜微纳结构材料膜层和所述校正超透镜微纳结构材料膜层上分别制备凸起的金属铬对准标记；

6、根据所述聚焦超透镜微纳结构材料膜层上凸起的金属铬对准标记，采用光刻配合刻蚀工艺先制备所述聚焦超透镜微纳结构，再在所述聚焦超透镜微纳结构上采用镀膜工艺制备金属铬膜保护层；

7、根据所述校正超透镜微纳结构材料膜层上凸起的金属铬对准标记，采用光刻配合刻蚀工艺制备所述校正超透镜微纳结构；

8、采用去铬液去除所述金属铬膜保护层和凸起的金属铬对准标记。

9、优选地，当超透镜基底材料与聚焦超透镜微纳结构材料和校正超透镜微纳结构材料不一致时，还包括制备超透镜微纳结构材料膜层和校正超透镜微纳结构材料膜层的步骤，具体如下：

10、在所述超透镜基底的正反两面采用镀膜工艺分别制备聚焦超透镜微纳结构材料膜层和校正超透镜微纳结构材料膜层。

11、优选地，聚焦超透镜微纳结构材料和校正超透镜微纳结构材料独立选自tio2、hfo2、zro2、gan、si2n3、si、sio2、gaas、zns、aln中的任意一种。

12、优选地，镀膜工艺选自真空蒸镀、磁控溅射、离子束蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积中的任意一种，根据膜层的材质和用途而定。

13、优选地，光刻工艺选自电子束光刻、双光子光刻、步进光刻、紫外光刻中的任意一种。

14、优选地，刻蚀工艺选自湿法刻蚀、反应离子刻蚀、电感耦合等离子体刻蚀、离子束刻蚀、激光刻蚀中的任意一种。

15、本发明还提供一种超透镜的双面多层微纳结构的制备方法，双面微纳结构为聚焦超透镜微纳结构和校正超透镜微纳结构，分别位于超透镜基底的正反两面，包括以下步骤：

16、采用镀膜工艺分别在聚焦超透镜微纳结构材料膜层和校正超透镜微纳结构材料膜层上镀金属铬层；

17、采用双面对准光刻工艺在两侧的金属铬层上制备对准标记掩膜；

18、采用刻蚀工艺在所述聚焦超透镜微纳结构材料膜层和所述校正超透镜微纳结构材料膜层上分别制备凸起的金属铬对准标记；

19、根据所述聚焦超透镜微纳结构材料膜层上凸起的金属铬对准标记，采用光刻配合刻蚀工艺依次制备第一层，第二层，…和第n层聚焦超透镜微纳结构，再在所述第n层聚焦超透镜微纳结构上采用镀膜工艺制备金属铬膜保护层；

20、根据所述校正超透镜微纳结构材料膜层上凸起的金属铬对准标记，采用光刻配合刻蚀工艺依次制备第一层，第二层，…和第n层校正超透镜微纳结构；

21、采用去铬液去除所述金属铬膜保护层和凸起的金属铬对准标记。

22、优选地，n为自然数，n≥2。

23、本发明还提供一种超透镜，采用上述制备方法制备得到。

24、本发明采用上述技术方案的优点是：

25、本发明的超透镜的双面单层和双面多层微纳结构的制备方法，通过双面对准光刻配合刻蚀制备凸起的金属铬对准标记，相对于胶结构的对准标记具有更好的边缘锐度；相对于向下刻蚀的对准标记，在后续工艺过程中被覆盖时更易被观察，可以有效提高对准精度，使后面的光刻工艺的对准精度≤4μm。聚焦超透镜微纳结构制备后采用镀膜工艺制备金属铬膜保护层，在校正超透镜微纳结构的过程中保护聚焦超透镜微纳结构不被损伤。采用去铬液，去铬液通常呈酸性，与超透镜双面微纳结构材料均不发生反应，能在不损伤微纳结构的情况下较好地去除金属铬保护膜层及凸起的金属铬对准标记。

技术特征：

1.一种超透镜的双面单层微纳结构的制备方法，双面微纳结构为聚焦超透镜微纳结构和校正超透镜微纳结构，分别位于超透镜基底的正反两面，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超透镜的双面微纳结构的制备方法，其特征在于，当超透镜基底材料与聚焦超透镜微纳结构材料和校正超透镜微纳结构材料不一致时，还包括制备超透镜微纳结构材料膜层和校正超透镜微纳结构材料膜层的步骤，具体如下：

3.根据权利要求2所述的超透镜的双面微纳结构的制备方法，其特征在于，聚焦超透镜微纳结构材料和校正超透镜微纳结构材料独立选自tio2、hfo2、zro2、gan、si2n3、si、sio2、gaas、zns、aln中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的超透镜的双面微纳结构的制备方法，其特征在于，镀膜工艺选自真空蒸镀、磁控溅射、离子束蒸镀、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积中的任意一种，根据膜层的材质和用途而定。

5.根据权利要求1所述的超透镜的双面微纳结构的制备方法，其特征在于，光刻工艺选自电子束光刻、双光子光刻、步进光刻、紫外光刻中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的超透镜的双面微纳结构的制备方法，其特征在于，刻蚀工艺选自湿法刻蚀、反应离子刻蚀、电感耦合等离子体刻蚀、离子束刻蚀、激光刻蚀中的任意一种。

7.一种超透镜的双面多层微纳结构的制备方法，双面微纳结构为聚焦超透镜微纳结构和校正超透镜微纳结构，分别位于超透镜基底的正反两面，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求2所述的超透镜的双面多层微纳结构的制备方法，其特征在于，n为自然数，n≥2。

9.一种超透镜，其特征在于，采用1-8任意一项权利要求所述的方法制备得到。

技术总结
本发明提供一种超透镜的双面单层和双面多层微纳结构的制备方法及制备的超透镜，属于微纳光学技术领域。本发明的超透镜的双面单层和双面多层微纳结构的制备方法，通过双面对准光刻配合刻蚀制备凸起的金属铬对准标记，相对于胶结构的对准标记具有更好的边缘锐度；相对于向下刻蚀的对准标记，在后续工艺过程中被覆盖时更易被观察，使后面的光刻工艺的对准精度≤4μm；聚焦超透镜微纳结构制备后采用镀膜工艺制备金属铬膜保护层，在校正超透镜微纳结构的过程中保护聚焦超透镜微纳结构不被损伤；采用去铬液，去铬液通常呈酸性，与超透镜双面微纳结构材料均不发生反应，能在不损伤微纳结构的情况下较好地去除金属铬保护膜层及凸起的金属铬对准标记。

技术研发人员：韩业明,邓永波,王承邈,林雨,张健宇,李博文
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13