[发明专利]制备大高宽比衍射光学元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子和光学技术领域，尤其涉及一种制备大高宽比衍射光学元件的方法。

背景技术

常见的衍射光学元件有波带片、光子筛、光栅等。在能量很高的射线领域，只有吸收体的厚度达到一定的值才可以吸收相应射线，所以制备大高宽比的衍射光学元件具有重要意义。而在通常情况下，高宽比大于4的衍射光学元件可以称作大高宽比衍射光学元件。

传统大高宽比衍射光学元件制作过程主要包括以下步骤：

步骤一，在涂胶的衬底上曝光；

步骤二，对旋涂的光刻胶进行显影；

步骤三，显影完成之后，从显影液中拿出衬底在吹干的过程中，高宽比很大的图形光刻胶容易受到显影液的表面张力的影响而倒塌。

在实现本发明的过程中，发明人意识到现有技术存在如下缺陷：在衍射光学元件的制备过程中，由于光刻胶结构受显影液的张力影响很大，很容易倒塌，很难制备出大高宽比的衍射光学元件。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述缺陷，本发明提供了一种制备大高宽比衍射光学元件的方法，以制备出大高宽比的衍射光学元件。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种制备大高宽比衍射光学元件的方法。该方法包括：在支撑结构上交叉旋涂增粘剂和电子束抗蚀剂至预设厚度，形成多层夹心结构，其中，增粘剂用于增强其两侧电子束抗蚀剂的强度；对支撑结构上所旋涂的若干层增粘剂和电子束抗蚀剂进行电子束刻蚀、显影，将衍射光学元件的图形转移至电子束抗蚀剂；在显影形成的空隙中沉积待制备材料，去除残留的电子束抗蚀剂，形成大高宽比衍射光学元件。

优选地，本发明制备大高宽比衍射光学元件的方法中，增粘剂和电子束抗蚀剂的厚度比介于1∶20至1∶40之间。最优地，增粘剂为六甲基二硅氮烷HMDS增粘剂，电子束抗蚀剂为ZEP520A，HMDS增粘剂的厚度为5-10nm；ZEP520A电子束抗蚀剂的厚度为200nm。

优选地，本发明制备大高宽比衍射光学元件的方法中，在支撑结构上依次旋涂若干层增粘剂和电子束抗蚀剂的步骤包括：通过控制旋涂装置的转速，来获取预设厚度的增粘剂层和电子束抗蚀剂层。

优选地，本发明制备大高宽比衍射光学元件的方法中，在支撑结构上依次旋涂若干层增粘剂和电子束抗蚀剂的步骤之前还包括：在衬底上，旋涂自支撑层，自支撑层经过热处理形成具有预设机械强度的自支撑薄膜；利用湿法刻蚀在将要进行电子束刻蚀、显影的位置进行衬底刻蚀，镂空的自支撑薄膜形成支撑结构。

优选地，本发明制备大高宽比衍射光学元件的方法中，衬底为Si衬底，自支撑层为聚酰亚胺层。聚酰亚胺层的厚度为1-2μm。

优选地，本发明制备大高宽比衍射光学元件的方法中，在支撑结构上依次旋涂若干层增粘剂和电子束抗蚀剂的步骤之前还包括：在支撑结构上蒸镀电镀种子层；在显影形成的空隙中沉积待制备材料的步骤包括：采用微电镀方法，在电镀种子层上电镀待制备金属材料。

优选地，本发明制备大高宽比衍射光学元件的方法中，电镀种子层自支撑结构向上依次为铬和金；待制备金属材料为金。电镀种子层中，铬层的厚度为5nm；金层的厚度为10nm。

(三)有益效果

本发明中，采用增粘剂和电子束抗蚀剂相结合的方式，提高了电子束抗蚀剂的强度，增强了其抗倒塌性能。此外，采用自支撑薄膜形成的镂空衬底可以减少电子束背散射。本发明的方法具有稳定可靠的优点，且与传统的光刻工艺兼容，有利于其推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例制备大高宽比衍射光学元件方法的流程图；

图2为本发明实施例制备大高宽比衍射光学元件方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明的一示例性实施例中，提供了一种制备大高宽比衍射光学元件的方法。图1为本发明实施例制备大高宽比衍射光学元件方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S102，在支撑结构上交叉旋涂增粘剂和电子束抗蚀剂至预设厚度，形成多层夹心结构，其中，增粘剂用于增强其两侧电子束抗蚀剂的强度；

步骤S104，对支撑结构上所旋涂的若干层增粘剂和电子束抗蚀剂进行电子束刻蚀、显影，将衍射光学元件的图形转移至电子束抗蚀剂；

步骤S106，在显影形成的空隙中沉积待制备材料，去除残留的电子束抗蚀剂，形成大高宽比衍射光学元件。