[發(fā)明專利]基于超表面陣列結(jié)構(gòu)的灰度掩模復(fù)用技術(shù)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910903840.1
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110597022B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付嬈;鄭國興;李子樂;李仲陽
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 艾小倩

本發(fā)明屬于微納光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域及光學(xué)元件加工制造領(lǐng)域，公開了一種基于超表面陣列結(jié)構(gòu)的灰度掩模復(fù)用技術(shù)，首先設(shè)計(jì)像素單元二值掩模，每個像素單元包含N×N個納米磚單元結(jié)構(gòu)，納米磚單元結(jié)構(gòu)只有0和1兩種透過率，然后保持像素單元內(nèi)的納米磚單元結(jié)構(gòu)個數(shù)不變，通過改變像素單元二值掩模透過部分的納米磚單元結(jié)構(gòu)的個數(shù)來控制像素單元的透射率，從而實(shí)現(xiàn)像素單元的灰度調(diào)制。此外，通過改變?nèi)肷渚€偏振光的偏振狀態(tài)，灰度掩模的像素單元透射率發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)灰度掩模復(fù)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域及光學(xué)元件加工制造領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超表面陣列結(jié)構(gòu)的灰度掩模復(fù)用技術(shù)。

背景技術(shù)

灰度掩模法是一種重要的光學(xué)器件制作方法，用于制作二元光學(xué)元件和連續(xù)浮雕位相衍射光學(xué)元件，其中灰度掩模的設(shè)計(jì)和制作尤為重要。灰度掩模具有灰度變化，不同的灰度等級對應(yīng)著不同的透過率，從而調(diào)節(jié)在感光材料表面產(chǎn)生的曝光劑量，顯影之后能夠得到與曝光劑量成比例的三維立體結(jié)構(gòu)，再通過刻蝕技術(shù)，將感光層上的圖案復(fù)制到基片上，從而最終形成表面結(jié)構(gòu)。制作灰度掩模存在的主要問題是隨著灰度等級的增加，制作難度大大增加，制作成本也大幅提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有灰度掩模技術(shù)方法的不足，本發(fā)明結(jié)合超表面陣列結(jié)構(gòu)，提供了一種基于超表面陣列結(jié)構(gòu)的灰度掩模復(fù)用技術(shù)，只需改變?nèi)肷渚€偏振光的偏振態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)灰度掩模復(fù)用。本發(fā)明提供一種成本低、周期短、設(shè)計(jì)靈活性高、可大批量生產(chǎn)的灰度掩模制作方法。

本發(fā)明提供的基于超表面陣列結(jié)構(gòu)的灰度掩模復(fù)用技術(shù)，包括以下步驟：

首先設(shè)計(jì)像素單元二值掩模，每個像素單元包含N×N個納米磚單元結(jié)構(gòu)，納米磚單元結(jié)構(gòu)只有0和1兩種透過率，然后保持像素單元內(nèi)的納米磚單元結(jié)構(gòu)個數(shù)不變，通過改變像素單元二值掩模透過部分的納米磚單元結(jié)構(gòu)的個數(shù)來控制像素單元的透射率，從而實(shí)現(xiàn)像素單元的灰度調(diào)制；此外，通過改變?nèi)肷渚€偏振光的偏振狀態(tài)，灰度掩模的像素單元透射率發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)灰度掩模復(fù)用；

具體包括以下步驟：

1)優(yōu)化設(shè)計(jì)可等效為微型起偏器的納米磚單元結(jié)構(gòu)：確定工作波長，通過電磁仿真軟件優(yōu)化納米磚單元結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，使得工作波長下任意偏振態(tài)的線偏振光正入射至納米磚單元結(jié)構(gòu)時，沿納米磚單元結(jié)構(gòu)的長軸方向振動的線偏振光分量透過率最小，同時沿納米磚單元結(jié)構(gòu)的短軸方向振動的線偏振光分量透過率最大；

2)納米磚單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)的透過率編碼：選取方向角Φ為22.5°、67.5°、112.5°和157.5°的四種納米磚單元結(jié)構(gòu)，入射光為θ＝0°和θ＝45°的線偏振光；當(dāng)入射光為θ＝0°的線偏振光時，所述四種方向角的納米磚單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)的透過率分別為0、1、1、0；當(dāng)入射光為θ＝45°的線偏振光時，所述四種方向角的納米磚單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)的透過率分別為0、0、1、1，即當(dāng)入射線偏振光偏振態(tài)改變時，納米磚單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)的透過率也會發(fā)生改變，可以形成00、10、11、01四種編碼；

3)設(shè)計(jì)像素單元二值掩模實(shí)現(xiàn)灰度調(diào)制：像素單元二值掩模包含N×N個納米磚單元結(jié)構(gòu)，改變透過部分的納米磚單元結(jié)構(gòu)的個數(shù)K來控制像素單元的透射率，其中K＝0，1，2，…N²，所述透過部分的透過率為1，從而實(shí)現(xiàn)像素單元N²+1級灰度等級的灰度調(diào)制，因此可以將灰度信息編碼為像素單元二值掩模的0-1透過率矩陣；

4)灰度掩模復(fù)用設(shè)計(jì)：選取兩幅由M×M個像素組成具有N²+1級灰度等級的灰度掩模圖像image1和image2，圖像中所有像素的灰度值構(gòu)成灰度矩陣G₁和G₂；灰度矩陣每一個元素對應(yīng)于灰度掩模中的一個像素單元二值掩模，將包含M×M個元素的G₁和G₂灰度矩陣根據(jù)步驟(3)轉(zhuǎn)換為包含M*N×M*N個元素的兩個0-1透過率矩陣T₁和T₂；