CN114114481B - 基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种基于金属‑介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，包括：对第一衬底上的第一材料层进行光刻，得到光栅结构；交替沉积第二、第三材料层，直至将光栅结构填平，得到第一过渡结构，第二、第三材料层中一种为金属，另一种为介质；对第一过渡结构进行平坦化，其深度至少达到光栅结构的顶部，得到第二过渡结构；将其上表面与第二衬底进行固化；去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上，得到第三过渡结构；再次进行平坦化，平坦化的深度至少达到最后一次沉积的第二材料层或第三材料层的顶部，得到基于金属‑介质条形阵列的超分辨透镜。本公开得到的超分辨透镜，入射光只沿着金属‑介质界面处传输，有效提升了能量利用效率。

Description

基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用

技术领域

本公开涉及超分辨成像技术领域，具体涉及一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用。

背景技术

近些年来，随着微纳技术迅速发展，表面等离子体在亚波长结构中的一系列新奇光学现象相继被发现，激起科学界极大的研究兴趣。各种关于表面等离子体奇异光学特性应用的报道层出不穷，例如超分辨率成像、新型发光二极管、微尺度纳米激光等，揭示其在克服衍射极限光学行为中的重要作用。表面等离子体的奇异增强透射光学效应的揭示和研究，推动了超衍射人工电磁材料光学特性设计和应用研究的发展。金属-介质多层交替复合多层膜透镜结构作为人工电磁材料的典型应用之一，激发了广大科研人员的研究兴趣。

研究发现，通过利用具有负折射率的超材料制成的超透镜可以放大衰减的倏逝波，从而实现超分辨成像。早期研究还发现，利用厚度远小于波长的金属/介质交替堆叠形成的多层膜结构能够实现SP波(表面等离子体波)耦合传输，从而实现超分辨成像。但是，当前采用膜层交替生长方式加工的金属-介质多层膜透镜结构都是平面多层膜，这就需要入射光多次不断穿透多层膜结构，才能最终到达成像材料当中。由于金属材料的介电常数一般都存在一定的虚部，入射光在传输过程中难免会存在能量损耗，当入射光经过多层膜传输后，往往到达成像材料中的能量只有入射光初始值的1/100，甚至1/1000或更低，这严重限制了金属-介质多层膜透镜在超分辨成像中实际应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本公开提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用，用于解决传统超分辨透镜能量损耗高等技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，包括：S1，对第一衬底上的第一材料层进行光刻，得到光栅结构；S2，在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层，直至将光栅结构填平，得到第一过渡结构；其中，第二材料层、第三材料层中一种为金属，另一种为介质；S3，对第一过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到光栅结构的顶部，得到第二过渡结构；S4，将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；S5，去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上，得到第三过渡结构；S6，对第三过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到S2中最后一次沉积的第二材料层或第三材料层的顶部，得到基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

进一步地，S1包括：S11，在第一衬底上至下而上依次制备牺牲层、第一材料层和感光膜层；S12，在感光膜层上曝光、显影得到感光膜光栅图形；S13，刻蚀第一材料层，将感光膜光栅图形转移至第一材料层中，得到光栅结构。

进一步地，S11中制备牺牲层包括：通过磁控溅射沉积、化学气相沉积或涂覆的方法在第一衬底上制备牺牲层；其中，牺牲层为Au、Cu、感光胶中的一种；S11中制备第一材料层包括：通过磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在牺牲层上制备第一材料层；其中，第一材料层为Ag、Al、介质材料中的一种。

进一步地，S5包括：剥离去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上；利用湿法化学方法去除牺牲层，得到第三过渡结构；其中，剥离包括手动剥离或自动剥离，湿法化学方法使用的溶液为王水、硝酸、去铬液中的一种。

进一步地，S1中光栅结构的特征尺寸为5～300nm，图形占空比为0.05～0.5。

进一步地，S2中在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层包括：在光栅结构上交替沉积第二膜厚的第二材料层、第三膜厚的第三材料层，第二膜厚与第三膜厚相同或不同；S2中金属为Ag、Al中的一种，介质为SiO₂、Al₂O₃、MgF₂中的一种。

进一步地，S3中对第一过渡结构进行平坦化、S6中对第三过渡结构进行平坦化包括：使用离子束刻蚀或化学机械抛光对第一过渡结构、第三过渡结构进行平坦化。

进一步地，S4中将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化包括：使用固化剂将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；其中，第一衬底为硅衬底、石英衬底、氟化镁衬底、柔性衬底中的一种；第二衬底为石英衬底、硅衬底、蓝宝石衬底中的一种。

进一步地，S1中对第一衬底上的第一材料层进行光刻的光刻方法为表面等离子体光刻、电子束直写光刻、近场光刻中的一种。

进一步地，S2中在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层的沉积方法为磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积、真空蒸镀沉积中的一种。

本公开另一方面提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜，基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜包括采用如前述基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法得到的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

本公开还有一方面提供了根据前述基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法得到的超分辨透镜在超分辨光刻中的应用。

(三)有益效果

本公开的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用，通过刻蚀、交替沉积金属或介质膜层、图形翻转以及平坦化等工艺步骤，得到了基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜；根据本公开的制备方法得到的超分辨透镜中，入射光在金属-介质条形阵列结构中不需要多次穿透金属膜层，只沿着金属-介质界面处传输，有效提升了能量利用效率，拓展了超分辨光刻技术的应用范围。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例中基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法的流程图；

图2A示意性示出了现有金属-介质多层膜的超分辨透镜结构及光路示意图；

图2B示意性示出了根据本公开实施例中基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜结构及光路示意图；

图3示意性示出了根据本公开实施例中对第一衬底上的第一材料层进行光刻方法的流程图；

图4A～图4J示意性示出了根据本公开实施例基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备工艺流程图；

图5示意性示出了根据本公开实施例中基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜结构与现有金属-介质多层膜的超分辨透镜结构的能量利用率对照图；

附图标号说明：

1，第一衬底；2，牺牲层；3，第一材料层；4，感光膜光栅图形；5，第二材料层；6，第三材料层；7，第二材料层；8，固化剂；9，第二衬底。

具体实施方式

为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含或代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。

本公开的实施例提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，请参见图1，包括：S1，对第一衬底上的第一材料层进行光刻，得到光栅结构；S2，在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层，直至将光栅结构填平，得到第一过渡结构；其中，第二材料层、第三材料层中一种为金属，另一种为介质；S3，对第一过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到光栅结构的顶部，得到第二过渡结构；S4，将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；S5，去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上，得到第三过渡结构；S6，对第三过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到S2中最后一次沉积的第二材料层或第三材料层的顶部，得到基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

本公开基于现有的金属-介质多层膜透镜结构存在的能量损耗高的问题，设计了一种入射光沿金属-介质交接面上传输的多层膜透镜结构。图2A为现有金属-介质多层膜结构的超分辨透镜结构及光路示意图，图2B为本公开基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜结构及光路示意图，图2A中入射光需要穿透平面多层膜，由于金属材料的介电常数一般都存在一定的虚部，从而存在较大的能量损耗；而本公开中条形阵列的金属部分厚度较厚，超过了10nm，光线难以直接穿透，只能沿着金属-介质的界面传输而穿透透镜，因此大大减小了能量损耗。

超分辨透镜对表面的平整化程度要求非常高，因此不能直接通过光刻、沉积的方法得到所需的金属-介质条形阵列的周期性结构，由此，本公开通过刻蚀、交替沉积金属或介质膜层、图形翻转以及平坦化等工艺步骤的设计，得到了基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。具体地，首先需要在平整的第一衬底上的第一材料层中刻蚀出光栅结构，该光栅结构用于限制条形结构的特征尺寸与阵列的初始位置；接着在该光栅结构上交替沉积金属材料层或介质材料层，最后一次沉积的材料层刚好将光栅结构填平；再进行第一次平坦化，本次平坦化是为了保证金属-介质条形阵列上表面的平整度；接着在平坦化后的上表面与第二衬底进行固化，并去除第一衬底，实现结构的翻转；最后进行第二次平坦化，本次平坦化是为了保证金属-介质条形阵列结构翻转后的上表面的平整度；经过两次平坦化，保证了条形阵列上下表面平整度，有利于提高聚焦成像的效果。

进一步地，还需要准确设计交替沉积第二材料层、第三材料层的膜层厚度，使得最后一次沉积的材料层的膜层厚度正好与相应的金属材料层或介质材料层的膜层厚度相等，保证最终得到的金属-介质条形阵列的周期性结构不被破坏。

图3示意性示出了根据本公开实施例对第一衬底上的第一材料层进行光刻的方法流程图。

如图3所示，该对第一衬底上的第一材料层进行光刻的方法可以包括步骤S11～S13。在步骤S11，在第一衬底上至下而上依次制备牺牲层、第一材料层和感光膜层；在步骤S12，在感光膜层上曝光、显影得到感光膜光栅图形；在步骤S13，刻蚀第一材料层，将感光膜光栅图形转移至第一材料层中，得到光栅结构。

在第一衬底上制备牺牲层可以通过磁控溅射沉积、化学气相沉积或涂覆的方法进行制备，制备牺牲层是为了后续剥离过程中去除第一衬底，实现结构的翻转。牺牲层的材料可以是Au、Cu、感光胶中的一种，当然这里并不限定于牺牲层只能是这三种材料，其它与基底粘附性低的材料也可以应用于本公开的方案中。

在牺牲层上制备第一材料层可以通过磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法进行制备，制备第一材料层是为了后续制备光栅结构。第一材料层为Ag、Al、介质材料中的一种，当然这里并不限定于第一材料层只能是这三种材料，其它可以激发表面等离子体的材料也可以应用于本公开的方案中。

在第一材料层上涂覆光刻胶制备感光膜层，通过曝光、显影后得到光栅图形，再进一步经过刻蚀将该光栅图形转移至第一材料层中，得到由第一材料制备的光栅结构；根据第一材料层材料种类的不同，可以选择不同的刻蚀工艺；通过制备感光膜层，实现光栅结构的制备。

图4A～图4J示意性示出了根据本公开实施例基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备工艺流程图。

图4A为在感光膜层上曝光、显影得到感光膜光栅图形的示意图，至下而上依次为第一衬底1、牺牲层2、第一材料层3和感光膜光栅图形4，相当于前述步骤S11～S12。

图4B为刻蚀第一材料层，将感光膜光栅图形4转移至第一材料层3中，得到光栅结构，相当于前述步骤S13。

图4C为在光栅结构上第一次沉积第二材料层5，若第一材料层为金属，则第二材料层为介质材料；若第一材料层为介质材料，则第二材料层为金属。

图4D为在第二材料层上第一次沉积第三材料层6，第三材料层与第一材料层的材料属性相同，例如两者均为金属或两者均为介质材料；进一步地，第三材料层可以与第一材料层的材料相同，例如两者均为SiO₂。该实施例中，第三材料层6与第一材料层3的材料相同，使得最终得到的金属-介质条形阵列的周期性更强，成像均匀性更高。

图4E为第二次沉积第二材料层7，经过三次金属-介质的交替沉积，恰好将光栅结构填平，则结束沉积步骤，图4E即为第一过渡结构；图4C～图4E相当于前述步骤S2。

图4F为对第一过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到光栅结构的顶部，否则最终无法得到金属-介质条形阵列，而会存在部分金属-介质多层结构而影响成像效果，图4F即为第二过渡结构；相当于前述步骤S3。

图4G为将第二过渡结构的上表面通过固化剂8与第二衬底9进行固化，相当于前述步骤S4。

图4H为利用剥离工艺去除第一衬底1，使第二过渡结构翻转至第二衬底9上。

图4I为利用湿法化学方法去除牺牲层2，图4I即为第三过渡结构；相当于前述步骤S5。

图4J为对第三过渡结构进行平坦化，平坦化的深度至少达到S2中最后一次沉积的第二材料层或第三材料层的顶部；该实施例中，平坦化的深度达到了最后一次沉积的第三材料层的顶部，去除了所有金属-介质多层结构的部分，得到了所需的金属-介质条形阵列的周期性结构；相当于前述步骤S6。

本公开的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法只需要通过常规的刻蚀、交替沉积金属或介质膜层、图形翻转以及平坦化等工艺，就可以制备出十纳米及更高分辨力的立体多层膜透镜，拓展了超分辨光刻技术的应用范围。

在上述实施例的基础上，S5包括：通过剥离牺牲层去除第一衬底，使第二过渡结构翻转至第二衬底上；其中，剥离包括手动剥离或自动剥离，湿法化学方法使用的溶液为王水、硝酸、去铬液中的一种。

牺牲层的材料可以是Au、Cu、感光胶也可以是其他与基底粘附性低的材料，根据材料的不同选择不同的去除溶液，例如牺牲层的材料为Au时，可以使用去铬液去除该Au牺牲层。在上述实施例的基础上，S1中光栅结构的特征尺寸d₃为5～300nm，图形占空比为0.05～0.5。

光栅结构的特征尺寸决定了条形结构的特征尺寸与阵列的初始位置。

在上述实施例的基础上，S2中在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层包括：在光栅结构上交替沉积第二膜厚的第二材料层、第三膜厚的第三材料层，第二膜厚与第三膜厚相同或不同。

S2中交替沉积金属-介质材料，每次沉积的金属材料的膜厚相同，每次沉积的介质材料的膜厚也相同，而金属材料的膜厚与介质材料的膜厚可以相同电可以不同，总之，最终能实现金属-介质条形阵列的周期性结构即可。

在上述实施例的基础上，S2中金属为Ag、Al中的一种，介质为SiO₂、Al₂O₃、MgF₂中的一种。

金属膜层的材料选择Ag或Al，用于激发表面等离子体；介质膜层的材料选择SiO₂、Al₂O₃、MgF₂，使之与金属膜层的介电常数相匹配。

在上述实施例的基础上，S3中对第一过渡结构进行平坦化、S6中对第三过渡结构进行平坦化包括：使用离子束刻蚀或化学机械抛光对第一过渡结构、第三过渡结构进行平坦化。

平坦化工艺通常选择化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，也可以选择离子束刻蚀。CMP是实现全局平面化的常用工艺技术，通过磨粒的机械摩擦完成对器件表面形成的化学反应物的去除，实现超精密表面加工并获得光洁表面的技术，具有优异的平坦化效果。

在上述实施例的基础上，S4中将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化包括：使用固化剂将第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；其中，第一衬底为硅衬底、石英衬底、氟化镁衬底、柔性衬底中的一种；第二衬底为石英衬底、硅衬底、蓝宝石衬底中的一种。

在第二过渡结构的上表面涂覆固化剂，通过固化作用使第二过渡结构与第二衬底紧密连接在一起。具体地，固化剂可以是固化胶，例如紫外固化胶、热固化胶。第一衬底与第二衬底材料选择的区别在于第一衬底只需要满足平整洁净的条件即可，第二衬底除了满足平整洁净外，还需要满足透镜器件的应用要求，例如透明、热稳定性等条件。

在上述实施例的基础上，S1中对第一衬底上的第一材料层进行光刻的光刻方法为表面等离子体光刻、电子束直写光刻、近场光刻中的一种。

对第一材料层进行光刻的方法根据第一材料的种类进行选择，例如第一材料层为Al时，可以采用表面等离子体光刻技术进行光刻；第一材料层为SiO₂时，可以采用常规近场光刻技术。

在上述实施例的基础上，S2中在光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层的沉积方法为磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积、真空蒸镀沉积中的一种。

在光栅结构上交替沉积金属-介质膜层时，例如沉积Ag膜层时，可以采用磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积，也可以选择真空蒸镀沉积的方式；沉积MgF₂膜层时，可以采用磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积，也可以选择真空蒸镀沉积的方式。

本公开还提供了一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜，基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜包括采用如前述基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法得到的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

该超分辨透镜呈金属-介质条形阵列结构，而不是金属-介质多层膜结构，入射光沿金属-介质界面处传输，避免了由于穿透平面多层膜造成的能量损失，明显提高了能量利用效率。

本公开还提供了根据前述基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法得到的超分辨透镜在超分辨光刻中的应用。

根据本公开的制备方法得到的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜，由于入射光在立体多层膜结构中不需要多次穿透金属膜层，只沿着金属-介质界面处传输，因此能量利用效率会有明显的提升，应用于超分辨光刻中能显著提升聚焦成像的效果。

下面通过具体实施方式对本公开作进一步说明。在以下实施例中对上述基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法及应用进行具体说明。但是，下述实施例仅用于对本公开进行例示，本公开的范围不限于此。

本实施例的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法包括下列步骤：

步骤1：选择平整的第一衬底1；

步骤2：在第一衬底1表面制备一层牺牲层2，牺牲层2的厚度为d₁＝10～100nm；

步骤3：在牺牲层2表面制备第一材料层3，第一材料层3的厚度为d₂＝5～500nm；

步骤4：利用光刻技术，在感光膜层上显影得到所需占空比的感光膜光栅图形4，得到由第一材料层制备的光栅结构：光栅特征尺寸d₃＝5～300nm；控制图形占空比：0.05～0.5；

步骤5：对步骤4中得到的感光膜光栅图形4进行刻蚀，将感光层中的光栅图形转移到第一材料层3当中，得到光栅结构，相当于前述步骤S1；

步骤6：在步骤5中得到的光栅结构上进行第二材料层5、第三材料层6的交替沉积，沉积的第二材料层5厚度为d₄＝5～300nm。沉积的第三材料层6厚度为d₅＝5～500nm，相当于前述步骤S2；

步骤7：利用刻蚀或平坦化工艺，在最后一次沉积的材料层表面上实现膜层的平坦化，相当于前述步骤S3；

步骤8：利用固化胶将平坦化膜层上表面与第二衬底9进行固化，相当于前述步骤S4；

步骤9：利用剥离牺牲层工艺，使牺牲层及条形阵列结构脱离第一衬底1，实现结构翻转到第二衬底9上；剥离可以是手动剥离也可以采用自动剥离。

步骤10：利用湿法化学去除方法，去除牺牲层2，相当于前述步骤S5；

步骤11：利用平坦化工艺，最终实现金属-介质条形阵列结构的制备，相当于前述步骤S6。

根据上述步骤1～步骤11，以下提供了3个具体实施例。

实施例1：

如图4A～4J所示，其具体实施步骤如下：

(1)第一衬底1为石英材料；牺牲层2为制备的金膜层，厚度为20nm；第一材料层3为Al膜层，厚度200nm；采用的光刻技术为表面等离子体光刻技术，感光膜层为AR-P 3170光刻胶层，膜厚为100nm；掩模基底材料为石英，掩模层材料为铬，掩模结构图形周期为60nm，线宽为10nm；照明光束为365nm紫外光。

(2)利用一次超分辨光刻与显影过程，在感光膜层中获得预设占空比的光栅图形，通过刻蚀传递到Al膜层当中，刻蚀方法为ICP刻蚀；交替沉积20nm的SiO₂膜层(第二材料层5)与10nm的Al膜层(第三材料层6)，SiO₂膜层采用的沉积方法为电子束蒸发沉积，Al膜层采用的沉积方法为热蒸发沉积；利用化学机械抛光工艺进行平坦化，并在紫外灯照明下，利用紫外固化胶将条形阵列结构与硅基底固化(第二衬底9)；剥离第一衬底1后实现图形翻转到第二衬底9上，并利用去铬液去除牺牲层2，利用离子束刻蚀工艺实现膜层的平坦化，最终获得金属-介质条形阵列的超分辨透镜结构。

实施例2：

如图4A～4J所示，其具体实施步骤如下：

(1)第一衬底1为Si材料；牺牲层2为制备的AZ3100光刻胶层结构，厚度为1000nm；第一材料层3为Ag膜层，厚度100nm；采用的光刻技术为电子束直写光刻技术，感光膜层为PMMA电子束光刻胶层，膜厚为50nm；加工的纳米图形周期为100nm，线宽为25nm。

(2)通过刻蚀传递到第一材料层3(Ag)当中，刻蚀方法为IBE刻蚀，采用的刻蚀角度为30°；交替沉积25nm的MgF₂膜层与25nm的Ag膜层，MgF₂膜层采用的沉积方法为射频溅射，Ag膜层采用的沉积方法为直流溅射；利用刻蚀平坦化工艺进行平坦化，并在热板加热下，利用热固化胶固化另一块石英基底(第二衬底9)，加热温度100℃；剥离第一衬底1后实现图形翻转到第二衬底9上，并利用丙酮溶液去除牺牲层2，利用化学机械抛光工艺实现膜层的平坦化，最终获得金属-介质条形阵列的超分辨透镜结构。

图5示出了本实施例中得到的超分辨透镜结构与现有的金属-介质多层膜透镜结构的能量利用率对照图，由图5可见，本实施例的能量利用效率相比现有平面多层膜结构提升了100倍。

实施例3：

如图4A～4J所示，其具体实施步骤如下：

(1)第一衬底1为玻璃材料；牺牲层2为制备的AZ1500光刻胶层结构，厚度为500nm；第一材料层3为SiO₂膜层，厚度500nm；采用的光刻技术为近场光刻技术，感光膜层为PHS光刻胶，膜厚为30nm；加工的纳米图形周期为200nm，线宽为20nm。

(2)通过刻蚀传递到第一材料层3(SiO₂)当中，刻蚀方法为反应离子束刻蚀(RIE)，采用的刻蚀气体为CHF₃气体；交替沉积30nm的Ag膜层与20nm的SiO₂膜层，Ag膜层采用的沉积方法为热蒸发沉积，SiO₂膜层采用的沉积方法为原子层沉积；利用化学机械平坦化工艺进行平坦化，并在紫外365nm光源下进行固化另一块石英基底(第二衬底9)，固化时间2小时；剥离第一衬底1后实现图形翻转到第二衬底9上，并利用硫酸溶液去除牺牲层2，利用刻蚀工艺实现膜层的平坦化，最终获得金属-介质条形阵列的超分辨透镜结构。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，包括：

S1，对第一衬底上的第一材料层进行光刻，得到光栅结构；

S2，在所述光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层，直至将所述光栅结构填平，得到第一过渡结构；其中，所述第二材料层、第三材料层中一种为金属，另一种为介质；所述第一材料层与所述第二材料层属于不同材料属性，且所述第一材料层与所述第三材料层属于相同材料属性；

S3，对所述第一过渡结构进行平坦化，所述平坦化的深度至少达到所述光栅结构的顶部，得到第二过渡结构；

S4，将所述第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；

S5，去除所述第一衬底，使所述第二过渡结构翻转至所述第二衬底上，得到第三过渡结构；

S6，对所述第三过渡结构进行平坦化，所述平坦化的深度至少达到所述S2中最后一次沉积的所述第二材料层或所述第三材料层的顶部，得到基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

2.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S1包括：

S11，在所述第一衬底上至下而上依次制备牺牲层、所述第一材料层和感光膜层；

S12，在所述感光膜层上曝光、显影得到感光膜光栅图形；

S13，刻蚀所述第一材料层，将所述感光膜光栅图形转移至所述第一材料层中，得到光栅结构。

3.根据权利要求2所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S11中制备牺牲层包括：

通过磁控溅射沉积、化学气相沉积或涂覆的方法在所述第一衬底上制备牺牲层；其中，所述牺牲层为Au、Cu、感光胶中的一种；

所述S11中制备所述第一材料层包括：

通过磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积或真空蒸镀沉积的方法在所述牺牲层上制备所述第一材料层。

4.根据权利要求2所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S5包括：

剥离去除所述第一衬底，使所述第二过渡结构翻转至所述第二衬底上；

利用湿法化学方法去除所述牺牲层，得到第三过渡结构；

其中，所述剥离包括手动剥离或自动剥离，所述湿法化学方法使用的溶液为王水、硝酸、去铬液中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S1中光栅结构的特征尺寸为5～300nm，图形占空比为0.05～0.5。

6.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S2中在所述光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层包括：

在所述光栅结构上交替沉积第二膜厚的第二材料层、第三膜厚的第三材料层，所述第二膜厚与第三膜厚相同或不同；

所述S2中所述金属为Ag、Al中的一种，所述介质为SiO₂、Al₂O₃、MgF₂中的一种。

7.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S3中对所述第一过渡结构进行平坦化、S6中对所述第三过渡结构进行平坦化包括：

使用离子束刻蚀或化学机械抛光对所述第一过渡结构、第三过渡结构进行平坦化。

8.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S4中将所述第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化包括：

使用固化剂将所述第二过渡结构的上表面与第二衬底进行固化；

其中，所述第一衬底为硅衬底、石英衬底、氟化镁衬底、柔性衬底中的一种；所述第二衬底为石英衬底、硅衬底、蓝宝石衬底中的一种。

9.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S1中对第一衬底上的第一材料层进行光刻的光刻方法为表面等离子体光刻、电子束直写光刻、近场光刻中的一种。

10.根据权利要求1所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法，其特征在于，所述S2中在所述光栅结构上交替沉积第二材料层、第三材料层的沉积方法为磁控溅射沉积、原子层沉积、化学气相沉积、真空蒸镀沉积中的一种。

11.一种基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜，其特征在于，所述基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜包括采用如权利要求1～10中任意一项所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法得到的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜。

12.根据权利要求1～10中任意一项所述的基于金属-介质条形阵列的超分辨透镜的制备方法得到的超分辨透镜在超分辨光刻中的应用。

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