CN110140089A - 结构的显微光刻制造 - Google Patents

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Abstract

在基底上形成的不对称结构和用于形成这样的结构的显微光刻方法。各结构具有第一侧面和与第一侧面相对的第二侧面。第一侧面的轮廓与第二侧面的轮廓不对称。该基底上的结构可用作光学器件的衍射图案。

Description

结构的显微光刻制造
对相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月21日提交的美国临时申请No.62/397,604的申请日权益。美国申请No.62/397,604的内容全文经此引用并入本文。
本发明的技术领域
本发明涉及具有所需几何的微米和纳米结构，还涉及制造这样的结构的显微光刻方法(microlithographic method)。
发明背景
纳米制造包括具有大约100纳米或更小的构造(feature)的极小结构的制造。纳米制造具有巨大影响的一个用途是在集成电路的加工中。半导体加工工业继续追求更大产量，同时增加在基底上形成的每单位面积的电路，因此纳米制造变得越来越重要。纳米制造在允许继续降低形成的结构的最小构造尺寸的同时提供更高工艺控制。已经使用纳米制造的其它发展领域包括生物技术、光学技术、机械系统等等。
纳米制造可包括加工基底以在基底上或中形成各种形状的微米和纳米结构。形成此类结构的一种示例性方法是压印光刻(imprint lithography)。
发明概述
本说明书涉及形成具有不对称轮廓的微米和纳米结构。不对称结构例如有助于制造用于光学波导的更高效衍射图案。本公开的实施方案包括通过将掩蔽材料选择性施加到基底上并蚀刻未被掩蔽材料覆盖的基底部分来制造不对称结构的方法。例如，可将掩蔽材料以随后的蚀刻将该结构雕刻成不对称形状的方式施加到规则形状的分立结构上。
一般而言，本说明书中描述的主题的创新方面可具体化为包括形成从基底上的公共表面延伸出的多个分立结构的操作的方法。在使掩蔽材料不对称覆盖所述结构以使各结构的一侧的至少一部分无掩蔽材料的条件下将掩蔽材料施加在所述结构上。蚀刻未被掩蔽材料覆盖的结构区域。从所述结构上剥除(stripping)掩蔽材料。这种和其它实施方案可各自任选包括一个或多个下列特征。
在一些实施方案中，使掩蔽材料不对称覆盖所述结构的条件包含与通过沉积系统施加掩蔽材料的沉积方向成非正交角倾斜基底。
在一些实施方案中，所述多个结构包括第一区域的结构和第二区域的结构。将掩蔽材料不对称施加到结构上可包括在将掩蔽材料施加到第一区域的结构上的同时遮盖第二区域的结构。在一些实施方案中，将掩蔽材料不对称施加到结构上可包括在将掩蔽材料施加到第二区域的结构上的同时遮盖第一区域的结构。
在一些实施方案中，蚀刻结构区域包含进行湿蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻法之一。
在一些实施方案中，无掩蔽材料的各结构的一侧的部分是第一部分，且所述方法包括在使金属催化剂层不对称覆盖所述结构以使各结构的一侧的至少第二部分无金属催化剂层的第二条件下在所述结构上施加用于金属辅助化学蚀刻(MACE)的金属催化剂层。在一些实施方案中，第二部分不同于第一部分。在一些实施方案中，使掩蔽材料不对称覆盖所述结构的条件包含与通过沉积系统施加掩蔽材料的方向成第一非正交角倾斜基底，使金属催化剂层不对称覆盖所述结构的第二条件包含与通过沉积系统施加金属催化剂层的方向成第二非正交角倾斜基底。第二非正交角可不同于第一非正交角。
在一些实施方案中，在从基底上剥除掩蔽材料后蚀刻所述结构。
在一些实施方案中，在蚀刻结构区域的步骤之前，所述结构具有正方形轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或三角形轮廓。
在一些实施方案中，所述掩蔽材料包括下列之一：Cr、Ti、SiO2、Al2O3、ZrO2、Ag、Pt或Au。在一些实施方案中，所述结构包括下列之一：Si、SiO2、聚合物材料或有机-无机混合材料(hybrid material)。在一些实施方案中，所述结构是纳米结构。在一些实施方案中，所述结构是微米结构。
另一大致方面可具体化为一种基底，在所述基底上包括多个结构，各结构具有第一侧面和与第一侧面相对的第二侧面，且其中第一侧面的轮廓与第二侧面的轮廓不对称。这种和其它实施方案可各自任选包括一个或多个下列特征。
在一些实施方案中，所述结构包括下列之一：Si、SiO2、聚合物材料或有机-无机混合材料。在一些实施方案中，所述结构是纳米结构。在一些实施方案中，所述结构是微米结构。
在一些实施方案中，所述多个结构包括多个具有第一不对称轮廓的第一结构和多个具有不同于第一不对称轮廓的第二不对称轮廓的第二结构。
在一些实施方案中，基底包括在光学器件中。在一些实施方案中，所述光学器件是光学波导。在一些实施方案中，所述光学器件是一副增强现实眼镜。在一些实施方案中，所述多个结构形成衍射图案。
可以实施本说明书中描述的主题的特定实施方案以实现一个或多个下列优点。本公开的实施方案可改进用于大型结构图案的各种轮廓结构的微米和纳米图案的制造。实施方案可允许在基底(例如硅片)的不同区域上制造具有不同轮廓的结构。实施方案可允许制造更高效的波(例如光)衍射图案。实施方案可允许制造具有高纵横比的机械稳定微米/纳米结构。
本文所用的术语“微米”、“微米结构”和“微米构造”代表具有至少一个小于或等于50微米的维度的结构或结构构造。
本文所用的术语“纳米”、“纳米结构”和“纳米构造”代表具有至少一个小于或等于500纳米的维度的结构或结构构造。
在附图和下文的描述中阐述本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节。该主题的其它潜在特征、方面和优点从说明书、附图和权利要求书中显而易见。
附图描述
图1图解光刻系统的简化侧视图。
图2图解具有置于其上的图案化层的基底的简化侧视图。
图3A-3C图解具有在其上图案化的示例性不对称结构的基底的简化侧视图。
图4图解根据本公开的实施方案制造不对称结构的一种示例性方法。
图5图解根据本公开的实施方案制造不对称结构的第二种示例性方法。
图6图解根据本公开的实施方案制造不对称结构的第三种示例性方法。
图7A-7C图解根据本公开的实施方案在基底上的结构上不对称施加掩蔽材料的示例性方法。
图8显示根据本公开的实施方案制造不对称结构的示例性方法的流程图。
图9A-9B显示在其中使用不对称结构的示例性器件。
详述
下面描述制造具有不对称轮廓的微米和纳米结构的各种实例。不对称结构例如有助于制造用于光学波导的更高效衍射图案。这些实施方案一般包括将掩蔽材料选择性施加到基底上并蚀刻未被掩蔽材料覆盖的基底部分。例如，可将掩蔽材料以随后的蚀刻将该结构雕刻成不对称形状的方式施加到规则形状的分立结构上。
图1图解在基底102上形成浮雕图案(relief pattern)的压印光刻系统100。基底102可结合到基底卡盘104上。在一些实例中，基底卡盘104可包括真空卡盘、针型卡盘、槽型卡盘、电磁卡盘和/或类似物。在一些实例中，基底102和基底卡盘104可进一步安置在空气轴承106上。空气轴承106提供围绕x-、y-和/或z-轴的运动。在一些实例中，基底102和基底卡盘104安置在台架上。空气轴承106、基底102和基底卡盘104也可安置在底座108上。在一些实例中，机器人系统110将基底102安置在基底卡盘104上。
基底102可包括位于基底卡盘104反面的平面111。在一些实例中，基底102可在基底102上具有基本一致(恒定)的厚度。
压印光刻系统100进一步包括压印光刻柔性模板112，其根据设计考虑与一个或多个辊114耦合。辊114提供柔性模板112的至少一个部分的运动。这样的运动可选择性提供与基底102叠加的柔性模板112的不同部分。在一些实例中，柔性模板112包括图案化表面，其包括多个结构，例如间隔开的凹进和凸起。但是，在一些实例中，其它结构配置也有可能。图案化表面可界定形成要在基底102上形成的图案的基础的任何原始图案。在一些实例中，柔性模板112可结合到模板卡盘，例如真空卡盘、针型卡盘、槽型卡盘、电磁卡盘和/或类似物上。
压印光刻系统100可进一步包含流体分配系统120。流体分配系统120可用于在基底102上沉积可聚合材料。可使用如液体分配、旋涂、浸涂、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、薄膜沉积、厚膜沉积和/或类似技术将可聚合材料安置在基底102上。在一些实例中，可聚合材料作为许多微滴安置在基底102。
参照图1和2，压印光刻系统100可进一步包含能源122，其耦合以将能量导向基底102。在一些实例中，辊114和空气轴承106配置为将柔性模板112的所需部分和基底102定位在所需位置。压印光刻系统100可通过与空气轴承106、辊114、流体分配系统120和/或能源122连通的处理器调节，并可在存储在记忆体中的计算机可读程序上运行。
在一些实例中，辊114、空气轴承106或两者改变柔性模板112和基底102之间的距离以在它们之间界定被可聚合材料填充的所需体积。例如，柔性模板112接触可聚合材料。在该所需体积被可聚合材料填充后，能源122产生能量，例如宽带紫外线辐射，以使可聚合材料依循基底102的表面和柔性模板112的一部分图案化表面的形状固化和/或交联，以在基底102上界定图案化层150。在一些实例中，图案化层150可包含残留层152和显示为凸起154和凹进156的多个结构。
图3A-3C图解具有图案化层150的基底102的简化侧视图，该图案化层150具有在其上图案化的示例性不对称结构300、320、340。更具体地，图3A和3B图解具有“椅状”不对称轮廓的示例性结构300、320且图3C图解具有不对称三角形轮廓的示例性结构340。结构300、320、340各自包括第一侧面302和第二侧面304。如所示，各结构300、320、340的第二侧面304被制造成与各自的第一侧面302不对称。
图案化层150和结构300、320、340可使用包括但不限于Si、SiO2、聚合物材料或有机-无机混合材料的材料制造。一种示例性的有机-无机混合材料是由2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷构成的膜或图案化层，其在大气压或低压条件下暴露于Ar和氧基等离子体，形成含甲基和氧化硅的碳聚合物层。另一示例性的有机-无机混合材料是六氯二硅烷，其可用于在基底上沉积氮化硅。在另一实例中，六氯二硅烷可与Ar/O2等离子体一起使用以沉积氮氧化硅以形成高指数(n<1.7)透明膜。这些层可以沉积并蚀刻，或直接沉积在浮雕结构上。此外，结构300、320、340可以是例如微米结构或纳米结构。
在一些实施方案中，多个不同类型的不对称结构300、320、340包括在单个基底上。例如，基底102可包括图案化层150，其被制造成包括在第一区域中的结构300、在第二区域中的结构320和在第三区域中的结构340。
在一些实施方案中，不对称轮廓的结构，如结构300、320、340比一些对称结构如又高又窄的矩形结构更机械稳定，同时仍提供高纵横比几何。例如，高纵横比轮廓对于在刚性或塑料基底上制造用于线栅偏振片(wire grid polarizer)的掠射角沉积(glancingangle deposition，GLAD)型印记是理想的。但是，具有高纵横比的对称结构(例如如图2中所示)可能较不机械稳定，而在使用不对称轮廓的结构中可改进机械稳定性。此外，与在较不稳定的对称结构上相比，在稳定的不对称轮廓上可不对称沉积更大量的金属310(例如Al)(例如如图3A中所示)。在一些实例中，当沉积在不对称结构上时，与在对称结构上相比，金属310也可垂直堆积得更高。
图4图解根据本公开的实施方案制造不对称结构的一种示例性方法400。在步骤(402)，在基底102上形成多个分立结构420。结构420可以通过例如压印光刻、光刻蚀(photolithography)和蚀刻或其它适当的制造技术形成。例如，结构420可以使用如上所述的压印光刻系统100形成。结构420具有大致对称轮廓。换言之，各结构420的一面422a的形状与各结构420的相对面422b的形状基本相同，以形成左右对称。结构420的起始轮廓可包括任何大致对称的形状，包括但不限于正方形轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或三角形轮廓。另外，结构420可以是微米或纳米结构。
在步骤(404)，将掩蔽材料424施加到结构420上。在使掩蔽材料不对称覆盖结构420的条件下施加掩蔽材料424。例如，如所示，掩蔽材料424完全覆盖结构420的面422b，但没有覆盖结构420的面422a。但是，掩蔽材料424不需要严格如图4中所示施加。掩蔽材料424可以任何所需不对称图案施加以覆盖结构420。例如，面422b可以仅部分被掩蔽材料424覆盖，而非完全覆盖。面422a可以部分被掩蔽材料424覆盖。例如，面422a和422b都有一部分可被掩蔽材料424覆盖。但是，为了保持掩蔽材料424不对称施加到结构420上，被掩蔽材料424覆盖的面422a的部分可小于被掩蔽材料424覆盖的面422b的部分。
掩蔽材料424可以使用沉积法，包括但不限于化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)施加。下面参照图7A-7C更详细描述用于不对称施加掩蔽材料424的示例性条件。此外，掩蔽材料424可包括下列材料之一：Cr、Ti、SiO2、Al2O3、ZrO2、Ag、Pt或Au。
在步骤(406)，蚀刻结构420。具体而言，在所示实例中，蚀刻图案化层150以改变结构420的整体形状，由此在结构420中制造不对称轮廓。例如，未被掩蔽材料424覆盖的结构420(和图案化层150)的部分被蚀刻以形成凹进426。可以使用蚀刻法，包括但不限于湿蚀刻法、等离子体蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻/铣削(milling)法蚀刻结构420。
在步骤(408)，除去掩蔽材料424。例如，可以使用等离子体或化学剥除法从结构420和图案化层150上剥除掩蔽材料424。如所示，除去掩蔽材料展露出通过不对称施加掩蔽材料424和随后蚀刻制成的结构420a的不对称轮廓。
在一些实施方案中，在任选步骤(410)，二次蚀刻不对称结构420a以进一步改变它们的形状。例如，在结构上不施加掩蔽材料的二次蚀刻可用于将不对称结构420a的边缘圆润化(rounded)或平滑化。可以改变用于实施二次蚀刻的时机和/或技术以制造不同的轮廓，如产生不对称结构430的轮廓428或产生不对称结构434的轮廓432。例如，轮廓428(不对称结构430)可由不对称结构420a使用相对较低离子能蚀刻方案(例如较高压力、较低功率)用CHF3、CF4和Ar制造。更尖的轮廓432(不对称结构434)可由不对称结构420a使用相对较高离子能蚀刻方案(例如较低压力、较高功率)用CF4和Ar制造。
图7A-7C图解根据本公开的实施方案在基底上的结构上不对称施加掩蔽材料的示例性方法。图7A显示沉积系统702的简化方框图。例如，沉积系统702可以是CVD系统或PVD系统。沉积系统702将沉积材料704(例如掩蔽材料)沉积在基底102上。沉积材料704在转移至基底102时通常为气相。例如，在CVD系统中沉积材料704可以是源气体，而在PVD系统中沉积材料704可以是蒸发或溅射到基底102上的源材料。
沉积系统702沿大致沉积方向706(例如沿所示y轴)将沉积材料704引导到基底上。本领域技术人员会认识到，尽管由于气体分子的无规运动，沉积材料704不是真实地沿单一直线路径行进，但可以测定大致沉积方向。也就是说，通常从窄范围的方向，而非全方向地将沉积材料704导向基底。但是，为简单起见，沉积方向706被当作直线路径。
基底102相对于沉积方向706倾斜。更具体地，倾斜基底102以使基底102与沉积系统的沉积方向706形成非正交角。以这样的角度倾斜基底102导致沉积材料704不对称施加到从基底102向外伸出的任何结构(例如图4的结构420)上。例如，如基底的放大区域“A”中所示，当倾斜时，结构708的一侧在沉积材料704的路径上阻挡或遮蔽结构708的相对侧。沉积材料因此优先沉积在708的不受阻挡的侧。
在一些实施方案中，可将基底102安装在允许基底102以相对于沉积方向706的各种角度倾斜的pilotable平台上。在多步骤制造法(如下文参照图5所述)中，这可允许以第一倾斜角度施加第一掩蔽材料和以不同倾斜角施加后续掩蔽材料。此外，基底102可围绕多个轴旋转(pivot)以通过不对称掩蔽结构708的不同面来制造不同的结构几何。例如，尽管图7A中所示的基底102被图示为围绕从页面延伸出的x轴倾斜，但对于掩蔽材料的后续施加，基底102可能围绕z轴旋转。
参照图7B和7C，在一些实施方案中，沉积基底可包括多个不同区域730a、730b、730c的结构。对于这样的实施方案，沉积系统702可包括遮罩或遮板732以将掩蔽材料优先施加到一个或多个特定区域(例如区域730a)，同时防止沉积材料704接触其它区域(例如区域730b、730c)。可以远程旋转基底102或遮罩(mask)/遮板(shutter)732以交替地使区域730a、730b、730c暴露于沉积材料704而不需要中断沉积系统702的压力或温度条件或不需要改变基底102的倾斜角。例如，可以远程旋转基底102以交替地使各区域730a、730b、730c的结构与遮罩/遮板730中的窗口734对齐。在一些实施方案中，遮罩/遮板732可允许利用基底102的不同倾斜角将沉积材料704施加到各区域730a、730b、730c的结构上而不需要中断沉积系统702的压力或温度条件。
在一些实施方案中，方法400可如图5中所示和如下所述重复。图5图解制造不对称结构的第二种示例性方法500。方法500类似于方法400，但是方法500包括方法400的一些步骤的多次重复。
在步骤(502)，在基底102上形成多个分立结构520。结构520可以通过例如压印光刻、光刻蚀和蚀刻或其它适当的制造技术形成。例如，结构520可以使用如上所述的压印光刻系统100形成。类似于上文论述的结构420，结构520具有大致对称轮廓。另外，结构520可以是微米或纳米结构。
在步骤(504)，将掩蔽材料522施加到结构520上。在使掩蔽材料不对称覆盖结构520的条件下施加掩蔽材料522。例如，如上文对掩蔽材料424论述，掩蔽材料522不需要严格如图5中所示施加。掩蔽材料522可以任何所需不对称图案施加以覆盖结构520。掩蔽材料522可以使用沉积法，包括但不限于化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)施加。例如，如上文参照图7A-7C所论述，可通过与沉积掩蔽材料的方向成非正交倾斜角倾斜基底102来将掩蔽材料522施加到结构520上。此外，掩蔽材料522可包括下列材料之一：Cr、Ti、SiO2、Al2O3、ZrO2、Ag、Pt或Au。
在步骤(506)，蚀刻结构520。具体而言，在所示实例中，蚀刻图案化层150以改变结构520的整体形状，由此在结构520中制造不对称轮廓。例如，未被掩蔽材料522覆盖的结构520(和图案化层150)的部分被蚀刻以形成凹进524。可以使用蚀刻法，包括但不限于湿蚀刻法、等离子体蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻/铣削法蚀刻结构520。
在步骤(508)，除去掩蔽材料522并将第二掩蔽材料526施加到现在修改后的结构520a上。如上所述，可以使用等离子体或化学剥除法从结构520和图案化层150上剥除掩蔽材料522。如所示，修改后的结构520a具有通过不对称施加掩蔽材料522和随后蚀刻制成的不对称轮廓。可通过在修改后的结构520a上施加第二掩蔽材料526而进一步改变修改后的结构520a的形状。第二掩蔽材料526可以是与第一掩蔽材料522相同的材料或不同的材料。
第二掩蔽材料526可类似于第一掩蔽材料施加(例如如所示)。换言之，可与将第二掩蔽材料不对称施加到结构520a的与第一掩蔽材料施加到结构520上的相同的面上。在一些实施方案中，与将第一掩蔽材料522施加到结构520上相比，可将第二掩蔽材料不对称施加到结构520a的不同面上或以不同比例施加到结构520a的各种面上。例如，如上文论述，可通过与沉积掩蔽材料的方向成非正交角倾斜角倾斜基底102来将第一掩蔽材料522施加到结构520上。相应地，可通过以与用于施加第一掩蔽材料522的角度不同的角度倾斜基底102来施加第二掩蔽材料526。可以围绕不同的轴旋转或倾斜基底102以将第二掩蔽材料526施加到结构520a的与第一掩蔽材料522施加到的结构520上的面不同的面上。
在步骤(510)，蚀刻结构520a。具体而言，在所示实例中，蚀刻图案化层150以改变结构520a的整体形状，由此进一步改变结构520a的不对称轮廓。例如，未被掩蔽材料526覆盖的结构520a(和图案化层150)的部分被蚀刻以形成凹进528。可以使用蚀刻法，包括但不限于湿蚀刻法、等离子体蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻/铣削法蚀刻结构520a。
在步骤(512)，除去掩蔽材料526。例如，可以使用等离子体或化学剥除从结构520和图案化层150上剥除掩蔽材料526。如所示，除去掩蔽材料展露出通过不对称施加掩蔽材料526和随后蚀刻制成的结构520b的不对称轮廓。
可在步骤(512)之后和/或在步骤(506)中除去第一掩蔽材料522之后进行方法400的任选步骤(408)。更具体地，可以在不施加掩蔽材料的情况下蚀刻不对称结构520a和/或520b以进一步改变它们的形状。
图6图解制造不对称结构的第三种示例性方法600。方法600包括使用不对称施加的金属辅助化学蚀刻(MACE)材料制造不对称结构。如在方法400和500中，在基底102上形成多个分立结构620。可以通过例如压印光刻、光刻蚀和蚀刻或其它适当的制造技术形成结构620。类似于上文论述的结构420和520，结构620具有大致对称轮廓。另外，结构620可以是微米或纳米结构。
在步骤(602)，将掩蔽材料622和MACE催化剂材料624施加到结构620上。在使掩蔽材料622和催化剂材料624不对称覆盖结构620的条件下施加掩蔽材料622和催化剂材料624。例如，掩蔽材料622和催化剂材料624可以使用沉积法，包括但不限于CVD和PVD法施加。下面参照图7A-7C更详细描述用于不对称施加掩蔽材料622和催化剂材料624的示例性条件。此外，掩蔽材料622可包括下列材料之一：Cr、Ti、SiO2、Al2O3、ZrO2、Ag、Pt或Au。催化剂材料624可包括下列材料之一：Au、Pt、Au-Pd合金。
在一些实施方案中，掩蔽材料622和催化剂材料624可如图6中所示在不同条件下施加以制造不同的不对称图案。例如，可通过相对于沉积系统的沉积方向成第一角度倾斜基底102来施加掩蔽材料622，并可通过以不同于第一角度的第二角度倾斜基底102来施加催化剂材料624。
在一些实施方案中，可以仅将催化剂材料624施加到结构上，而没有掩蔽材料622。此外，尽管掩蔽材料被描述和显示为在催化剂材料624之前施加到结构上，但在一些实施方案中，可在掩蔽材料622之前施加催化剂材料624。
在步骤(604)，蚀刻结构620。具体而言，在所示实例中，蚀刻图案化层150以改变结构620的整体形状，由此在结构620中制造不对称轮廓。例如，未被掩蔽材料622覆盖但被催化剂材料624覆盖的结构620(和图案化层150)的部分被蚀刻以形成凹进626。催化剂材料624导致与催化剂接触的结构620和图案化层150的部分以比结构620和图案化层150本身高的速率蚀刻。
在步骤(606)，除去掩蔽材料622和任何剩余催化剂材料624。例如，可以使用等离子体或化学剥除法从结构620和图案化层150上剥除掩蔽材料622和剩余催化剂材料624。如所示，除去掩蔽材料622和剩余催化剂材料624展露出通过方法600制成的结构620a的不对称轮廓。
图8显示根据本公开的实施方案制造不对称结构的示例性方法800的流程图。方法800图示为以逻辑流程图排列的参考操作的集合。描述这些操作的顺序无意被解释为限制性的，并且任何数量的所述操作可以其它顺序和/或并行组合以实施该方法。
在基底上形成多个分立结构(802)。这些结构可以通过例如压印光刻、光刻蚀和蚀刻或其它适当的制造技术形成。例如，这些结构可以使用如上所述的压印光刻系统100形成。在一些实例中，这些结构具有大致对称轮廓。换言之，各结构的一面的形状与各结构的相对面的形状基本相同，由此形成左右对称。这些结构的起始轮廓可包括任何大致对称的形状，包括但不限于正方形轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或三角形轮廓。另外，这些结构可以是微米或纳米结构。
在一些实施方案中，在多个分开的区域中形成结构。例如，可在单个基底上形成多个区域的结构。在一些情况下，各个区域的结构类似地加工以形成类似形状的不对称结构。在另一些情况下，各个区域的结构不同地加工以在同一基底上形成不同形状的不对称结构。
将掩蔽材料不对称施加到基底上(804)。在使掩蔽材料形成不对称覆盖所述结构的不对称掩蔽图案的条件下施加掩蔽材料。例如，对于各个或一些结构，掩蔽材料可完全覆盖结构的第一面，但没有覆盖结构的第二相对面。掩蔽材料可以任何所需不对称图案施加以覆盖结构。例如，结构的第一面可以仅部分被掩蔽材料覆盖，而非完全覆盖。第二相对面也可部分被掩蔽材料覆盖。但是，为了保持掩蔽材料不对称施加到结构上，被掩蔽材料覆盖的第一面的部分可小于被掩蔽材料覆盖的第二面的部分。
掩蔽材料可以使用沉积法，包括但不限于CVD和PVD法施加。不对称施加掩蔽材料的条件可包括与在沉积系统中将沉积材料转移到基底上的方向成非正交角倾斜基底(例如如上文参照图7A-7C所述)。此外，掩蔽材料可包括下列材料之一：Cr、Ti、SiO2、Al2O3、ZrO2、Ag、Pt或Au。在一些实施方案中，除了或代替掩蔽材料，可将MACE催化剂材料不对称施加到结构上(例如如上文参照方法600所述)。
蚀刻所述结构的未掩蔽部分(806)。蚀刻所述结构和/或所述结构下方的材料层以改变结构的整体形状，由此在结构中制造不对称轮廓。例如，蚀刻未被掩蔽材料覆盖的结构部分以在所述结构和/或所述结构下方的残留材料层中形成凹进。可以用蚀刻法，包括但不限于湿蚀刻法、等离子体蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻/铣削法蚀刻所述结构。
从所述结构上除去掩蔽材料(808)。例如，可以使用等离子体或化学剥除法从所述结构和下方层上剥除掩蔽材料。除去掩蔽材料展露出通过不对称施加掩蔽材料和随后蚀刻制成的所述结构的不对称轮廓。
在一些实施方案中，该方法如虚线809所示回到步骤(804)并重复步骤(804)-(808)。例如，如上文关于方法500所论述，可以重复步骤(804)-(808)以进一步改变结构的不对称形状。例如，可在不同条件下施加另一掩蔽材料以制造不同的不对称掩蔽图案。
任选在不施加掩蔽材料的情况下蚀刻所述结构(810)。例如，在结构上不施加掩蔽材料的二次蚀刻可用于将不对称结构的边缘圆润化或平滑化。可以改变用于实施二次蚀刻的时机和/或技术以制造不同的轮廓。
可以使用不对称微米和纳米结构建立用于光学器件的衍射图案。例如，包括不对称结构的衍射图案可为如光学波导中所用的衍射透镜或光耦合器之类的器件提供更高效的光学衍射图案。
图9A-9B显示在其中使用不对称结构的示例性器件。图9A显示示例性的光学系统900的透视图。光学系统900是例如显示为一副虚拟现实或增强现实眼镜的光学投影系统。示例性的光学系统可包括衍射透镜和耦合器以在系统900的透镜904上投影图像。系统900可接收代表图像的数据(例如来自处理器)并将图像投影到系统900的透镜904的区域902上。相应地，使用者可看见投影在区域902中的图像，其叠加在透过透镜904可见的场景上。其它示例性投影系统可包括但不限于视频投影仪、移动视频投影仪、平视显示器(例如车辆的平视显示器)、显微镜、望远镜和其它光学器件。在光学系统900的另一些实例中，不对称结构可用于反射式偏振膜(例如GLAD线栅式偏振片)。例如，不对称结构可用在用于LCD显示系统的反射式偏振膜中，如用于智能手机、LCD监视器、LCD电视、平板电脑等的那些。
图9B显示用于在可置于使用者的眼睛前方的透镜952内投影图像的波导950的顶视图。例如，波导950可连接到一副眼镜954上以向使用者提供增强现实图像。波导950从处理器接收图像数据并将图像投影在波导950的透镜952内。
投影系统900和波导950中的衍射透镜和光耦合器可包括具有微米和/或纳米结构(如上文公开)的衍射图案以改进此类透镜和光耦合器的衍射效率。例如，改进的衍射效率可为使用者带来更明亮更显眼的图像。改进的衍射效率还可节省增强现实和其它光学系统的能量。
尽管参照光学系统描述了衍射图案，但应该理解的是，本公开的实施方案不限于可见光衍射图案。相反，本文所述的微米和纳米结构及其制造方法可用于制造具有与制成的结构的构造对应的波长的各种电磁波的衍射图案。例如，本文所述的微米和纳米结构可用于从红外(IR)波长至紫外(UV)波长和可能至X-射线的电磁波长的衍射图案。
尽管已经为举例说明描述了许多实例，但上文的描述无意限制由所附权利要求书的范围界定的本发明的范围。在下列权利要求书的范围内存在其它实例和修改。

Claims (20)

1.一种形成不对称结构的显微光刻方法，所述方法包含：
形成从基底上的公共表面延伸出的多个分立结构；
在使掩蔽材料不对称覆盖所述结构以使各结构的一侧的至少一部分无掩蔽材料的条件下将掩蔽材料施加在所述结构上；
蚀刻未被掩蔽材料覆盖的结构区域；和
从所述结构上剥除掩蔽材料。
2.权利要求1的方法，其中使掩蔽材料不对称覆盖所述结构的条件包含与通过沉积系统施加掩蔽材料的沉积方向成非正交角倾斜基底。
3.权利要求1的方法，其中所述多个结构包括第一区域的结构和第二区域的结构，且
其中将掩蔽材料不对称施加到结构上包含在将掩蔽材料施加到第一区域的结构上的同时遮盖第二区域的结构。
4.权利要求3的方法，其中将掩蔽材料不对称施加到结构上包含在将掩蔽材料施加到第二区域的结构上的同时遮盖第一区域的结构。
5.权利要求1的方法，其中蚀刻结构区域包含进行湿蚀刻法、干蚀刻法或离子束蚀刻法之一。
6.权利要求1的方法，其中无掩蔽材料的各结构的一侧的部分是第一部分，且
其中所述方法进一步包含在使金属催化剂层不对称覆盖所述结构以使各结构的一侧的至少第二部分无金属催化剂层的第二条件下在所述结构上施加用于金属辅助化学蚀刻(MACE)的金属催化剂层。
7.权利要求6的方法，其中第二部分不同于第一部分。
8.权利要求6的方法，其中使掩蔽材料不对称覆盖所述结构的条件包含与通过沉积系统施加掩蔽材料的方向成第一非正交角倾斜基底，其中使金属催化剂层不对称覆盖所述结构的第二条件包含与通过沉积系统施加金属催化剂层的方向成第二非正交角倾斜基底，且
其中第二非正交角不同于第一非正交角。
9.权利要求1的方法，其进一步包含，在从基底上剥除掩蔽材料后蚀刻所述结构。
10.权利要求1的方法，其中在蚀刻结构区域之前，所述结构具有正方形轮廓、矩形轮廓、梯形轮廓或三角形轮廓。
11.权利要求1的方法，其中所述掩蔽材料包含下列至少一种：Cr、Ti、SiO2、Al2O3、ZrO2、Ag、Pt和Au。
12.权利要求1的方法，其中所述结构包含Si、SiO2、聚合物材料或有机-无机混合材料。
13.权利要求1的方法，其中所述结构是纳米结构。
14.权利要求1的方法，其中所述结构是微米结构。
15.一种光学器件，其包含：
包括衍射图案的基底，在所述基底上包含多个结构，各结构具有第一侧面和与第一侧面相对的第二侧面，
其中第一侧面的轮廓与第二侧面的轮廓不对称。
16.权利要求15的器件，其中所述结构包含下列之一：Si、SiO2、聚合物材料或有机-无机混合材料。
17.权利要求15的器件，其中所述结构是纳米结构。
18.权利要求15的器件，其中所述结构是微米结构。
19.权利要求15的器件，其中所述多个结构包括多个具有第一不对称轮廓的第一结构和多个具有不同于第一不对称轮廓的第二不对称轮廓的第二结构。
20.权利要求15的器件，其中所述系统是虚拟现实系统或增强现实系统。
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