專利名稱：一種制作凸面雙閃耀光柵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衍射光學(xué)元件的制備方法，具體涉及一種凸面雙閃耀光柵的制備方法。
背景技術(shù)：
光柵是一種應(yīng)用非常廣泛而重要的一種高分辨率的色散光學(xué)元件，在現(xiàn)代光學(xué)儀器中占有相當(dāng)重要的地位。1995年，意大利Galileo Avioniea公司用凸面光柵代替Offner 中繼光學(xué)系統(tǒng)中的凸面反射鏡，研制出了世界上第一臺(tái)凸面光柵超光譜成像儀系統(tǒng)，此后， 凸面光柵成為了成像光譜儀的核心器件。眾所周知，單個(gè)柵縫衍射主極大方向?qū)嶋H上既是光線的幾何光學(xué)傳播方向，也是整個(gè)多縫光柵的零級(jí)方向，它集中著光能，而又不能把各種波長分開，而實(shí)際應(yīng)用中則偏重 于將盡可能多的光能集中在某一特定的級(jí)次上。為此需要將衍射光柵刻制成具有經(jīng)過計(jì)算 確定的槽形，使單個(gè)柵槽衍射的主極大方向(或光線幾何光學(xué)傳播方向)與整個(gè)光柵預(yù)定 的衍射級(jí)次方向一致，這樣可使大部分光能量集中在預(yù)定的衍射級(jí)次上。從這個(gè)方向探測(cè) 時(shí)，光譜的強(qiáng)度最大，這種現(xiàn)象稱為閃耀，這種光柵稱為閃耀光柵。閃耀使得光柵的衍射效 率得到大大的提高。閃耀光柵雖然有著很多的優(yōu)點(diǎn)，但是在寬波段上，如從紫外到紅外波段都想獲得較高的衍射效率，還是很困難，為此，出現(xiàn)了雙閃耀光柵產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)寬波段內(nèi)，均有較高 的、均勻的衍射效率。凸面雙閃耀光柵由于具有寬波段的高效率優(yōu)勢(shì)，非常適宜于成像光譜 儀應(yīng)用，具有非常廣闊的市場(chǎng)前景?，F(xiàn)有技術(shù)中，閃耀光柵的主要制作方法有以下幾類A.機(jī)械刻劃機(jī)械刻劃是用金剛石刻刀在金、鋁等基底材料上刻劃出光柵的方法，早期的閃耀光柵大多用該方法制作。然而，機(jī)械刻劃光柵會(huì)產(chǎn)生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，嚴(yán)重 降低了衍射效率。B.全息曝光顯影通過全息曝光顯影在光刻膠上制作閃耀光柵的方法源于20世紀(jì)60-70年代。 Sheriden發(fā)明了駐波法，通過調(diào)整基片與曝光干涉場(chǎng)之間的角度，在光刻膠內(nèi)形成傾斜的 潛像分布，顯影后就能得到具有一定傾角的三角形光柵。Schmahl等人提出了 Fourier合成 法，把三角槽形分解為一系列正弦槽形的疊加，依次采用基波條紋、一次諧波條紋等進(jìn)行多 次曝光，經(jīng)顯影即可獲得近似三角形的輪廓。然而，光刻膠閃耀光柵的槽形較差，閃耀角等 參數(shù)無法精確控制，因此一直沒有得到推廣。C.全息離子束刻蝕離子束刻蝕是一種應(yīng)用十分廣泛的微細(xì)加工技術(shù)，它通過離子束對(duì)材料濺射作用達(dá)到去除材料和成形的目的，具有分辨率高、定向性好等優(yōu)點(diǎn)。全息離子束刻蝕閃耀光柵的一般制作工藝如附圖1所示。首先在石英玻璃基底表面涂布光刻膠，經(jīng)過全息曝光、顯影、定影等處理后，基底上形成表面浮雕光刻膠光柵掩模， 再以此為光柵掩膜，進(jìn)行Ar離子束刻蝕。利用掩模對(duì)離子束的遮擋效果，使基底的不同位 置先后被刻蝕，光刻膠光柵掩?？瘫M后就能在基底材料上得到三角形槽形。離子束刻蝕閃 耀光柵具有槽形好，閃耀角控制較精確，粗糙度低等優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。D.電子束直寫這種方法本質(zhì)上是一種二元光學(xué)方法，將光柵閃耀面用若干個(gè)臺(tái)階近似，電子束 以臺(tái)階寬度為步長進(jìn)行掃描曝光，根據(jù)每個(gè)臺(tái)階高度選擇合適的曝光劑量，顯影后即可得 到階梯槽形。顯然，臺(tái)階劃分的越細(xì)，就越接近于理想的鋸齒形。然而，由于電子束直寫是逐步掃描的，若要制作面積比較大的光柵，要花費(fèi)很長的 時(shí)間和很高的成本，此外由于目前電子束一次直寫區(qū)域的尺寸通常不過幾毫米，大面積加 工時(shí)存在相鄰區(qū)域間的接縫誤差(Stitching error)，其對(duì)衍射效率的影響還需要評(píng)估。因 此該方法適合于為一些小型的原理性實(shí)驗(yàn)提供光柵。當(dāng)制作雙閃耀光柵時(shí)，需要在相鄰的區(qū)域形成兩個(gè)不同閃耀角的光柵，并且這兩 個(gè)區(qū)域的光柵周期必須一致。在上述方法中，機(jī)械刻劃法通過變換刻刀、電子束直寫法通過控制曝光的劑量，可 以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)雙閃耀光柵結(jié)構(gòu)。然而，正如前面所述，采用機(jī)械刻劃法制作閃耀光柵 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，而采用電子束直寫法，制作時(shí)間長，成本高，不 適用于大面積加工。而對(duì)于全息離子束刻蝕法，由于閃耀角是依賴光柵掩模槽形的，故在實(shí) 現(xiàn)雙閃耀光柵結(jié)構(gòu)時(shí)存在較大的困難。而且在制作凸面閃耀光柵時(shí)，上述方法均還需要考慮凸面的影響。一般地，機(jī)械刻 劃法仍然通過變換刻刀、電子束直寫法通過控制曝光的劑量，可以實(shí)現(xiàn)雙閃耀光柵結(jié)構(gòu)。對(duì) 于全息離子束刻蝕法，由于閃耀角是依賴光柵掩模槽形的，故在凸面基片上實(shí)現(xiàn)雙閃耀光 柵結(jié)構(gòu)時(shí)困難更大。因此，有必要尋求一種新的制備凸面雙閃耀光柵的方法，解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種制作凸面雙閃耀光柵的方法，以精確地實(shí)現(xiàn)閃耀角的控 制，提高其衍射效率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種制作凸面雙閃耀光柵的方法，所 述凸面雙閃耀光柵的兩個(gè)閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，凸面雙閃耀光柵分為兩個(gè)區(qū)， 對(duì)應(yīng)A閃耀角的為A光柵區(qū)，對(duì)應(yīng)B閃耀角的為B光柵區(qū)，所述凸面雙閃耀光柵為凸球面光 柵，制作方法包括下列步驟(1)在凸面基片上涂布光刻膠，光刻膠的厚度根據(jù)A閃耀角確定；(2)進(jìn)行第一次干涉光刻，制作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(3)遮擋B光柵區(qū)，對(duì)于A光柵區(qū)的光柵掩模，進(jìn)行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用 光刻膠光柵掩模對(duì)離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的 閃耀光柵槽形；之后清洗基片，保留下已刻蝕完的閃耀光柵槽形；(4)在凸面基片上重新涂布光刻膠，光刻膠的厚度根據(jù)B閃耀角確定；(5)將B光柵區(qū)進(jìn)行遮擋，利用已制備完成的A光柵區(qū)，采用光學(xué)莫爾條紋法進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，使得兩次干涉光刻產(chǎn)生的光柵周期相一致，然后去除遮擋，進(jìn)行第二次干涉 光刻，制作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(6)遮擋A光柵區(qū)，對(duì)于B光柵區(qū)的光柵掩模，進(jìn)行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B 光柵區(qū)刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形；(7)清洗基片，得到凸面雙閃耀光柵；其中，步驟(3)和步驟(6)中所述傾斜Ar離子束掃描刻蝕為，在凸面基片的外側(cè) 設(shè)置與凸面基片表面同心的球面掩模，所述球面掩模中心的法線方向與Ar離子束入射方 向的角度等于對(duì)應(yīng)刻蝕光柵閃耀角的Ar離子束入射角，以凸面基片的球心為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，使 凸面基片相對(duì)于入射離子束及球面掩模轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掃描刻蝕。上述技術(shù)方案中，對(duì)應(yīng)刻蝕光柵閃耀角的Ar離子束入射角又稱為Ar離子束傾斜 角，是指在刻蝕對(duì)應(yīng)某一閃耀角的平面閃耀光柵時(shí)，Ar離子束入射的傾斜角度。一般地，閃 耀角9s與光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角有關(guān)。這里給出閃耀角0 s與槽形和離 子束入射角9 (即離子束傾斜角)的經(jīng)驗(yàn)公式，es a-3° ； a + e =90°，式中的a是 離子束與光柵平面的夾角。上述技術(shù)方案步驟(5)中，莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)的原理是利用莫爾條紋的性質(zhì)，即如果 兩個(gè)光柵之一移動(dòng)，則等差條紋發(fā)生移動(dòng)，當(dāng)相對(duì)移動(dòng)一個(gè)條紋的間距時(shí)，等差條紋就移動(dòng) 一個(gè)條紋間距。莫爾條紋的疏密(條紋間距d)與兩光柵之間的夾角S相對(duì)應(yīng)，參見附圖 4所示。利用光學(xué)莫爾條紋來實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次干涉曝光時(shí)，先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光部分 用黑板進(jìn)行遮擋，用原兩束干涉光對(duì)A光柵照明，此時(shí)可以觀察到參考光柵與記錄光場(chǎng)之 間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據(jù)零條紋產(chǎn)生時(shí)的兩種情況，當(dāng)零條紋 最亮?xí)r，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為零(即此時(shí)干涉光場(chǎng)條紋 與第一次干涉條紋重合或平移A)；當(dāng)零條紋最暗時(shí)，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄時(shí)的 干涉光場(chǎng)的位相差為n。利用位相控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)干涉光路，控制莫爾條紋的位相，使參考光 柵再現(xiàn)的莫爾條紋信息為零條紋最亮。c.將遮擋B光柵區(qū)的黑板撤掉，對(duì)B光柵區(qū)進(jìn)行曝光，完成第二次干涉光刻。在步驟⑴和⑷中光刻膠的厚度是與閃耀角相關(guān)的，在制作普通的閃耀光柵時(shí)， 也需要進(jìn)行確定。上述技術(shù)方案中，步驟(2)中通過干涉光刻所制作的光柵結(jié)構(gòu)的周期(A)為 0. 5 5. 5微米；占寬比為0. 35 0. 65。步驟(5)中通過干涉光刻所制作的光柵結(jié)構(gòu)的周期(A)為0. 5 5. 5微米；占寬 比為0. 35 0. 65。步驟(3)和(6)中的Ar離子束掃描刻蝕的工藝參數(shù)為，離子能量380 520eV，離 子束流70 11011^，加速電壓250 30(^，工作壓強(qiáng)2.0\10^^，刻蝕角度55° 85°。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用兩次干涉曝光、兩次離子束刻蝕法，實(shí)現(xiàn)了凸面雙閃耀光柵的制作， 該方法充分利用了干涉光刻的高分辨率和離子束刻蝕的各向異性，相比已有的制作方法，能夠精確地分別控制兩個(gè)閃耀角。2.本發(fā)明利用球面掩模，使凸面基片相對(duì)于入射離子束及球面掩模轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掃 描刻蝕，從而解決了直接采用離子束刻蝕難以實(shí)現(xiàn)凸面閃耀光柵制作的問題。3.本發(fā)明利用光學(xué)莫爾條紋法進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，保證了兩個(gè)不同閃耀角的光柵 區(qū)之間的光柵周期和取向的一致性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用全息離子束刻蝕制作閃耀光柵的工藝示意圖；圖2是采用全息離子束刻蝕制作凸面閃耀光柵的工藝示意圖；圖3是轉(zhuǎn)動(dòng)掃描刻蝕的工藝示意圖；圖4是莫爾條紋與光柵間夾角關(guān)系的示意圖；圖5是實(shí)施例一中光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角的關(guān)系示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例中采用的光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖7是實(shí)施例二中光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角的關(guān)系示意圖；圖8是實(shí)施例三中光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一制作光柵周期為5微米，兩個(gè)閃耀角分別是4°和8°的凸面雙閃耀光 柵的方法，其中凸面基片的口徑是40毫米；曲率半徑是80毫米，采用兩次干涉曝光、兩次離 子束刻蝕法實(shí)現(xiàn)。采用全息離子束刻蝕制作凸面閃耀光柵的工藝參見附圖2所示。本實(shí)施例中，凸面雙閃耀光柵的制作包括以下步驟(矩形光刻膠光柵掩模)(1)在凸面基片上涂布光刻膠，根據(jù)需要制作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (A)為5微米，兩個(gè)閃耀角分別是4°和8°。根據(jù)閃耀角es與槽形和離子束入射角的經(jīng) 驗(yàn)公式，<formula>formula see original document page 6</formula>
參見附圖5所示，由圖5中的光柵掩模參數(shù)和離子束入射角0，我們可以得到<formula>formula see original document page 6</formula>
可見不同的閃耀角時(shí)，要求光刻膠光柵掩模參數(shù)也相應(yīng)不同。當(dāng)光柵周期A和占 寬比a/A —定時(shí)，要獲得不同的閃耀角，就需要改變光柵掩模的厚度d。采用矩形光刻膠光柵為例，首先制作4°閃耀角(A閃耀角)光柵，一般地，占寬比
<formula>formula see original document page 6</formula>由公式<formula>formula see original document page 6</formula>的可得光柵掩模的槽深⑷是307納米。故
這里涂布310納米厚的光刻膠。(2)進(jìn)行第一次干涉光刻，制作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模，即光柵掩模 的周期(A)為5微米；占寬比(f)約為0.5，槽深(d)約為307納米。(3)對(duì)于整個(gè)光柵掩模的一半(A光柵區(qū))，通過設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)支架的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為80毫 米，球形掩模中心與離子束入射方向的角度為83度，轉(zhuǎn)動(dòng)掃描實(shí)現(xiàn)傾斜Ar離子束刻蝕，利 用光刻膠光柵掩模對(duì)離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先后被刻蝕，以形成三角形的閃耀光柵槽形；這里離子束入射角e =90° -a =83°，采用Ar離子束刻蝕，離子能 量450eV，離子束流100mA，加速電壓260V，工作壓強(qiáng)2. OX 10_2Pa ；刻蝕時(shí)間以光刻膠恰好 刻完為最佳。之后清洗基片，在A光柵區(qū)得到刻蝕完成的4°閃耀角閃耀光柵，基片的另一 半(即B光柵區(qū))由于沒有被刻蝕，故清洗后依然還是基片。轉(zhuǎn)動(dòng)掃描刻蝕的示意圖參見 附圖3，離子束入射角0確定之后，通過固定0角(實(shí)際就是固定球面掩模)，再以球心為 軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)刻蝕。只要球面掩膜開口合適，可以保證凸面上的刻蝕角是基本一致的。圖中， 3 + e =90°。(4)根據(jù)另一個(gè)閃耀角(即B閃耀角)，依照步驟(1)中的方法，確定8度閃耀角 時(shí)，光柵掩模的槽深(d)是486納米。故這里涂布490納米厚的光刻膠。(5)將B光柵區(qū)進(jìn)行遮擋，利用已有的A光柵區(qū)，進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，使得兩次干涉 曝光產(chǎn)生的光柵周期相一致，然后去除遮光，進(jìn)行第二次干涉光刻(A光柵區(qū)可以不遮擋)， 制作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模。即光柵掩模的周期(A)為5微米；占寬比(f) 約為0. 5，槽深(d)約為486納米。(6)再通過轉(zhuǎn)動(dòng)掃描實(shí)現(xiàn)傾斜Ar離子束刻蝕，將B光柵區(qū)刻蝕形成三角形的閃耀 光柵槽形，這里離子束入射角0 =90° -a =79°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量450eV， 離子束流100mA，加速電壓260V，工作壓強(qiáng)2. 0X10_2Pa ；刻蝕時(shí)間以光刻膠恰好刻完為最佳。(7)清洗基片，在B光柵區(qū)得到刻蝕完成的8°閃耀角閃耀光柵，A光柵區(qū)由于沒 有被刻蝕，故清洗后依然還是4°閃耀角閃耀光柵，故得到了全息雙閃耀光柵。參見附圖6，為本實(shí)施例中采用的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。入射激光被分束鏡10分為兩 束，分別由第一反射鏡11和第二反射鏡21反射，分別經(jīng)第一透鏡12和第二透鏡22在被制 作的石英基材13表面形成干涉條紋。石英基材13表面可以劃分為A光柵區(qū)14和B光柵 區(qū)15，A光柵區(qū)14在干涉光束的照射下形成莫爾條紋16，用于實(shí)現(xiàn)石英基材13的定位。其 中，第一反射鏡11被安裝于微位移器件17上，由位相控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)光程差的調(diào)節(jié)， 從而實(shí)現(xiàn)A光柵區(qū)與B光柵區(qū)之間位相差的調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中，利用參考光柵的光學(xué)莫爾條紋來實(shí)現(xiàn)A光柵區(qū)與B光柵區(qū)之間的對(duì) 準(zhǔn)過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次干涉曝光時(shí)，我們先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板進(jìn)行遮擋，用原兩束干涉光對(duì)A光柵照明，此時(shí)可以觀察到參考光柵與記錄光 場(chǎng)之間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據(jù)零條紋產(chǎn)生時(shí)的兩種情況，當(dāng)零 條紋最亮?xí)r，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為零(即此時(shí)干涉光場(chǎng) 條紋與第一次干涉條紋重合或平移A)；當(dāng)零條紋最暗時(shí)，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄 時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為n。利用位相控制系統(tǒng)控制莫爾條紋的位相，使參考光柵再現(xiàn)的 莫爾條紋信息為零條紋最亮。其中位相控制系統(tǒng)是通過控制圖6中反射鏡11的前后位置， 實(shí)現(xiàn)光程調(diào)節(jié)，達(dá)到位相控制的目的。c.將遮擋B光柵區(qū)的黑板撤掉，對(duì)B光柵區(qū)進(jìn)行曝光，完成第二次干涉光刻。實(shí)施例二 本實(shí)施例制作的凸面雙閃耀光柵光柵周期為1000納米，兩個(gè)閃耀角分 別是10°和25°，其中凸面基片的口徑是50毫米；曲率半徑是100毫米，采用兩次干涉曝光、兩次離子束刻蝕法實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟(三角形光刻膠光柵掩模，參見附圖7所示)(1)在石英基片上涂布光刻膠，根據(jù)需要制作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (A)為looo納米，兩個(gè)閃耀角分別是10°和25°。根據(jù)閃耀角es與槽形和離子束入射 角的經(jīng)驗(yàn)公式，9 s a-3°。采用三角形光刻膠光柵為例，首先制作10°閃耀角(A閃耀角)光柵，一般的占寬
<formula>formula see original document page 8</formula>由公式s A —a 5V "可得光柵掩模的槽深(d)是173納米。
故這里涂布180納米厚的光刻膠。(2)進(jìn)行第一次干涉光刻，制作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模，即光柵掩模 的周期(A)為1000納米；占寬比(f)約為0.5，槽深(d)約為173納米。(3)對(duì)于整個(gè)光柵掩模的一半(A光柵區(qū))，通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用光 刻膠光柵掩模對(duì)離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先后被刻蝕，以形成三角形的 閃耀光柵槽形；離子束入射角0 =90° -a =77°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量500eV， 離子束流90mA，加速電壓260V，工作壓強(qiáng)2. 0 X 10_2Pa ；刻蝕時(shí)間以光刻膠恰好刻完為最佳。 之后清洗基片，在A光柵區(qū)得到刻蝕完成的10°閃耀角閃耀光柵，基片的另一半(即B光柵 區(qū))由于沒有被刻蝕，故清洗后依然還是基片。(4)根據(jù)另一個(gè)閃耀角(即B閃耀角)，依照步驟⑴中的方法，確定25°閃耀角 時(shí)，光柵掩模的槽深(d)是398納米。故涂布400納米厚的光刻膠。(5)將B光柵區(qū)進(jìn)行遮擋，利用已有的A光柵區(qū)，進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，使得兩次干涉 曝光產(chǎn)生的光柵周期相一致，然后去除遮光，進(jìn)行第二次干涉光刻(A光柵區(qū)可以不遮擋)， 制作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模。即光柵掩模的周期(A)為1000納米；占寬比 (f)約為0. 5，槽深(d)約為398納米。(6)再通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B光柵區(qū)刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形， 這里離子束入射角9 =90° -a =62°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量500eV，離子束流 90mA，加速電壓260V，工作壓強(qiáng)2. OX 10_2Pa ；刻蝕時(shí)間以光刻膠恰好刻完為最佳。(7)清洗基片，在B光柵區(qū)得到刻蝕完成的25°閃耀角閃耀光柵，A光柵區(qū)由于沒 有被刻蝕，故清洗后依然還是10°閃耀角閃耀光柵，由此得到全息雙閃耀光柵。參見附圖6，為本實(shí)施例中采用的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。入射激光被分束鏡10分為兩 束，分別由第一反射鏡11和第二反射鏡21反射，分別經(jīng)第一透鏡12和第二透鏡22在被制 作的石英基材13表面形成干涉條紋。石英基材13表面可以劃分為A光柵區(qū)14和B光柵 區(qū)15，A光柵區(qū)14在干涉光束的照射下形成莫爾條紋16，用于實(shí)現(xiàn)石英基材13的定位。其 中，第一反射鏡11被安裝于微位移器件17上，由位相控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)光程差的調(diào)節(jié)， 從而實(shí)現(xiàn)A光柵區(qū)與B光柵區(qū)之間位相差的調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中，利用參考光柵的光學(xué)莫爾條紋來實(shí)現(xiàn)A光柵區(qū)與B光柵區(qū)之間的對(duì) 準(zhǔn)過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次干涉曝光時(shí)，我們先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板進(jìn)行遮擋，用原兩束干涉光對(duì)A光柵照明，此時(shí)可以觀察到參考光柵與記錄光場(chǎng)之間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據(jù)零條紋產(chǎn)生時(shí)的兩種情況，當(dāng)零 條紋最亮?xí)r，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為零(即此時(shí)干涉光場(chǎng) 條紋與第一次干涉條紋重合或平移A)；當(dāng)零條紋最暗時(shí)，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄 時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為n。利用位相控制系統(tǒng)控制莫爾條紋的位相，使參考光柵再現(xiàn)的 莫爾條紋信息為零條紋最亮。其中位相控制系統(tǒng)是通過控制圖6中反射鏡11的前后位置， 實(shí)現(xiàn)光程調(diào)節(jié)，達(dá)到位相控制的目的。c.將遮擋B光柵區(qū)的黑板撤掉，對(duì)B光柵區(qū)進(jìn)行曝光，完成第二次干涉光刻。實(shí)施例三制作光柵周期為1000納米，兩個(gè)閃耀角分別是12度和25度的全息雙 閃耀光柵的方法，其中凸面基片的口徑是40毫米；曲率半徑是90毫米，采用兩次干涉曝光、 兩次離子束刻蝕法實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟(正弦形光刻膠光柵掩模，參見附圖8所示)(1)在石英基片上涂布光刻膠，根據(jù)需要制作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (A)為1000納米，兩個(gè)閃耀角分別是12°和25°。根據(jù)閃耀角es與槽形和離子束入射 角的經(jīng)驗(yàn)公式，e s a-3°。采用正弦形光刻膠光柵為例，首先制作12°閃耀角(A閃耀角)光柵，該光柵的占 寬比f = a/A = 0.5，光柵的輪廓可以用方程y = -dX sin (2 Ji x/A)來表示，圖中所示的
切線通過原點(diǎn)，且A/2 <x0< (3/4) A。通過計(jì)算可得到織《 = f = L365i可得光柵掩
模的槽深(d)是196納米。故這里涂布200納米厚的光刻膠。(2)進(jìn)行第一次干涉光刻，制作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模，即光柵掩模 的周期(A)為1000納米；占寬比(f)約為0.5，槽深(d)約為196納米。(3)對(duì)于整個(gè)光柵掩模的一半(A光柵區(qū))，通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用光 刻膠光柵掩模對(duì)離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先后被刻蝕，以形成三角形的 閃耀光柵槽形；這里離子束入射角e =90° -a =75°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量 500eV,離子束流100mA，加速電壓280V，工作壓強(qiáng)2. 0 X 10_2Pa ；刻蝕時(shí)間以光刻膠恰好刻完 為最佳。之后清洗基片，在A光柵區(qū)得到刻蝕完成的12°閃耀角閃耀光柵，基片的另一半 (即B光柵區(qū))由于沒有被刻蝕，故清洗后依然還是基片。(4)根據(jù)另一個(gè)閃耀角(即B閃耀角)，依照步驟(1)中的方法，確定25°閃耀角 時(shí)，光柵掩模的槽深(d)是389納米。故這里涂布400納米厚的光刻膠。(5)將B光柵區(qū)進(jìn)行遮擋，利用已有的A光柵區(qū)，進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，使得兩次干涉 曝光產(chǎn)生的光柵周期相一致，然后去除遮光，進(jìn)行第二次干涉光刻(A光柵區(qū)可以不遮擋)， 制作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模。即光柵掩模的周期(A)為1000納米，槽深(d) 約為389納米。(6)再通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B光柵區(qū)刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形， 這里離子束入射角9 =90° -a =62°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量500eV，離子束流 100mA，加速電壓280V，工作壓強(qiáng)2. OX 10_2Pa ；刻蝕時(shí)間以光刻膠恰好刻完為最佳。(7)清洗基片，在B光柵區(qū)得到刻蝕完成的25°閃耀角閃耀光柵，A光柵區(qū)由于沒 有被刻蝕，故清洗后依然還是12°閃耀角閃耀光柵，故得到了全息雙閃耀光柵。參見附圖6，為本實(shí)施例中采用的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。入射激光被分束鏡10分為兩 束，分別由第一反射鏡11和第二反射鏡21反射，分別經(jīng)第一透鏡12和第二透鏡22在被制作的石英基材13表面形成干涉條紋。石英基材13表面可以劃分為A光柵區(qū)14和B光柵 區(qū)15，A光柵區(qū)14在干涉光束的照射下形成莫爾條紋16，用于實(shí)現(xiàn)石英基材13的定位。其 中，第一反射鏡11被安裝于微位移器件17上，由位相控制系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)光程差的調(diào)節(jié)， 從而實(shí)現(xiàn)A光柵區(qū)與B光柵區(qū)之間位相差的調(diào)節(jié)。本實(shí)施例中，利用參考光柵的光學(xué)莫爾條紋來實(shí)現(xiàn)A光柵區(qū)與B光柵區(qū)之間的對(duì) 準(zhǔn)過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次干涉曝光時(shí)，我們先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板進(jìn)行遮擋，用原兩束干涉光對(duì)A光柵照明，此時(shí)可以觀察到參考光柵與記錄光 場(chǎng)之間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據(jù)零條紋產(chǎn)生時(shí)的兩種情況，當(dāng)零 條紋最亮?xí)r，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為零(即此時(shí)干涉光場(chǎng) 條紋與第一次干涉條紋重合或平移A)；當(dāng)零條紋最暗時(shí)，此時(shí)干涉光場(chǎng)是與第一次記錄 時(shí)的干涉光場(chǎng)的位相差為n。利用位相控制系統(tǒng)控制莫爾條紋的位相，使參考光柵再現(xiàn)的 莫爾條紋信息為零條紋最亮。其中位相控制系統(tǒng)是通過控制圖6中反射鏡11的前后位置， 實(shí)現(xiàn)光程調(diào)節(jié)，達(dá)到位相控制的目的。c.將遮擋B光柵區(qū)的黑板撤掉，對(duì)B光柵區(qū)進(jìn)行曝光，完成第二次干涉光刻。
權(quán)利要求
一種制作凸面雙閃耀光柵的方法，所述凸面雙閃耀光柵的兩個(gè)閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，凸面雙閃耀光柵分為兩個(gè)區(qū)，對(duì)應(yīng)A閃耀角的為A光柵區(qū)，對(duì)應(yīng)B閃耀角的為B光柵區(qū)，所述凸面雙閃耀光柵為凸球面光柵，其特征在于，制作方法包括下列步驟(1)在凸面基片上涂布光刻膠，光刻膠的厚度根據(jù)A閃耀角確定；(2)進(jìn)行第一次干涉光刻，制作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(3)遮擋B光柵區(qū)，對(duì)于A光柵區(qū)的光柵掩模，進(jìn)行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用光刻膠光柵掩模對(duì)離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；之后清洗基片，保留下已刻蝕完的閃耀光柵槽形；(4)在凸面基片上重新涂布光刻膠，光刻膠的厚度根據(jù)B閃耀角確定；(5)將B光柵區(qū)進(jìn)行遮擋，利用已制備完成的A光柵區(qū)，采用光學(xué)莫爾條紋法進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，使得兩次干涉光刻產(chǎn)生的光柵周期相一致，然后去除遮擋，進(jìn)行第二次干涉光刻，制作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(6)遮擋A光柵區(qū)，對(duì)于B光柵區(qū)的光柵掩模，進(jìn)行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B光柵區(qū)刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形；(7)清洗基片，得到凸面雙閃耀光柵；其中，步驟(3)和步驟(6)中所述傾斜Ar離子束掃描刻蝕為，在凸面基片的外側(cè)設(shè)置與凸面基片表面同心的球面掩模，所述球面掩模中心的法線方向與Ar離子束入射方向的角度等于對(duì)應(yīng)刻蝕光柵閃耀角的Ar離子束入射角，以凸面基片的球心為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，使凸面基片相對(duì)于入射離子束及球面掩模轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掃描刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作凸面雙閃耀光柵的方法，其特征在于步驟(2)中通過 干涉光刻所制作的光柵結(jié)構(gòu)的周期(A)為0. 5 5. 5微米；占寬比為0. 35 0. 65。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作凸面雙閃耀光柵的方法，其特征在于步驟(5)中通過 干涉光刻所制作的光柵結(jié)構(gòu)的周期(A)為0. 5 5. 5微米；占寬比為0. 35 0. 65。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作全息雙閃耀光柵的方法，其特征在于步驟(3)和(6)中 的傾斜Ar離子束掃描刻蝕的工藝參數(shù)為，離子能量380 520eV，離子束流70 110mA，加 速電壓250 300V，工作壓強(qiáng)2. 0Xl(T2Pa，刻蝕角度55° 85°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作凸面雙閃耀光柵的方法，其特征在于，包括下列步驟(1)在光柵基片上涂布光刻膠；(2)進(jìn)行第一次干涉光刻，制作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(3)對(duì)于A光柵區(qū)的光柵掩模，通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；清洗基片；(4)重新涂布光刻膠；(5)將B光柵區(qū)進(jìn)行遮擋，利用已制備完成的A光柵區(qū)進(jìn)行莫爾條紋對(duì)準(zhǔn)，然后去除遮擋，進(jìn)行第二次干涉光刻，制作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(6)通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B光柵區(qū)刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形；(7)清洗基片，得到凸面雙閃耀光柵。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了凸面雙閃耀光柵的制作，能夠精確地分別控制兩個(gè)閃耀角。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101799569SQ20101012604
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者劉全, 吳建宏, 李朝明, 汪海賓, 胡祖元, 陳新榮 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)