本發(fā)明涉及一種衍射光柵制作方法，特別涉及一種基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵的制作方法，屬于光學元件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

反射式光柵是一種常見的分光儀器，應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛。反射式光柵是將白光反射，通過干涉和衍射，將光色散，從而將復合光分解為光譜。

傳統(tǒng)的光柵制作方式有機械刻劃，光電刻劃，復制，全息照相刻劃四種，以上方法對精度要求都非常高，而且一次只能加工一片光柵，加工成本和周期都很高。

自1960年光刻工藝誕生之后，光刻在集成電路制造和微機電系統(tǒng)等領(lǐng)域占有絕對的地位，隨著半導體對性能的要求不斷提升，光刻精度也越來越高，成本也越來越低，讓光刻技術(shù)應(yīng)用到光柵制作中成為可能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵的制作方法，該方法是一種高效，高精度的反射式光柵制作方法，通過紫外光刻技術(shù)，使得制作過程簡單，單批次成品量上升，降低對機械設(shè)備的要求。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵的制作方法，所述反射式光柵包括二氧化硅基底以及在基底上設(shè)置的n個楔形光柵單元，并順序?qū)πㄐ喂鈻艈卧幪枮?,2,…,n；其中，單個楔形光柵單元的反射式面寬度為a、光柵常量為d、傾角為β、頂點距基底高為m、頂點到基底垂線的垂點到傾角頂點的距離為b；

該反射式光柵的制作方法包括以下具體步驟：

步驟1，制備二氧化硅基底；

步驟2，第一次紫外光刻：在基底上均勻涂上厚度為m的光刻膠后，將基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進行紫外光刻，形成n個楔形凹槽，其中，n為編號為奇數(shù)的楔形光柵單元個數(shù)；

步驟3，第一次濺入二氧化硅：將步驟2光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在重力作用下向步驟2形成的楔形凹槽內(nèi)分別濺入二氧化硅，形成編號為奇數(shù)的所有楔形光柵單元；

步驟4，去除基底上的光刻膠；

步驟5，第二次紫外光刻：在基底上均勻涂上厚度為m的光刻膠后，將基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進行紫外光刻，形成n'個楔形凹槽，其中，n'為編號為偶數(shù)的楔形光柵單元個數(shù)；

步驟6，第二次濺入二氧化硅：將步驟5光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在重力作用下向步驟5形成的楔形凹槽內(nèi)分別濺入二氧化硅，形成編號為偶數(shù)的所有楔形光柵單元；

步驟7，去除基底上的光刻膠；

步驟8，在刻劃好的光柵上鍍銀并切割成片。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，該制作方法還包括對切割成片的成品光柵進行質(zhì)量檢測，并對檢測不合格的產(chǎn)品進行再次切割。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，掩膜版的透光區(qū)和遮光區(qū)寬度均為c·d·sinα，其中，c為紫外圖案經(jīng)過透鏡后的縮小倍數(shù)。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，相對于第一次紫外光刻時掩膜版的位置，第二次紫外光刻時掩膜版在刻線的垂直方向移動了一個刻線寬度的數(shù)量級，即移動了c·d·sinα。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，第一次和第二次濺入二氧化硅均在真空下完成。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，第一次和第二次去除基底上的光刻膠均在冷卻之后。

作為本發(fā)明的進一步技術(shù)方案，步驟1中制備的二氧化硅基底為圓形。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、對機械裝置需求下降，這種新型的基于紫外光刻技術(shù)的光柵制作方法，只需要在最后切割步驟需要用到一般機械切割裝置，而不需要在生產(chǎn)光柵條紋時使用高精度切割設(shè)備，降低了對機械裝置的要求；

2、光柵成品質(zhì)量高，相比復制光柵，這種方法制作的光柵全部都是原刻光柵，能極大程度上提高光柵成品的質(zhì)量，保證產(chǎn)品的分辨率；

3、單次生產(chǎn)產(chǎn)量高，現(xiàn)有的所有光柵加工方法都是同一臺設(shè)備只能對一片較小的光柵進行加工，復制法中，一塊原刻光柵一次只能生產(chǎn)一片復制光柵；機械刻劃加工出來的光柵大小受到嚴格控制，基于紫外光刻技術(shù)的方法可以一次生產(chǎn)大型的光柵片，再通過切割獲得大量光柵，從而提高整體產(chǎn)量；全息照相刻劃雖然能生產(chǎn)大型光柵，但對技術(shù)要求特別高；

4、生產(chǎn)周期短，除了復制光柵之外，其余傳統(tǒng)的光柵制作方法一次只能刻劃一條刻線，因此需要花費很長的時間來生產(chǎn)少量光柵，整體時間成本高。除而基于紫外光刻技術(shù)的光柵制作方法在兩次光刻、濺入之后就可以生產(chǎn)出所有的刻線，大大提高了生產(chǎn)效率；

5、光柵分辨率高，有光柵制作方法中，機械刻劃和光電刻劃的刻線最多為1000條/mm，全息照相技術(shù)的刻線大約為4000/mm，也就是說現(xiàn)有的光柵制作方法單條刻線最窄大約為250nm，基于紫外光刻的光柵制作方法則可以達到180nm甚至更低；

6、可以制作很薄的光柵：由于傳統(tǒng)的機械刻劃和光電刻劃加工時對光柵片的壓力會非常大，如果基底過薄，加工過程中很容易損壞未成的光柵，而基于紫外光刻技術(shù)的光柵制作方法對基底幾乎沒有壓力或者直接的破壞，因此可以加工出很薄的光柵；

7、生產(chǎn)成本低：隨著光刻工藝的進步，光刻的成本也越來越低，現(xiàn)有的成熟工藝已經(jīng)達到了40nm和28nm，而光柵制作只需要亞微米級別的光刻，因此生產(chǎn)成本不高。

附圖說明

圖1是整個光柵的截面圖。

圖2是單個楔形反射式面的截面圖。

圖3是最開始涂上光刻膠時的截面圖。

圖4是第一次紫外光刻時的截面圖。

圖5是第一次紫外光刻后的截面圖。

圖6是第一次濺入二氧化硅時的截面圖。

圖7是第一次濺入二氧化硅后的截面圖。

圖8是第二次涂上光刻膠時的截面圖。

圖9是第二次紫外光刻時的截面圖。

圖10時第二次紫外光刻后的截面圖。

圖11是第二次濺入二氧化硅時的截面圖。

圖12是第二次濺入二氧化硅后的截面圖。

圖13是表面鍍銀之后的截面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

本發(fā)明的基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵制作方法是一種新型、高效、高精度、高分辨率的反射式光柵制作方法。該光柵以二氧化硅為基底，在基底上設(shè)有多個平行的楔形反射面，整個光柵表面鍍銀，以提高反射效果。這種光柵制作方法應(yīng)用傾斜光刻和濺入二氧化硅來制作楔形反射面，因此不依賴高精度刻劃設(shè)備；通過紫外光刻的方式同時刻劃多條刻線，能極大地縮小生產(chǎn)周期；而且這種制備方法可以制作寬度為180nm以下的刻線，因此生產(chǎn)出來的光柵分辨率非常高；這種制作方法還能生產(chǎn)任意尺寸的光柵，再通過切割獲得成片光柵，從而提高整體產(chǎn)量。

本發(fā)明制作的反射式光柵包括二氧化硅基底以及在基底上設(shè)置的n個楔形光柵單元，如圖1所示，順序?qū)πㄐ喂鈻艈卧幪枮?,2,…,n。如圖2所示，單個楔形光柵單元的反射式面寬度為a、光柵常量為d、傾角為β、頂點距基底高為m、頂點到基底垂線的垂點到傾角頂點的距離為b。

基于紫外光刻技術(shù)的如圖1所示的反射式光柵的制作方法為：

1)準備二氧化硅基底：類似單晶硅晶圓制作方法，不過材料采用的是二氧化硅,基底要求表面平整，純凈度高，最好是圓形片，這樣涂光刻膠的時候能更為均勻。

2)如圖3所示，在生產(chǎn)好的二氧化硅基底上均勻涂上厚度為m的光刻膠，m為光柵高度。

3)第一次光刻：如圖4所示，將涂膠后的二氧化硅基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進行紫外光刻，掩模版上透光區(qū)和遮光區(qū)寬度均為c·d·sinα,d為光柵常量，c為紫外圖案經(jīng)過透鏡后的縮小倍數(shù)，光刻結(jié)束的基底截面如圖5所示。

4)第一次濺入二氧化硅：如圖6所示，將第一次光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在真空中向凹槽內(nèi)濺入二氧化硅，濺入的二氧化硅在重力作用下將形成楔形反射式面。

5)冷卻后去膠，制成編號為奇數(shù)的所有楔形光柵單元，此時基底的截面如圖7所示。

6)如圖8所示，對5)中的基底再一次涂上厚度為m的光刻膠。

7)第二次光刻：如圖9所示，將基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進行紫外光刻。此時相比于3)中的第一次光刻，掩模版在刻線的垂直方向移動一個刻線寬度的數(shù)量級，即移動c·d·sinα，光刻結(jié)束后的截面如圖10所示。

8)第二次濺入二氧化硅：如圖11所示，將第二次光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在真空中向凹槽內(nèi)濺入二氧化硅，濺入的二氧化硅在重力作用下將形成楔形反射式面。

9)冷卻后去膠，制成編號為偶數(shù)的所有楔形光柵單元，此時基底的截面如圖12所示。

10)在刻劃好的光柵上鍍銀，如圖13所示。

11)切割成片，對成品光柵進行質(zhì)量檢測，合格的光柵直接出廠，不合格的產(chǎn)品在檢查出不合格的部分之后將進行再次切割，獲得的合格部分也可以出廠。

具有以上制作過程的加工方法即視為本發(fā)明的基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵制作方法。本發(fā)明的光柵制作過程中，主要應(yīng)用了傾斜光刻來制作楔形反射面，通過控制掩模板的大小和形狀可以制作任意尺寸的光柵器件。由于單次生產(chǎn)出來的是大型的光柵，可以通過切割獲得成片光柵，從而達到單片光柵的利益最大化。同時，紫外光刻法不會產(chǎn)生鬼線和伴線，不存在刻劃光柵刻槽的微觀不規(guī)則或者毛刺缺陷。即便在加工過程中出現(xiàn)了這些缺陷，在后面的質(zhì)量檢測中也可以將不合格片丟棄，保留合格的光柵出廠。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。