一種製作凸面雙閃耀光柵的方法

2023-10-08 06:07:19

專利名稱：一種製作凸面雙閃耀光柵的方法
技術領域：
本發明涉及一種衍射光學元件的製備方法，具體涉及一種凸面雙閃耀光柵的製備方法。
背景技術：
光柵是一種應用非常廣泛而重要的一種高解析度的色散光學元件，在現代光學儀器中佔有相當重要的地位。1995年，義大利Galileo Avioniea公司用凸面光柵代替Offner 中繼光學系統中的凸面反射鏡，研製出了世界上第一臺凸面光柵超光譜成像儀系統，此後， 凸面光柵成為了成像光譜儀的核心器件。眾所周知，單個柵縫衍射主極大方向實際上既是光線的幾何光學傳播方向，也是整個多縫光柵的零級方向，它集中著光能，而又不能把各種波長分開，而實際應用中則偏重 於將儘可能多的光能集中在某一特定的級次上。為此需要將衍射光柵刻製成具有經過計算 確定的槽形，使單個柵槽衍射的主極大方向(或光線幾何光學傳播方向)與整個光柵預定 的衍射級次方向一致，這樣可使大部分光能量集中在預定的衍射級次上。從這個方向探測 時，光譜的強度最大，這種現象稱為閃耀，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點，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，出現了雙閃耀光柵產品，以實現寬波段內，均有較高 的、均勻的衍射效率。凸面雙閃耀光柵由於具有寬波段的高效率優勢，非常適宜於成像光譜 儀應用，具有非常廣闊的市場前景。現有技術中，閃耀光柵的主要製作方法有以下幾類A.機械刻劃機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製作。然而，機械刻劃光柵會產生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，嚴重 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製作閃耀光柵的方法源於20世紀60-70年代。 Sheriden發明了駐波法，通過調整基片與曝光幹涉場之間的角度，在光刻膠內形成傾斜的 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，依次採用基波條紋、一次諧波條紋等進行多 次曝光，經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用十分廣泛的微細加工技術，它通過離子束對材料濺射作用達到去除材料和成形的目的，具有解析度高、定向性好等優點。全息離子束刻蝕閃耀光柵的一般製作工藝如附圖1所示。首先在石英玻璃基底表面塗布光刻膠，經過全息曝光、顯影、定影等處理後，基底上形成表面浮雕光刻膠光柵掩模， 再以此為光柵掩膜，進行Ar離子束刻蝕。利用掩模對離子束的遮擋效果，使基底的不同位 置先後被刻蝕，光刻膠光柵掩模刻盡後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，粗糙度低等優點，在工程中得到了廣泛應用。D.電子束直寫這種方法本質上是一種二元光學方法，將光柵閃耀面用若干個臺階近似，電子束 以臺階寬度為步長進行掃描曝光，根據每個臺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，臺階劃分的越細，就越接近於理想的鋸齒形。然而，由於電子束直寫是逐步掃描的，若要製作面積比較大的光柵，要花費很長的 時間和很高的成本，此外由於目前電子束一次直寫區域的尺寸通常不過幾毫米，大面積加 工時存在相鄰區域間的接縫誤差(Stitching error)，其對衍射效率的影響還需要評估。因 此該方法適合於為一些小型的原理性實驗提供光柵。當製作雙閃耀光柵時，需要在相鄰的區域形成兩個不同閃耀角的光柵，並且這兩 個區域的光柵周期必須一致。在上述方法中，機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 以相對容易地實現雙閃耀光柵結構。然而，正如前面所述，採用機械刻劃法製作閃耀光柵 時，會產生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，而採用電子束直寫法，製作時間長，成本高，不 適用於大面積加工。而對於全息離子束刻蝕法，由於閃耀角是依賴光柵掩模槽形的，故在實 現雙閃耀光柵結構時存在較大的困難。而且在製作凸面閃耀光柵時，上述方法均還需要考慮凸面的影響。一般地，機械刻 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，可以實現雙閃耀光柵結構。對 於全息離子束刻蝕法，由於閃耀角是依賴光柵掩模槽形的，故在凸面基片上實現雙閃耀光 柵結構時困難更大。因此，有必要尋求一種新的製備凸面雙閃耀光柵的方法，解決上述問題。

發明內容
本發明目的是提供一種製作凸面雙閃耀光柵的方法，以精確地實現閃耀角的控 制，提高其衍射效率。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種製作凸面雙閃耀光柵的方法，所 述凸面雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，凸面雙閃耀光柵分為兩個區， 對應A閃耀角的為A光柵區，對應B閃耀角的為B光柵區，所述凸面雙閃耀光柵為凸球面光 柵，製作方法包括下列步驟(1)在凸面基片上塗布光刻膠，光刻膠的厚度根據A閃耀角確定；(2)進行第一次幹涉光刻，製作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(3)遮擋B光柵區，對於A光柵區的光柵掩模，進行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用 光刻膠光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先後被刻蝕，形成三角形的 閃耀光柵槽形；之後清洗基片，保留下已刻蝕完的閃耀光柵槽形；(4)在凸面基片上重新塗布光刻膠，光刻膠的厚度根據B閃耀角確定；(5)將B光柵區進行遮擋，利用已製備完成的A光柵區，採用光學莫爾條紋法進行莫爾條紋對準，使得兩次幹涉光刻產生的光柵周期相一致，然後去除遮擋，進行第二次幹涉 光刻，製作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(6)遮擋A光柵區，對於B光柵區的光柵掩模，進行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B 光柵區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 設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 向的角度等於對應刻蝕光柵閃耀角的Ar離子束入射角，以凸面基片的球心為轉動中心，使 凸面基片相對於入射離子束及球面掩模轉動，實現掃描刻蝕。上述技術方案中，對應刻蝕光柵閃耀角的Ar離子束入射角又稱為Ar離子束傾斜 角，是指在刻蝕對應某一閃耀角的平面閃耀光柵時，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。這裡給出閃耀角0 s與槽形和離 子束入射角9 (即離子束傾斜角)的經驗公式，es a-3° ； a + e =90°，式中的a是 離子束與光柵平面的夾角。上述技術方案步驟(5)中，莫爾條紋對準的原理是利用莫爾條紋的性質，即如果 兩個光柵之一移動，則等差條紋發生移動，當相對移動一個條紋的間距時，等差條紋就移動 一個條紋間距。莫爾條紋的疏密(條紋間距d)與兩光柵之間的夾角S相對應，參見附圖 4所示。利用光學莫爾條紋來實現對準的過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次幹涉曝光時，先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光部分 用黑板進行遮擋，用原兩束幹涉光對A光柵照明，此時可以觀察到參考光柵與記錄光場之 間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據零條紋產生時的兩種情況，當零條紋 最亮時，此時幹涉光場是與第一次記錄時的幹涉光場的位相差為零(即此時幹涉光場條紋 與第一次幹涉條紋重合或平移A)；當零條紋最暗時，此時幹涉光場是與第一次記錄時的 幹涉光場的位相差為n。利用位相控制系統調節幹涉光路，控制莫爾條紋的位相，使參考光 柵再現的莫爾條紋信息為零條紋最亮。c.將遮擋B光柵區的黑板撤掉，對B光柵區進行曝光，完成第二次幹涉光刻。在步驟⑴和⑷中光刻膠的厚度是與閃耀角相關的，在製作普通的閃耀光柵時， 也需要進行確定。上述技術方案中，步驟(2)中通過幹涉光刻所製作的光柵結構的周期(A)為 0. 5 5. 5微米；佔寬比為0. 35 0. 65。步驟(5)中通過幹涉光刻所製作的光柵結構的周期(A)為0. 5 5. 5微米；佔寬 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為，離子能量380 520eV，離 子束流70 11011^，加速電壓250 30(^，工作壓強2.0\10^^，刻蝕角度55° 85°。由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點1.本發明採用兩次幹涉曝光、兩次離子束刻蝕法，實現了凸面雙閃耀光柵的製作， 該方法充分利用了幹涉光刻的高解析度和離子束刻蝕的各向異性，相比已有的製作方法，能夠精確地分別控制兩個閃耀角。2.本發明利用球面掩模，使凸面基片相對於入射離子束及球面掩模轉動，實現掃 描刻蝕，從而解決了直接採用離子束刻蝕難以實現凸面閃耀光柵製作的問題。3.本發明利用光學莫爾條紋法進行莫爾條紋對準，保證了兩個不同閃耀角的光柵 區之間的光柵周期和取向的一致性。


圖1是現有技術中採用全息離子束刻蝕製作閃耀光柵的工藝示意圖；圖2是採用全息離子束刻蝕製作凸面閃耀光柵的工藝示意圖；圖3是轉動掃描刻蝕的工藝示意圖；圖4是莫爾條紋與光柵間夾角關係的示意圖；圖5是實施例一中光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角的關係示意圖；圖6是本發明實施例中採用的光學系統示意圖；圖7是實施例二中光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角的關係示意圖；圖8是實施例三中光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角的關係示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述實施例一製作光柵周期為5微米，兩個閃耀角分別是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，採用兩次幹涉曝光、兩次離 子束刻蝕法實現。採用全息離子束刻蝕製作凸面閃耀光柵的工藝參見附圖2所示。本實施例中，凸面雙閃耀光柵的製作包括以下步驟(矩形光刻膠光柵掩模)(1)在凸面基片上塗布光刻膠，根據需要製作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (A)為5微米，兩個閃耀角分別是4°和8°。根據閃耀角es與槽形和離子束入射角的經 驗公式，formula see original document page 6
參見附圖5所示，由圖5中的光柵掩模參數和離子束入射角0，我們可以得到formula see original document page 6
可見不同的閃耀角時，要求光刻膠光柵掩模參數也相應不同。當光柵周期A和佔 寬比a/A —定時，要獲得不同的閃耀角，就需要改變光柵掩模的厚度d。採用矩形光刻膠光柵為例，首先製作4°閃耀角(A閃耀角)光柵，一般地，佔寬比
formula see original document page 6由公式formula see original document page 6的可得光柵掩模的槽深⑷是307納米。故
這裡塗布310納米厚的光刻膠。(2)進行第一次幹涉光刻，製作符合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；佔寬比(f)約為0.5，槽深(d)約為307納米。(3)對於整個光柵掩模的一半(A光柵區)，通過設置轉動支架的轉動半徑為80毫 米，球形掩模中心與離子束入射方向的角度為83度，轉動掃描實現傾斜Ar離子束刻蝕，利 用光刻膠光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先後被刻蝕，以形成三角形的閃耀光柵槽形；這裡離子束入射角e =90° -a =83°，採用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2. OX 10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好 刻完為最佳。之後清洗基片，在A光柵區得到刻蝕完成的4°閃耀角閃耀光柵，基片的另一 半(即B光柵區)由於沒有被刻蝕，故清洗後依然還是基片。轉動掃描刻蝕的示意圖參見 附圖3，離子束入射角0確定之後，通過固定0角(實際就是固定球面掩模)，再以球心為 軸進行轉動刻蝕。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)根據另一個閃耀角(即B閃耀角)，依照步驟(1)中的方法，確定8度閃耀角 時，光柵掩模的槽深(d)是486納米。故這裡塗布490納米厚的光刻膠。(5)將B光柵區進行遮擋，利用已有的A光柵區，進行莫爾條紋對準，使得兩次幹涉 曝光產生的光柵周期相一致，然後去除遮光，進行第二次幹涉光刻(A光柵區可以不遮擋)， 製作符合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；佔寬比(f) 約為0. 5，槽深(d)約為486納米。(6)再通過轉動掃描實現傾斜Ar離子束刻蝕，將B光柵區刻蝕形成三角形的閃耀 光柵槽形，這裡離子束入射角0 =90° -a =79°，採用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2. 0X10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。(7)清洗基片，在B光柵區得到刻蝕完成的8°閃耀角閃耀光柵，A光柵區由於沒 有被刻蝕，故清洗後依然還是4°閃耀角閃耀光柵，故得到了全息雙閃耀光柵。參見附圖6，為本實施例中採用的光學系統示意圖。入射雷射被分束鏡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表面形成幹涉條紋。石英基材13表面可以劃分為A光柵區14和B光柵 區15，A光柵區14在幹涉光束的照射下形成莫爾條紋16，用於實現石英基材13的定位。其 中，第一反射鏡11被安裝於微位移器件17上，由位相控制系統控制實現對光程差的調節， 從而實現A光柵區與B光柵區之間位相差的調節。本實施例中，利用參考光柵的光學莫爾條紋來實現A光柵區與B光柵區之間的對 準過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次幹涉曝光時，我們先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板進行遮擋，用原兩束幹涉光對A光柵照明，此時可以觀察到參考光柵與記錄光 場之間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據零條紋產生時的兩種情況，當零 條紋最亮時，此時幹涉光場是與第一次記錄時的幹涉光場的位相差為零(即此時幹涉光場 條紋與第一次幹涉條紋重合或平移A)；當零條紋最暗時，此時幹涉光場是與第一次記錄 時的幹涉光場的位相差為n。利用位相控制系統控制莫爾條紋的位相，使參考光柵再現的 莫爾條紋信息為零條紋最亮。其中位相控制系統是通過控制圖6中反射鏡11的前後位置， 實現光程調節，達到位相控制的目的。c.將遮擋B光柵區的黑板撤掉，對B光柵區進行曝光，完成第二次幹涉光刻。實施例二 本實施例製作的凸面雙閃耀光柵光柵周期為1000納米，兩個閃耀角分 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，採用兩次幹涉曝光、兩次離子束刻蝕法實現，包括以下步驟(三角形光刻膠光柵掩模，參見附圖7所示)(1)在石英基片上塗布光刻膠，根據需要製作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (A)為looo納米，兩個閃耀角分別是10°和25°。根據閃耀角es與槽形和離子束入射 角的經驗公式，9 s a-3°。採用三角形光刻膠光柵為例，首先製作10°閃耀角(A閃耀角)光柵，一般的佔寬
formula see original document page 8由公式s A —a 5V "可得光柵掩模的槽深(d)是173納米。
故這裡塗布180納米厚的光刻膠。(2)進行第一次幹涉光刻，製作符合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；佔寬比(f)約為0.5，槽深(d)約為173納米。(3)對於整個光柵掩模的一半(A光柵區)，通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用光 刻膠光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先後被刻蝕，以形成三角形的 閃耀光柵槽形；離子束入射角0 =90° -a =77°，採用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2. 0 X 10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。 之後清洗基片，在A光柵區得到刻蝕完成的10°閃耀角閃耀光柵，基片的另一半(即B光柵 區)由於沒有被刻蝕，故清洗後依然還是基片。(4)根據另一個閃耀角(即B閃耀角)，依照步驟⑴中的方法，確定25°閃耀角 時，光柵掩模的槽深(d)是398納米。故塗布400納米厚的光刻膠。(5)將B光柵區進行遮擋，利用已有的A光柵區，進行莫爾條紋對準，使得兩次幹涉 曝光產生的光柵周期相一致，然後去除遮光，進行第二次幹涉光刻(A光柵區可以不遮擋)， 製作符合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；佔寬比 (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光柵區刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形， 這裡離子束入射角9 =90° -a =62°，採用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2. OX 10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。(7)清洗基片，在B光柵區得到刻蝕完成的25°閃耀角閃耀光柵，A光柵區由於沒 有被刻蝕，故清洗後依然還是10°閃耀角閃耀光柵，由此得到全息雙閃耀光柵。參見附圖6，為本實施例中採用的光學系統示意圖。入射雷射被分束鏡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表面形成幹涉條紋。石英基材13表面可以劃分為A光柵區14和B光柵 區15，A光柵區14在幹涉光束的照射下形成莫爾條紋16，用於實現石英基材13的定位。其 中，第一反射鏡11被安裝於微位移器件17上，由位相控制系統控制實現對光程差的調節， 從而實現A光柵區與B光柵區之間位相差的調節。本實施例中，利用參考光柵的光學莫爾條紋來實現A光柵區與B光柵區之間的對 準過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次幹涉曝光時，我們先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板進行遮擋，用原兩束幹涉光對A光柵照明，此時可以觀察到參考光柵與記錄光場之間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據零條紋產生時的兩種情況，當零 條紋最亮時，此時幹涉光場是與第一次記錄時的幹涉光場的位相差為零(即此時幹涉光場 條紋與第一次幹涉條紋重合或平移A)；當零條紋最暗時，此時幹涉光場是與第一次記錄 時的幹涉光場的位相差為n。利用位相控制系統控制莫爾條紋的位相，使參考光柵再現的 莫爾條紋信息為零條紋最亮。其中位相控制系統是通過控制圖6中反射鏡11的前後位置， 實現光程調節，達到位相控制的目的。c.將遮擋B光柵區的黑板撤掉，對B光柵區進行曝光，完成第二次幹涉光刻。實施例三製作光柵周期為1000納米，兩個閃耀角分別是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，採用兩次幹涉曝光、 兩次離子束刻蝕法實現，包括以下步驟(正弦形光刻膠光柵掩模，參見附圖8所示)(1)在石英基片上塗布光刻膠，根據需要製作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (A)為1000納米，兩個閃耀角分別是12°和25°。根據閃耀角es與槽形和離子束入射 角的經驗公式，e s a-3°。採用正弦形光刻膠光柵為例，首先製作12°閃耀角(A閃耀角)光柵，該光柵的佔 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，且A/2 <x0< (3/4) A。通過計算可得到織《 = f = L365i可得光柵掩
模的槽深(d)是196納米。故這裡塗布200納米厚的光刻膠。(2)進行第一次幹涉光刻，製作符合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；佔寬比(f)約為0.5，槽深(d)約為196納米。(3)對於整個光柵掩模的一半(A光柵區)，通過傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用光 刻膠光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先後被刻蝕，以形成三角形的 閃耀光柵槽形；這裡離子束入射角e =90° -a =75°，採用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2. 0 X 10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完 為最佳。之後清洗基片，在A光柵區得到刻蝕完成的12°閃耀角閃耀光柵，基片的另一半 (即B光柵區)由於沒有被刻蝕，故清洗後依然還是基片。(4)根據另一個閃耀角(即B閃耀角)，依照步驟(1)中的方法，確定25°閃耀角 時，光柵掩模的槽深(d)是389納米。故這裡塗布400納米厚的光刻膠。(5)將B光柵區進行遮擋，利用已有的A光柵區，進行莫爾條紋對準，使得兩次幹涉 曝光產生的光柵周期相一致，然後去除遮光，進行第二次幹涉光刻(A光柵區可以不遮擋)， 製作符合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光柵區刻蝕形成三角形的閃耀光柵槽形， 這裡離子束入射角9 =90° -a =62°，採用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2. OX 10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。(7)清洗基片，在B光柵區得到刻蝕完成的25°閃耀角閃耀光柵，A光柵區由於沒 有被刻蝕，故清洗後依然還是12°閃耀角閃耀光柵，故得到了全息雙閃耀光柵。參見附圖6，為本實施例中採用的光學系統示意圖。入射雷射被分束鏡10分為兩 束，分別由第一反射鏡11和第二反射鏡21反射，分別經第一透鏡12和第二透鏡22在被製作的石英基材13表面形成幹涉條紋。石英基材13表面可以劃分為A光柵區14和B光柵 區15，A光柵區14在幹涉光束的照射下形成莫爾條紋16，用於實現石英基材13的定位。其 中，第一反射鏡11被安裝於微位移器件17上，由位相控制系統控制實現對光程差的調節， 從而實現A光柵區與B光柵區之間位相差的調節。本實施例中，利用參考光柵的光學莫爾條紋來實現A光柵區與B光柵區之間的對 準過程如下a.利用A閃耀角閃耀光柵作為參考光柵。b.到第二次幹涉曝光時，我們先把整塊基片裝到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板進行遮擋，用原兩束幹涉光對A光柵照明，此時可以觀察到參考光柵與記錄光 場之間形成的莫爾條紋，用CCD接收莫爾條紋的信息，根據零條紋產生時的兩種情況，當零 條紋最亮時，此時幹涉光場是與第一次記錄時的幹涉光場的位相差為零(即此時幹涉光場 條紋與第一次幹涉條紋重合或平移A)；當零條紋最暗時，此時幹涉光場是與第一次記錄 時的幹涉光場的位相差為n。利用位相控制系統控制莫爾條紋的位相，使參考光柵再現的 莫爾條紋信息為零條紋最亮。其中位相控制系統是通過控制圖6中反射鏡11的前後位置， 實現光程調節，達到位相控制的目的。c.將遮擋B光柵區的黑板撤掉，對B光柵區進行曝光，完成第二次幹涉光刻。
權利要求
一種製作凸面雙閃耀光柵的方法，所述凸面雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，凸面雙閃耀光柵分為兩個區，對應A閃耀角的為A光柵區，對應B閃耀角的為B光柵區，所述凸面雙閃耀光柵為凸球面光柵，其特徵在於，製作方法包括下列步驟(1)在凸面基片上塗布光刻膠，光刻膠的厚度根據A閃耀角確定；(2)進行第一次幹涉光刻，製作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(3)遮擋B光柵區，對於A光柵區的光柵掩模，進行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，利用光刻膠光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基底材料的不同位置先後被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；之後清洗基片，保留下已刻蝕完的閃耀光柵槽形；(4)在凸面基片上重新塗布光刻膠，光刻膠的厚度根據B閃耀角確定；(5)將B光柵區進行遮擋，利用已製備完成的A光柵區，採用光學莫爾條紋法進行莫爾條紋對準，使得兩次幹涉光刻產生的光柵周期相一致，然後去除遮擋，進行第二次幹涉光刻，製作符合B閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(6)遮擋A光柵區，對於B光柵區的光柵掩模，進行傾斜Ar離子束掃描刻蝕，將B光柵區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，在凸面基片的外側設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於對應刻蝕光柵閃耀角的Ar離子束入射角，以凸面基片的球心為轉動中心，使凸面基片相對於入射離子束及球面掩模轉動，實現掃描刻蝕。
2.根據權利要求1所述的製作凸面雙閃耀光柵的方法，其特徵在於步驟(2)中通過 幹涉光刻所製作的光柵結構的周期(A)為0. 5 5. 5微米；佔寬比為0. 35 0. 65。
3.根據權利要求1所述的製作凸面雙閃耀光柵的方法，其特徵在於步驟(5)中通過 幹涉光刻所製作的光柵結構的周期(A)為0. 5 5. 5微米；佔寬比為0. 35 0. 65。
4.根據權利要求1所述的製作全息雙閃耀光柵的方法，其特徵在於步驟(3)和(6)中 的傾斜Ar離子束掃描刻蝕的工藝參數為，離子能量380 520eV，離子束流70 110mA，加 速電壓250 300V，工作壓強2. 0Xl(T2Pa，刻蝕角度55° 85°。
全文摘要
本發明公開了一種製作凸面雙閃耀光柵的方法，其特徵在於，包括下列步驟(1)在光柵基片上塗布光刻膠；(2)進行第一次幹涉光刻，製作符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模；(3)對於A光柵區的光柵掩模，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)重新塗布光刻膠；(5)將B光柵區進行遮擋，利用已製備完成的A光柵區進行莫爾條紋對準，然後去除遮擋，進行第二次幹涉光刻，製作符合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。本發明實現了凸面雙閃耀光柵的製作，能夠精確地分別控制兩個閃耀角。
文檔編號G03F7/20GK101799569SQ20101012604
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月17日 優先權日2010年3月17日
發明者劉全, 吳建宏, 李朝明, 汪海賓, 胡祖元, 陳新榮 申請人:蘇州大學