本发明涉及成像技术领域，特别涉及一种大面积金属光栅的制备方法及制备系统。
背景技术：
金属光栅的传统制备方法包括liga(lithographie,galvanoformungundabformung；光刻，电镀和铸造(工艺))、准liga、电子束光刻、离子束刻蚀及drie(deepreactiveionetching，深反应离子刻蚀)-电铸等方法。在现有技术中，制作面积超过(80～100)2mm2的光栅难度非常高，例如采用静态全息干涉会面临光栅边缘区域性能差的问题，采用电子束光刻存在加工效率低、成本昂贵的问题等等。传统方法因其效率低、光刻胶结构差等问题无法制备大面积、形貌良好的金属光栅，而为了制备大面积金属光栅采用的纳米压印加拼接等技术，又存在着拼接处难以保证精确对准等缺陷。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明实施例提供了一种大面积金属光栅的制备方法，包括步骤：
在石英基底上涂布光刻胶并烘干；
获取光刻胶光栅掩膜；
腐蚀所述石英基底上的石英，在所述石英基底上制作出石英光栅；
在所述石英光栅的沟槽的槽底制作一层电铸所需的金属种子层；
腐蚀所述光刻胶，去除所述光刻胶光栅掩膜；
将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸；
对电铸处理后的石英光栅用去离子水冲洗并吹干；
将所述石英光栅浸入腐蚀液，腐蚀掉石英，将金属光栅剥离出来。
在一些实施例中，所述获取光刻胶光栅掩膜具体为：用扫描干涉场系统在光刻胶上曝光出条纹，并显影，得到光刻胶光栅掩膜。
在一些实施例中，采用湿法刻蚀系统，以缓冲氢氟酸腐蚀石英，在基底上制作出石英光栅。
在一些实施例中，所述石英光栅的沟槽的深度是通过控制刻蚀时间来控制，和/或，所述石英光栅的沟槽的形状为矩形槽。
在一些实施例中，采用溅镀系统在石英光栅槽底制作一层电铸所需的金属种子层。
在一些实施例中，采用湿法刻蚀系统，以丙酮腐蚀所述光刻胶，去除光刻胶光栅掩膜。
在一些实施例中，通过电铸系统进行电铸，所述电铸系统包括：阳极阵列，以及与所述阳极阵列连接的滑动变阻器阵列；
所述滑动变阻器阵列包括多个滑动变阻器，所述多个滑动变阻器相互并联。
在一些实施例中，所述步骤：将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸，还包括步骤：对进行电铸的所述石英光栅的电铸厚度进行监测。
在一些实施例中，所述监测是通过监测系统进行监测，所述监测系统包括：入射激光阵列，功率计探头阵列以及功率计显示设备；
所述入射激光阵列，可发出激光，所述激光可入射至所述石英光栅；
所述功率计探头阵列，检测所述入射激光阵列发射至所述石英光栅后的衍射光的功率；
所述功率计显示设备，对所述功率计探头阵列检测的衍射光的功率进行显示。
另一方面，本发明实施例还提供了一种大面积金属光栅的制备系统。所述大面积金属光栅的制备系统包括：扫描干涉场系统，湿法刻蚀系统，溅镀系统和电铸系统；
所述扫描干涉场系统，可在光刻胶上曝光出条纹，并显影，得到光刻胶光栅掩膜；
所述湿法刻蚀系统，可对石英基底和光刻胶通过腐蚀液进行腐蚀；
所述溅镀系统，可在石英光栅槽底制作一层电铸所需的金属种子层；
所述电铸系统，可对浸入电铸液的石英光栅进行电铸。
本发明的技术效果：本发明公开的大面积金属光栅的制备方法，通过在石英基底上涂布光刻胶并烘干；获取光刻胶光栅掩膜；制作出石英光栅；将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸；对电铸处理后的石英光栅用去离子水冲洗并吹干；将所述石英光栅浸入腐蚀液，腐蚀掉石英，将金属光栅剥离出来等步骤，可以从石英光栅上分离出大面积的金属光栅，能够实现大面积金属光栅的制作。本发明公开的大面积金属光栅的制备系统，通过采用扫描干涉场系统和湿法刻蚀系统，能够实现大面积石英光栅的制作，通过采用扫描干涉场系统对基底上涂布的光刻胶进行曝光，相比于静态曝光方式可以制备更大尺寸的光栅。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的一种大面积金属光栅的制备方法流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的一种大面积金属光栅的制备系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
扫描干涉场曝光技术是一种通过将干涉场条纹扫描到光刻胶上从而实现曝光的方法，解决了静态干涉场曝光中基底尺寸受制于透镜口径的问题。扫描干涉场曝光从理论上可知工作台运动范围有多大，能够曝光的基底尺寸就有多大。在线监测是在光栅的曝光、显影、刻蚀过程中，采用测量衍射效率的方法探知光刻胶或光栅形貌结构的实时变化，从而能够精确地在某一特定时刻结束曝光、显影、刻蚀，得到所需结构的光栅。在进行电铸时，随着金属在石英沟槽中不断沉积，沟槽的深度逐渐变小，光栅的衍射效率随着沟槽深度的减小会呈现周期性变化，因而可以利用在线监测的方法实时探知光栅上不同部分金属电沉积的速率，结合电铸电流的调控就能够实现大面积金属光栅的均匀电铸。
大面积金属光栅，一般可指面积超过(80～100)2mm2的金属光栅。在发明人所了解的现有技术中，制作面积超过(80～100)2mm2的光栅难度非常高的，例如采用静态全息干涉会面临光栅边缘区域性能差的问题，采用电子束光刻虽然能保证整个光栅区域性能良好，但存在加工效率低、成本昂贵的问题等等。
参考图1所示，示意出了根据本发明一个实施例的大面积金属光栅的制备方法，本发明实施例提供的大面积金属光栅的制备方法包括步骤：
s1，在石英基底上涂布光刻胶并烘干；
s2，获取光刻胶光栅掩膜；
s3，腐蚀所述石英基底上的石英，在所述石英基底上制作出石英光栅；
s4，在所述石英光栅的沟槽的槽底制作一层电铸所需的金属种子层；
s5，腐蚀所述光刻胶，去除所述光刻胶光栅掩膜；
s6，将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸；
s7，对电铸处理后的石英光栅用去离子水冲洗并吹干；
s8，将所述石英光栅浸入腐蚀液，腐蚀掉石英，将金属光栅剥离出来。
在一些实施例中，所述步骤s2：获取光刻胶光栅掩膜，具体为：用扫描干涉场系统在光刻胶上曝光出条纹，并显影，得到光刻胶光栅掩膜。
在一些实施例中，所述步骤s3：腐蚀所述石英基底上的石英，在所述石英基底上制作出石英光栅，具体为：采用湿法刻蚀系统，以bhf(bufferedhydrofluoricacid,缓冲氢氟酸)腐蚀石英，在基底上制作出石英光栅。所述bhf的配比为：(49％hf：nh4f＝1:8)。
在一些实施例中，所述石英光栅的沟槽的深度是通过控制刻蚀时间来控制。
在一些实施例中，所述石英光栅的沟槽的形状为矩形槽。
在一些实施例中，所述步骤s4：在所述石英光栅的槽底制作一层电铸所需的金属种子层，具体为：采用溅镀系统在石英光栅槽底制作一层电铸所需的金属种子层。
在一些实施例中，所述步骤s5：腐蚀所述光刻胶，去除所述光刻胶光栅掩膜，具体为：采用湿法刻蚀系统，以丙酮腐蚀所述光刻胶，去除光刻胶光栅掩膜。去除光刻胶光栅掩膜同时一并去除光刻胶光栅脊顶的金属。
在一些实施例中，所述石英基底尺寸不大于1.5m×0.5m。
在一些实施例中，所述步骤s6：将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸，是通过电铸系统进行，所述电铸系统包括：阳极阵列，以及与所述阳极阵列连接的滑动变阻器阵列；
所述滑动变阻器阵列包括多个滑动变阻器，所述多个滑动变阻器相互并联。
在一些实施例中，所述步骤s6：将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸，还包括步骤：对进行电铸的所述石英光栅的电铸厚度进行监测。
在一些实施例中，所述监测是通过监测系统进行监测，所述监测系统包括：入射激光阵列，功率计探头阵列以及功率计显示设备；
所述入射激光阵列，可发出激光，所述激光可入射至所述石英光栅；
所述功率计探头阵列，检测所述入射激光阵列发射至所述石英光栅后的衍射光的功率；
所述功率计显示设备，对所述功率计探头阵列检测的衍射光的功率进行显示。
步骤s6：将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸，还包括步骤：对进行电铸的所述石英光栅的电铸厚度进行监测，具体可为：将槽底有种子层的光栅浸入电铸液，与阳极阵列平行放置；开启入射激光阵列，以相同角度入射到光栅上分布均匀的多个采样点，对衍射出的1级光采用多个功率计探测；开启电铸系统电源进行电铸，通过观察功率计显示设备上显示的各个功率计探头阵列上波形变化情况，根据波形实时调节对应区域的子阳极电流大小，保证所有功率计上波形变化一致。
在一些实施例中，所述入射激光阵列中，在在线监测所用的激光能量相同。
在一些实施例中，对石英光栅进行腐蚀的溶液与电铸金属不发生反应。
如图2所示，本发明实施例提供了一种大面积金属光栅的制备系统1000，包括：扫描干涉场系统100，湿法刻蚀系统200，溅镀系统300，电铸系统400；
所述扫描干涉场系统100，可在光刻胶上曝光出条纹，并显影，得到光刻胶光栅掩膜；
所述湿法刻蚀系统200，可对石英基底和光刻胶通过腐蚀液进行腐蚀；
所述溅镀系统300，可在石英光栅槽底制作一层电铸所需的金属种子层；
所述电铸系统400，可对浸入电铸液的石英光栅进行电铸，所述电铸系统400包括：阳极阵列2，以及与所述阳极阵列2连接的滑动变阻器阵列13-16，所述滑动变阻器阵列13-16包括多个滑动变阻器，所述多个滑动变阻器相互并联。
如图2所示，涂布光刻胶的大面积石英基底102放置于扫描干涉场系统100的xy气浮工作台101上并固定。曝光光束在基底上干涉形成条纹(图中虚线圆圈)，随着工作台在y方向和x方向的行进，干涉场逐渐在整块石英基底102上曝光出条纹。通过相位匹配系统控制x方向的进动距离，以保证曝光能量在基底上均匀分布。
在一些实施例中，所述电铸系统400还包括监测系统，所述监测系统可对进行电铸的所述石英光栅的电铸厚度进行监测，所述监测系统包括：入射激光阵列3，功率计探头阵列5-8以及功率计显示设备9-12；
所述入射激光阵列3，可发出激光，所述激光可入射至所述石英光栅；
所述功率计探头阵列5-8，检测所述入射激光阵列3发射至所述石英光栅后的衍射光的功率；
所述功率计显示设备9-12，对所述功率计探头阵列5-8检测的衍射光的功率进行显示。
本发明的技术效果：本发明公开的大面积金属光栅的制备方法，通过在石英基底上涂布光刻胶并烘干；获取光刻胶光栅掩膜；制作出石英光栅；将所述槽底设置有所述金属种子层的石英光栅浸入电铸液进行电铸；对电铸处理后的石英光栅用去离子水冲洗并吹干；将所述石英光栅浸入腐蚀液，腐蚀掉石英，将金属光栅剥离出来等步骤，可以从石英光栅上分离出大面积的金属光栅，能够实现大面积金属光栅的制作。
本发明公开的大面积金属光栅的制备方法，利用扫描干涉场系统在涂布光刻胶的大面积石英基底上进行曝光，经显影后进行湿法刻蚀，制备出大面积石英光栅。采用溅镀系统在光栅沟槽底部制备一层种子层。由于光栅面积较大，在进行电铸时若采用整体连续的阳极，电场会出现分布不均的情况，因而本发明提出采用阵列式阳极，阵列中每一个子阳极都可单独调控。采用在线监测的方法测量电铸时光栅上多个采样点的效率变化，通过效率变化情况推算出此处电铸厚度，并通过调节对应子阳极电流大小的方法从整体上保证各个采样点的电铸速率相同，从而实现大面积均镀。电铸完成后腐蚀掉石英，从石英光栅上分离出大面积金属光栅。本发明采用扫描干涉场系统和湿法刻蚀系统，能够实现大面积石英光栅的制作；本发明实施例采用扫描干涉场系统对基底上涂布的光刻胶进行曝光，相比于静态曝光方式可以制备更大尺寸的光栅。采用在线监测系统，可以实现大面积金属光栅的均匀电铸，采用在线监测衍射效率的方法实时测量电铸金属的厚度，相比于计时的方法可以更精确地控制金属光栅高度，采用多点在线监测并进行反馈控制，使得电铸得到的金属光栅均匀性更好，采用在石英光栅沟槽内电铸金属的方法，得到的金属光栅形貌结构更好。
下面结合具体的实施例对本发明提供的大面积金属光栅的制备系统1000进行详细的说明。
实施例1：
参考图2所示，示意出了根据本发明一个实施例的大面积金属光栅的制备系统1000。本发明实施例提供的大面积金属光栅的制备系统1000包括：扫描干涉场系统100，湿法刻蚀系统200，溅镀系统300，电铸系统400；
所述扫描干涉场系统100，可在光刻胶上曝光出条纹，并显影，得到光刻胶光栅掩膜；所述溅镀系统300，可在石英光栅槽底制作一层电铸所需的金属种子层；所述电铸系统400，可对浸入电铸液的石英光栅进行电铸，所述电铸系统400包括：阳极阵列2，以及与所述阳极阵列2连接的滑动变阻器阵列13-16，所述滑动变阻器阵列13-16包括多个滑动变阻器，所述多个滑动变阻器相互并联。
所述电铸系统400还包括监测系统，所述监测系统可对进行电铸的所述石英光栅的电铸厚度进行监测，所述监测系统包括：入射激光阵列3，功率计探头阵列5-8以及功率计显示设备9-12；
所述入射激光阵列3，可发出激光，所述激光可入射至所述石英光栅；
所述功率计探头阵列5-8，检测所述入射激光阵列3发射至所述石英光栅后的衍射光的功率；
所述功率计显示设备9-12，对所述功率计探头阵列5-8检测的衍射光的功率进行显示。
如图2所示，涂布光刻胶的大面积石英基底102放置于扫描干涉场系统100的xy气浮工作台101上并固定。曝光光束在石英基底102上干涉形成条纹(图中虚线圆圈)，随着工作台在y方向和x方向的行进，干涉场逐渐在整块基底上曝光出条纹。通过相位匹配系统控制x方向的进动距离，以保证曝光能量在石英基底102上均匀分布。
曝光完成后需要进行显影，例如采用3‰naoh溶液进行显影。
在湿法刻蚀系统200中采用湿法刻蚀制作大面积石英光栅，例如采用bhf(49％hf：nh4f＝1:8)溶液，于20℃下对基底进行刻蚀，通过控制刻蚀时间来控制石英光栅沟槽的深度。
在石英光栅槽底制作金属种子层，例如通过溅镀系统300的垂直溅镀将待铸金属原子沉积到槽底。由于垂直溅镀会使光栅脊顶也沉积上金属，因而溅镀完成后，应去除残留的光刻胶掩膜，例如采用丙酮浸泡。这样光刻胶上的金属也被一并去除了。
将制作好种子层的大面积石英光栅浸入电铸系统400的电铸槽中，电铸前，石英光栅1与阳极阵列2应平行放置。入射激光阵列3可发出4束能量相同的激光以相同角度入射到石英光栅1的4个区域，其1级衍射光分别被功率计探头阵列5-8接收。打开总电源4的开关，开始进行电铸。此时功率计探头阵列5-8上会同时接收到随电铸厚度的增加逐渐变化的信号波形并在功率计显示设备9-12上进行显示。可根据波形变化的快慢调节对应的滑动变阻器，改变子阳极的电流，从而控制对应区域电铸的速率。
电铸完成后，取出基底，用去离子水冲洗干净并吹干。将基底浸入腐蚀石英的腐蚀液，例如bhf(49％hf：nh4f＝1:8)溶液，腐蚀掉石英后仔细地将金属光栅剥离出来，即可得到大面积、形貌均匀良好的金属光栅。
本领域内的技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。