利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法与流程

本发明涉及一种光学器件制作方法，尤其是指一种利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法。

背景技术：

衍射光学元件是基于光波的衍射理论设计的，它是指表面带有阶梯状衍射结构的光学元件。衍射光学元件的制作方法很多，最初的、标准的衍射元件制作方法是由二元模板经多次图形转印、套刻形成台阶式浮雕表面的；第二类是新兴的直写法，无须利用掩膜板，仅通过改变曝光强度直接在元件表面形成连续浮雕轮廓，主要包括激光束直写和电子束直写；第三类灰阶掩模图形转印法，所用掩膜板透射率分布是多层次的，经一次图形转印即形成连续或台阶表面结构。后来由于超精密金刚石切屑设备的发展，采用光学材料可以直接利用超精密加工技术制造高精度的衍射元件。此外，还可以利用先制作好的高精度模具压制出大批量的衍射光学元件。但是随着对衍射元件的制作精度的要求越来越高，有必要提出一种新的衍射光学元件制作方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法，旨在提高衍射光学器件的制作精度以及速率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法，包括，

步骤一、将光刻胶涂覆在透明的晶圆材料表面；

步骤二、使用多束超快激光在光刻胶表面或内部产生干涉点或条纹，在干涉点或条纹处产生光刻胶的双光子吸收、聚合、固化，形成固化图案；

步骤三、使用有机溶剂将未固化的光刻胶洗去；

步骤四、通过化学或等离子体刻蚀的方式，在晶圆材料表面加工光栅，将没有固化的光刻胶刻蚀；

步骤五、将残余的固化光刻胶洗去，得到衍射光学器件；

步骤六、通过激光或机械的切割方式对衍射光学器件进行分切，得到单个衍射光学器件。

进一步的，所述步骤二中，使用的激光的波长从深紫到远红外，脉宽小于10ps，激光光束数量为2-4束。

进一步的，所述步骤三中，使用的有机溶剂为丙酮。

进一步的，所述步骤三中，所述有机溶剂的温度加热到50摄氏度。

进一步的，所述步骤一中，透明的晶圆材料包括玻璃或塑料。

进一步的，所述步骤二中，光刻胶固化操作中使用掩膜，挡住部分干涉点或条纹而让特定的干涉点或条纹通过，配合激光机台或振镜的运动，制作出固化图案。

进一步的，所述步骤五中，将残余的固化光刻胶洗去，包括湿法去胶及干法去胶；

所述湿法去胶为通过有机溶剂或无机溶剂将固化的光刻胶去除；

所述干法去胶为利用等离子体将固化的光刻胶去除。

进一步的，所述步骤六中，机械切割方式，具体为采用金刚石刀具在样品表面沿裂片路径划线，然后施以外力将晶圆分裂成单个衍射光学器件；

所述激光切割方式，具体为利用激光光源沿裂片路径直接切断或者用激光光源划线后利用外力裂片，得到单个衍射光学器件，所述激光光源的波长从深紫外至远红外，脉宽从100fs至100ns。

本发明的有益效果在于：本发明制作的衍射光学器件的分辨率在几纳米至几百纳米之间，适用不同的精度要求，相对于常规的激光加工方式，使用该方法来加工的衍射光学器件加工速度更快；同时该方法适用于各种不同的晶圆材料，方便、高效。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构。

图1为本发明一具体实施例的利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

参阅图1，本发明的一具体实施例为：一种利用多束超快激光制作衍射光学器件的方法，包括：

s10、将光刻胶涂覆在透明的晶圆材料表面；

本步骤中，光刻胶是在光照后能具有抗蚀能力的高分子化合物，根据在显影过程中曝光区域的去除或保留可分为正性光刻胶和负性光刻度，正性光刻胶的曝光部分发生光化学反应会溶于清洗液，而未曝光部份不溶于清洗液，仍然保留在衬底上，将与掩膜上相同的图形复制到衬底上；负性光刻胶的曝光部分因交联固化而不溶于清洗液，而未曝光部分溶於清洗液，将与掩膜上相反的图形复制到衬底上，以下步骤以负性光刻胶为例进行说明。

s20、使用多束超快激光在光刻胶表面/内部产生干涉点/条纹，在干涉点/条纹处产生光刻胶的双光子吸收、聚合、固化，形成固化图案；

本步骤中，光刻胶对该波长的激光没有吸收；多束激光束在光刻胶表面和/或内部特定位置产生干涉点/条纹，进而在干涉点/条纹处产生光刻胶的双光子吸收、聚合、固化；特别地，在此过程中可使用特制的掩膜，挡住部分干涉点/条纹而让特定的干涉点/条纹通过，配合机台或振镜的运动，以实现复杂图案的制作；

s30、使用有机溶剂将未固化的光刻胶洗去；

本步骤中，清洗液体通常为有机溶剂，例如丙酮；为加快清洗过程，可选择加热到一定温度，例如50摄氏度。

s40、通过化学或等离子体刻蚀的方式，在晶圆材料表面加工光栅，将没有固化的光刻胶刻蚀；

本步骤中，常规的化学或等离子体刻蚀通常包括4个步骤：1)清洁处理；2)防蚀处理；3)刻蚀加工；4)清除防蚀层；此处主要涉及第3步刻蚀加工这一工序，通过控制腐蚀剂浓度、刻蚀温度和时间等，在样品表面完成所需的图样。

s50、将残余的固化光刻胶洗去，得到衍射光学器件；

本步骤中，这一步骤包括湿法去胶和干法去胶两种方式。其中，湿法去胶是选择合适的有机溶剂或无机溶剂将固化的光刻胶去除；干法去胶是利用等离子体将固化的光刻胶去除。

s60、通过激光或机械的切割方式对衍射光学器件进行分切，得到单个衍射光学器件。

本步骤中，机械方式分切一般采用金刚石刀具(或类似工具)在样品表面沿裂片路径划线，然后施以外力将晶圆分裂成所需的单个元器件；激光方式分切则利用合适的激光光源(波长从深紫外至远红外，脉宽从100fs至100ns)沿裂片路径直接切断或者如机械分切一样先划线后利用外力裂片。

本技术方案的技术效果在于：本发明制作的衍射光学器件的分辨率在几纳米至几百纳米之间，适用不同的精度要求，相对于常规的激光加工方式，使用该方法来加工的衍射光学器件加工速度更快；同时该方法适用于各种不同的晶圆材料，方便、高效。

在一具体实施例中，所述步骤二中，使用的激光的波长从深紫到远红外，脉宽小于10ps，激光光束数量为2-4束。

在一具体实施例中，所述步骤三中，使用的有机溶剂为丙酮。

在一具体实施例中，所述步骤三中，所述有机溶剂的温度加热到50摄氏度。

在一具体实施例中，所述步骤一中，透明的晶圆材料包括玻璃或塑料。

在一具体实施例中，所述步骤二中，光刻胶固化操作中使用掩膜，挡住部分干涉点或条纹而让特定的干涉点或条纹通过，配合激光机台或振镜的运动，制作出固化图案。

在一具体实施例中，所述步骤五中，将残余的固化光刻胶洗去，包括湿法去胶及干法去胶；

所述湿法去胶为通过有机溶剂或无机溶剂将固化的光刻胶去除；

所述干法去胶为利用等离子体将固化的光刻胶去除。

在一具体实施例中，所述步骤六中，机械切割方式，具体为采用金刚石刀具在样品表面沿裂片路径划线，然后施以外力将晶圆分裂成单个衍射光学器件；

所述激光切割方式，具体为利用激光光源沿裂片路径直接切断或者用激光光源划线后利用外力裂片，得到单个衍射光学器件，所述激光光源的波长从深紫外至远红外，脉宽从100fs至100ns。

此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。

此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。