变间距光栅掩模5和涂布了光刻胶层6的变间距 光栅基底7。激光光源1发出的激光束经过显微物镜-针孔2和准直透镜3后，被扩束成口 径约为100mm的平行光后，照射到反射镜4上，然后经过反射镜4依次反射到熔石英变间距 光栅掩模5和涂布了光刻胶层6的变间距光栅基底7上；
[0053] 步骤四、采用近场全息制作变间距光栅的装置，利用熔石英变间距光栅掩模5对 涂布了光刻胶层6的变间距光栅基底7进行近场全息曝光-显影，获得变间距光栅的光刻 胶掩模；
[0054] 步骤五、采用离子束刻蚀方法将变间距光栅的光刻胶掩模图形转移到变间距光栅 基底之上；
[0055] 步骤六、对近场全息-离子束刻蚀后的变间距光栅进行清洗，以去除离子束刻蚀 后的残余光刻胶；根据变间距光栅的工作波段，对变间距光栅蒸镀反射膜。
[0056] 下面介绍本发明的具体实施例。
[0057] 实施例1:中心周期p。为416. 6nm(中心线密度为2400线/mm)的变间距光栅的近 场全息制备方法。
[0058] 步骤1:采用波长为441. 6nm的激光器作为近场全息的曝光光源。中心周期p。为 416. 6nm(相应中心线密度为2400线/mm)。根据公式（1)计算近场全息曝光的入射角度i。 为32°。根据公式（2)计算可以复制的变间距光栅的周期变化范围为在288nm-577nm之 间。拟设计熔石英变间距光栅掩模的周期在333. 2nm-500nm之间。
[0059] 步骤2 :恪石英变间距光栅掩模的设计和制作
[0060] 设计：中心周期为416. 6nm的熔石英光栅掩模的槽形轮廓（占宽比与槽深）范围；
[0061]根据公式（1)式选定入射角i。为32°，使用基于严格耦合波算法的Gsolver软 件，改变光栅的占宽比和槽深，计算出零级和负一级衍射效率，并通过公式（4)计算出熔石 英光栅掩模的效率对比度。如图3所示，给出了周期为416. 6nm的熔石英光栅掩模的效率对 比度Cont随占宽比和槽深的变化。得出周期为416. 6nm熔石英光栅掩模对应的占宽比变 化范围：0. 37±0. 10、槽深变化范围：（335±15)nm。在此光栅槽形参数范围内占宽比和槽 深的任一组合，均可保证周期为416. 6nm的熔石英光栅掩模效率对比度Cont在0. 80-1. 00 的范围内。
[0062] 类似地，使用上述方法，分别模拟周期为500nm、458. 3nm、374. 9nm和333. 2nm的熔 石英光栅衍射效率11。和ni，入射角仍为中心周期416. 6nm的入射角32°，根据公式（3)， 各周期对应的负一级衍射角h分别为-20°、-26°、-40°和-49°。周期为500nm 熔石英光栅掩模的占宽比变化范围：〇. 33±0.07、槽深变化范围：（335±15)nm。周期为 458.3nm熔石英光栅掩模的占宽比变化范围：0.34±0.07、槽深变化范围：（335±15)nm。周 期为374.9nm熔石英光栅掩模的占宽比变化范围：0. 38±0.07、槽深变化范围：（335±15) nm。周期为333.2nm熔石英光栅掩模的占宽比变化范围：0.38±0.08、槽深变化范围： (340±10)nm。综合不同周期的熔石英光栅掩模的效率对比度Cont随槽深和占宽比的变 化，选取熔石英光栅掩模的占宽比变化范围：〇. 35±0.05、槽深（340±10)nm。在此光栅槽 形参数范围内占宽比和槽深的任一组合，均可保证周期在500nm至333. 2nm之间的熔石英 光栅掩模效率对比度Cont在0. 80-1. 00的范围内。
[0063] 制作：根据设计的熔石英变间距光栅掩模槽形结构参数，利用电子束光刻-离子 束刻蚀技术制备熔石英变间距光栅掩模。
[0064] 步骤3 :构建近场全息制作变间距光栅的装置
[0065] 该装置包括激光光源1、显微物镜-针孔2、准直透镜3、反射镜4、熔石英变间距光 栅掩模5和涂布了光刻胶层6的光栅基底7。激光光源1发出的激光束经过显微物镜-针 孔2和准直透镜3后，将入射激光扩束成口径约为100mm的平行光后，照射到反射镜4上， 然后经过反射镜4依次反射到熔石英变间距光栅掩模5和基底7上；入射激光束经熔石英 变间距光栅掩模5的零级和负一级衍射光之间干涉，在熔石英变间距光栅掩模5的后表面 附近产生与其周期空间分布相同的干涉图形。
[0066] 步骤4 :近场全息
[0067] 曝光：采用图1所示近场全息曝光实验装置，调整反射镜4,使入射平行光与熔石 英变间距光栅掩模5的法线夹角为32°，对熔石英变间距光栅掩模5和涂布了光刻胶层6 的变间距光栅基底7进行曝光，记录干涉图形。
[0068] 曝光后，取下熔石英变间距光栅掩模5与涂布了光刻胶层6的变间距光栅基底7， 将曝光了的含有光刻胶层6的变间距光栅基底7放在110°C热台上后烘4分30秒。
[0069] 显影：将后烘过且冷却至常温的变间距光栅基底7放入显影液中显影，获得变间 距光栅的光刻胶掩模。
[0070] 至此，完成近场全息变间距光刻胶掩模的制作。
[0071] 步骤5:离子束刻蚀
[0072] 将变间距光栅的光刻胶光栅掩模放入100°C的烘箱中保持1小时，利用三氟甲烷 气体离子束刻蚀变间距光栅的光刻胶掩模，将光刻胶光栅的图形转移至变间距光栅基底材 料中。实验中使用KZ400型离子源扫描离子束刻蚀。
[0073] 步骤6:镀膜
[0074] 对近场全息-离子束刻蚀后的变间距光栅进行清洗，以去除离子束刻蚀后的残余 光刻胶；将去胶后的光栅镀金膜，实验中采用LDJ-2A-F150型双离子束溅射镀膜机为光栅 基底镀膜。
【主权项】
1. 一种变间距光栅的近场全息-离子束刻蚀制备方法，其特征在于：该方法包括如下 步骤： 步骤一、根据拟制作变间距光栅的中屯、周期P。，确定近场全息曝光的激光波长λ及入 射角度i。，^者之间满足：(1) 利用近场全息可制作变间距光栅的周期period与曝光的激光波长λ和入射角i。之 间应满足下面的关系：(2) 其目的是入射激光经过烙石英变间距光栅掩模后仅有零级和负一级衍射，没有其它的 衍射级次干扰近场全息干设条纹的产生； 步骤二、烙石英变间距光栅掩模的设计和制作，光栅周期为P，烙石英光栅掩模槽形结 构的设计方法如下： 在近场全息曝光的激光波长为λ、入射角为i。、且光栅周期为P的条件下，相应负一级 衍射角i1满足方程（3)所示的关系： sini1=sini。-入/p (3) 设定模拟烙石英光栅掩模衍射效率的初始条件为：入射光波长为近场全息曝光的激光 波长λ、入射角为i。、光栅周期为P，在此条件下利用严格禪合波方法计算得出周期为P的 烙石英光栅掩模零级和负一级衍射效率（η。和η1)随槽深和占宽比的演化轮廓图； 定义烙石英光栅掩模的效率对比度Cont为：(4) 根据公式（4)计算烙石英光栅掩模的效率对比度Cont随烙石英光栅槽深和占宽比的 演化轮廓曲线，将效率对比度Cont设定在0. 80-1.00之间，确定周期P对应可接受的烙石 英光栅掩模槽形参数范围； 设变间距光栅的中屯、周期、最大和最小周期分别为P"、Pm。、和P mm，在相同的入射条件 下，即入射光波长为近场全息的激光波长λ、入射角为i。，分别计算典型变间距光栅周期和Pmi。，对应的烙石英光栅掩模的效率对比度Cont随光栅槽深 和占宽比的演化轮廓曲线，然后将烙石英光栅掩模的效率对比度Cont设定在0. 80-1.00之 间，分别确定典型周期对应的各自烙石英光栅掩模槽形参数范围； 根据确定的烙石英变间距光栅掩模的槽形参数，可采用全息-离子束刻蚀或电子束光 刻-离子束刻蚀获得烙石英变间距光栅掩模； 步骤Ξ、构建近场全息制作变间距光栅的装置，该装置包括激光光源（1)、显微物 镜-针孔（2)、准直透镜（3)、反射镜（4)、烙石英变间距光栅掩模（5)和涂布了光刻胶层化） 的变间距光栅基底（7);激光光源（1)发出的激光束经过显微物镜-针孔（2)和准直透镜 做后，被扩束成口径约为100mm的平行光后，照射到反射镜（4)上，然后经过反射镜（4)依 次反射到烙石英变间距光栅掩模（5)和涂布了光刻胶层化）的变间距光栅基底（7)上； 步骤四、采用近场全息制作变间距光栅的装置，利用烙石英变间距光栅掩模（5)对涂 布了光刻胶层化）的变间距光栅基底（7)进行近场全息曝光-显影，获得变间距光栅的光 刻胶掩模； 步骤五、采用离子束刻蚀方法将变间距光栅的光刻胶掩模图形转移到变间距光栅基底 之上； 步骤六、对近场全息-离子束刻蚀后的变间距光栅进行清洗，W去除离子束刻蚀后的 残余光刻胶；根据变间距光栅的工作波段，对变间距光栅蒸锻反射膜。
【专利摘要】本发明公开了一种变间距光栅的近场全息-离子束刻蚀制备方法，该方法利用近场全息-离子束刻蚀技术制备高线密度变间距光栅。本发明提供的变间距光栅制备方法，与一般的全息-离子束刻蚀光栅相比，可以简化变间距光栅的全息制作光路、降低对全息系统稳定性的要求、提高线密度重复性精度；与机械刻划方法相比，易于产生高线密度、刻面光滑的矩形槽形轮廓的变间距光栅；与常规纳米压印技术相比，本发明提供的变间距光栅，可以通过优化近场全息的曝光-显影条件在一定范围内对所获得的其光刻胶光栅掩模的占宽比进行调控。因此，本发明对发展激光等离子体诊断、同步辐射等领域所需变间距光栅的制备技术十分重要。
【IPC分类】G02B5/18
【公开号】CN105403941
【申请号】CN201510988326
【发明人】刘颖, 李媛芳, 刘正坤, 陈火耀, 邱克强, 徐向东, 洪义麟, 付绍军
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月23日