一种制作凸面双闪耀光栅的方法

专利名称：一种制作凸面双闪耀光栅的方法
技术领域：
本发明涉及一种衍射光学元件的制备方法，具体涉及一种凸面双闪耀光栅的制备方法。
背景技术：
光栅是一种应用非常广泛而重要的一种高分辨率的色散光学元件，在现代光学仪器中占有相当重要的地位。1995年，意大利Galileo Avioniea公司用凸面光栅代替Offner 中继光学系统中的凸面反射镜，研制出了世界上第一台凸面光栅超光谱成像仪系统，此后， 凸面光栅成为了成像光谱仪的核心器件。众所周知，单个栅缝衍射主极大方向实际上既是光线的几何光学传播方向，也是整个多缝光栅的零级方向，它集中着光能，而又不能把各种波长分开，而实际应用中则偏重 于将尽可能多的光能集中在某一特定的级次上。为此需要将衍射光栅刻制成具有经过计算 确定的槽形，使单个栅槽衍射的主极大方向(或光线几何光学传播方向)与整个光栅预定 的衍射级次方向一致，这样可使大部分光能量集中在预定的衍射级次上。从这个方向探测 时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀使得光栅的衍射效 率得到大大的提高。闪耀光栅虽然有着很多的优点，但是在宽波段上，如从紫外到红外波段都想获得较高的衍射效率，还是很困难，为此，出现了双闪耀光栅产品，以实现宽波段内，均有较高 的、均勻的衍射效率。凸面双闪耀光栅由于具有宽波段的高效率优势，非常适宜于成像光谱 仪应用，具有非常广阔的市场前景。现有技术中，闪耀光栅的主要制作方法有以下几类A.机械刻划机械刻划是用金刚石刻刀在金、铝等基底材料上刻划出光栅的方法，早期的闪耀光栅大多用该方法制作。然而，机械刻划光栅会产生鬼线，表面粗糙度及面形误差大，严重 降低了衍射效率。B.全息曝光显影通过全息曝光显影在光刻胶上制作闪耀光栅的方法源于20世纪60-70年代。 Sheriden发明了驻波法，通过调整基片与曝光干涉场之间的角度，在光刻胶内形成倾斜的 潜像分布，显影后就能得到具有一定倾角的三角形光栅。Schmahl等人提出了 Fourier合成 法，把三角槽形分解为一系列正弦槽形的叠加，依次采用基波条纹、一次谐波条纹等进行多 次曝光，经显影即可获得近似三角形的轮廓。然而，光刻胶闪耀光栅的槽形较差，闪耀角等 参数无法精确控制，因此一直没有得到推广。C.全息离子束刻蚀离子束刻蚀是一种应用十分广泛的微细加工技术，它通过离子束对材料溅射作用达到去除材料和成形的目的，具有分辨率高、定向性好等优点。全息离子束刻蚀闪耀光栅的一般制作工艺如附图1所示。首先在石英玻璃基底表面涂布光刻胶，经过全息曝光、显影、定影等处理后，基底上形成表面浮雕光刻胶光栅掩模， 再以此为光栅掩膜，进行Ar离子束刻蚀。利用掩模对离子束的遮挡效果，使基底的不同位 置先后被刻蚀，光刻胶光栅掩模刻尽后就能在基底材料上得到三角形槽形。离子束刻蚀闪 耀光栅具有槽形好，闪耀角控制较精确，粗糙度低等优点，在工程中得到了广泛应用。D.电子束直写这种方法本质上是一种二元光学方法，将光栅闪耀面用若干个台阶近似，电子束 以台阶宽度为步长进行扫描曝光，根据每个台阶高度选择合适的曝光剂量，显影后即可得 到阶梯槽形。显然，台阶划分的越细，就越接近于理想的锯齿形。然而，由于电子束直写是逐步扫描的，若要制作面积比较大的光栅，要花费很长的 时间和很高的成本，此外由于目前电子束一次直写区域的尺寸通常不过几毫米，大面积加 工时存在相邻区域间的接缝误差(Stitching error)，其对衍射效率的影响还需要评估。因 此该方法适合于为一些小型的原理性实验提供光栅。当制作双闪耀光栅时，需要在相邻的区域形成两个不同闪耀角的光栅，并且这两 个区域的光栅周期必须一致。在上述方法中，机械刻划法通过变换刻刀、电子束直写法通过控制曝光的剂量，可 以相对容易地实现双闪耀光栅结构。然而，正如前面所述，采用机械刻划法制作闪耀光栅 时，会产生鬼线，表面粗糙度及面形误差大，而采用电子束直写法，制作时间长，成本高，不 适用于大面积加工。而对于全息离子束刻蚀法，由于闪耀角是依赖光栅掩模槽形的，故在实 现双闪耀光栅结构时存在较大的困难。而且在制作凸面闪耀光栅时，上述方法均还需要考虑凸面的影响。一般地，机械刻 划法仍然通过变换刻刀、电子束直写法通过控制曝光的剂量，可以实现双闪耀光栅结构。对 于全息离子束刻蚀法，由于闪耀角是依赖光栅掩模槽形的，故在凸面基片上实现双闪耀光 栅结构时困难更大。因此，有必要寻求一种新的制备凸面双闪耀光栅的方法，解决上述问题。

发明内容
本发明目的是提供一种制作凸面双闪耀光栅的方法，以精确地实现闪耀角的控 制，提高其衍射效率。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种制作凸面双闪耀光栅的方法，所 述凸面双闪耀光栅的两个闪耀角分别是A闪耀角和B闪耀角，凸面双闪耀光栅分为两个区， 对应A闪耀角的为A光栅区，对应B闪耀角的为B光栅区，所述凸面双闪耀光栅为凸球面光 栅，制作方法包括下列步骤(1)在凸面基片上涂布光刻胶，光刻胶的厚度根据A闪耀角确定；(2)进行第一次干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模；(3)遮挡B光栅区，对于A光栅区的光栅掩模，进行倾斜Ar离子束扫描刻蚀，利用 光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，形成三角形的 闪耀光栅槽形；之后清洗基片，保留下已刻蚀完的闪耀光栅槽形；(4)在凸面基片上重新涂布光刻胶，光刻胶的厚度根据B闪耀角确定；(5)将B光栅区进行遮挡，利用已制备完成的A光栅区，采用光学莫尔条纹法进行莫尔条纹对准，使得两次干涉光刻产生的光栅周期相一致，然后去除遮挡，进行第二次干涉 光刻，制作符合B闪耀角要求的光刻胶光栅掩模；(6)遮挡A光栅区，对于B光栅区的光栅掩模，进行倾斜Ar离子束扫描刻蚀，将B 光栅区刻蚀形成三角形的闪耀光栅槽形；(7)清洗基片，得到凸面双闪耀光栅；其中，步骤(3)和步骤(6)中所述倾斜Ar离子束扫描刻蚀为，在凸面基片的外侧 设置与凸面基片表面同心的球面掩模，所述球面掩模中心的法线方向与Ar离子束入射方 向的角度等于对应刻蚀光栅闪耀角的Ar离子束入射角，以凸面基片的球心为转动中心，使 凸面基片相对于入射离子束及球面掩模转动，实现扫描刻蚀。上述技术方案中，对应刻蚀光栅闪耀角的Ar离子束入射角又称为Ar离子束倾斜 角，是指在刻蚀对应某一闪耀角的平面闪耀光栅时，Ar离子束入射的倾斜角度。一般地，闪 耀角9s与光刻胶光栅掩模的槽形和离子束入射角有关。这里给出闪耀角0 s与槽形和离 子束入射角9 (即离子束倾斜角)的经验公式，es a-3° ； a + e =90°，式中的a是 离子束与光栅平面的夹角。上述技术方案步骤(5)中，莫尔条纹对准的原理是利用莫尔条纹的性质，即如果 两个光栅之一移动，则等差条纹发生移动，当相对移动一个条纹的间距时，等差条纹就移动 一个条纹间距。莫尔条纹的疏密(条纹间距d)与两光栅之间的夹角S相对应，参见附图 4所示。利用光学莫尔条纹来实现对准的过程如下a.利用A闪耀角闪耀光栅作为参考光栅。b.到第二次干涉曝光时，先把整块基片装到曝光支架上，把第二次需要曝光部分 用黑板进行遮挡，用原两束干涉光对A光栅照明，此时可以观察到参考光栅与记录光场之 间形成的莫尔条纹，用CCD接收莫尔条纹的信息，根据零条纹产生时的两种情况，当零条纹 最亮时，此时干涉光场是与第一次记录时的干涉光场的位相差为零(即此时干涉光场条纹 与第一次干涉条纹重合或平移A)；当零条纹最暗时，此时干涉光场是与第一次记录时的 干涉光场的位相差为n。利用位相控制系统调节干涉光路，控制莫尔条纹的位相，使参考光 栅再现的莫尔条纹信息为零条纹最亮。c.将遮挡B光栅区的黑板撤掉，对B光栅区进行曝光，完成第二次干涉光刻。在步骤⑴和⑷中光刻胶的厚度是与闪耀角相关的，在制作普通的闪耀光栅时， 也需要进行确定。上述技术方案中，步骤(2)中通过干涉光刻所制作的光栅结构的周期(A)为 0. 5 5. 5微米；占宽比为0. 35 0. 65。步骤(5)中通过干涉光刻所制作的光栅结构的周期(A)为0. 5 5. 5微米；占宽 比为0. 35 0. 65。步骤(3)和(6)中的Ar离子束扫描刻蚀的工艺参数为，离子能量380 520eV，离 子束流70 11011^，加速电压250 30(^，工作压强2.0\10^^，刻蚀角度55° 85°。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1.本发明采用两次干涉曝光、两次离子束刻蚀法，实现了凸面双闪耀光栅的制作， 该方法充分利用了干涉光刻的高分辨率和离子束刻蚀的各向异性，相比已有的制作方法，能够精确地分别控制两个闪耀角。2.本发明利用球面掩模，使凸面基片相对于入射离子束及球面掩模转动，实现扫 描刻蚀，从而解决了直接采用离子束刻蚀难以实现凸面闪耀光栅制作的问题。3.本发明利用光学莫尔条纹法进行莫尔条纹对准，保证了两个不同闪耀角的光栅 区之间的光栅周期和取向的一致性。


图1是现有技术中采用全息离子束刻蚀制作闪耀光栅的工艺示意图；图2是采用全息离子束刻蚀制作凸面闪耀光栅的工艺示意图；图3是转动扫描刻蚀的工艺示意图；图4是莫尔条纹与光栅间夹角关系的示意图；图5是实施例一中光刻胶光栅掩模的槽形和离子束入射角的关系示意图；图6是本发明实施例中采用的光学系统示意图；图7是实施例二中光刻胶光栅掩模的槽形和离子束入射角的关系示意图；图8是实施例三中光刻胶光栅掩模的槽形和离子束入射角的关系示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一制作光栅周期为5微米，两个闪耀角分别是4°和8°的凸面双闪耀光 栅的方法，其中凸面基片的口径是40毫米；曲率半径是80毫米，采用两次干涉曝光、两次离 子束刻蚀法实现。采用全息离子束刻蚀制作凸面闪耀光栅的工艺参见附图2所示。本实施例中，凸面双闪耀光栅的制作包括以下步骤(矩形光刻胶光栅掩模)(1)在凸面基片上涂布光刻胶，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期 (A)为5微米，两个闪耀角分别是4°和8°。根据闪耀角es与槽形和离子束入射角的经 验公式，<formula>formula see original document page 6</formula>
参见附图5所示，由图5中的光栅掩模参数和离子束入射角0，我们可以得到<formula>formula see original document page 6</formula>
可见不同的闪耀角时，要求光刻胶光栅掩模参数也相应不同。当光栅周期A和占 宽比a/A —定时，要获得不同的闪耀角，就需要改变光栅掩模的厚度d。采用矩形光刻胶光栅为例，首先制作4°闪耀角(A闪耀角)光栅，一般地，占宽比
<formula>formula see original document page 6</formula>由公式<formula>formula see original document page 6</formula>的可得光栅掩模的槽深⑷是307纳米。故
这里涂布310纳米厚的光刻胶。(2)进行第一次干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模，即光栅掩模 的周期(A)为5微米；占宽比(f)约为0.5，槽深(d)约为307纳米。(3)对于整个光栅掩模的一半(A光栅区)，通过设置转动支架的转动半径为80毫 米，球形掩模中心与离子束入射方向的角度为83度，转动扫描实现倾斜Ar离子束刻蚀，利 用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的闪耀光栅槽形；这里离子束入射角e =90° -a =83°，采用Ar离子束刻蚀，离子能 量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2. OX 10_2Pa ；刻蚀时间以光刻胶恰好 刻完为最佳。之后清洗基片，在A光栅区得到刻蚀完成的4°闪耀角闪耀光栅，基片的另一 半(即B光栅区)由于没有被刻蚀，故清洗后依然还是基片。转动扫描刻蚀的示意图参见 附图3，离子束入射角0确定之后，通过固定0角(实际就是固定球面掩模)，再以球心为 轴进行转动刻蚀。只要球面掩膜开口合适，可以保证凸面上的刻蚀角是基本一致的。图中， 3 + e =90°。(4)根据另一个闪耀角(即B闪耀角)，依照步骤(1)中的方法，确定8度闪耀角 时，光栅掩模的槽深(d)是486纳米。故这里涂布490纳米厚的光刻胶。(5)将B光栅区进行遮挡，利用已有的A光栅区，进行莫尔条纹对准，使得两次干涉 曝光产生的光栅周期相一致，然后去除遮光，进行第二次干涉光刻(A光栅区可以不遮挡)， 制作符合B闪耀角要求的光刻胶光栅掩模。即光栅掩模的周期(A)为5微米；占宽比(f) 约为0. 5，槽深(d)约为486纳米。(6)再通过转动扫描实现倾斜Ar离子束刻蚀，将B光栅区刻蚀形成三角形的闪耀 光栅槽形，这里离子束入射角0 =90° -a =79°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV， 离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2. 0X10_2Pa ；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。(7)清洗基片，在B光栅区得到刻蚀完成的8°闪耀角闪耀光栅，A光栅区由于没 有被刻蚀，故清洗后依然还是4°闪耀角闪耀光栅，故得到了全息双闪耀光栅。参见附图6，为本实施例中采用的光学系统示意图。入射激光被分束镜10分为两 束，分别由第一反射镜11和第二反射镜21反射，分别经第一透镜12和第二透镜22在被制 作的石英基材13表面形成干涉条纹。石英基材13表面可以划分为A光栅区14和B光栅 区15，A光栅区14在干涉光束的照射下形成莫尔条纹16，用于实现石英基材13的定位。其 中，第一反射镜11被安装于微位移器件17上，由位相控制系统控制实现对光程差的调节， 从而实现A光栅区与B光栅区之间位相差的调节。本实施例中，利用参考光栅的光学莫尔条纹来实现A光栅区与B光栅区之间的对 准过程如下a.利用A闪耀角闪耀光栅作为参考光栅。b.到第二次干涉曝光时，我们先把整块基片装到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板进行遮挡，用原两束干涉光对A光栅照明，此时可以观察到参考光栅与记录光 场之间形成的莫尔条纹，用CCD接收莫尔条纹的信息，根据零条纹产生时的两种情况，当零 条纹最亮时，此时干涉光场是与第一次记录时的干涉光场的位相差为零(即此时干涉光场 条纹与第一次干涉条纹重合或平移A)；当零条纹最暗时，此时干涉光场是与第一次记录 时的干涉光场的位相差为n。利用位相控制系统控制莫尔条纹的位相，使参考光栅再现的 莫尔条纹信息为零条纹最亮。其中位相控制系统是通过控制图6中反射镜11的前后位置， 实现光程调节，达到位相控制的目的。c.将遮挡B光栅区的黑板撤掉，对B光栅区进行曝光，完成第二次干涉光刻。实施例二 本实施例制作的凸面双闪耀光栅光栅周期为1000纳米，两个闪耀角分 别是10°和25°，其中凸面基片的口径是50毫米；曲率半径是100毫米，采用两次干涉曝光、两次离子束刻蚀法实现，包括以下步骤(三角形光刻胶光栅掩模，参见附图7所示)(1)在石英基片上涂布光刻胶，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期 (A)为looo纳米，两个闪耀角分别是10°和25°。根据闪耀角es与槽形和离子束入射 角的经验公式，9 s a-3°。采用三角形光刻胶光栅为例，首先制作10°闪耀角(A闪耀角)光栅，一般的占宽
<formula>formula see original document page 8</formula>由公式s A —a 5V "可得光栅掩模的槽深(d)是173纳米。
故这里涂布180纳米厚的光刻胶。(2)进行第一次干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模，即光栅掩模 的周期(A)为1000纳米；占宽比(f)约为0.5，槽深(d)约为173纳米。(3)对于整个光栅掩模的一半(A光栅区)，通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，利用光 刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的 闪耀光栅槽形；离子束入射角0 =90° -a =77°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量500eV， 离子束流90mA，加速电压260V，工作压强2. 0 X 10_2Pa ；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。 之后清洗基片，在A光栅区得到刻蚀完成的10°闪耀角闪耀光栅，基片的另一半(即B光栅 区)由于没有被刻蚀，故清洗后依然还是基片。(4)根据另一个闪耀角(即B闪耀角)，依照步骤⑴中的方法，确定25°闪耀角 时，光栅掩模的槽深(d)是398纳米。故涂布400纳米厚的光刻胶。(5)将B光栅区进行遮挡，利用已有的A光栅区，进行莫尔条纹对准，使得两次干涉 曝光产生的光栅周期相一致，然后去除遮光，进行第二次干涉光刻(A光栅区可以不遮挡)， 制作符合B闪耀角要求的光刻胶光栅掩模。即光栅掩模的周期(A)为1000纳米；占宽比 (f)约为0. 5，槽深(d)约为398纳米。(6)再通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，将B光栅区刻蚀形成三角形的闪耀光栅槽形， 这里离子束入射角9 =90° -a =62°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量500eV，离子束流 90mA，加速电压260V，工作压强2. OX 10_2Pa ；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。(7)清洗基片，在B光栅区得到刻蚀完成的25°闪耀角闪耀光栅，A光栅区由于没 有被刻蚀，故清洗后依然还是10°闪耀角闪耀光栅，由此得到全息双闪耀光栅。参见附图6，为本实施例中采用的光学系统示意图。入射激光被分束镜10分为两 束，分别由第一反射镜11和第二反射镜21反射，分别经第一透镜12和第二透镜22在被制 作的石英基材13表面形成干涉条纹。石英基材13表面可以划分为A光栅区14和B光栅 区15，A光栅区14在干涉光束的照射下形成莫尔条纹16，用于实现石英基材13的定位。其 中，第一反射镜11被安装于微位移器件17上，由位相控制系统控制实现对光程差的调节， 从而实现A光栅区与B光栅区之间位相差的调节。本实施例中，利用参考光栅的光学莫尔条纹来实现A光栅区与B光栅区之间的对 准过程如下a.利用A闪耀角闪耀光栅作为参考光栅。b.到第二次干涉曝光时，我们先把整块基片装到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板进行遮挡，用原两束干涉光对A光栅照明，此时可以观察到参考光栅与记录光场之间形成的莫尔条纹，用CCD接收莫尔条纹的信息，根据零条纹产生时的两种情况，当零 条纹最亮时，此时干涉光场是与第一次记录时的干涉光场的位相差为零(即此时干涉光场 条纹与第一次干涉条纹重合或平移A)；当零条纹最暗时，此时干涉光场是与第一次记录 时的干涉光场的位相差为n。利用位相控制系统控制莫尔条纹的位相，使参考光栅再现的 莫尔条纹信息为零条纹最亮。其中位相控制系统是通过控制图6中反射镜11的前后位置， 实现光程调节，达到位相控制的目的。c.将遮挡B光栅区的黑板撤掉，对B光栅区进行曝光，完成第二次干涉光刻。实施例三制作光栅周期为1000纳米，两个闪耀角分别是12度和25度的全息双 闪耀光栅的方法，其中凸面基片的口径是40毫米；曲率半径是90毫米，采用两次干涉曝光、 两次离子束刻蚀法实现，包括以下步骤(正弦形光刻胶光栅掩模，参见附图8所示)(1)在石英基片上涂布光刻胶，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期 (A)为1000纳米，两个闪耀角分别是12°和25°。根据闪耀角es与槽形和离子束入射 角的经验公式，e s a-3°。采用正弦形光刻胶光栅为例，首先制作12°闪耀角(A闪耀角)光栅，该光栅的占 宽比f = a/A = 0.5，光栅的轮廓可以用方程y = -dX sin (2 Ji x/A)来表示，图中所示的
切线通过原点，且A/2 <x0< (3/4) A。通过计算可得到织《 = f = L365i可得光栅掩
模的槽深(d)是196纳米。故这里涂布200纳米厚的光刻胶。(2)进行第一次干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模，即光栅掩模 的周期(A)为1000纳米；占宽比(f)约为0.5，槽深(d)约为196纳米。(3)对于整个光栅掩模的一半(A光栅区)，通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，利用光 刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的 闪耀光栅槽形；这里离子束入射角e =90° -a =75°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量 500eV,离子束流100mA，加速电压280V，工作压强2. 0 X 10_2Pa ；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完 为最佳。之后清洗基片，在A光栅区得到刻蚀完成的12°闪耀角闪耀光栅，基片的另一半 (即B光栅区)由于没有被刻蚀，故清洗后依然还是基片。(4)根据另一个闪耀角(即B闪耀角)，依照步骤(1)中的方法，确定25°闪耀角 时，光栅掩模的槽深(d)是389纳米。故这里涂布400纳米厚的光刻胶。(5)将B光栅区进行遮挡，利用已有的A光栅区，进行莫尔条纹对准，使得两次干涉 曝光产生的光栅周期相一致，然后去除遮光，进行第二次干涉光刻(A光栅区可以不遮挡)， 制作符合B闪耀角要求的光刻胶光栅掩模。即光栅掩模的周期(A)为1000纳米，槽深(d) 约为389纳米。(6)再通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，将B光栅区刻蚀形成三角形的闪耀光栅槽形， 这里离子束入射角9 =90° -a =62°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量500eV，离子束流 100mA，加速电压280V，工作压强2. OX 10_2Pa ；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。(7)清洗基片，在B光栅区得到刻蚀完成的25°闪耀角闪耀光栅，A光栅区由于没 有被刻蚀，故清洗后依然还是12°闪耀角闪耀光栅，故得到了全息双闪耀光栅。参见附图6，为本实施例中采用的光学系统示意图。入射激光被分束镜10分为两 束，分别由第一反射镜11和第二反射镜21反射，分别经第一透镜12和第二透镜22在被制作的石英基材13表面形成干涉条纹。石英基材13表面可以划分为A光栅区14和B光栅 区15，A光栅区14在干涉光束的照射下形成莫尔条纹16，用于实现石英基材13的定位。其 中，第一反射镜11被安装于微位移器件17上，由位相控制系统控制实现对光程差的调节， 从而实现A光栅区与B光栅区之间位相差的调节。本实施例中，利用参考光栅的光学莫尔条纹来实现A光栅区与B光栅区之间的对 准过程如下a.利用A闪耀角闪耀光栅作为参考光栅。b.到第二次干涉曝光时，我们先把整块基片装到曝光支架上，把第二次需要曝光 部分用黑板进行遮挡，用原两束干涉光对A光栅照明，此时可以观察到参考光栅与记录光 场之间形成的莫尔条纹，用CCD接收莫尔条纹的信息，根据零条纹产生时的两种情况，当零 条纹最亮时，此时干涉光场是与第一次记录时的干涉光场的位相差为零(即此时干涉光场 条纹与第一次干涉条纹重合或平移A)；当零条纹最暗时，此时干涉光场是与第一次记录 时的干涉光场的位相差为n。利用位相控制系统控制莫尔条纹的位相，使参考光栅再现的 莫尔条纹信息为零条纹最亮。其中位相控制系统是通过控制图6中反射镜11的前后位置， 实现光程调节，达到位相控制的目的。c.将遮挡B光栅区的黑板撤掉，对B光栅区进行曝光，完成第二次干涉光刻。
权利要求
一种制作凸面双闪耀光栅的方法，所述凸面双闪耀光栅的两个闪耀角分别是A闪耀角和B闪耀角，凸面双闪耀光栅分为两个区，对应A闪耀角的为A光栅区，对应B闪耀角的为B光栅区，所述凸面双闪耀光栅为凸球面光栅，其特征在于，制作方法包括下列步骤(1)在凸面基片上涂布光刻胶，光刻胶的厚度根据A闪耀角确定；(2)进行第一次干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模；(3)遮挡B光栅区，对于A光栅区的光栅掩模，进行倾斜Ar离子束扫描刻蚀，利用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，形成三角形的闪耀光栅槽形；之后清洗基片，保留下已刻蚀完的闪耀光栅槽形；(4)在凸面基片上重新涂布光刻胶，光刻胶的厚度根据B闪耀角确定；(5)将B光栅区进行遮挡，利用已制备完成的A光栅区，采用光学莫尔条纹法进行莫尔条纹对准，使得两次干涉光刻产生的光栅周期相一致，然后去除遮挡，进行第二次干涉光刻，制作符合B闪耀角要求的光刻胶光栅掩模；(6)遮挡A光栅区，对于B光栅区的光栅掩模，进行倾斜Ar离子束扫描刻蚀，将B光栅区刻蚀形成三角形的闪耀光栅槽形；(7)清洗基片，得到凸面双闪耀光栅；其中，步骤(3)和步骤(6)中所述倾斜Ar离子束扫描刻蚀为，在凸面基片的外侧设置与凸面基片表面同心的球面掩模，所述球面掩模中心的法线方向与Ar离子束入射方向的角度等于对应刻蚀光栅闪耀角的Ar离子束入射角，以凸面基片的球心为转动中心，使凸面基片相对于入射离子束及球面掩模转动，实现扫描刻蚀。
2.根据权利要求1所述的制作凸面双闪耀光栅的方法，其特征在于步骤(2)中通过 干涉光刻所制作的光栅结构的周期(A)为0. 5 5. 5微米；占宽比为0. 35 0. 65。
3.根据权利要求1所述的制作凸面双闪耀光栅的方法，其特征在于步骤(5)中通过 干涉光刻所制作的光栅结构的周期(A)为0. 5 5. 5微米；占宽比为0. 35 0. 65。
4.根据权利要求1所述的制作全息双闪耀光栅的方法，其特征在于步骤(3)和(6)中 的倾斜Ar离子束扫描刻蚀的工艺参数为，离子能量380 520eV，离子束流70 110mA，加 速电压250 300V，工作压强2. 0Xl(T2Pa，刻蚀角度55° 85°。
全文摘要
本发明公开了一种制作凸面双闪耀光栅的方法，其特征在于，包括下列步骤(1)在光栅基片上涂布光刻胶；(2)进行第一次干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模；(3)对于A光栅区的光栅掩模，通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，形成三角形的闪耀光栅槽形；清洗基片；(4)重新涂布光刻胶；(5)将B光栅区进行遮挡，利用已制备完成的A光栅区进行莫尔条纹对准，然后去除遮挡，进行第二次干涉光刻，制作符合B闪耀角要求的光刻胶光栅掩模；(6)通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，将B光栅区刻蚀形成三角形的闪耀光栅槽形；(7)清洗基片，得到凸面双闪耀光栅。本发明实现了凸面双闪耀光栅的制作，能够精确地分别控制两个闪耀角。
文档编号G03F7/20GK101799569SQ20101012604
公开日2010年8月11日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者刘全, 吴建宏, 李朝明, 汪海宾, 胡祖元, 陈新荣 申请人:苏州大学