在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法
【专利摘要】一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，涉及光谱【技术领域】，要解决的技术问题是提供一种高精度调整干涉条纹方向的方法，解决技术问题的技术方案为：将基准光栅置于二维运动工作台上；配备一套扫描曝光光路；调节反射镜使曝光光束均满足Littrow条件；沿扫描方向移动工作台，根据CCD上观察到的干涉图样变化情况调节基准光栅方向；调节平面反射镜，使两光束在位置PSD和角度PSD上重合。采用本发明所述的方法能精确调节干涉条纹方向，为扫描干涉场曝光系统在扫描过程中的对比度提供了保证，对扫描曝光全息光栅的制作具有较大的实际意义。
【专利说明】在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱【技术领域】，具体涉及的一种在扫描干涉曝光制作全息光栅的光路中精确调整干涉条纹方向的方法。
【背景技术】
[0002]制造全息光栅的方法主要有以下两种:一种是静态干涉场曝光方式，即两束平面高斯光束相叠加形成直线状干涉条纹，干涉场与光栅基底始终保持静止，一次曝光将干涉条纹记录于光刻胶上。另一种是扫描干涉场曝光方式，从激光器出射的光入射至直立放置的光学承载机构上，光束沿竖直面进行传播，分束后的两束小口径的高斯光束在光栅基底表面相干形成干涉条纹，如图1所示，通过精密工作台的二维运动将干涉条纹记录于光刻胶上。图2为通过扫描方式在整个光栅基底上曝光的原理示意图。干涉场I沿Y方向扫描曝光形成光栅刻线2，沿X方向步进最终在整个光栅基底上曝光。
[0003]在扫描曝光方式中，系统需沿Y扫描形成连续的刻线，而系统在实际工作中，扫描方向与干涉条纹方向并不能做到完全平行，二者会有一定的夹角Θ，如图3所示，从图中可以看出，干涉条纹与扫描方向间存在的夹角，会降低曝光的对比度，使刻线线宽增大，夹角太大还会将刻线抹去。因此，为减小夹角对干涉条纹的影响，必须精确调整干涉条纹方向，使其与扫描方向的夹角达到微弧度量级。但干涉场具有尺寸小、干涉条纹密等特点，无法对干涉条纹方向进行直接精确测量和调整。
【发明内容】
[0004]本发明为解决在现有的扫描曝光光路中，由于扫描方向与干涉条纹方向不完全平行，且存在一定的夹角，导致降低曝光的对比度，刻线线宽增大以及夹角太大会将光栅刻线抹去的问题，提供一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法。
[0005]在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，该方法由以下步骤实现:
[0006]步骤一、将基准光栅和光栅基底放置于二维运动工作台上，基准光栅表面与光栅基底表面位于同一平面内。
[0007]步骤二、配备扫描曝光光路；调整曝光光路中的两路曝光光束，使两路曝光光束在光栅基底表面形成干涉场；
[0008]步骤三、移动二维运动工作台，使步骤二中形成的干涉场位于基准光栅上，并调整两路曝光光束在基准光栅表面重合且均满足自准直条件；
[0009]步骤四、沿扫描方向移动二维工作台，并根据CCD上的干涉图变化调整基准光栅的方向；调整曝光光路，使两路光束在位置和角度分别在位置PSD和角度PSD上重合，实现基准光栅的刻线方向与二维工作台扫描方向平行。
[0010]本发明工作原理说明:根据光栅相位移动定理，基准光栅沿垂直于刻线方向的位移分量会使左侧光束的-1级衍射光产生相移，从而使CCD上接收的干涉图样发生明暗变化。调节基准光栅刻线方向，使得沿扫描方向移动工作台时CCD观察到的干涉图样不发生明暗变化，即说明基准光栅沿垂直于刻线方向的位移分量接近于O，即基准光栅刻线方向与扫描方向一致。角度PSD放置于角度解耦透镜的后焦面上，角度PSD上探测到的位置信息反映了左侧光束的-1级衍射光和右侧光束O级反射光的角度信息。位置PSD置于位置解耦透镜后方，且与基准光栅表面互为共轭面，则位置PSD探测到的位置信息反应了右侧曝光光束和左侧曝光光束入射到基准光栅表面时的位置信息。步骤五中的调节使得左侧光束的-1级衍射光和右侧光束O级反射光重合,根据光栅衍射的基本原理,可知右侧曝光光束和左侧曝光光束间相叠加产生的干涉条纹方向与基准光栅的刻线方向一致，从而使欲曝光的干涉条纹与工作台扫描方向一致。
[0011]本发明的有益效果:本发明提出了一种高精度调整干涉条纹方向的方法，可以将干涉条纹方向与工作台的扫描方向的夹角调整至微弧度量级。采用此方法，使无法直接探测的干涉条纹方向的调整转换为基准光栅和光束角度及位置的调整，为扫描干涉场曝光系统在扫描过程中的对比度提供了保证，对扫描曝光全息光栅的制作具有较大的实际意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为现有的扫描曝光光束示意图；
[0013]图2为现有扫描曝光光路中通过扫描方式在整个光栅基底上曝光的原理示意图；
[0014]图3为现有扫描曝光光路中干涉条纹方向与扫描方向有一定夹角时扫描曝光形成的刻线示意图；
[0015]图4为本发明所述的一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法中二维运动工作台俯视图。
[0016]图5为本发明所述的一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法中扫描曝光光路和干涉条纹方向调整结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一、结合图4和图5说明本实施方式,一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，该方法由以下步骤实现:
[0018]步骤一、将基准光栅置于二维运动工作台上。图4为二维运动工作台俯视图，欲曝光的光栅基底3置于二维运动工作台4上,扫描运动方向双导轨5、6与步进运动方向双导轨7、8相垂直。工作台4由直线电机牵引可以分别沿扫描方向和步进方向运动。将与欲曝光光栅周期相同的平面直刻线光栅作为基准光栅，基准光栅9放置在工作台4上，基准光栅9表面与光栅基底3表面位于同一平面内，基准光栅9的刻线方向大致与扫描方向平行。
[0019]步骤二、配备一套扫描曝光光路。如图5所示，包括分束光栅10，右侧第一平面反射镜11、左侧第一平面反射镜12、右侧第二平面反射镜13和左侧第二平面反射镜14。激光光束25经分束光栅10衍射，得到分束光栅10的+1级衍射光27依次经过右侧第一平面反射镜11和右侧第二平面反射镜13反射后的右侧曝光光束28与分束光栅10的-1级衍射光26依次经过左侧第一平面反射镜12和左侧第二平面反射镜14反射、半反半透镜15透射后的左侧曝光光束29在欲曝光的光栅基底3表面相互叠加形成干涉场。
[0020]步骤三、调节反射镜使曝光光束均满足Littrow条件。移动二维工作台使干涉场位于基准光栅9上，调整右侧第一平面反射镜11、左侧第一平面反射镜12、右侧第二平面反射镜13和左侧第二平面反射镜14。使得右侧曝光光束28和左侧曝光光束29在基准光栅表面重合且均满足Littrow条件，即入射光与其经过基准光栅9之后的-1级衍射光30重
入
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[0021]步骤四、沿扫描方向移动工作台，根据CCD18上观察到的干涉图样变化情况调节基准光栅9的方向。左侧曝光光束29经基准光栅9衍射后的左侧光束的-1级衍射光30与右侧曝光光束28经基准光栅9反射的右侧光束O级反射光31分别经半反半透镜15反射、转向平面反射镜16反射、第一分束棱镜17反射后在CCD18接收面上相干形成干涉图样。沿扫描方向移动工作台，若CCD18上接收到干涉图样发生明暗变化，调节基准光栅9的刻线方向，直至移动工作台，(XD18上的干涉条纹不发生明暗变化为至。
[0022]步骤五、调节平面反射镜，使两光束在位置PSD21和角度PSD24上重合。左侧光束的-1级衍射光30和右侧光束O级反射光31依次经半反半透镜15反射、转向平面反射镜16反射、第一分束棱镜17透射,再经过第二分束棱镜19，第二分束棱镜的反射光经位置解耦透镜20透射入射至位置PSD21接收，而第二分束棱镜19的透射光经角度转向反射镜22反射、角度解耦透镜23透射后入射至角度PSD24接收。遮上右侧曝光光束28，分别记录位置PSD21和角度PSD24上的光斑位置数据。遮上左侧曝光光束29，使右侧曝光光束28入射，调节右侧第一平面反射镜11和右侧第二平面反射镜13，使位置PSD21和角度PSD24上的位置读数与前面记录的读数相同。
[0023]本实施方式中所述的激光光源采用氪离子激光器，波长为413.1nm;步骤一中的光栅基底3采用K9光学玻璃，光栅基底3表面上涂敷的光致抗蚀剂为日本产的Shipleyl805型光致抗蚀剂，基准光栅9需要根据实际要求选择与欲制作的全息光栅刻线密度相等的直刻线反射光栅；步骤二中的分束光栅10为线密度为500gr/mm的直刻线透射光栅，右侧第一平面反射镜11、左侧第一平面反射镜12、右侧第二平面反射镜13和左侧第二平面反射镜14的反射面均镀有413.1nm激光波长的高反膜，口径为Φ25πιπι;步骤五中的位置 PSD21 和角度 PSD24 为 Newport 公司的 0BP-U-9H，CCD18 为 Adimic 公司的 RAlOOOm，位置解耦透镜20和角度解耦透镜23的口径为Φ 25mm，焦距分别为300mm和400mm。
【权利要求】
1.在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，其特征是，该方法由以下步骤实现: 步骤一、将基准光栅(9 )和光栅基底(3 )放置于二维运动工作台(4)上，基准光栅(9 )表面与光栅基底(3)表面位于同一平面内。 步骤二、配备扫描曝光光路；调整曝光光路中的两路曝光光束，使两路曝光光束在光栅基底(3)表面形成干涉场； 步骤三、移动二维运动工作台(4)，使步骤二中形成的干涉场位于基准光栅(9)上，并调整两路曝光光束在基准光栅(9)表面重合且均满足自准直条件； 步骤四、沿扫描方向移动二维工作台(4)，并根据CCD (18)上的干涉图变化调整基准光栅(9)的方向；调整曝光光路，使两路光束在位置和角度分别在位置PSD (21)和角度PSD(24)上重合，实现基准光栅(9)的刻线方向与二维工作台扫描方向平行。
2.根据权利要求1所述的在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，其特征在于，步骤三的具体过程为:调整右侧第一平面反射镜(11)、左侧第一平面反射镜(12)、右侧第二平面反射镜(13)和左侧第二平面反射镜(14)，使右侧曝光光束(28)和左侧曝光光束(29)在基准光栅(9)的表面重合且满足自准直条件。
3.根据权利要求1所述的在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，其特征在于，步骤四中根据CCD (18)上的干涉图变化调整基准光栅(9)的方向；具体过程为:沿扫描方向移动二维工作台(4)，并根据CXD (18)上的干涉图变化调整基准光栅(9)的方向；所述左侧曝光光束(29)经基准光栅(9)衍射后的左侧光束的负一级衍射光B (30)与右侧曝光光束(28)经基准光栅(9)反射的右侧光束零级反射光(31)分别经半反半透镜(15)反射、转向平面反射镜(16)反射以及第一分束棱镜(17)反射后在CCD (18)接收面上相干形成干涉图；继续沿扫描方向移动二维工作台(4)，如果CCD (18)上接收到的干涉图发生明暗变化，则调节基准光栅(9)的刻线方向，直至CXD (18)上的干涉条纹不发生明暗变化为止。
4.根据权利要求1所述的在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，其特征在于，步骤四中调整曝光光路，使两路光束在位置和角度分别在位置PSD (21)和角度PSD (24)上重合的具体过程为:所述左侧光束的负一级衍射光B (30)和右侧光束零级反射光(31)依次经半反半透镜(15)反射、转向平面反射镜(16)反射和第一分束棱镜(17)透射，透射光束经过第二分束棱镜(19)反射后，经位置解耦透镜(20)透射，入射至位置PSD (21 )，所述透射光束经第二分束棱镜(19)透射后，经角度转向反射镜(22)反射和角度解耦透镜(23)透射后入射至角度PSD (24);所述位置PSD (21)记录右侧曝光光束(28)和左侧曝光光束(29)入射到基准光栅(9)表面时的位置信息，角度PSD (24)记录左侧光束的负一级衍射光B (30)和右侧光束零级反射光(31)的角度信息；调节右侧第一平面反射镜(11)和右侧第二平面反射镜(13)，使左侧光束的负一级衍射光B (30)和右侧光束零级反射光(31)在位置PSD (21)和角度PSD (24)上的位置和角度重合，实现基准光栅(9)的刻线方向与二维工作台(4)扫描方向平行。
【文档编号】G02B5/18GK103698836SQ201310693376
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】姜珊, 巴音贺希格, 宋 莹, 李文昊, 潘明忠 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所