变栅距光栅的制作方法
【专利摘要】变栅距光栅的制作方法，涉及光谱【技术领域】，解决现有方法采用热熔存在工艺条件比较难控制，很容易引起光刻胶刻槽坍塌，对光栅技术指标产生较大影响等问题，包括基底清洗、匀胶、前烘、曝光、显影、后烘、离子束刻蚀、清洁处理、镀膜。本发明的变栅距光栅制作工艺流程低成本、易于实现，大大地节约了成本、缩短了制作周期。变栅距光栅所具有的像差校正、高分辨率及平焦场等独特优点日益突出，使其在空间光谱仪、等离子体诊断、同步辐射单色仪、光纤通信等领域广泛应用。
【专利说明】变栅距光栅的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光谱【技术领域】，具体涉及一种变栅距光栅的制作工艺方法。
【背景技术】
[0002]传统的衍射光栅都是等栅距光栅，它们是各种光谱仪器的核心元件。但随着科学技术的进步，变栅距光栅所具有的像差校正、高分辨率及平焦场等独特优点日益突出，使其在空间光谱仪、等离子体诊断、同步辐射单色仪、光纤通信等领域广泛应用。具有像差校正功能的变栅距光栅，在掠入射条件下可以获得高分辨率，这一特点在单色仪和光谱仪中将得到进一步开发和利用，这对软X射线和极紫外辐射具有重要意义。
[0003]变栅距光栅的制作方法分为两种，机械刻划与全息曝光。全息曝光法师使用球面波干涉曝光，使得基底表面不同的点以不同的干涉角度曝光，形成变栅距光栅，通过合理的选择记录参数可以消除特定阶次像差。与刻划光栅相比，全息光栅制作简单，便于改变刻线形状，可制作的基底类型更加丰富，且具有无鬼线，杂散光低等优点。
[0004]与本发明最为接近的已有技术是中国专利号为CN100434945C，发明名称为《IV型凹面全息光栅的制作方法》，该发明提供一种IV型凹面全息光栅的制作方法，解决技术问题的技术方案包括:基底处理、涂胶、前烘、全息曝光、显影、后烘、热熔、离子束刻蚀、清洁处理、镀膜。在这个制作方法中，使用了热熔技术，经过本项目组实践证明，热熔技术可以降低光栅表面粗糙度，但是热熔工艺条件比较难控制，很容易弓I起光刻胶刻槽坍塌，对光栅技术指标产生较大影响。
【发明内容】
[0005]本发明为解决现有方法采用热熔存在工艺条件比较难控制，很容易引起光刻胶刻槽坍塌，对光栅技术指标产生较大影响等问题，提供一种变栅距光栅的制作方法，
[0006]步骤一、光栅基底清洗，并在清洗后的光栅基底上涂敷光刻胶，获得涂敷光刻胶后的光棚基底；
[0007]步骤二、前烘，将步骤一获得的光栅基底放入烘箱中，升高烘箱温度一段时间后取出；
[0008]步骤三、曝光，将取出的光栅基底放入曝光装置中曝光，然后显影，获得光刻胶光栅；
[0009]步骤四、后烘，将显影后的光刻胶光栅放入烘箱烘烤；然后进行离子束刻蚀，将光刻胶光栅的刻蚀转移到单晶硅基底上进行刻蚀；
[0010]步骤五、对刻蚀后的光栅放入真空镀膜机中镀膜，获得变栅距光栅。
[0011]本发明的有益效果:本发明的变栅距光栅制作工艺流程是新颖的、低成本的、易于实现的，较传统的光栅制作方法，减少了热熔的步骤，使工艺过程更加可控，提高工艺可靠性，大大地节约成本、缩短制作周期。制作出的变栅距光栅的像差校正、高分辨率及平焦场等独特优点，使其在空间光谱仪、等离子体诊断、同步辐射单色仪、光纤通信等领域广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明所述的变栅距光栅的制作方法的流程图；
[0013]图2为本发明所述的变栅距光的制造方法中曝光装置的光路结构图。
【具体实施方式】
[0014]【具体实施方式】一、结合图1和图2说明本实施方式，变栅距光栅的制作方法，该方法由以下步骤实现:
[0015]基底清洗1:光栅基底应采用无气泡、无划痕、抛光好的单晶硅，用丙酮等清洗液清洗光栅基底，保证基底表面清洁、致密、干燥，以有利于光刻胶与基底表面的粘附。
[0016]匀胶2:在清洗好的光栅基底上涂敷光刻胶，采用旋转法匀胶，即将光刻胶滴在光栅基底上，通过离心旋转获得均匀一致的光刻胶薄膜。胶层厚度主要由匀胶时的旋转速度来控制，转速越高则胶层越薄，转速越低则胶层越厚。
[0017]前烘3:将涂敷完光刻胶后的光栅基底放入烘箱中，然后升高烘箱温度一段时间，前烘的作用是去除光刻胶在空气中干燥时不能除去的溶剂，并使光刻胶与衬底接触更为紧
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[0018]曝光4:将处理好的涂有光刻胶的光栅基底放入由光学元器件形成的干涉场中进行曝光。
[0019]结合图2说明，图2为变栅距光栅曝光装置光路结构示意图，曝光装置包括He-Cd激光器11、第一平面反射镜12、半反半透镜13、第二平面反射镜14和第三平面反射镜15、第一空间滤波器16和第二空间滤波器17、干涉场18和光栅基底19。在He-Cd激光器11的激光束传播方向的光轴上置有第一平面反射镜12，第一平面反射镜12与光轴成45°角；在第一平面反射镜12的反射光光路上置有半反半透镜13，它的半反半透面与光轴成45°角；分别在半反半透镜13的反射面和透射面出射光的光轴上置有第二平面反射镜14和第三平面反射镜15 ;分别在第二平面反射镜14和第三平面反射镜15的反射光线的光轴上置有第一空间滤波器16和第二空间滤波器17 ;第一空间滤波器16和第二空间滤波器17发射光线的交汇区域形成了干涉场18 ;在干涉场18内置有经过前烘的光栅基底19，光栅基底19的中心点位于干涉场18的中心位置。
[0020]显影5:把曝光之后的光栅基底放入显影液中显影，显影时间受曝光时间、显影液浓度的影响，由于光敏作用使光刻胶潜在的光栅图形被溶解形成正弦图形，此时光栅基底上具有光栅条纹，也被称为光刻胶光栅。
[0021]后烘6:将显影后的光刻胶光栅放入烘箱中，然后升高烘箱进行烘烤。后烘的作用是改善光刻胶与衬底的粘附能力，并去除显影后留下的溶剂。
[0022]离子束刻蚀7:由于光刻胶光栅的物理性质和光学性能比做在单晶硅基底上的全息光栅差，所以要将光刻胶光栅转移到单晶硅基底上，刻蚀时间由刻蚀深度和离子束能量决定。
[0023]清洁处理8:将离子束刻蚀后的光栅放入丙酮溶液中清洗掉表面残留光刻胶以及杂质。
[0024]镀膜9:将清洁处理后的光栅放入真空镀膜机中镀膜，用来增强光栅的衍射效率。
[0025]【具体实施方式】二、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为【具体实施方式】一所述的变栅距光栅的制作方法的实施例:
[0026]一、用丙酮等清洗液清洗无气泡、无划痕、抛光好的单晶硅基底；
[0027]二、在单晶硅基底上涂敷光刻胶，光刻胶采用Shiplyl805正性光刻胶，匀胶时的旋转速度控制在1700?5000转/分，其匀胶时间不少于30秒，这样可以保证溶剂的充分挥发以及胶膜厚度的均匀性，涂敷厚度为300?700nm，胶层厚度是根据刻线密度和控制离心机转速实现的；
[0028]三、将涂敷好光刻胶的光栅基底放入烘箱中前烘，升高烘箱温度至90°C，30分钟后取出；
[0029]四、将光栅基底放入干涉场中曝光10?120秒，根据光刻胶的型号和干涉场强度来控制曝光时间长短；
[0030]五、将曝光后的光栅基底放入5%。的NaOH溶液中，在常温下显影10?60秒,显影时间受曝光时间、显影液浓度的影响；
[0031]六、将显影后的光刻胶光栅放入烘箱中后烘，升高烘箱温度至120°C，开始计时，30分钟后取出；
[0032]七、采用离子刻蚀技术进行离子束刻蚀，刻蚀时间为10-30分钟，刻蚀时间由刻蚀深度和离子束能量决定，刻蚀机选用北京Advance离子束研究所生产的LKJ-1C-150离子束刻蚀机；
[0033]八、清洁处理，用丙酮溶液去除离子束刻蚀后光栅表面残留的光刻胶以及杂质；
[0034]九、在真空镀膜机中对清洁处理后的光栅表面镀膜。
【权利要求】
1.变栅距光栅的制作方法，其特征是，该方法由以下步骤实现: 步骤一、光栅基底清洗，并在清洗后的光栅基底上涂敷光刻胶，获得涂敷光刻胶后的光棚基底； 步骤二、前烘，将步骤一获得的光栅基底放入烘箱中，升高烘箱温度一段时间后取出； 步骤三、曝光，将取出的光栅基底放入曝光装置中曝光，然后显影，获得光刻胶光栅； 步骤四、后烘，将显影后的光刻胶光栅放入烘箱烘烤；然后进行离子束刻蚀，将光刻胶光栅的刻蚀转移到单晶硅基底上进行刻蚀； 步骤五、对刻蚀后的光栅放入真空镀膜机中镀膜，获得变栅距光栅。
2.根据权利要求1所述的变栅距光栅的制作方法，其特征在于，在步骤四之后，还包括对清洁处理的步骤，将离子束刻蚀后的光栅放入丙酮溶液中清洗，将清洗后的光栅进行镀膜。
3.根据权利要求1或2所述的变栅距光栅的制作方法，其特征在于，步骤一中光栅基底选择无气泡、无划痕且抛光好的单晶硅作为光栅基底，并用丙酮清洗液清洗光栅基底，并将光刻胶滴在光栅基底上，通过离心旋转获得均匀一致的光刻胶薄膜，最终获得涂敷光刻胶后的光棚基底。
4.根据权利要求1或2所述的变栅距光栅的制作方法，其特征在于，步骤二中所述升高烘箱温度一段时间后取出；所述温度升高至90度，时间为30分钟。
5.根据权利要求1或2所述的变栅距光栅的制作方法，其特征在于，步骤三中所述的曝光装置包括He-Cd激光器(11)、第一平面反射镜(12)、半反半透镜(13)、第二平面反射镜(14)和第三平面反射镜(15)、第一空间滤波器(16)和第二空间滤波器(17)、干涉场(18)和光栅基底(19)，在He-Cd激光器(11)的激光束传播方向的光轴上置有第一平面反射镜(12，第一平面反射镜(12)与光轴成45°角；在第一平面反射镜(12)的反射光光路上置有半反半透镜(13)，它的半反半透面与光轴成45°角；分别在半反半透镜(13)的反射面和透射面出射光的光轴上置有第二平面反射镜(14)和第三平面反射镜(15);分别在第二平面反射镜(14)和第三平面反射镜(15)的反射光线的光轴上置有第一空间滤波器(16)和第二空间滤波器(17);第一空间滤波器(16)和第二空间滤波器(17)发射光线的交汇区域形成了干涉场(18);在干涉场(18)内置有经过前烘的光栅基底(19)，光栅基底(19)的中心点位于干涉场(18)的中心位置。
【文档编号】G02B5/18GK104297828SQ201410520588
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】李文昊, 姜岩秀, 巴音贺希格, 杨硕, 赵旭龙, 吴娜 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所