本发明涉及一种全息光栅制作方法，尤其是超环面全息光栅制作方法。
背景技术：
超环面全息光栅作为分光器件同时兼具色散、聚焦成像、校正像差、无鬼线、低杂散光等特性，自发明以来一直在极紫外和软X射线波段高分辨率光谱仪等领域中发挥重要作用。超环面全息光栅的面型特征和刻槽分布规律使其具备了优秀的消像差能力，但同样使其研制难度大增。
技术实现要素：
本发明提供的超环面全息光栅制作方法，减少工艺步骤，降低设备投资。
本发明具体采用如下技术方案实现：
一种超环面全息光栅制作方法，包括以下步骤：
步骤1、基底处理，包括以下步骤：
步骤11、清洗，将超环面光栅基底放入一定浓度为10％的氢氧化钠溶液中浸泡，去除残留有机物，然后使用大量去离子水冲洗、烘干；
步骤12、喷涂消光漆，在光栅的背面和侧面喷涂黑色消光漆，减少干涉曝光过程中的杂散光；
步骤13、清除有机残余，待超环面全息光栅基底的消光漆自然干燥后，重复上述清洗步骤后，使用丙酮对光栅基底的光学表面进行擦拭，这样可以有效去除光栅基底光学表面上的消光漆和其他有机残余；
步骤14、烘干，在120℃的烘箱中烘干30min，以便蒸发光栅基底表面的去离子水和丙酮溶液，待光栅基底冷却后就完成了超环面全息光栅的基底处理环节；
步骤2、涂胶，使用旋转涂覆法对超环面全息光栅基底进行涂胶，将处理好的光栅基底放置在涂胶机的涂胶托盘上真空吸附固定，然后在光栅基底表面上滴加适量光刻胶，根据超环面全息光栅设计需要设定涂胶程序，进行三段式或五段式涂胶；
步骤3、前烘，在温度为85℃～95℃内、时间在30min至120min之间进行烘干处理；
步骤4、全息曝光，光刻胶膜层合格的光栅基底就可以在搭建好的干涉曝光场中进行曝光，涂胶后的光栅基底在良好的干涉曝光场中曝光时，基底表面不同空间位置的光刻胶与干涉场内按规律分布的干涉光产生反应形成潜像光栅，在这个过程中可以采用曝光实时监测技术对光栅的曝光量进行监控；
步骤5、显影，将曝光后的光栅基底浸泡在显影液中进行化学刻蚀，根据使用的光刻胶种类不同，显影工艺将刻蚀不同部分的光刻胶：如果使用的光刻胶为正胶，那么经过曝光部分的耐腐蚀性提高，显影液将会刻蚀掉未被曝光的光刻胶；相反的，若使用的光刻胶为负胶，那么显影液将刻蚀掉曝光的光刻胶；
步骤6、后烘-热熔，使用高于去离子水沸点的温度烘干10分钟；在后烘完成后，在高温下光刻胶会转变为熔融状态，在光刻胶开始向熔融状态转变时，光刻胶刻槽的最外层会首先融化变软，光刻胶在表面张力的作用下会自行消除浮雕刻槽表面的细小毛刺使光刻胶刻槽表面趋于光滑；
步骤7、离子束刻蚀，采用惰性气体作为反映气体对光刻胶光栅进行刻蚀，将光刻胶光栅的刻槽转移到光栅基底上；
步骤8、清洁处理，将光栅放入去离子水中进行超声震荡，对超声处理后的光栅再进行烘干就可以有效去除离子束刻蚀过程中产生的灰尘碎屑；
步骤9、镀膜，使用蒸馏的方法在全息光栅表面镀一层铝膜，在铝摸上还可以再镀一层SiO2膜保护铝膜，防止其氧化。
本发明提供的超环面全息光栅制作方法，其有益效果在于：工艺简单、容易控制，成功率高。
附图说明
图1是本发明超环面全息光栅制作方法流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，本实施例提供的超环面全息光栅制作方法，主要包括基底处理、涂胶、前烘、全息曝光、显影、后烘、离子束刻蚀、镀膜等过程。由于全息光刻技术对制作精度要求非常严格，超环面全息光栅工艺中任何一个步骤的误差都可能对超环面光栅最终的光谱性能造成巨大影响，所以对超环面全息光栅的制作技术进行研究是十分有必要的。本实施例的具体制作步骤如下：
步骤1、基底处理，是超环面全息光栅制作的第一步，洁净的光栅基底是全息光栅生产全过程中的基本要求，清洗工艺贯穿了全息光栅生产的全过程，直接影响最终光栅的表面质量。根据超环面全息光栅设计要求制作的光栅毛坯不能直接用于超环面全息光栅的制作，首先要对其进行清洗，将超环面光栅基底放入一定浓度为10％的氢氧化钠溶液中浸泡，去除残留有机物，然后使用大量去离子水冲洗、烘干。完成清洗步骤后要对超环面光栅基底喷涂消光漆，在光栅的背面和侧面喷涂黑色消光漆可以减少干涉曝光过程中的杂散光。待超环面全息光栅基底的消光漆自然干燥后，重复上述清洗步骤后，使用丙酮对光栅基底的光学表面进行擦拭，这样可以有效去除光栅基底光学表面上的消光漆和其他有机残余。经过清洗和丙酮擦拭的光栅基底光学表面会残留微量的去离子水和丙酮的溶液，如果不对其处理可能会影响后续的匀胶工艺。因此需要对进行了清洁后的光栅基底进行烘干，一般的选择在120℃的烘箱中烘干30min，以便蒸发光栅基底表面的去离子水和丙酮溶液，待光栅基底冷却后就完成了超环面全息光栅的基底处理环节，可以进行光栅基底的匀胶工艺。
步骤2、涂胶，使用旋转涂覆法对超环面全息光栅基底进行涂胶，将处理好的光栅基底放置在涂胶机的涂胶托盘上真空吸附固定，然后在光栅基底表面上滴加适量光刻胶，根据超环面全息光栅设计需要设定涂胶程序，进行三段式或五段式涂胶。涂胶工艺是光刻技术的重要步骤，光栅基底光刻胶膜的质量直接影响全息光栅的光谱性能，因此整个匀胶工艺需要保持很高的洁净度和稳定性。
步骤3、前烘，光栅基底的光刻胶膜层中仍然残余一部分高挥发性的光刻胶有机溶剂，残余的光刻胶稀释剂会降低光刻胶膜层的牢固度，可能在显影工艺中发生脱胶现象，并且光刻胶膜层内的残余稀释剂会影响光刻胶膜层的均匀性，因此必须对匀胶后的光栅基底进行烘干。前烘的温度选择至关重要，过高的温度会使光刻胶膜产生热交联和肌肤效应，不但妨碍了光刻胶膜层内部光刻胶稀释剂的蒸发，而且影响了光刻胶本身的化学敏感性；过低的前烘温度使光刻胶膜层内的光刻胶稀释剂难以彻底蒸发。一般情况下根据光栅的具体设计要求前烘温度在85℃～95℃内进行选择、前烘时间在30min至120min之间进行选择。
步骤4、全息曝光，光刻胶膜层合格的光栅基底就可以在搭建好的干涉曝光场中进行曝光，曝光工艺的重点是整个曝光系统的稳定性和干涉场的质量。涂胶后的光栅基底在良好的干涉曝光场中曝光时，基底表面不同空间位置的光刻胶与干涉场内按规律分布的干涉光产生反应形成潜像光栅，在这个过程中可以采用曝光实时监测技术对光栅的曝光量进行监控，以便寻找到最佳曝光量对应的曝光时间。曝光场内干涉条纹的分布情况、干涉系统的震动、制作空间的气流稳定性对潜像光栅刻槽的质量影响巨大，需要保持非常稳定的曝光环境。
步骤5、显影，将曝光后的光栅基底浸泡在显影液中进行化学刻蚀，根据使用的光刻胶种类不同，显影工艺将刻蚀不同部分的光刻胶：如果使用的光刻胶为正胶，那么经过曝光部分的耐腐蚀性提高，显影液将会刻蚀掉未被曝光的光刻胶；相反的，若使用的光刻胶为负胶，那么显影液将刻蚀掉曝光的光刻胶。通过显影后光栅基底的光刻胶膜层形成了按规律高低起伏的浮雕形状，这就是全息光栅的刻槽，显影后需要用大量去离子水冲洗光栅基底以去除残留在光栅基底表面的显影液。显影工艺对显影液的洁净度、显影时间要求严格，显影液洁净度不够会在光刻胶光栅表面形成瑕疵、严重的甚至会造成脱胶；而显影时间过长会导致光栅基底显影过度，光刻胶刻槽消失，显影时间不够会导致光刻胶潜像光栅反应不完全，刻槽没有到达潜像光栅底部，给后续离子束刻蚀工艺增加难度。
步骤6、后烘-热熔，显影后的光栅基底上会残留一些水分，而残余的去离子水会影响光刻胶与光栅基底之间的牢固程度，需要对其进行烘干，一般称这个烘干过程为后烘。后烘一般使用高于去离子水沸点的温度烘干一段时间。在光栅曝光过程中，由于搭建光路所使用的光学器件本身的缺陷、干涉场调试的误差、曝光过程中的震动和空气流动等原因会造成光刻胶浮雕刻槽表面存在缺陷，而后续离子束刻蚀工艺也会将这些光刻胶浮雕刻槽上的缺陷刻蚀在光栅基底上。可以将后烘工艺略作调整，以提高光刻胶浮雕刻槽的表面光滑程度。在后烘完成后，提高烘干温度对光栅基底继续进行烘烤，由于光刻胶属于非晶体物质，在高温下光刻胶会转变为熔融状态，在光刻胶开始向熔融状态转变时，光刻胶刻槽的最外层会首先融化变软，光刻胶在表面张力的作用下会自行消除浮雕刻槽表面的细小毛刺使光刻胶刻槽表面趋于光滑。
步骤7、离子束刻蚀，采用惰性气体作为反映气体对光刻胶光栅进行刻蚀，将光刻胶光栅的刻槽转移到光栅基底上，根据设计需要，在图形转移的过程中控制刻槽的形状，提高衍射效率。
步骤8、清洁处理，在离子束刻蚀的过程中光栅表面必然会存在一些细小碎屑，需要进行清理。离子束刻蚀后的清洁处理是将光栅放入去离子水中进行超声震荡，对超声处理后的光栅再进行烘干就可以有效去除离子束刻蚀过程中产生的灰尘碎屑。
步骤9、为了保证光栅的衍射效率，一般全息离子束光栅还要进行镀膜工艺，一般情况使用蒸馏的方法在全息光栅表面镀一层铝膜，在铝摸上还可以再镀一层SiO2膜保护铝膜，防止其氧化。
经过镀膜的光栅已经完成了超环面全息光栅的全部制作工艺。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。