專利名稱：一種全息雙閃耀光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衍射光學元件的制備方法，具體涉及一種全息雙閃耀光柵的制備方法。
背景技術(shù)：
光柵是一種應用非常廣泛而重要的高分辨率的色散光學元件，在現(xiàn)代光學儀器中占有相當重要的地位。眾所周知，單個柵縫衍射主極大方向?qū)嶋H上既是光線的幾何光學傳播方向，也是整個多縫光柵的零級方向，它集中著光能，而又不能把各種波長分開，而實際應用中則偏重于將盡可能多的光能集中在某一特定的級次上。為此需要將衍射光柵刻制成具有經(jīng)過計算確定的槽形，使單個柵槽衍射的主極大方向(或光線幾何光學傳播方向)與整個光柵預定的衍射級次方向一致，這樣可使大部分光能量集中在預定的衍射級次上。從這個方向探測時，光譜的強度最大，這種現(xiàn)象稱為閃耀(blaze)，這種光柵稱為閃耀光柵。閃耀使得光柵的衍射效率得到極大的提高。閃耀光柵雖然有著很多的優(yōu)點，但是在寬波段上，如從紫外到紅外波段都想獲得較高的衍射效率，還是很困難，為此，出現(xiàn)了全息雙閃耀光柵產(chǎn)品，以實現(xiàn)寬波段內(nèi)，均有較高的，均勻的衍射效率。全息雙閃耀光柵由于具有寬波段的高效率優(yōu)勢，具有非常廣闊的市場前景。在申請?zhí)枮镃N200910231737. 3的中國專利申請文件中，公開了一種全息雙閃耀光柵的制作方法，該方法先在基片上制作出A閃耀角的光柵，然后遮擋A區(qū)域，再在B區(qū)域上制作具有B閃耀角的光柵。兩種不同閃耀角的閃耀光柵均采用采用全息離子束刻蝕方法，即先在表面制作光刻膠光柵掩模，然后用斜向離子束刻蝕，在基片上制作出三角形的閃耀光柵。通過控制前后A、B兩區(qū)域上的光刻膠厚度，實現(xiàn)雙閃耀角的制作。然而在上述的方法中，光刻膠經(jīng)過光刻工藝之后形成的光柵，其占寬比、槽形和槽深很難實現(xiàn)精確控制，另外由于在斜向離子束刻蝕的時候，由于光刻膠和基片材質(zhì)上的差異，會出現(xiàn)刻蝕速率不一致，導致最終形成的閃耀光柵，其閃耀角與預期存在誤差，沒有辦法實現(xiàn)精確控制。為此，有必要尋求一種新的制作全息雙閃耀光柵的方法，解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠精確控制雙閃耀角的全息雙閃耀光柵的制作方法。該全息雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，雙閃耀光柵分為兩個區(qū)，對應A閃耀角的為A光柵區(qū)，對應B閃耀角的為B光柵區(qū)。該制作方法包括步驟1)在基片上涂布光刻膠；2)對所述光刻膠層進行光刻，形成光刻膠光柵；
3)遮擋所述B光柵區(qū)，在A光柵區(qū)上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵圖形轉(zhuǎn)移到基片上，形成A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵，刻蝕深度由A閃耀角決定；4)遮擋所述A光柵區(qū)，在B光柵區(qū)上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵圖形轉(zhuǎn)移到基片上，形成B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵，刻蝕深度由B閃耀角決定；5)清洗基片，去除剩余光刻膠。6)遮擋B光柵區(qū)，以所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質(zhì)光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基片材料的不同位置先后被刻蝕，形成A閃耀角的閃耀光柵；7)遮擋A光柵區(qū)，以所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質(zhì)光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基片材料的不同位置先后被刻蝕，形成B閃耀角的閃耀光柵；8)清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵可選的，所述正向離子束刻蝕正向離子束刻蝕采用Ar離子束刻蝕方法或CHF3反應離子束刻蝕方法，其具體的工藝參數(shù)為Ar離子束刻蝕時，離子能量為380eV至520eV，離子束流為70mA至140mA，加速電壓為MOV至300V，工作壓強為2. 0 X IO^2Pa ；CHF3反應離子束刻蝕時，離子能量為300eV至470eV，離子束流為70mA至140mA，加速電壓為200V至300V， 工作壓強為1.4X IO^2Pa0可選的，所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的占寬比為 0. 25-0. 6，周期為 300nm 至 3000nm?？蛇x的，所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵和所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵同時為矩形光柵或梯形光柵?？蛇x的，所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的刻蝕深度使斜向 Ar離子束的刻蝕角度等于從該同質(zhì)光柵的一頂角斜射到與該頂角相對的底角所需的角度?？蛇x的，所述斜向Ar離子束掃描刻蝕的工藝參數(shù)為離子能量380eV至520eV， 離子束流70mA至140mA，加速電壓MOV至300V，工作壓強2. 0 X l(T2Pa，刻蝕角度為8°至
40°?？蛇x的，所述涂布的光刻膠厚度為200nm至500nm。可選的，在所述遮擋A光柵區(qū)或遮擋B光柵區(qū)時，使用的遮擋物為一條紋板，該條紋板使得A光柵區(qū)和B光柵區(qū)以彼此交替的形式重復排布在基片上。由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明采用正向離子束刻蝕形成同質(zhì)光柵掩模，由于正向離子束刻蝕的各向異性特征，只在刻蝕方向上具有良好的刻蝕效果，因此可以實現(xiàn)同質(zhì)光柵槽形和槽深的精確控制。2.本發(fā)明在斜向Ar離子束掃描刻蝕的過程中，由于同質(zhì)光柵掩模和基片是同一種材質(zhì)形成，兩者的刻蝕速率始終保持一致，因此可以實現(xiàn)閃耀角的精確控制。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明的全息雙閃耀光柵制作方法流程圖；圖2矩形光柵的幾何關(guān)系圖；圖3梯形光柵的幾何關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明第一實施方式下各個步驟對應的效果示意圖；圖5為本發(fā)明第二實施方式下各個步驟對應的效果示意圖；圖6為本發(fā)明第三實施方式下各個步驟對應的效果示意圖；圖7為本發(fā)明第四實施方式下各個步驟對應的效果示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有的全息雙閃耀光柵制作方法中，在制作A、B閃耀角時，先在光刻膠上制作光柵，并以該光刻膠光柵為掩模進行斜向離子束刻蝕，該方式存在如下的問題光刻膠經(jīng)過光刻工藝之后形成的光柵，受曝光工藝和顯影刻蝕工藝的限制，其槽形和槽深很難實現(xiàn)精確控制，另外由于在斜向離子束刻蝕的時候，由于光刻膠和基片材質(zhì)上的差異，會出現(xiàn)刻蝕速率不一致，導致最終形成的閃耀光柵，其閃耀角與預期存在誤差，沒有辦法實現(xiàn)精確控制。而本發(fā)明通過在基片上先制作同質(zhì)光柵，以該同質(zhì)光柵為掩模進行斜向Ar離子束掃描刻蝕形成閃耀光柵，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的同質(zhì)光柵掩模在制作時，可以通過控制正向離子束刻蝕來控制光柵的槽深和槽形，另外由于同質(zhì)光柵掩模和基片是同一種材質(zhì)形成，兩者的刻蝕速率始終保持一致，因此可以實現(xiàn)閃耀角的精確控制。請參見圖1，圖1是本發(fā)明的全息雙閃耀光柵制作方法流程圖。如圖所示，本發(fā)明的全息雙閃耀光柵制作方法流程圖包括步驟Sll 在基片上涂布光刻膠。所述涂布光刻膠的工藝可以為旋涂法，也可以是蒸涂法，涂布的光刻膠層厚度為200nm至500nm之間。該光刻膠層可以是正膠，也可以是負膠， 視后續(xù)不同的處理方式而定。在本發(fā)明中，以正膠為例進行說明。S12 對所述光刻膠層進行光刻，形成光刻膠光柵結(jié)構(gòu)。所述光刻可以為激光干涉光刻工藝，也可以是掩模曝光光刻工藝。在本發(fā)明中選擇激光干涉光刻工藝，具體為激光源發(fā)出的光線經(jīng)光路分束后形成兩束或多束相干光，并利用透鏡匯聚到光刻膠表面形成明暗相間的干涉圖形。在干涉圖形曝光區(qū)域的那一部分光刻膠發(fā)生性質(zhì)轉(zhuǎn)變。經(jīng)顯影液顯影刻蝕后，在光刻膠上形成凹槽和凸起相間隔的光柵結(jié)構(gòu)。S13 遮擋所述B光柵區(qū)，在A光柵區(qū)上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基片上，形成A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵，刻蝕深度由A 閃耀角決定。所述正向離子束刻蝕采用Ar離子束刻蝕方法或CHF3反應離子束刻蝕方法進行，其具體的工藝參數(shù)為Ar離子束刻蝕時，離子能量為380eV至520eV，離子束流為70mA 至140mA，加速電壓為MOV至300V，工作壓強為2. 0 X IO^2Pa ；CHF3反應離子束刻蝕時，離子能量為300eV至470eV，離子束流為70mA至140mA，加速電壓為200V至300V，工作壓強為 1. 4 X IO^2Pa0
S14 遮擋所述A光柵區(qū)，在B光柵區(qū)上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到基片上，形成B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵，刻蝕深度由B 閃耀角決定。該正向離子束刻蝕的具體工藝參數(shù)與上述的一致，此處不再贅述。S15 清洗基片，去除剩余光刻膠。正向離子束刻蝕完成后，基片表面會剩余部分殘存的光刻膠，對該部分殘存光刻膠采用硫酸+氧化劑溶液進行清洗，使剩余的光刻膠被充分反應去除，露出基片上的A光柵區(qū)同質(zhì)光柵和B光柵區(qū)同質(zhì)光柵。S16 遮擋B光柵區(qū)，以所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質(zhì)光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基片材料的不同位置先后被刻蝕， 形成A閃耀角的閃耀光柵；S17 遮擋A光柵區(qū)，以所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質(zhì)光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基片材料的不同位置先后被刻蝕， 形成B閃耀角的閃耀光柵；Ar離子束的刻蝕角度根據(jù)所需的閃耀角由下述經(jīng)驗公式得出es a-3°(1)在該經(jīng)驗公式(1)中，θ s為閃耀光柵的閃耀角，α為Ar離子束的刻蝕角，比如制作閃耀角θ s為15°的閃耀光柵，則Ar離子束的刻蝕角α為18°度。通常情況下，閃耀光柵的閃耀角θ s范圍在5°至37°，因此Ar離子束的刻蝕角α范圍在8°至40°。 該斜向Ar離子束掃描刻蝕的具體工藝參數(shù)為離子能量380eV至520eV，離子束流70mA至 140mA,加速電壓240V至300V，工作壓強2. OX l(T2Pa。S18 清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵。在上述的制作方法中，通過正向離子束刻蝕得到的A光柵區(qū)同質(zhì)光柵和B光柵區(qū)同質(zhì)光柵的槽形可以同時是矩形光柵、也可以同時是梯形光柵。通常，在光刻膠光柵槽形比較規(guī)整的情況下，采用正向離子束刻蝕所得到的同質(zhì)光柵槽形為矩形光柵，但是由于光刻膠光柵掩模在顯影刻蝕時，光刻膠上部和下部與顯影液反應的時間不同，導致光刻膠光柵的頂部收縮，使光柵槽形成錐形，此時，再以該光刻膠光柵為掩模作正向離子束刻蝕所形成的同質(zhì)光柵就會成為梯形。對于不同槽形的同質(zhì)光柵，正向離子束的刻蝕時間，即同質(zhì)光柵的槽深，其計算公式也不同。對于矩形光柵，請參見圖2，其計算公式為
權(quán)利要求
1.一種全息雙閃耀光柵制作方法，所述全息雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，雙閃耀光柵分為兩個區(qū)，對應A閃耀角的為A光柵區(qū)，對應B閃耀角的為B光柵區(qū)，其特征在于所述制作方法包括下列步驟1)在基片上涂布光刻膠；2)對所述光刻膠層進行光刻，形成光刻膠光柵；3)遮擋所述B光柵區(qū)，在A光柵區(qū)上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵圖形轉(zhuǎn)移到基片上，形成A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵，刻蝕深度由A閃耀角決定；4)遮擋所述A光柵區(qū)，在B光柵區(qū)上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵圖形轉(zhuǎn)移到基片上，形成B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵，刻蝕深度由B閃耀角決定；5)清洗基片，去除剩余光刻膠。6)遮擋B光柵區(qū)，以所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質(zhì)光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基片材料的不同位置先后被刻蝕，形成A 閃耀角的閃耀光柵；7)遮擋A光柵區(qū)，以所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質(zhì)光柵掩模對離子束的遮擋效果，使基片材料的不同位置先后被刻蝕，形成B 閃耀角的閃耀光柵；8)清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵
2.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述正向離子束刻蝕采用Ar離子束刻蝕方法或CHF3反應離子束刻蝕方法，其具體的工藝參數(shù)為Ar離子束刻蝕時，離子能量為380eV至520eV，離子束流為70mA至140mA，加速電壓為MOV至300V，工作壓強為2. OXKT2I3a ；CHF3反應離子束刻蝕時，離子能量為300eV至470eV，離子束流為70mA 至140mA，加速電壓為200V至300V，工作壓強為1. 4 X IO^2Pa0
3.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的占寬比為0. 25-0. 6，周期為300至3000nm。
4.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵和所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵同時為矩形光柵或梯形光柵。
5.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述A光柵區(qū)的同質(zhì)光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的刻蝕深度使斜向Ar離子束的刻蝕角度等于從該同質(zhì)光柵的一頂角斜射到與該頂角相對的底角所需的角度。
6.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述斜向Ar離子束掃描刻蝕的工藝參數(shù)為離子能量380eV至520eV，離子束流70mA至140mA，加速電壓MOV至 300V，工作壓強2. 0X10_2Pa，刻蝕角度為8°至40°。
7.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述涂布的光刻膠厚度為 200nm 至 500nm。
8.如權(quán)利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于在所述遮擋A光柵區(qū)或遮擋B光柵區(qū)時，使用的遮擋物為一條紋板，該條紋板使得A光柵區(qū)和B光柵區(qū)以彼此交替的形式重復排布在基片上。
全文摘要
本發(fā)明是一種全息雙閃耀光柵的制作方法，所述全息雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，通過先在基片上制作A、B兩種同質(zhì)光柵，以該兩種同質(zhì)光柵為掩模，進行斜向離子束刻蝕得到所需的A、B閃耀光柵。由于在制作同質(zhì)光柵時，可以控制正向離子束刻蝕的時間，使同質(zhì)光柵的槽深得到精確控制，另外由于同質(zhì)光柵掩模和基片是同一種材質(zhì)形成，兩者的刻蝕速率始終保持一致，因此可以實現(xiàn)閃耀角的精確控制。
文檔編號G03F7/00GK102323633SQ20111031832
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者劉全, 吳建宏, 陳明輝 申請人:蘇州大學