專利名稱：凸面雙閃耀光柵的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種衍射光學元件的制備方法，具體涉及一種凸面雙閃耀光柵的制備方法。
背景技術：
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。閃耀光柵一般又分為平面閃耀光柵和凸面閃耀光柵。其中凸面閃耀光柵是將閃耀光柵制備于球冠狀凸面基片或者圓柱狀凸面基片之上，由于球冠狀凸面閃耀光柵由于具有高效率優(yōu)勢，非常適宜于成像光譜儀應用，具有非常廣闊的市場前景?，F(xiàn)有技術中，閃耀光柵的主要制備方法有以下幾類A.機械刻劃機械刻劃是用金剛石刻刀在金、鋁等基底材料上刻劃出光柵的方法，早期的閃耀光柵大多用該方法制備。然而，機械刻劃光柵會產(chǎn)生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，嚴重降低了衍射效率。B.全息曝光顯影通過全息曝光顯影在光刻膠上制備閃耀光柵的方法源于20世紀60-70年代。 Sieriden發(fā)明了駐波法，通過調(diào)整基片與曝光干涉場之間的角度，在光刻膠內(nèi)形成傾斜的潛像分布，顯影后就能得到具有一定傾角的三角形光柵。Schmahl等人提出了 Rmrier合成法，把三角槽形分解為一系列正弦槽形的疊加，依次采用基波條紋、一次諧波條紋等進行多次曝光，經(jīng)顯影即可獲得近似三角形的輪廓。然而，光刻膠閃耀光柵的槽形較差，閃耀角等參數(shù)無法精確控制，因此一直沒有得到推廣。C.全息離子束刻蝕離子束刻蝕是一種應用十分廣泛的微細加工技術，它通過離子束對材料濺射作用達到去除材料和成形的目的，具有分辨率高、定向性好等優(yōu)點。全息離子束刻蝕閃耀光柵的一般制備工藝如附圖1所示。首先在石英玻璃基底1 表面涂布光刻膠2，經(jīng)過全息曝光、顯影、定影等處理后，基底上形成表面浮雕光刻膠光柵掩模3，再以此為光柵掩模，進行Ar離子束刻蝕。利用掩模對離子束的遮擋效果，使基底的不同位置先后被刻蝕，將光刻膠刻完后就能在基底材料上得到三角形槽形4。離子束刻蝕閃耀光柵具有槽形好，閃耀角控制較精確，粗糙度低等優(yōu)點，在工程中得到了廣泛應用。
D.電子束直寫這種方法本質(zhì)上是一種二元光學方法，將光柵閃耀面用若干個臺階近似，電子束以臺階寬度為步長進行掃描曝光，根據(jù)每個臺階高度選擇合適的曝光劑量，顯影后即可得到階梯槽形。顯然，臺階劃分的越細，就越接近于理想的鋸齒形。然而，由于電子束直寫是逐步掃描的，若要制備面積比較大的光柵，要花費很長的時間和很高的成本，此外由于目前電子束一次直寫區(qū)域的尺寸通常不過幾毫米，大面積加工時存在相鄰區(qū)域間的接縫誤差(Stitching error)，其對衍射效率的影響還需要評估。因此該方法適合于為一些小型的原理性實驗提供光柵。在上述方法中，機械刻劃法通過變換刻刀、電子束直寫法通過控制曝光的劑量，可以相對容易地實現(xiàn)閃耀角控制。然而，正如前面所述，采用機械刻劃法制備閃耀光柵時，會產(chǎn)生鬼線，表面粗糙度及面形誤差大，而采用電子束直寫法，制備時間長，成本高，不適用于大面積加工。而對于全息離子束刻蝕法，由于閃耀角是依賴光刻膠光柵掩模槽形，故在實現(xiàn)閃耀角控制時存在較大的困難。而且在制備凸面閃耀光柵時，上述方法均還需要考慮凸面的影響。一般地，機械刻劃法仍然通過變換刻刀、電子束直寫法通過控制曝光的劑量，可以實現(xiàn)閃耀光柵結(jié)構(gòu)。對于全息離子束刻蝕法，由于閃耀角是依賴光刻膠光柵掩模槽形的，故在凸面基片上實現(xiàn)閃耀光柵結(jié)構(gòu)時困難更大。因此，有必要尋求一種新的制備凸面閃耀光柵的方法，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即能夠精確控制雙閃耀角，又不需要兩次光刻膠涂布和光刻工藝的凸面雙閃耀光柵的制備方法。該凸面雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，其中A閃耀角大于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)。該制備方法包括步驟1)在球冠狀凸面基片上涂布光刻膠，該光刻膠厚度由所述A閃耀角決定；2)對所述光刻膠層進行光刻，形成用于制備A閃耀角的光刻膠光柵；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，對基片進行球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束刻蝕，利用光刻膠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；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，對基片進行球面轉(zhuǎn)動斜向 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；7)清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵。可選的，在所述遮擋A光柵區(qū)或遮擋B光柵區(qū)時，使用的遮擋物固定在該基片上，并和該基片做同步轉(zhuǎn)動?？蛇x的，所述遮擋物為一表面具有同心圓環(huán)的條紋板，該同心圓環(huán)的條紋板使得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?？蛇x的，所述步驟幻或步驟6)中的球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕包括步驟將基片固定于旋轉(zhuǎn)機架上，該旋轉(zhuǎn)機架以所述基片的球冠狀凸面所在球心為轉(zhuǎn)動中心，以該基片的球冠狀凸面所在球徑為轉(zhuǎn)動半徑，攜帶基片進行旋轉(zhuǎn)；采用球形掩模遮蓋基片表面，所述球形掩模與基片表面同心，在該球形掩模表面設有開口，所述基片暴露于所述開口的區(qū)域為刻蝕區(qū)域；以Ar離子束對上述開口部分的基片進行斜向離子束刻蝕?？蛇x的，所述開口為沿光柵柵線方向的條狀細縫。可選的，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中的一種，其具體的工藝參數(shù)為·Μ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 10_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可選的，所述A光柵區(qū)的光刻膠光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的占寬比為 0. 25-0. 65，周期為 300 至 6500nm?？蛇x的，所述光刻膠光柵為矩形光柵或正弦形光柵?？蛇x的，所述同質(zhì)光柵為矩形光柵或梯形光柵?？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380至520eV，離子束流70至140mA，加速電壓240至300V，工作壓強2. OX 10_2Pa，刻蝕角度為5°至40°。由于上述技術方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明在制備B閃耀角時，增加了一步制備同質(zhì)光柵的步驟，這樣可以分別控制A光柵區(qū)的光刻膠光柵掩模厚度和B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵掩模厚度來實現(xiàn)兩種不同的閃耀角的制備，避免了二次光刻膠光刻工藝。2.在B光柵區(qū)采用正向離子束刻蝕形成的同質(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。3.本發(fā)明在球面轉(zhuǎn)動斜向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)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術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，對于本領域普通技術人員來講，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是現(xiàn)有的全息離子束刻蝕閃耀光柵的一般制備工藝圖；圖2是本發(fā)明的凸面雙閃耀光柵制備方法流程圖；圖3是球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕時的結(jié)構(gòu)示意圖4是遮擋物為同心圓環(huán)條紋板時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5矩形光柵的幾何關系圖；圖6是正弦形光柵的幾何關系圖；圖7梯形光柵的幾何關系圖；圖8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9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10為本發(fā)明第三實施方式下各個步驟對應的效果示意具體實施例方式現(xiàn)有的凸面雙閃耀光柵制備方法中，在制備A、B閃耀角時，先在光刻膠上制備光柵，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第一、需要兩次光刻膠光刻工藝；第二、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；第三、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。本發(fā)明通過在A、B兩個光柵區(qū)上分別以不同的光柵為掩模，使得A、B兩個閃耀角能夠分別被制備出來，從而避免了兩次光刻膠光刻工藝，并且在制備B閃耀角時，先以光刻膠光柵為掩模制備同質(zhì)光柵，再以該同質(zhì)光柵為掩模進行球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子掃描刻蝕形成閃耀光柵，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的同質(zhì)光柵掩模在制備時，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2，圖2是本發(fā)明的凸面雙閃耀光柵制備方法流程圖。如圖所示，本發(fā)明的全息閃耀光柵制備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。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。涂布的光刻膠層厚度由A閃耀角決定。S12 對所述光刻膠層進行光刻，形成適于制備A閃耀角的光刻膠光柵結(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。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，對基片進行球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束刻蝕，利用光刻膠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。該球面轉(zhuǎn)動斜向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MOmV至300mV，工作壓強 2. 0Xl(T2Pa。請參見圖3，圖3是球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕時的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示， 該球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕包括步驟首先，將基片5固定于一旋轉(zhuǎn)機架上(圖中未示出)，該旋轉(zhuǎn)機架以所述基片的球冠凸面所在球心為轉(zhuǎn)動中心，以該基片的球冠凸面所在球徑為轉(zhuǎn)動半徑，攜帶基片進行旋轉(zhuǎn)；采用遮擋物9遮擋B光柵區(qū)(或A光柵區(qū))。在一種實施方式中，該遮擋物9為覆蓋半塊基片的平面板或半球形板，該遮擋物9可以固定在基片5上，并同基片5做同步旋，此時形成的AB雙光柵以上下結(jié)構(gòu)分布于基片5上；該遮擋物9也可以固定在球形掩模6上，遮擋住一半的開口 7，此時形成的AB雙光柵以左右結(jié)構(gòu)分布在基片5上。在另一種實施方式中，該遮擋物9也可以是一種表面具有同心圓環(huán)結(jié)構(gòu)的條紋板，如圖4所示，該同心圓環(huán)的條紋板固定于基片5上并和基片5做同步旋轉(zhuǎn)，此時A光柵區(qū)和B光柵區(qū)間隔交替的分布在基片5上。采用球形掩6模遮蓋基片5表面，所述球形掩模6與基片5表面同心，在該球形掩模表面設有開口 7，所述基片5暴露于所述開口 7的區(qū)域為刻蝕區(qū)域；以Ar離子束8對上述開口部分的基片進行斜向離子束刻蝕，離子束刻蝕的刻蝕角度α在圖3中由其互余角θ表示，θ的定義為球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾形成的角度(離子束入射角)。具體的刻蝕角度α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，比如制備閃耀角θ s為15°的閃耀光柵，則Ar離子束的刻蝕角α為18°。一般來說，α的范圍
在5°至40°左右。當離子束入射角θ確定之后，通過固定φ角(實際就是固定球面掩模)，再以球心為軸進行轉(zhuǎn)動刻蝕。特殊地，當球面掩模的開口為沿著光柵柵線方向的條狀細縫時，可以保證凸面上的刻蝕角是基本一致的。圖3中，φ+θ=90°。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MOV至300V，工作壓強2. 0 X l(T2Pa。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。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中的一種，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 KT2Pa ；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^2Pa0S15 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)閃耀光柵和B光柵區(qū)同質(zhì)光柵。S16 遮擋A光柵區(qū)，以所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵為掩模，對基片進行球面轉(zhuǎn)動斜向 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。該球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕的方法同步驟S13 相同，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MOmV 至300mV，工作壓強2. 0Xl(T2Pa?？涛g角度為5°至40°。S17 清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵。在步驟Sll中光刻膠的厚度是由A閃耀角決定，這是因為對于已知目標閃耀角為 θ s的凸面閃耀光柵，其進行球面轉(zhuǎn)動斜向離子束刻蝕的時候，離子束的刻蝕角α有公式(1)得出，因此根據(jù)作為掩模的光柵的具體形貌，就能計算得出掩模光柵的深度d。在制備A 閃耀角的時候，是以步驟S12中的光刻膠光柵作為掩模的。這種光刻膠光柵的具體形貌有光刻工藝決定，通常有兩種情況，一種是矩形的光柵，另外一種是正弦形的光柵。一般理想狀態(tài)下，光刻膠光柵在進行光刻后，認為得到的光柵結(jié)構(gòu)為矩形的光柵，但是由于光刻膠在顯影刻蝕時，光刻膠的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， 使光柵槽形成正弦形。需要注意的是，這兩種不同結(jié)構(gòu)的光刻膠光柵，會對步驟S14中制備 B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵產(chǎn)生影響，當光刻膠光柵為矩形時，得到的同質(zhì)光柵也為矩形光柵，而當光刻膠光柵為正弦形時，得到的同質(zhì)光柵就變成梯形光柵。下面將分別分析這幾種不同形貌的光柵對于制備A閃耀角和B閃耀角帶來的影響。對于光刻膠光柵為矩形光柵，請參見圖5，其計算公式為
dtga = ——(2)
Λ(1 - /)在該公式O)中，α為Ar離子束的刻蝕角，d為光刻膠光柵的槽深即光刻膠層的厚度，A為光柵的周期，a為光柵的寬度(a為中間量，未直接出現(xiàn)在公式2中)，f = a/A 為同質(zhì)光柵的占寬比?？梢姴煌拈W耀角時，要求光刻膠光柵掩模參數(shù)也相應不同。當光柵周期Λ和占寬比a/Λ —定時，要獲得不同的閃耀角，就需要改變光柵掩模的厚度d。本領域技術人員能夠根據(jù)閃耀角確定光柵掩膜的厚度。此時由于利用光刻膠光柵作為掩?？涛g得出的同質(zhì)光柵也為矩形，因此公式(2) 同樣適用在該同質(zhì)光柵的離子束刻蝕的各參量關系上。對于光刻膠光柵為正弦形光柵，請參見圖6，正弦形光柵的輪廓可以表示為方程y = -dXsin(2 π χ/A) (3)圖中所示的切線通過原點，d為光刻膠光柵的槽深即光刻膠層的厚度，Λ為光柵的周期，且Λ/2 < χ < (3/4) A。通過計算可得到^ = ^ = 1.365^(4)
^0 Aα為Ar離子束的刻蝕角。此時，由該光刻膠光柵作為掩?？涛g得出的同質(zhì)光柵為梯形光柵，對于梯形光柵， 請參見圖7，其計算公式為
d …
tga =-—(5)Λχ(1-/) + ^-
tgP在該公式(5)中，α為Ar離子束的刻蝕角，d為同質(zhì)光柵的槽深，Λ為同質(zhì)光柵的周期，a為同質(zhì)光柵的寬度(a為中間量，未直接出現(xiàn)在公式3中)，f = a/Λ為同質(zhì)光柵的占寬比，β為梯形的下底角?？梢姴煌拈W耀角時，要求同質(zhì)光柵掩模參數(shù)也相應不同。 當光柵周期Λ和占寬比a/Λ —定時，要獲得不同的閃耀角，就需要改變光柵掩模的厚度d。 本領域技術人員能夠根據(jù)閃耀角確定光柵掩模的厚度。上述無論是以光刻膠光柵為掩?？涛g閃耀角光柵時的計算公式，還是以同質(zhì)光柵為掩?？涛g閃耀角光柵時的計算公式，所依據(jù)的幾何關系為掩模光柵的槽深使斜向Ar離子束的刻蝕角度等于從該掩模光柵的一頂角斜射到與該頂角相對的底角所需的角度。
對于球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕的時間，則以將掩模光柵完全刻蝕為宜。在實際操作中，由于工藝條件的限制，為了避免過刻蝕而在球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束刻蝕的最后保留部分掩模光柵，使其形成閃耀光柵的翹角?？蛇x的，所述A光柵區(qū)的光刻膠光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的占寬比為 0. 25-0. 65，周期為 300nm 至 6500nm。下面再以幾個具體實施方式
對本發(fā)明的全息雙閃耀光柵制備方法做詳細說明。需要理解的是，下述幾個實施方式所列舉的參數(shù)僅是對本發(fā)明所保護范圍中的幾種具體應用，而不是以此限定本發(fā)明的保護范圍。實施例一請參見圖8，圖8是本發(fā)明的第一實施方式中各個步驟對應的狀態(tài)示意圖。制備光柵周期為5000納米，兩個閃耀角分別是8°和4°的凸面雙閃耀光柵，其中凸面基片的口徑是35毫米；曲率半徑是75毫米，采用干涉曝光制備矩形光刻膠光柵，光刻膠光柵的占空比為0. 5，正向離子束刻蝕制備同質(zhì)光柵，球面轉(zhuǎn)動斜向離子束掃描刻蝕制備閃耀光柵，包括以下步驟(1)在基片10上涂布光刻膠11，根據(jù)需要制備的A閃耀光柵的要求，即光柵周期 (Λ)為5000納米，A閃耀角為8°。根據(jù)閃耀角θ s與槽形和離子束刻蝕角的經(jīng)驗公式， θ s ^ α -3°。首先分析制備8°閃耀角(Α閃耀角)光柵，由公式⑵可得光柵掩模的槽深d是 486納米。故這里涂布約490納米厚的光刻膠。(2)進行干涉光刻，制備符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模12。(3)遮擋B光柵區(qū)，對于A光柵區(qū)的光刻膠光柵掩模12，通過設置轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動半徑為75毫米，球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾角度θ，即刻蝕角度α的互余角為79度，轉(zhuǎn)動掃描實現(xiàn)傾斜Ar離子束刻蝕，利用光刻膠光柵13掩模對離子束的遮擋效果，使基底10材料的不同位置先后被刻蝕，以形成三角形的閃耀光柵槽形13 ； 這里斜向Ar離子束刻蝕角α = θ s+3° =11°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流100mA，加速電壓^0V，工作壓強2. OX 10_2Pa ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。(4)分析制備4°閃耀角(B閃耀角)光柵所需要的刻蝕深度，由公式(2)可得同質(zhì)光柵的槽深d是307納米。為此遮擋A光柵區(qū)，對于B光柵區(qū)，通過正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵掩模12的圖形轉(zhuǎn)移到基片上，形成同質(zhì)光柵掩模14，刻蝕的深度為307納米，這里采用Ar離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流100mA，加速電壓^OV,工作壓強2. 0 X l(T2Pa。(5)清洗基片，去除剩余光刻膠。(6)繼續(xù)遮擋A光柵區(qū)，以B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵14作為掩模，通過設置轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動半徑為75毫米，球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾角度θ，即刻蝕角度α的互余角為83度，轉(zhuǎn)動掃描實現(xiàn)球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束刻蝕，使基片10的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；這里離子束刻蝕角α = 0s+3° =7°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量400eV，離子束流100mA，加速電壓240V，工作壓強2. 0 X KT2Pa ； 刻蝕時間最好以恰好將同質(zhì)光柵掩?？掏隇榧?，即在B光柵區(qū)得到刻蝕完成的4°閃耀角閃耀光柵15。(7)清洗基片，得到了雙閃耀光柵。實施例二 請參見圖9，圖9是本發(fā)明的第二實施方式中各個步驟對應的狀態(tài)示意圖。制備光柵周期為1000納米，兩個閃耀角分別是25°和12°的凸面雙閃耀光柵，其中凸面基片的口徑是40毫米；曲率半徑是80毫米，采用干涉曝光制備正弦形光刻膠光柵，光刻膠光柵的占空比為0. 5，正向離子束刻蝕制備同質(zhì)光柵，球面轉(zhuǎn)動斜向離子束掃描刻蝕制備閃耀光柵，包括以下步驟(1)在基片20上涂布光刻膠21，根據(jù)需要制備的A閃耀光柵的要求，即光柵周期 (Λ)為1000納米，A閃耀角為25°。根據(jù)閃耀角θ s與槽形和離子束刻蝕角的經(jīng)驗公式， θ s α -3° ο首先分析制備25°閃耀角(Α閃耀角)光柵，由公式(4)可得光柵掩模的槽深d是 389納米。故這里涂布約400納米厚的光刻膠。(2)進行干涉光刻，制備符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模22。(3)遮擋B光柵區(qū)，對于A光柵區(qū)的光刻膠光柵掩模22，通過設置轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動半徑為80毫米，球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾角度θ，即刻蝕角度α的互余角為62度，轉(zhuǎn)動掃描實現(xiàn)球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕，使基片20的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；這里離子束刻蝕角α = 0s+3° = °，采用Ar離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流100mA，加速電壓260V，工作壓強2. 0 X KT2Pa ； 刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。(4)分析制備12°閃耀角(B閃耀角)光柵所需要的刻蝕深度，考慮到正弦形的光刻膠光柵槽為掩?？赡芸涛g出來的同質(zhì)光柵的槽形為梯形，一般地，占寬比f = a/Λ = 0.5，梯形角β為80°。由公式(5)可得光柵掩模的槽深d是141納米。為此，遮擋A光柵區(qū)，對于B光柵區(qū)，通過離子束刻蝕，將光刻膠光柵掩模轉(zhuǎn)移到基片上，形成同質(zhì)光柵掩模24，刻蝕的深度為141納米，這里采用CHF3反應離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流 100mA，加速電壓260V，工作壓強1. 4 X IO^2Pa0(5)清洗基片，去除剩余光刻膠。(6)繼續(xù)遮擋A光柵區(qū)，對于B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵掩模24，通過設置轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動半徑為80毫米，球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾角度θ，即刻蝕角度α的互余角為75度，轉(zhuǎn)動掃描實現(xiàn)球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束刻蝕，使基片20的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形。這里離子束刻蝕角α = 0s+3° =15°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流100mA，加速電壓240V，工作壓強2. 0 X KT2Pa ； 刻蝕時間以恰好將同質(zhì)光柵掩模刻完為最佳，即在B光柵區(qū)得到刻蝕完成的12°閃耀角閃耀光柵25。(7)清洗基片，得到了雙閃耀光柵。實施例三請參見圖10，圖10是本發(fā)明的第三實施方式中各個步驟對應的狀態(tài)示意圖。本實施方式中，使用條紋板進行37遮擋，使得雙閃耀光柵的2個閃耀角A區(qū)、B區(qū)交替分布，如圖9所示。制備光柵周期為3000納米，兩個閃耀角分別是20°和10°的凸面雙閃耀光柵，其中凸面基片的口徑是50毫米；曲率半徑是100毫米，采用干涉曝光制備矩形光刻膠光柵，光刻膠光柵的占空比為0.5，正向離子束刻蝕制備同質(zhì)光柵，球面轉(zhuǎn)動斜向離子束掃描刻蝕制備閃耀光柵，包括以下步驟(1)在基片30上涂布光刻膠31，根據(jù)需要制備的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (Λ)為3000納米，兩個閃耀角分別是20°和10°。根據(jù)閃耀角θ s與槽形和離子束刻蝕角的經(jīng)驗公式，θ s ^ α-3°。首先分析制備20°閃耀角(Α閃耀角)光柵，由公式( 可得光柵掩模的槽深d是 637納米。故這里涂布約640納米厚的光刻膠。(2)進行干涉光刻，制備符合A閃耀角要求的光刻膠光柵掩模32。(3)遮擋B光柵區(qū)，對于A光柵區(qū)的光刻膠光柵掩模32，通過設置轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動半徑為100毫米，球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾角度θ，即刻蝕角度α的互余角為67度，轉(zhuǎn)動掃描實現(xiàn)球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕，使基片30 的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；這里離子束刻蝕角α = 0s+3° =23°，采用Ar離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流100mA，加速電壓^OV,工作壓強 2. OX 10 ；刻蝕時間以光刻膠恰好刻完為最佳。(4)分析制備10°閃耀角(B閃耀角)光柵所需要的刻蝕深度，處于仍舊以梯形光柵為例，占寬比f = a/Λ =0.5，梯形角β為80°。由公式(5)可得光柵掩模的槽深(d)是 354納米。為此對于B光柵區(qū)，通過正向離子束刻蝕，將光刻膠光柵掩模32轉(zhuǎn)移到基片上， 形成同質(zhì)光柵掩模34，刻蝕的深度為3M納米，這里采用Ar離子束刻蝕，離子能量400eV， 離子束流100mA，加速電壓240V，工作壓強2. 0Χ1(Γ2Ι^。(5)清洗基片，去除剩余光刻膠。(6)遮擋A光柵區(qū)，對于B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵掩模，通過設置轉(zhuǎn)動支架的轉(zhuǎn)動半徑為100毫米，球形掩模開口處與球心的連線與離子束入射方向的所夾角度θ，即刻蝕角度 α的互余角為77度，轉(zhuǎn)動掃描實現(xiàn)球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束刻蝕，使基片30的不同位置先后被刻蝕，形成三角形的閃耀光柵槽形；這里離子束刻蝕角α = 0s+3° =13°，采用Ar 離子束刻蝕，離子能量450eV，離子束流100mA，加速電壓240V，工作壓強2. OX KT2Pa ；刻蝕時間以恰好將同質(zhì)光柵掩?？掏隇樽罴?，即在B光柵區(qū)得到刻蝕完成的10°閃耀角閃耀光柵35。(7)清洗基片，得到了雙閃耀光柵。上述的各個實施方式中，所選的基片可以為石英玻璃、K9玻璃或者其他透明光學材料。綜上所述，本發(fā)明提出的一種全息雙閃耀光柵的制備方法，通過A、B兩個光柵區(qū)上分別使用光刻膠光柵和同質(zhì)光柵為掩模進行斜向離子束刻蝕，實現(xiàn)兩個閃耀角的不同控制。本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比，具有如下幾個特點1.本發(fā)明在制備B閃耀角時，增加了一步制備同質(zhì)光柵的步驟，這樣可以分別控制A光柵區(qū)的光刻膠光柵掩模厚度和B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵掩模厚度來實現(xiàn)兩種不同的閃耀角的制備，避免了二次光刻膠光刻工藝。2.在B光柵區(qū)采用正向離子束刻蝕形成的同質(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。3.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。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種凸面雙閃耀光柵制備方法，該方法在一球冠狀凸面基片上制備凸面雙閃耀光柵，所述凸面雙閃耀光柵的兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角，其中A閃耀角大于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)，其特征在于所述制備方法包括下列步驟1)在基片上涂布光刻膠，該光刻膠厚度由所述A閃耀角決定；2)對所述光刻膠層進行干涉光刻，形成用于制備A閃耀角的光刻膠光柵；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，對基片進行球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用光刻膠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；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，對基片進行球面轉(zhuǎn)動斜向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；7)清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵。
2.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于在所述遮擋A光柵區(qū)或遮擋B光柵區(qū)時，使用的遮擋物固定在該基片上，并和該基片做同步轉(zhuǎn)動。
3.如權利要求2所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于所述遮擋物為一表面具有同心圓環(huán)的條紋板，該同心圓環(huán)的條紋板使得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。
4.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于所述步驟幻或步驟6)中的球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕包括步驟將基片固定于旋轉(zhuǎn)機架上，該旋轉(zhuǎn)機架以所述基片的球冠狀凸面所在球心為轉(zhuǎn)動中心，以該基片的球冠狀凸面所在球徑為轉(zhuǎn)動半徑，攜帶基片進行旋轉(zhuǎn)；采用球形掩模遮蓋基片表面，所述球形掩模與基片表面同心，在該球形掩模表面設有開口，所述基片暴露于所述開口的區(qū)域為刻蝕區(qū)域；以Ar離子束對上述開口部分的基片進行斜向離子束刻蝕。
5.如權利要求4所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于所述開口為沿光柵柵線方向的條狀細縫。
6.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，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中的一種，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 1(Γ2Ι^。
7.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于所述A光柵區(qū)的光刻膠光柵或所述B光柵區(qū)的同質(zhì)光柵的占寬比為0. 25-0. 65，周期為300至6500nm。
8.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于所述光刻膠光柵為矩形光柵或正弦形光柵。
9.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，其特征在于所述同質(zhì)光柵為矩形光柵或梯形光柵。
10.如權利要求1所述的凸面雙閃耀光柵制備方法，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380至520eV，離子束流70至140mA，加速電壓240至300V，工作壓強2. 0X10_2Pa，刻蝕角度為5°至40°。
全文摘要
本發(fā)明是一種凸面雙閃耀光柵的制備方法，該制備方法是在一球冠狀凸面基底上制備兩個閃耀角分別是A閃耀角和B閃耀角的凸面雙閃耀光柵，通過A、B兩個光柵區(qū)上分別使用光刻膠光柵和同質(zhì)光柵為掩模進行球面轉(zhuǎn)動斜向Ar離子束掃描刻蝕，實現(xiàn)兩個閃耀角的不同控制，避免了二次光刻膠光刻工藝。由于在制備同質(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G02B5/18GK102565905SQ20121003530
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權日2012年2月16日
發(fā)明者劉全, 吳建宏, 胡祖元 申請人:蘇州大學