本發(fā)明涉及衍射光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高衍射效率的大口徑薄膜衍射元件的制作方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)形式的發(fā)展對(duì)空間遙感系統(tǒng)提出了更高的要求。地球同步軌道衛(wèi)星具有高時(shí)效性、持續(xù)探測(cè)能力等優(yōu)勢(shì)，適合未來(lái)軍事發(fā)展的需求。為了提高地球同步軌道衛(wèi)星對(duì)地分辨率，需要研制大口徑空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)。傳統(tǒng)的反射鏡重量隨著口徑加大激劇增加，對(duì)火箭的運(yùn)載能力是很大的挑戰(zhàn)，大口徑的反射鏡加工也十分困難。衍射薄膜成像系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輕量化、大口徑、面型公差大、空間可展開(kāi)、易復(fù)制等特點(diǎn)，能極大的降低制造成本和發(fā)射成本。

但是目前對(duì)于衍射薄膜成像系統(tǒng)的制作，主要通過(guò)多次光刻‐離子束刻蝕、激光重復(fù)直寫方式‐離子束刻蝕方法制備二元光學(xué)薄膜成像元件。在多次光刻過(guò)程中，不同層的對(duì)準(zhǔn)精度嚴(yán)重制約著衍射效率，并且重復(fù)性較差。激光重復(fù)直寫方式需要具有高對(duì)準(zhǔn)精度的激光直寫設(shè)備，成本較高。目前國(guó)內(nèi)外在大口徑(200mm以上)薄膜衍射元件工藝上，已報(bào)道的最高衍射效率為55％，衍射效率仍然不夠理想，嚴(yán)重制約薄膜衍射元件在大口徑光學(xué)元器件領(lǐng)域的推廣與運(yùn)用。

如何提出新的微納制作技術(shù)，克服現(xiàn)有衍射薄膜成像系統(tǒng)的制作中的不足，發(fā)展低成本的、重復(fù)性高、簡(jiǎn)單高效的方法制作高衍射效率、大口徑薄膜成像元件仍然十分迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決大口徑薄膜衍射元件制備工藝中存在的設(shè)備要求高、制造成本高、衍射效率低、工藝重復(fù)性低、成品率低、制備工藝復(fù)雜等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種低成本、重復(fù)性高、簡(jiǎn)單高效的高效率、大口徑薄膜成像元件制備方法。具體如下：

具有高衍射效率的大口徑薄膜衍射元件的制作方法，包括5個(gè)步驟，依次為：多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作，聚合物溶液的涂覆，聚合物溶液的固化成膜，薄膜與基底的分離，薄膜的拼接。

進(jìn)一步說(shuō)，具體按如下步驟進(jìn)行：

步驟1：多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作：

即制作含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；取一塊石英基塊，對(duì)其進(jìn)紫外光刻和離子束刻蝕附加保護(hù)層制作得到含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，其中，m>1；

步驟2：聚合物溶液的涂覆：

將聚酰胺酸溶液涂覆在由步驟1獲得的含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件上，獲得表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；其中，涂覆的次數(shù)不小于3次；完成涂覆后，含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件表面聚酰胺酸溶液層的厚度不小于15微米；

步驟3：聚合物溶液的固化成膜：

將表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件放置在室溫、隔絕空氣擾動(dòng)的環(huán)境下24h；隨后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至350°烘烤1h，得到表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟4：薄膜與基底的分離：

將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件浸泡在乙醇與水的混合溶液中，其中乙醇：水的體積比為1:2，聚酰亞胺薄膜自石英浮雕結(jié)構(gòu)件的表面分離，隨后，將分離的聚酰亞胺薄膜放在100°以上的溫度下烘烤去除聚酰亞胺薄膜表面的水分，得到含有2^m個(gè)臺(tái)階的單塊薄膜成像元件，簡(jiǎn)稱為薄膜子鏡；

步驟5：薄膜的拼接：

通過(guò)重復(fù)步驟2至步驟4三遍以上，將獲得的薄膜子鏡拼接在一起，得到成品。

更進(jìn)一步說(shuō)，當(dāng)m＝2時(shí)的具體制備方法如下：

步驟1：制作含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，即m＝2；

步驟1.1取一塊石英基底；所述石英基底的上表面鍍Cr(鉻)膜；將該鍍Cr膜的石英基底的上表面自左向右地劃分成4個(gè)區(qū)域，依次為：第一臺(tái)階區(qū)域、第二臺(tái)階區(qū)域、第三臺(tái)階區(qū)域和第四臺(tái)階區(qū)域；

取第一塊mask(掩膜板)放置在石英基底上進(jìn)行第一次紫外光刻，將第二臺(tái)階區(qū)域和第四臺(tái)階區(qū)域的Cr膜去除，后進(jìn)行第一次刻蝕；第一次刻蝕的刻蝕深度為h₀，獲得經(jīng)過(guò)一次光刻的石英基底；第一次刻蝕的深度h₀應(yīng)該符合下式:

$h_0=\frac{\mathrm{\λ}}{4(n-1)};$

其中，n為聚酰亞胺薄膜的折射率，λ為本衍射元件的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)；

步驟1.2取第二塊mask放置在由步驟1.1獲得的經(jīng)過(guò)一次刻蝕的石英基底上，用光刻膠將第二臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，

對(duì)第四臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第二次刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)二次刻蝕的石英基底；

本步驟中，對(duì)第四臺(tái)階區(qū)域刻蝕的深度為2h₀；進(jìn)行第二次光刻所用的mask掩模以第一臺(tái)階區(qū)域至第三臺(tái)階區(qū)域的總長(zhǎng)度的中點(diǎn)為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；

步驟1.3由步驟1.2獲得的經(jīng)過(guò)二次刻蝕的石英基底上，在第二臺(tái)階區(qū)域、第四臺(tái)階區(qū)域的上表面進(jìn)行第一次的附加保護(hù)層的制作，將第二臺(tái)階區(qū)域、第四臺(tái)階區(qū)域保護(hù)起來(lái)；

取第三塊mask，通過(guò)第三次紫外光刻將第一臺(tái)階區(qū)域用光刻膠保護(hù)起來(lái)，用去鉻液去除第三臺(tái)階區(qū)域頂部的Cr膜；對(duì)第三臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)三次刻蝕的石英基底；對(duì)第三臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行刻蝕的深度為2h₀；

進(jìn)行第三次光刻所用的mask掩膜以第一臺(tái)階區(qū)域的起點(diǎn)至第二臺(tái)階區(qū)域總長(zhǎng)度的中點(diǎn)為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，

步驟1.4將經(jīng)過(guò)三次刻蝕的石英基底表面的光刻膠(即保護(hù)層)去除后得到含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件(即m＝2)；

步驟2：分2個(gè)子步驟：

步驟2.1對(duì)由步驟1獲得的含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行旋涂：將的聚酰胺酸溶液傾倒在由步驟1獲得的含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件上，靜置20min讓PMDA/ODA型聚酰胺酸溶液自由流延至含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件的基底邊緣，隨后進(jìn)行旋涂；旋涂結(jié)束后，在室溫下靜置30min；

步驟2.2重復(fù)步驟2.1三次，獲得表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟3：將表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件放置在室溫、隔絕空氣擾動(dòng)的環(huán)境下24h；隨后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下(目的是防止氧化)升溫至350°烘烤1h，得到表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟4：剪裁一張尺寸略小于表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件表面積的PET膜，平整的放置在光學(xué)平臺(tái)上，并在該P(yáng)ET膜的邊緣涂上一圈AB膠，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件與該P(yáng)ET膜粘合，待AB膠固化后，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件浸泡在乙醇與水的混合溶液中10min；借助PET膜將聚酰亞胺薄膜揭開(kāi)；隨后，將聚酰亞胺薄膜在105°溫度下烘烤20min去除該薄膜表面水分，待自然冷卻后，將聚酰亞胺薄膜轉(zhuǎn)移到金屬支撐架上，至此得到薄膜子鏡；

步驟5：用步驟1獲得的含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，重復(fù)步驟2至步驟4，得到3塊以上薄膜子鏡；將薄膜子鏡組裝成一個(gè)整體，并用激光干涉儀照射相鄰2塊薄膜子鏡之間的需要拼接的區(qū)域，調(diào)整該兩塊薄膜子鏡的相對(duì)位置；每完成一對(duì)薄膜子鏡的調(diào)節(jié)即進(jìn)行一次固定，待完成全部薄膜子鏡之間的調(diào)節(jié)與固定后即獲得成品。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

1、本發(fā)明采用的制備方法與傳統(tǒng)多次套刻方法相比，對(duì)準(zhǔn)精度要求低，對(duì)準(zhǔn)精度只需要控制在特征尺寸的1/2以內(nèi)(在可見(jiàn)光波段通常只需控制在1微米至數(shù)微米以內(nèi))，最終都能得到無(wú)對(duì)準(zhǔn)誤差的高衍射效率多臺(tái)階槽型結(jié)構(gòu)，重復(fù)性好、簡(jiǎn)單有效；

2、本發(fā)明采用的制備方法與激光重復(fù)直寫方法相比，不需要具有高對(duì)準(zhǔn)精度的直寫設(shè)備，所用的紫外光刻設(shè)備成本較低；

3、本發(fā)明采用的基底制備‐薄膜復(fù)制方法，避免了光刻過(guò)程中薄膜表面控制的困難，降低了薄膜成像元件制作的難度；

4、本發(fā)明采用的多塊薄膜拼接方法，可以實(shí)現(xiàn)超大口徑的薄膜光學(xué)元件制備。

5、當(dāng)對(duì)準(zhǔn)誤差小等于1微米時(shí)，采用本方法制作的特征尺寸為2微米的4臺(tái)階元件衍射效率在70％以上，而當(dāng)臺(tái)階數(shù)越多(大于8)，采用本發(fā)明方法制備出的元件的衍射效率越接近100％。而目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的相同特稱尺寸的大口徑(200mm以上)薄膜衍射元件，所能達(dá)到的最高衍射效率僅為55％左右。由本發(fā)明制備出的元件的性能具有顯著的提升。

附圖說(shuō)明

圖1是采用本發(fā)明方法的各步驟中產(chǎn)物的示意圖。

圖2是圖1的步驟1產(chǎn)物(含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件)的單個(gè)示意圖。

圖3是制備16個(gè)臺(tái)階(m＝4)的步驟1的工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)。

參見(jiàn)圖1，具有高衍射效率的大口徑薄膜衍射元件的制作方法，包括5個(gè)步驟：步驟1為多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作，步驟2為聚合物溶液的涂覆，步驟3為聚合物溶液的固化成膜，步驟4為薄膜與基底的分離，步驟5為薄膜的拼接；

進(jìn)一步說(shuō)，具體按如下步驟進(jìn)行：

參見(jiàn)圖1和2，步驟1：多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作：

即制作含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；取一塊石英基塊，對(duì)其進(jìn)2m‐1次紫外光刻和2m‐1離子束刻蝕，m‐1次附加保護(hù)層制作，2(m‐1)次對(duì)準(zhǔn)得到含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，其中，m>1；

參見(jiàn)圖1，步驟2：聚合物溶液的涂覆：

將聚酰胺酸溶液涂覆在由步驟1獲得的含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件上，獲得表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；其中，涂覆的次數(shù)不小于3次；完成涂覆后，含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件表面聚酰胺酸溶液層的厚度不小于15微米；

參見(jiàn)圖1，步驟3：聚合物溶液的固化成膜：

將表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件放置在室溫、隔絕空氣擾動(dòng)的環(huán)境下24h；隨后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至350°烘烤1h，自然冷卻到室溫后得到表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

參見(jiàn)圖1，步驟4：薄膜與基底的分離：

將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件浸泡在乙醇與水的混合溶液中，其中乙醇：水的體積比為1:2，聚酰亞胺薄膜自石英浮雕結(jié)構(gòu)件的表面分離，隨后，將分離的聚酰亞胺薄膜放在100°以上的溫度下烘烤去除聚酰亞胺薄膜表面的水分，得到含有2^m個(gè)臺(tái)階的單塊薄膜成像元件，簡(jiǎn)稱為薄膜子鏡；

參見(jiàn)圖1，步驟5：薄膜的拼接：

通過(guò)重復(fù)步驟2至步驟4三遍以上，將獲得的薄膜子鏡拼接在一起，得到成品。

更進(jìn)一步說(shuō)，當(dāng)m＝2時(shí)的具體制備方法如下：

步驟1：制作含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，即m＝2，；

步驟1.1取一塊石英基底；所述石英基底的上表面鍍Cr(鉻)膜；將該鍍Cr膜的石英基底的上表面自左向右地劃分成4個(gè)區(qū)域，依次為：第一臺(tái)階區(qū)域、第二臺(tái)階區(qū)域、第三臺(tái)階區(qū)域和第四臺(tái)階區(qū)域；

取第一塊mask(掩膜板)放置在石英基底上進(jìn)行第一次紫外光刻，將第二臺(tái)階區(qū)域和第四臺(tái)階區(qū)域的Cr膜去除，即這時(shí)的第一臺(tái)階區(qū)域和第三臺(tái)階區(qū)域被Cr膜保護(hù)起來(lái)，后進(jìn)行第一次離子束刻蝕；即對(duì)未受保護(hù)的第二臺(tái)階區(qū)域與第四臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第一次離子束刻蝕；第一次離子束刻蝕的刻蝕深度為h₀，獲得經(jīng)過(guò)一次光刻的石英基底；所述經(jīng)過(guò)一次光刻的石英基底具有2個(gè)向下的凹槽，分別與第二臺(tái)階區(qū)域、第四臺(tái)階區(qū)域相對(duì)應(yīng)；第一次刻蝕的深度h₀應(yīng)該符合下式:

$h_0=\frac{\mathrm{\λ}}{4(n-1)};$

其中，n為聚酰亞胺薄膜的折射率，λ為本衍射元件的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)；

步驟1.2取第二塊mask放置在由步驟1.1獲得的經(jīng)過(guò)一次刻蝕的石英基底上，用光刻膠將第二臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，即將經(jīng)過(guò)第一次紫外光刻與濕法刻蝕的第四臺(tái)階區(qū)域暴露出來(lái)；

隨后，移除本步驟所使用的mask，對(duì)第四臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第二次離子束刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)二次刻蝕的石英基底；

本步驟中，對(duì)第四臺(tái)階區(qū)域刻蝕的深度為2h₀；進(jìn)行第二次光刻所用的mask掩模以第一臺(tái)階區(qū)域至第三臺(tái)階區(qū)域的總長(zhǎng)度的中點(diǎn)為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；進(jìn)一步說(shuō)，進(jìn)行第二次光刻所用的mask掩模與對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位置偏差不超過(guò)第一臺(tái)階區(qū)域和/或第三臺(tái)階區(qū)域?qū)挾鹊囊话耄?/p>

步驟1.3由步驟1.2獲得的經(jīng)過(guò)二次刻蝕的石英基底上，在經(jīng)過(guò)第一次刻蝕的第二臺(tái)階區(qū)域、經(jīng)過(guò)第二次刻蝕的第四臺(tái)階區(qū)域的上表面進(jìn)行第一次的附加保護(hù)層的制作，即將經(jīng)過(guò)第一次刻蝕的第二臺(tái)階區(qū)域、經(jīng)過(guò)第二次刻蝕的第四臺(tái)階區(qū)域的上表面用負(fù)性光刻膠保護(hù)起來(lái)；進(jìn)一步說(shuō)，第一次的附加保護(hù)層的制作方法是：在基底上涂負(fù)膠，在基底背面用紫外光源直接照射?；咨嫌蠧r處不透光，顯影后負(fù)膠被去除；基底上無(wú)Cr處被曝光，顯影后負(fù)膠留下；取第三塊mask，通過(guò)第三次紫外光刻將第一臺(tái)階區(qū)域用正性光刻膠保護(hù)起來(lái)，即將未被刻蝕的第三臺(tái)階區(qū)域暴露出來(lái)；用去鉻液去除未被刻蝕的第三臺(tái)階區(qū)域頂部的Cr膜；隨后，移除本步驟所使用的mask，對(duì)第三臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行離子束刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)三次刻蝕的石英基底；對(duì)第三臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行刻蝕的深度為2h₀；

進(jìn)行第三次光刻所用的mask掩膜以第一臺(tái)階區(qū)域的起點(diǎn)至第二臺(tái)階區(qū)域總長(zhǎng)度的中點(diǎn)為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)一步說(shuō)，進(jìn)行第三次光刻所用的mask掩模與對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位置偏差不超過(guò)第一和/或第二臺(tái)階區(qū)域?qū)挾鹊囊话耄?/p>

步驟1.4將經(jīng)過(guò)三次刻蝕的石英基底表面的光刻膠(即保護(hù)層)去除后得到含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，即m＝2；

步驟2：2.1對(duì)由步驟1獲得的含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行旋涂：將的聚酰胺酸溶液傾倒在由步驟1獲得的含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件上，靜置20min讓PMDA/ODA型聚酰胺酸溶液自由流延至含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件的基底邊緣，隨后進(jìn)行旋涂；旋涂結(jié)束后，在室溫下靜置30min；所述聚酰胺酸溶液是由PMDA(均苯四甲酸二酐)和ODA(二氨基二苯醚)合成得到的；所述聚酰胺酸溶液的固含量為15％、粘度為2000cP；

步驟2.2重復(fù)步驟2.1三次，獲得表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟3：將表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件放置在室溫、隔絕空氣擾動(dòng)的環(huán)境下24h；隨后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下(目的是防止氧化)升溫至350°烘烤1h，自然冷卻到室溫后得到表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟4：剪裁一張尺寸略小于表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件表面積的PET膜，平整的放置在光學(xué)平臺(tái)上，并在該P(yáng)ET膜的邊緣涂上一圈AB膠，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件與該P(yáng)ET膜粘合，待AB膠固化后，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件浸泡在乙醇與水的混合溶液中10min；用手術(shù)刀片小心揭起邊緣處的聚酰亞胺薄膜，借助PET膜良好的柔韌性，緩慢的將聚酰亞胺薄膜揭開(kāi)；隨后，將聚酰亞胺薄膜在105°溫度下烘烤20min去除該薄膜表面水分，待自然冷卻后，將聚酰亞胺薄膜轉(zhuǎn)移到金屬支撐架上，至此得到薄膜子鏡；

步驟5：用步驟1獲得的含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，重復(fù)步驟2至步驟4，得到3塊以上薄膜子鏡；將薄膜子鏡組裝成一個(gè)整體，并用激光干涉儀照射相鄰2塊薄膜子鏡之間的需要拼接的區(qū)域，根據(jù)成像質(zhì)量微調(diào)該兩塊薄膜子鏡的相對(duì)位置；每完成一對(duì)薄膜子鏡的調(diào)節(jié)即進(jìn)行一次固定，待完成全部薄膜子鏡之間的調(diào)節(jié)與固定后即獲得成品。

進(jìn)一步說(shuō)，制備含有2^m個(gè)臺(tái)階的詳細(xì)工藝步驟如下：

步驟1：制作含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件制作:

步驟1.1取一塊石英基底；所述石英基底的上表面鍍Cr(鉻)膜；將該鍍Cr膜的石英基底的上表面自左向右(或自右向左)地劃分成2^m個(gè)區(qū)域，依次為：第一臺(tái)階區(qū)域、第二臺(tái)階區(qū)域、….、第2^m‐1臺(tái)階區(qū)域、第2^m臺(tái)階區(qū)域；m不小于2；用k表示2^m個(gè)臺(tái)階區(qū)域中序號(hào)為奇數(shù)的臺(tái)階區(qū)域，0<k≤2^m‐1‐1，且k為奇數(shù)；

取第一塊mask(掩膜板)放置在石英基底上進(jìn)行第一次紫外光刻，通過(guò)第一次紫外光刻將未被第一塊mask保護(hù)的石英基底表面裸露的Cr膜去除；在本步驟中，由第一塊mask將石英基底的第2k‐1臺(tái)階區(qū)域和2k+1臺(tái)階區(qū)域保護(hù)起來(lái)，即將石英基底表面的第2k‐1臺(tái)階區(qū)域和2k+1臺(tái)階區(qū)域的Cr膜保留下來(lái)，隨后進(jìn)行第一次刻蝕，即對(duì)未受保護(hù)的第2k臺(tái)階區(qū)域和2k+2臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第一次離子束刻蝕；獲得經(jīng)過(guò)一次光刻的石英基底；所述經(jīng)過(guò)一次光刻的石英基底具有2^m‐1個(gè)向下的凹槽，分別與第2k和2k+2臺(tái)階區(qū)域相對(duì)應(yīng)；第一次刻蝕的深度h₀應(yīng)該符合下式:

$h_0=\frac{\mathrm{\&lambda;}}{2^m(n-1)}$

其中，n為聚酰亞胺薄膜的折射率，λ為本衍射元件的設(shè)計(jì)波長(zhǎng)；

步驟1.2取第二塊mask放置在由步驟1.1獲得的經(jīng)過(guò)一次刻蝕的石英基底上，用光刻膠將第2k臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，即將經(jīng)過(guò)第一次紫外光刻的第2k+2臺(tái)階區(qū)域暴露出來(lái)；隨后，移除本步驟所使用的mask，對(duì)第2k+2臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第二次離子束刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)二次刻蝕的石英基底；

本步驟中，對(duì)第2k+2臺(tái)階區(qū)域刻蝕的深度為2h₀；進(jìn)行第二次光刻所用的mask掩模以第2k‐1臺(tái)階區(qū)域和至第2k+1臺(tái)階區(qū)域的總長(zhǎng)度的中點(diǎn)之間為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；進(jìn)一步說(shuō)，進(jìn)行第二次光刻所用的mask掩模與對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程保證掩模之間的位置偏差不超過(guò)第2k‐1臺(tái)階區(qū)域和/或第2k+1臺(tái)階區(qū)域?qū)挾鹊囊话雮€(gè)臺(tái)階寬度；

步驟1.3由步驟1.2獲得的經(jīng)過(guò)二次刻蝕的石英基底上，用附加保護(hù)層(負(fù)性光刻膠)將經(jīng)過(guò)第一次刻蝕的第2k臺(tái)階區(qū)域、經(jīng)過(guò)第二次刻蝕的第2k+2臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；取第三塊mask，通過(guò)第三次紫外光刻將第2k‐1臺(tái)階區(qū)域用正性光刻膠保護(hù)起來(lái)，即將未被刻蝕的第2k+1臺(tái)階區(qū)域暴露出來(lái)；(0<k≤2^m‐1‐1,k為奇數(shù))

用去鉻液去除未被刻蝕的第2k+1臺(tái)階區(qū)域頂部的Cr膜；隨后，移除本步驟所使用的mask，對(duì)第2k+1臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行離子束刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)三次刻蝕的石英基底；對(duì)第三臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行刻蝕的深度為2h₀，進(jìn)行第三次光刻所用的mask掩膜以第2k‐2臺(tái)階區(qū)域和第2k臺(tái)階區(qū)域的中點(diǎn)為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)一步說(shuō)，進(jìn)行第三次光刻所用的mask掩模與對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位置偏差不超過(guò)第2k和/或2k‐2臺(tái)階區(qū)域?qū)挾鹊囊话耄?/p>

步驟1.4將經(jīng)過(guò)三次刻蝕的石英基底表面的光刻膠即保護(hù)層去除后得到含有2²個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；隨后轉(zhuǎn)入步驟1.5；

步驟1.5取第2n‐2塊mask放置在由經(jīng)過(guò)2n‐3次刻蝕的石英基底上，n為不小于3的自然數(shù)；用光刻膠將第2^n‐1(k‐1)+2至2^n‐1k臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，即將第2^n‐1(k‐1)+2臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1(k‐1)+3臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1(k‐1)+4臺(tái)階區(qū)域，…，第2^n‐1k臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，即將第(2^n‐1k+2,2^n‐1k+3,2^n‐1k+4…2^n‐1k+2^n‐1)臺(tái)階區(qū)域暴露出來(lái)；隨后，移除本步驟所使用的mask對(duì)第2^n‐1k+2至2^n‐1k+2^n‐1)臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第2n‐2次離子束刻蝕，對(duì)第2^n‐1k+2臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1k+3臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1k+4臺(tái)階區(qū)域，…，第2^n‐1k+2^n‐1臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行第2n‐2次離子束刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)2n‐2次刻蝕的石英基底；

本步驟中，對(duì)第2k+2臺(tái)階區(qū)域刻蝕的深度為2^n‐1h₀；進(jìn)行第2n‐2次光刻所用的mask掩模以第2^n‐1(k‐1)+1臺(tái)階區(qū)域和至第2^n‐1k+1臺(tái)階區(qū)域的總長(zhǎng)度的中點(diǎn)之間為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)；進(jìn)一步說(shuō)，進(jìn)行第2n‐2次光刻所用的mask掩模與對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)過(guò)程保證掩模之間的位置偏差不超過(guò)第2^n‐1(k‐1)+1臺(tái)階區(qū)域和/或第2^n‐1k+1臺(tái)階區(qū)域?qū)挾鹊囊话雮€(gè)臺(tái)階寬度；隨后轉(zhuǎn)入步驟1.6；

步驟1.6在經(jīng)過(guò)2n‐2次刻蝕的石英基底上，用附加保護(hù)層(負(fù)性光刻膠)將經(jīng)過(guò)第2n‐3次刻蝕的第2^n‐1(k‐1)+2至2^n‐1k臺(tái)階區(qū)域、經(jīng)過(guò)第2n‐2次刻蝕的第2^n‐1k+2至2^n‐1k+2^n‐1臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；即將經(jīng)過(guò)第2n‐3次刻蝕的第[2^n‐1(k‐1)+2臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1(k‐1)+3臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1(k‐1)+4臺(tái)階區(qū)域，…，第2^n‐1k臺(tái)階區(qū)域、以及經(jīng)過(guò)第2n‐2次刻蝕的第2^n‐1k+2臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1k+3臺(tái)階區(qū)域,第2^n‐1k+4臺(tái)階區(qū)域，…，第2^n‐1k+2^n‐1臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，取第2n‐1塊mask，通過(guò)第2n‐1次紫外光刻將第2^n‐1(k‐1)+1臺(tái)階區(qū)域用正性光刻膠保護(hù)起來(lái)，隨后轉(zhuǎn)入步驟1.7；即將未被刻蝕的第2^n‐1k+1臺(tái)階區(qū)域暴露出來(lái)；

步驟1.7用去鉻液去除未被刻蝕的第2^n‐1k+1臺(tái)階區(qū)域頂部的Cr膜；隨后，移除本步驟所使用的mask，對(duì)第2^n‐1k+1臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行離子束刻蝕，獲得經(jīng)過(guò)2n‐1次刻蝕的石英基底；對(duì)第2^n‐1k+1臺(tái)階區(qū)域進(jìn)行刻蝕的深度為2^n‐1h₀，進(jìn)行第2n‐1次光刻所用的mask掩膜以第2^n‐1(k‐1)臺(tái)階區(qū)域和第2^n‐1(k‐1)+2臺(tái)階區(qū)域的中點(diǎn)為對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)一步說(shuō)，進(jìn)行第2n‐1次光刻所用的mask掩模與對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)之間的位置偏差不超過(guò)第2^n‐1(k‐1)和/或2^n‐1(k‐1)+2臺(tái)階區(qū)域?qū)挾鹊囊话耄浑S后轉(zhuǎn)入步驟1.8；

步驟1.8若此時(shí)石英基底含有2^m個(gè)臺(tái)階，則將經(jīng)過(guò)2n‐1次刻蝕的石英基底表面的光刻膠(即保護(hù)層)去除，得到含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，進(jìn)入步驟2；

若此時(shí)石英基底含有的臺(tái)階數(shù)量小于2^m個(gè)，則將返回步驟1.5，繼續(xù)進(jìn)行光刻，刻蝕和附加保護(hù)層的制作；每進(jìn)行一次由步驟1.5至1.8的工藝，即進(jìn)行2次紫外光刻，2次刻蝕，1次附加保護(hù)層制作；

步驟2：包括兩步：

步驟2.1對(duì)由步驟1獲得的含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行旋涂：將的聚酰胺酸溶液傾倒在由步驟1獲得的含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件上，靜置20min讓聚酰胺酸溶液自由流延至含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件的基底邊緣，隨后進(jìn)行旋涂；旋涂結(jié)束后，在室溫下靜置30min；所述聚酰胺酸溶液的固含量為15％、粘度為2000cP；所述聚酰胺酸溶液由PMDA(均苯四甲酸二酐)和ODA(二氨基二苯醚)合成得到。

步驟2.2重復(fù)步驟2.1三次，獲得表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟3：將表面覆蓋有聚酰胺酸溶液層的石英浮雕結(jié)構(gòu)件放置在室溫、隔絕空氣擾動(dòng)的環(huán)境下24h；隨后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下(目的是防止氧化)升溫至350°烘烤1h，自然冷卻到室溫后得到表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件；

步驟4：剪裁一張尺寸略小于表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件表面積的PET膜，平整的放置在光學(xué)平臺(tái)上，并在該P(yáng)ET膜的邊緣涂上一圈AB膠，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件與該P(yáng)ET膜粘合，待AB膠固化后，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件浸泡在乙醇與水的混合溶液中10min；用手術(shù)刀片小心揭起邊緣處的聚酰亞胺薄膜，借助PET膜良好的柔韌性，緩慢的將聚酰亞胺薄膜揭開(kāi)；隨后，將聚酰亞胺薄膜在105°溫度下烘烤20min去除該薄膜表面水分，待自然冷卻后，將聚酰亞胺薄膜轉(zhuǎn)移到金屬支撐架上，至此得到薄膜子鏡；

步驟5：用步驟1獲得的含有2^m個(gè)臺(tái)階的石英浮雕結(jié)構(gòu)件，重復(fù)步驟2至步驟4，得到3塊以上薄膜子鏡；將薄膜子鏡組裝成一個(gè)整體，并用激光干涉儀照射相鄰2塊薄膜子鏡之間的需要拼接的區(qū)域，根據(jù)成像質(zhì)量微調(diào)該兩塊薄膜子鏡的相對(duì)位置；每完成一對(duì)薄膜子鏡的調(diào)節(jié)即進(jìn)行一次固定，待完成全部薄膜子鏡之間的調(diào)節(jié)與固定后即獲得成品。

進(jìn)一步說(shuō)，在每一次對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，對(duì)準(zhǔn)誤差應(yīng)控制在1/2臺(tái)階寬度范圍內(nèi)，就能得到無(wú)誤差的多臺(tái)階結(jié)構(gòu)。

而傳統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)方法，對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的影響不可避免，尤其反映在多臺(tái)階結(jié)構(gòu)的衍射效率上。以直徑200mm，特征尺寸2μm的4臺(tái)階菲涅爾透鏡為例(刻蝕深度和線寬為理想情況下)：

本方法避免了對(duì)準(zhǔn)誤差對(duì)臺(tái)階結(jié)構(gòu)衍射效率的影響，并且避免了在對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中任何的微小的儀器震動(dòng)，氣流擾動(dòng)等等對(duì)最終結(jié)果的影響，是一種可靠，方便的方法。在刻蝕深度和線寬理想的情況下，傳統(tǒng)方法的對(duì)準(zhǔn)誤差大于0.25μm時(shí)，衍射效率就開(kāi)始急劇下降；當(dāng)采用傳統(tǒng)方法的對(duì)準(zhǔn)誤差為1μm時(shí)，衍射效率理論值僅為28％，制作出的產(chǎn)品基本無(wú)法使用。而采用本發(fā)明的方法的4臺(tái)階的對(duì)準(zhǔn)誤差在0至1μm時(shí)，衍射效率理論值穩(wěn)定在80％以上，且避免了為了克服對(duì)準(zhǔn)誤差、提高衍射效率而需要投入的額外設(shè)備成本，顯著提高了正品率。

需要進(jìn)一步指出的是，當(dāng)對(duì)準(zhǔn)誤差小等于1μm時(shí)，采用本方法制作的特征尺寸為2μm的4臺(tái)階元件衍射效率實(shí)際值在70％以上，而當(dāng)臺(tái)階數(shù)越多(大于8)，采用本發(fā)明方法制備出的元件的衍射效率越接近100％。而目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的相同特稱尺寸的大口徑(200mm以上)薄膜衍射元件，所能達(dá)到的最高衍射效率僅為55％左右，僅有本發(fā)明方法的75～80％。由本發(fā)明制備出的元件的性能具有顯著的提升。

進(jìn)一步說(shuō)，附加保護(hù)層不溶于去鉻液中。此外，用以去除附加保護(hù)層的液體，不能將Cr膜溶解。

進(jìn)一步說(shuō)，本方法用于制作口徑在200mm以上的薄膜衍射元件工藝上，且最高衍射效率不低于70％以上。進(jìn)一步說(shuō)，采用本方法制作出的口徑在500mm至2000mm之間、制作工藝中的對(duì)準(zhǔn)誤差在1μm之內(nèi)的薄膜衍射元件工藝的最高衍射效率不低于70％。

進(jìn)一步說(shuō)，將聚酰亞胺薄膜轉(zhuǎn)移的具體方法為：

步驟一：將聚酰亞胺薄膜從石英浮雕結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)移到PET薄膜上；剪裁一張直徑小于石英浮雕結(jié)構(gòu)2cm的PET膜，平整的展開(kāi)在光學(xué)平臺(tái)上。在PET薄膜的邊緣涂覆一圈約1cm寬的AB膠，將表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)件倒扣在PET膜上使得二者粘合；等待20min，AB膠固化后，將PET和表面覆蓋有聚酰亞胺薄膜的石英浮雕結(jié)構(gòu)浸泡在乙醇：水體積比1:2的溶液中，浸泡10min；用手術(shù)刀片小心的揭起邊緣處未被PET薄膜覆蓋的聚酰亞胺薄膜，借助PET薄膜的良好的柔韌性，緩慢的將聚酰亞胺薄膜揭開(kāi)；隨后，將聚酰亞胺薄膜在105°溫度下烘烤20min去除該薄膜表面水分，自然冷卻；

步驟二：將聚酰亞胺薄膜從PET薄膜上轉(zhuǎn)移到金屬支架上。將冷卻至室溫的帶有聚酰亞胺薄膜的PET薄膜平整展開(kāi)在光學(xué)平臺(tái)上，有聚酰亞胺的那一面朝上；在直徑比PET薄膜小2cm金屬支架上涂覆一圈AB膠，注意不要讓AB膠逸出圈外；將金屬支架倒扣在平整的PET薄膜上表面的聚酰亞胺薄膜上；等待20min使得AB膠固化；用手術(shù)刀片小心的沿著金屬支架外圍劃一圈，使得金屬支架以外的聚酰亞胺薄膜被切開(kāi)，從而將金屬支架以內(nèi)的聚酰亞胺與PET薄膜分離開(kāi)來(lái)；用手術(shù)刀片去掉金屬支架外圍的殘留的不平整的聚酰亞胺薄膜，從而得到金屬支架支撐的聚酰亞胺薄膜；

通過(guò)PET薄膜本身的平整性，很好的保證了聚酰亞胺薄膜的平整性，防止了聚酰亞胺薄膜在分離過(guò)程中的卷曲、褶皺等等問(wèn)題。解決了分離過(guò)程中薄膜的面型控制的難題。

以上方式得到的聚酰亞胺薄膜表面的圖形分布與石英浮雕結(jié)構(gòu)上的圖形分布恰好互補(bǔ)?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)石英浮雕結(jié)構(gòu)為負(fù)性圖形分布，最終得到的聚酰亞胺薄膜圖形分布為所需要的結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步說(shuō)，在步驟2.1中的每一次旋涂，均由5個(gè)階段完成；具體為：第一階段，轉(zhuǎn)速由0上升到300rpm；第二階段，轉(zhuǎn)速由300上升到800rpm；第三階段，轉(zhuǎn)速由800上升到1500rpm；第四階段，轉(zhuǎn)速由1500上升到2000rpm；第五階段，轉(zhuǎn)速由2000降到0rpm。

進(jìn)一步說(shuō)，每一次旋涂的“加速度—轉(zhuǎn)速—時(shí)間”參數(shù)要求如下：

進(jìn)一步說(shuō)，在步驟3中的溫度曲線是：由常溫升至80℃并保溫、升溫至160℃并保溫、升溫至250℃并保溫、升溫至300℃并保溫、升溫至350℃并保溫、自然冷卻至常溫。

進(jìn)一步說(shuō)，在步驟3中，升溫—保溫條件具體如下：

實(shí)施例1：

參見(jiàn)圖3，即為含有16個(gè)臺(tái)階(m＝4)的步驟1的具體工藝的示意圖。圖2是含有2⁴個(gè)臺(tái)階(即16個(gè)臺(tái)階)的石英浮雕結(jié)構(gòu)件。采用本發(fā)明方法制備的16臺(tái)階的元件的衍射效率在95％以上

其中，圖2中的p1、p2、p3、p4含義如下：在Cr膜保護(hù)下的未被刻蝕的臺(tái)階分別用p1、p3表示。將已被刻蝕的一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)臺(tái)階看作一個(gè)整體，分別用p2、p4表示。將p1、p2、p3、p4四部分作為周期性結(jié)構(gòu)考慮；圖3為以16臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作流程示意圖，在圖3(1)中的序號(hào)含義分別為：1為掩模，2為正性光刻膠，3為Cr膜，4為石英基底，5為負(fù)性光刻膠作附加保護(hù)層；工藝步驟簡(jiǎn)要敘述如下：

(1)16臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作:

a.先將石英基底頂部鍍制一層Cr膜，然后通過(guò)紫外光刻得到光刻膠槽型，通過(guò)濕法刻蝕去除石英基底頂部裸露部分的Cr膜，經(jīng)過(guò)離子束刻蝕制作出所有16個(gè)臺(tái)階的輪廓，刻蝕深度為其中n為薄膜材料的折射率，λ為設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。在Cr膜保護(hù)下未被刻蝕的第1、5、9、13個(gè)臺(tái)階用p1表示，第3、7、11、15個(gè)臺(tái)階用p3表示。已被刻蝕的第2、6、10、14用p2表示，第4、8、12、16個(gè)臺(tái)階用p4表示。

b.將基底涂覆一層正性光刻膠，所用掩模圖形寬度左起p1臺(tái)階中點(diǎn)右至p3臺(tái)階中點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)過(guò)程只需要保證掩模左右位置偏差不超過(guò)臺(tái)階寬度的1/2，經(jīng)過(guò)曝光顯影后p2都處在正性光刻膠掩膜的保護(hù)下，而p1、p3已處在Cr膜保護(hù)下，只有p4裸露出來(lái)。這時(shí)將p4離子束刻蝕2h₀后，去處殘留光刻膠。

c.將基底涂覆一層負(fù)性光刻膠，在背面用紫外光源照射后顯影。則有Cr膜保護(hù)的p1、p3頂部的負(fù)膠被去除,無(wú)Cr膜保護(hù)的p2、p4部分負(fù)膠則留存下來(lái)作為附加保護(hù)層。

d.將基底涂覆一層正性光刻膠，所用掩模作用類似步驟b,經(jīng)過(guò)曝光顯影后正性光刻膠掩膜遮擋住p1，此時(shí)p2和p4已處于附加保護(hù)層下，只有p3頂部的Cr膜裸露出來(lái)。去除Cr膜后p3裸露出來(lái)，通過(guò)離子束刻蝕2h₀后，去處殘留光刻膠。

e.去除附加保護(hù)層，重新定義p1、p2、p3、p4。根據(jù)所得到的多臺(tái)階結(jié)構(gòu)，把已被刻蝕的一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)臺(tái)階看作一個(gè)整體。在Cr膜保護(hù)下的未被刻蝕的第1、9臺(tái)階分別用p1表示，第5、13個(gè)臺(tái)階用p3表示。已被刻蝕的多個(gè)連續(xù)臺(tái)階(2,3,4)、(10,11,12)用p2表示，(6,7,8)、(14,15,16)用p4表示。將p1、p2、p3、p4四部分作為周期性結(jié)構(gòu)考慮。

f.將基底涂覆一層正性光刻膠，所用掩模圖形寬度左起p1臺(tái)階中點(diǎn)右至p3臺(tái)階中點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)過(guò)程只需要保證掩模左右位置偏差不超過(guò)臺(tái)階寬度的1/2，經(jīng)過(guò)曝光顯影后p2都處在正性光刻膠掩膜的保護(hù)下，而p1和p3已處在Cr膜保護(hù)下，只有p4裸露出來(lái)。將p4離子束刻蝕4h₀后，去處殘留光刻膠。

g.將基底涂覆一層負(fù)性光刻膠，在背面用紫外光源照射后顯影。則有Cr膜保護(hù)的p1、p3頂部的負(fù)膠被去除,無(wú)Cr膜保護(hù)的p2、p4部分負(fù)膠則留存下來(lái)作為附加保護(hù)層。

h.將基底涂覆一層正性光刻膠，曝光顯影后正性光刻膠掩膜遮擋住p1，此時(shí)p2、p4已處于附加保護(hù)層下，只有p3頂部的Cr膜裸露出來(lái)。去除Cr膜后p3裸露出來(lái)，通過(guò)離子束刻蝕4h₀后，去處殘留光刻膠。

i.去除附加保護(hù)層，重新定義p1、p2、p3、p4。根據(jù)所得到的多臺(tái)階結(jié)構(gòu)，把已被刻蝕的一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)臺(tái)階看作一個(gè)整體。在Cr膜保護(hù)下的未被刻蝕的第1臺(tái)階用p1表示，第9個(gè)臺(tái)階用p3表示。已被刻蝕的多個(gè)連續(xù)臺(tái)階(2,3,4,5,6,7,8)用p2表示，(10,11,12,13,14,15,16))用p4表示。將p1、p2、p3、p4四部分作為周期性結(jié)構(gòu)考慮。

j.將基底涂覆一層正性光刻膠，所用掩模圖形寬度左起p1臺(tái)階中點(diǎn)右至p3臺(tái)階中點(diǎn)，對(duì)準(zhǔn)過(guò)程只需要保證掩模左右位置偏差不超過(guò)臺(tái)階寬度的1/2，經(jīng)過(guò)曝光顯影后p2都處在正性光刻膠掩膜的保護(hù)下，而p1和p3已處在Cr膜保護(hù)下，只有p4裸露出來(lái)。將p4離子束刻蝕8h₀后，去處殘留光刻膠。

k.將基底涂覆一層負(fù)性光刻膠，在背面用紫外光源照射后顯影。則有Cr膜保護(hù)的p1、p3頂部的負(fù)膠被去除,無(wú)Cr膜保護(hù)的p2、p4部分負(fù)膠則留存下來(lái)作為附加保護(hù)層。

l.將基底涂覆一層正性光刻膠，曝光顯影后正性光刻膠掩膜遮擋住p1，此時(shí)p2、p4已處于附加保護(hù)層下，只有p3頂部的Cr膜裸露出來(lái)。去除Cr膜后p3裸露出來(lái)，通過(guò)離子束刻蝕8h₀。

m.去除殘余光刻膠，去除Cr膜，得到16臺(tái)階石英浮雕結(jié)構(gòu)。

(2)將均苯四甲酸二酐(PMDA)和二苯醚二胺(ODA)在N,N‐二甲基乙酰胺(DMAc)溶劑中混合，得到15％固含量的聚酰胺酸溶液。在溶液涂覆前，對(duì)石英基底進(jìn)行表面預(yù)處理。將基底至于120℃水蒸氣中預(yù)處理48h，有助于減少薄膜與基底的黏結(jié)。然后將聚酰胺酸溶液涂覆在多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底上，在轉(zhuǎn)速300r/m‐800r/m‐1500r/m‐2000r/m下重復(fù)涂覆4次。

(3)將涂覆過(guò)聚酰胺酸溶液的石英基底在室溫中靜置24h，避免氣流擾動(dòng)對(duì)溶液厚度分布影響。經(jīng)過(guò)80℃‐160℃‐250℃‐300℃‐350℃共烘烤3.5h，使得聚酰胺酸亞胺化成膜。自然冷卻得到較高質(zhì)量的薄膜。

(4)將薄膜與石英基底在水/乙醇溶液中分離，得到16臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)的單塊薄膜成像元件。

(5)通過(guò)重復(fù)上述(2)‐(4)過(guò)程，得到多塊薄膜子鏡，通過(guò)拼接可以實(shí)現(xiàn)大口徑薄膜成像元件。

至此，即完成了16臺(tái)階，大口徑的薄膜成像元件制作。

綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)如下：

(1)多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底制作:

對(duì)2^m臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)，先將石英基底鍍制一層Cr膜，然后通過(guò)紫外光刻+離子束刻蝕制作出所有臺(tái)階的輪廓，首次刻蝕深度為其中n為薄膜材料的折射率，λ為設(shè)計(jì)波長(zhǎng)。為了描述方便，把已被刻蝕的一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)臺(tái)階看作一個(gè)整體。如圖2所示，在Cr膜保護(hù)下的未被刻蝕的臺(tái)階分別用p1、p3表示,已被刻蝕的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)臺(tái)階分別用p2、p4表示。將p1、p2、p3、p4四部分作為周期性結(jié)構(gòu)，以下制作中以一個(gè)周期結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明。

重復(fù)以下步驟：

a.通過(guò)光刻膠掩膜遮擋p2，此時(shí)p1和p3處在Cr膜保護(hù)下，這時(shí)p4裸露出來(lái)。將p4離子束刻蝕2^th₀，t＝1,2,3…m‐1。

b.p2和p4部分制備附加保護(hù)層。選擇的附加保護(hù)層材料與Cr膜不能同時(shí)溶解于某一溶劑。

c.通過(guò)光刻膠掩膜遮擋p1，此時(shí)p2和p4處于附加保護(hù)層下，這時(shí)p3頂部的Cr膜裸露出來(lái)。將頂部的Cr膜去除后p3裸露出來(lái)，將p3離子束刻蝕2^th₀，t＝1,2,3…m‐1。

d.去除p2和p4的附加保護(hù)層，重新定義p1、p2、p3、p4。根據(jù)所得到的多臺(tái)階結(jié)構(gòu)，把已被刻蝕的一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)臺(tái)階看作一個(gè)整體。在Cr膜保護(hù)下的未被刻蝕的臺(tái)階分別用p1、p3表示,已被刻蝕的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)臺(tái)階分別用p2、p4表示。將p1、p2、p3、p4四部分作為周期性結(jié)構(gòu)考慮。

(2)將薄膜聚合物溶液涂覆在多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)石英基底上，根據(jù)所需的厚度選擇合適參數(shù)，必要時(shí)可以多次涂覆。

(3)聚合物溶液在合適的條件下固化得到較高質(zhì)量的薄膜。

(4)將薄膜與石英基底無(wú)損分離，得到多臺(tái)階浮雕結(jié)構(gòu)的單塊薄膜成像元件。

(5)通過(guò)重復(fù)上述(2)‐(4)過(guò)程，得到多塊薄膜子鏡，通過(guò)拼接可以實(shí)現(xiàn)大口徑薄膜成像元件。

至此，即完成了高衍射效率、大口徑的薄膜成像元件制作。