專利名稱：一種全息雙閃耀光柵的制作方法
技術領域：
本發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：
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實際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，出現了全息雙閃耀光柵產品，以實現寬波段內，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勢，具有非常廣闊的市場前景。在申請號為CN200910231737. 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區域，再在B區域上制作具有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兩區域上的光刻膠厚度，實現雙閃耀角的制作。然而在上述的方法中，形成兩個光柵閃耀角需要進行兩次光刻膠涂布和光刻工藝。另外區分A、B閃耀角完全依賴光刻膠光柵的槽深。由于光刻膠經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上的差異，會出現刻蝕速率不一致，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。
發明內容
有鑒于此，本發明的目的在于提供一種既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，對應A閃耀角的為A光柵區，對應B閃耀角的為B光柵區。該制作方法包括步驟
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光刻，形成用于制作A閃耀角的光刻膠光柵；3)遮擋所述B光柵區，在A光柵區上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行斜向 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，在B光柵區上，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移到基片上，形成B光柵區的同質光柵，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，以所述B光柵區的同質光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質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，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可選的，所述光刻膠光柵的占寬比為0. 25-0. 6，周期為300至3000nm。可選的，所述光刻膠光柵為矩形光柵或正弦形光柵。可選的，所述同質光柵為矩形光柵或梯形光柵。可選的，所述斜向Ar離子束掃描刻蝕的工藝參數為離子能量380eV至520eV，離子束流70mA至140mA，加速電壓MOV至300V，工作壓強2. 0 X 10_2Pa，刻蝕角度為8 °至
40°。可選的，在所述遮擋A光柵區或遮擋B光柵區時，使用的遮擋物為一條紋板。可選的，在所述步驟4之前，進一步包括對光刻膠光柵進行灰化處理的步驟。由于上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點1.本發明在制作B閃耀角時，增加了一步制作同質光柵的步驟，這樣可以分別控制A光柵區的光刻膠光柵掩模厚度和B光柵區的同質光柵掩模厚度來實現兩種不同的閃耀角的制作，避免了二次光刻膠光刻工藝。2.在B光柵區采用正向離子束刻蝕形成的同質光柵掩模，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，因此可以實現同質光柵槽形和槽深的精確控制。3.本發明在斜向Ar離子束掃描刻蝕的過程中，由于同質光柵掩模和基片是同一種材質形成，兩者的刻蝕速率始終保持一致，因此可以實現閃耀角的精確控制。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現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，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發明的全息雙閃耀光柵制作方法流程圖；圖2矩形光柵的幾何關系圖；圖3是本發明第一實施方式下各個步驟對應的效果示意圖；圖4為本發明第二實施方式下各個步驟對應的效果示意圖；圖5是正弦形光柵的幾何關系圖；圖6梯形光柵的幾何關系圖；圖7為本發明第三實施方式下各個步驟對應的效果示意圖；圖8為本發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第一、需要兩次光刻膠光刻工藝；第二、光刻膠經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上的差異，會出現刻蝕速率不一致，導致最終形成的閃耀光柵，其閃耀角與預期存在誤差，沒有辦法實現精確控制。本發明通過在A、B兩個光柵區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作出來，從而避免了兩次光刻膠光刻工藝，并且在制作B閃耀角時，先以光刻膠光柵為掩模制作同質光柵，再以該同質光柵為掩模進行斜向Ar離子掃描刻蝕形成閃耀光柵，與現有技術相比，本發明的同質光柵掩模在制作時，可以通過控制正向離子束刻蝕來控制光柵的槽深和槽形，另外由于同質光柵掩模和基片是同一種材質形成，兩者的刻蝕速率始終保持一致，因此可以實現閃耀角的精確控制。請參見圖1，圖1是本發明的全息雙閃耀光柵制作方法流程圖。如圖所示，本發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。該光刻膠層可以是正膠，也可以是負膠，視后續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，形成適于制作A閃耀角的光刻膠光柵結構。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。在本發明中選擇激光干涉光刻工藝，具體為激光源發出的光線經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。在干涉圖形曝光區域的那一部分光刻膠發生性質轉變。經顯影液顯影刻蝕后，在光刻膠上形成凹槽和凸起相間隔的光柵結構。S13 遮擋所述B光柵區，在A光柵區上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行斜向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。該斜向Ar離子束掃描刻蝕的具體工藝參數為離子能量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，在B光柵區上，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移到基片上，形成B光柵區的同質光柵，刻蝕深度由B 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， 其具體的工藝參數為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^。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光柵區閃耀光柵和B光柵區同質光柵。S16 遮擋A光柵區，以所述B光柵區的同質光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質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。該斜向Ar離子束掃描刻蝕的具體工藝參數為離子能量380eV 至520eV，離子束流70mA至140mA，加速電壓MOV至300V，工作壓強2. 0 X 1(Γ2Ι^。刻蝕角度為8°至40°。S17 清洗基片，得到雙閃耀角的閃耀光柵。在步驟Sll中光刻膠的厚度是與閃耀角相關的，在制作普通的閃耀光柵時，也需要進行確定。一般地，閃耀角θ s與光刻膠光柵掩模的槽形和離子束入射角有關。這里給出矩形光柵掩模時，閃耀角θ s與槽形和離子束入射角的經驗公式，θ8 α-3°。參見附圖2所示，由圖2中的光柵掩模參數和離子束入射角α的幾何關系，我們可以得到
Γπdtga =-
A-a可見不同的閃耀角時，要求光刻膠光柵掩模參數也相應不同。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閃耀角確定光柵掩膜的厚度。在步驟S14中刻蝕的深度是與閃耀角相關的，在制作普通的閃耀光柵時，也需要進行確定。一般地，閃耀角θ s與同質光柵掩模的槽形和離子束入射角有關。這里給出矩形光柵掩模時，閃耀角θ s與槽形和離子束入射角的經驗公式，θ8 α-3°。同樣的，對于矩形的同質光柵而言，根據光柵掩模參數和離子束入射角α，我們可以得到
Γ dtga =-
K-a可見不同的閃耀角時，要求同質光柵掩模參數也相應不同。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閃耀角確定光柵掩模的厚度。上述技術方案中，步驟S12中通過干涉光刻所制作的光柵結構的周期(Λ)為 0. 3 3微米；占寬比為0. 25 0. 6，槽形可以是矩形光柵或者正弦形光柵。上述技術方案中，步驟S14中通過正向離子束刻蝕所制作的光柵結構的周期(Λ)為0. 3 3微米；占寬比為0. 25 0. 6，槽形可以是矩形光柵或者梯形光柵。可選的，在步驟S14之前，對光刻膠進行灰化處理，灰化時間根據所需的光柵占寬比而定。通常光刻膠通過光刻工藝后形成的光柵結構的占寬比在0. 5-0. 6左右，想要通過光刻工藝來調節光柵的占寬比相對來說比較困難，因此本發明通過增加灰化工藝，實現對光刻膠光柵結構的占寬比調節，該灰化工藝可以使光柵結構的占寬比在0. 25至0.6的范圍內進行有效的調節。下面再以幾個具體實施方式
對本發明的全息雙閃耀光柵制作方法做詳細說明。需要理解的是，下述幾個實施方式所列舉的參數僅是對本發明所保護范圍中的幾種具體應用，而不是以此限定本發明的保護范圍。實施例一請參見圖3，圖3是本發明的第一實施方式中各個步驟對應的狀態示意圖。制作光柵周期為833納米，兩個閃耀角分別是25°和10°的全息雙閃耀光柵，采用干涉曝光、離子束刻蝕和傾斜離子束掃描刻蝕實現，包括以下步驟(1)在基片10上涂布光刻膠11，根據需要制作的雙閃耀光柵的要求，即光柵周期 (Λ)為833納米，兩個閃耀角分別是25°和10°。根據閃耀角θ s與槽形和離子束入射角的經驗公式，θ s α-3°。采用矩形光刻膠光柵(參見附圖2)為例，首先制作25°閃耀角(Α閃耀角)光柵， 一般地，占寬比f = a/Λ =0. 5，由公式
權利要求
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，對應A閃耀角的為A光柵區，對應B閃耀角的為B光柵區，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，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，形成用于制作A閃耀角的光刻膠光柵；3)遮擋所述B光柵區，在A光柵區上，以所述光刻膠光柵為掩模，對基片進行斜向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，在B光柵區上，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移到基片上，形成B光柵區的同質光柵，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，以所述B光柵區的同質光柵為掩模，對基片進行斜向Ar離子束掃描刻蝕，利用同質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，其特征在于所述光刻膠光柵的占寬比為0. 25-0. 6，周期為300至3000nm。
4.如權利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述光刻膠光柵為矩形光柵或正弦形光柵。
5.如權利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于所述同質光柵為矩形光柵或梯形光柵。
6.如權利要求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8°至40°。
7.如權利要求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光柵區或遮擋B光柵區時，使用的遮擋物為一條紋板。
8.如權利要求1所述的全息雙閃耀光柵制作方法，其特征在于在所述步驟4之前，進一步包括對光刻膠光柵進行灰化處理的步驟。
全文摘要
本發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A、B兩個光柵區上分別使用光刻膠光柵和同質光柵為掩模進行斜向離子束刻蝕，實現兩個閃耀角的不同控制，避免了二次光刻膠光刻工藝。由于在制作同質光柵時，可以控制正向離子束刻蝕的時間，使同質光柵的槽深得到精確控制，另外由于同質光柵掩模和基片是同一種材質形成，兩者的刻蝕速率始終保持一致，因此可以實現閃耀角的精確控制。
文檔編號G02B5/18GK102323634SQ20111031845
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者劉全, 吳建宏, 陳明輝 申請人:蘇州大學