[发明专利]一种全息闪耀光栅制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件的制备方法，具体涉及一种全息闪耀光栅 的制备方法。

背景技术

光栅是一种应用非常广泛而重要的高分辨率的色散光学元件，在现代光 学仪器中占有相当重要的地位。

众所周知，单个栅缝衍射主极大方向实际上既是光线的几何光学传播方 向，也是整个多缝光栅的零级方向，它集中着光能，而又不能把各种波长分 开，而实际应用中则偏重于将尽可能多的光能集中在某一特定的级次上。为 此需要将衍射光栅刻制成具有经过计算确定的槽形，使单个栅槽衍射的主极 大方向(或光线几何光学传播方向)与整个光栅预定的衍射级次方向一致， 这样可使大部分光能量集中在预定的衍射级次上。从这个方向探测时，光谱 的强度最大，这种现象称为闪耀(blaze)，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀使 得光栅的衍射效率得到极大的提高。

全息离子束刻蚀是一种比较普遍的用来制作闪耀光栅的方法。它通过离 子束对材料溅射作用达到去除材料和成形的目的，具有分辨率高、定向性好 等优点。

全息离子束刻蚀闪耀光栅的一般制作工艺如图1所示。首先在石英玻璃基 片1表面涂布光刻胶2，经过全息曝光、显影、定影等处理后，基片上形成表 面浮雕光刻胶光栅掩模3，再以此为光栅掩模3，进行斜Ar离子束刻蚀。利用 掩模对离子束的遮挡效果，使基片的不同位置先后被刻蚀，将光刻胶刻完后 就能在基片材料上得到三角形槽形4。离子束刻蚀闪耀光栅具有槽形好，闪耀 角控制较精确，粗糙度低等优点，在工程中得到了广泛应用。

然而对于全息离子束刻蚀法，由于光栅闪耀角主要依赖于光刻胶掩模的 光栅占宽比、槽深以及槽形三个因素，而光刻胶在干涉曝光的过程，对于占 宽比、刻蚀深度以及槽形的控制都是目前尚未很好解决的几大难题，故在实 现闪耀角控制时存在较大的困难。

因此，有必要寻求一种新的制作全息闪耀光栅的方法，解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够精确控制闪耀角的全息闪耀 光栅的制作方法。

根据本发明的目的提出的一种全息闪耀光栅制作方法，包括步骤：

1)在基片上涂布光刻胶；

2)对所述光刻胶层进行光刻，形成光刻胶光栅；

3)以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行正向离子束刻蚀，将光刻胶光 栅图形转移到基片上，形成同质光栅；

4)清洗基片，去除剩余光刻胶。

5)以同质光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用同质 光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成三 角形的闪耀光栅槽形；

6)清洗基片，得到全息闪耀光栅。

可选的，所述步骤1)中涂布的光刻胶厚度为200nm至500nm。

可选的，在所述步骤2)之后还包括对光刻胶光栅结构进行灰化处理，以 调节光刻胶光栅的占宽比。

可选的，所述步骤3)中，正向离子束刻蚀采用Ar离子束刻蚀方法或CHF₃反应离子束刻蚀方法中的一种，其具体的工艺参数为：Ar离子束刻蚀时，离 子能量为380eV至520eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为240V 至300V，工作压强为2.0×10^-2Pa；CHF₃反应离子束刻蚀时，离子能量为300 eV至470eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为200V至300V，工 作压强为1.4×10^-2Pa。

可选的，所述同质光栅的占宽比为0.25-0.6，周期为300nm至3000nm。

可选的，所述同质光栅为矩形光栅或梯形光栅。

可选的，所述同质光栅的槽深使斜向Ar离子束的刻蚀角度等于从该同质 光栅的一顶角斜射到与该顶角相对的底角所需的角度。

可选的，所述步骤4)中，斜向Ar离子束扫描刻蚀的工艺参数为：离子能量 380eV至520eV，离子束流70mA至140mA，加速电压240V至300V，工作压强 2.0×10^-2Pa，刻蚀角度为8°至40°。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明采用灰化技术、离子束刻蚀，实现了对同质光栅掩模槽形的 精确控制(灰化实现对光栅占宽比f的控制，离子束刻蚀实现对槽深d的控 制)。