[发明专利]一种提高大口径菲涅耳波带片衍射效率的方法

说明书

技术领域

本发明属于空间光学系统先进制造技术领域，涉及一种提高大口径菲涅耳波带片衍射效率的方法。

背景技术

根据制作工艺不同，衍射元件可分为振幅型和位相型两类。振幅型衍射元件的衍射效率很低，仅有10％左右。而位相型衍射元件的衍射效率能达到40％以上，可克服振幅型衍射元件衍射效率较低的问题，因而较振幅型衍射元件具有更大的应用前景。

为进一步提高衍射效率，可把2台阶光栅结构制作成多台阶光栅形式。理论分析表明，台阶数越多，光栅理论衍射效率越高，如四台阶的理论衍射效率可达到81％，八台阶可达到95％。但是随着台阶数增多，制作难度相应增加。

位相型元件一般首先使用光刻工艺加工掩模，再通过刻蚀的方法进行图案转移。对于多台阶元件，需要进行多次套刻和刻蚀加工才能完成。当光栅周期确定时，光刻工艺能够加工的最小线宽决定了所能加工的台阶数。

基于菲涅尔波带片的衍射成像元件属于大口径变周期圆光栅元件。从中心区域向边缘的光栅周期逐渐变小。光栅周期也可以用线宽来表述。由于光刻工艺的限制，线宽很小的波带片边缘区域最多只能加工成4台阶结构，因此传统上一般将菲涅尔波带片制作成四台阶的结构。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高大口径菲涅尔波带片衍射效率的方法，该方法提出了混合多台阶的制作方法，所做出的菲涅尔波带片的衍射效率大幅提高。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种提高大口径菲涅耳波带片衍射效率的方法，包括如下步骤

步骤一、根据菲涅耳波带片上区域i的设计线宽L_i和光刻机加工的最小线宽l₀确定区域i对应的台阶数2ⁿ：即2ⁿ≤L_i/l₀≤2ⁿ⁺¹。

步骤二、在石英玻璃基板上制备光刻胶掩模结构。

步骤三、进行第一次离子束刻蚀，在对应台阶数为2的区域加工出2台阶结构。

步骤四、清洗光刻胶，进行第一次套刻加工。

步骤五、进行第二次离子束刻蚀，在对应台阶数为4的区域加工出4台阶结构。

步骤六、清洗光刻胶，进行第二次套刻加工。

步骤七、进行第三次离子束刻蚀，在对应台阶数为8的区域加工8台阶结构。

步骤八、依次类推，直至所有区域加工完成为止。

步骤九、刻蚀完成后，去除光刻胶，获得多台阶混合的多台阶菲涅耳波带片。

进一步地，步骤一中，石英玻璃基板为两面抛光，则在该石英玻璃基板上制备光刻胶掩模结构的方法具体为：在石英玻璃基板上旋涂一层光刻胶，然后进行前烘处理，接着，使用激光直写机在光刻胶表面曝光所设计的菲涅耳波带片图案，曝光完成后，进行显影操作，显影完成后，再进行后烘坚膜处理；

光刻胶为适合离子束刻蚀的正性光刻胶。

有益效果：

1、本发明采用了混合台阶数的台阶结构，在不升级光刻设备所能加工的极限线宽前提下，最大限度的提高衍射效率。与传统的整体四台阶或整体八台阶方法，两者具有本质区别。

2、本发明采用无掩模光刻。使用激光直写机直接在基板上通过激光直写工艺进行图案加工和套刻。而不是传统的先加工掩模版，再进行复制加工的方法，节省了工艺环节，有利于提高线宽的精度和降低加工成本。

3、本发明使用离子束刻蚀的方法，将光刻胶上的图案转移到石英玻璃基底。而不是传统的湿法刻蚀或反应离子刻蚀法。

附图说明

图1为混合台阶数菲涅耳衍射结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1、一种提高大口径菲涅耳波带片衍射效率的方法，包括如下步骤

步骤一、根据菲涅耳波带片上区域i的设计线宽L_i和光刻机加工的最小线宽l₀确定区域i对应的台阶数2ⁿ：即2ⁿ≤L_i/l₀≤2ⁿ⁺¹。

步骤二、在石英玻璃基板上制备光刻胶掩模结构；

步骤三、进行第一次离子束刻蚀，在对应台阶数为2的区域加工出2台阶结构；

步骤四、清洗光刻胶，进行第一次套刻加工；

步骤五、进行第二次离子束刻蚀，在对应台阶数为4的区域加工出4台阶结构；