[发明专利]一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法

说明书

本发明公开了一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，解决常规近场全息方法不能直接复制及微调掩模线密度及其空间分布的问题。通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。本发明可以有效的微调近场全息变间距光栅位相掩模的线密度分布，由此减少了对电子束光刻制作方法的依赖，降低位相掩模的制作成本，在一定程度上灵活快速地获得具有不同线密度分布的掩模，以满足不同场合的不同需求，是一种十分重要的、低成本的变间距光栅的制作方法。本发明对利用近场全息方法调控光栅线密度空间分布，在此基础上提高高精度变间距光栅的制作质量和效率十分重要。

技术领域

本发明属于衍射光学元件的微纳加工技术领域，具体涉及一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，其为基于近场全息技术的变间距光栅及其位相掩模线密度可控微调方法。

背景技术

近场全息法是一种快速、稳定的制作衍射光栅，特别是变间距光栅的制作方法。其基本原理是：近场全息曝光时所用的激光经位相掩模后，利用位相掩模对入射光的两个衍射级次之间的干涉将位相掩模的图形转移到涂覆了光刻胶的光栅基底上，再经刻蚀过程将光刻胶光栅的图形转移到光栅基底上。近场全息所用位相掩模是此方法的核心器件，由于位相掩模的使用，使近场全息的曝光系统光路简单、紧凑、稳定。电子束光刻在制备高线密度光栅图形、以及调控光栅线密度空间分布方面具有很大的灵活性。因此，在近场全息中使用基于电子束光刻方法制备的高精度位相掩模，是制作高质量衍射光栅的理想方法。另一方面，众所周知，电子束光刻技术对环境稳定性要求高，制作周期长，是一种成本相对较高的微纳加工方法。

按照目前常规的近场全息方法，需根据近场全息光路、拟制作变间距光栅的线密度分布n_g(x)以及位相掩模的几何尺寸优化设计位相掩模的线密度分布n_m(x)，n_g(x)与n_m(x)两者并不相等。因此，位相掩模的光栅图形与拟制备光栅图形具有一一对应关系，即某一块位相掩模只对应某一特定的制作光栅图形。换言之，常规的单次近场全息方法无法直接复制出位相掩模图形，其位相掩模与制作光栅之间图形区域长度[即变间距光栅图形沿线密度变化方向的长度]及其线密度分布会发生变化。位相掩模在长时间使用过程中难免会存在磨损或污染情况，再次直接用电子束光刻制备新的熔石英掩模成本高、时间长。近场全息光路的改变，将需要重新利用电子束光刻方法制作新的位相掩模，这将显著增加制备位相掩模所需的时间、经济成本；因此，如何基于近场全息方法，复制或在一定范围内微调变间距光栅的线密度空间分布以制备新的位相掩模，对于节约位相掩模的制作成本也是一项很有实际意义的工作；迫切需要发展基于近场全息的光栅图形线密度调控方法，以提高近场全息法制备光栅图形的灵活性和潜力，同时缓解利用电子束光刻法制作高质量光栅位相掩模的压力。

为解决此问题，本发明提出基于近场全息法微调线密度及其空间分布的方法，进一步发展一种制备基于近场全息法制备变间距光栅位相掩模线密度可控微调方法。即通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。此发明是一种可控的、稳定的、快速的位相掩模制作方法，是一种十分重要的、低成本的变间距光栅的制作方法。

发明内容

本发明提出一种基于近场全息方法制作具有线密度空间分布可调的位相掩模制备方法，即通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。这种方法主要解决常规近场全息方法不能改变制作光栅线密度及其空间分布、以及位相掩模磨损后需利用电子束光刻法重新制作价格昂贵的位相掩模的问题。本发明可提高近场全息方法制作图形灵活性、降低近场全息位相掩模制作成本等特点。本发明将在变间距光栅、周期性亚微米结构制备等微纳制作领域具有极大的应用潜力。

为克服现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案是：一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，包括：