[发明专利]消像差变栅距光栅扫描光刻条纹线密度设计方法

说明书

消像差变栅距光栅扫描光刻条纹线密度设计方法，涉及全息光栅制作的技术领域，本发明提出消像差变栅距光栅扫描光刻的干涉条纹线密度设计方法，利用该方法可根据变栅距光栅刻槽密度目标函数，完成扫描光刻过程中干涉条纹线密度函数的设计，按此干涉条纹线密度设计函数，变化干涉条纹的线密度，最终得到的变周期光栅刻槽密度满足光栅刻槽密度目标函数的要求。按照本方法可设计光刻干涉条纹的线密度变化规律。提高变栅距光栅的刻槽密度的精度，保证曝光对比度工艺参数的可控性，对提升变栅距光栅扫描光刻制作水平，提高光栅制作成功率具有重要意义。

技术领域

本发明涉及全息光栅制作的技术领域，具体涉及一种消像差变栅距光栅扫 描光刻的干涉条纹线密度的设计方法。

背景技术

消像差变栅距光栅是指光栅刻槽密度按照一定规律变化的平面光栅，通过 光栅刻槽密度的变化校正离焦、球差等光学像差。与曲面光栅相比，光栅基底 为平面，降低了基底的加工难度。入射到变栅距光栅的子午光线可以自形成谱 线，光谱仪器中无需额外的准直及聚焦光学元件，减小了仪器的体积重量，提 高了光能利用率，具有较高激光损伤阈值，在同步辐射光源装置、高能激光装 置等领域具有重要应用。

变栅距光栅的制作方式通常采用机械刻划、电子束直写、激光直写、全息 曝光等方式制作。机械刻划、电子束及激光直写等制作方式属于超精密加工， 逐线完成光栅刻槽的加工，制作效率低，且由于变栅距光栅相邻栅距的变化一 般不超过纳米量级，对相应的超精密加工设备及加工条件要求很高，制作难度 和成本高。传统全息曝光方式制作变栅距光栅，可采用球面波或非球面波曝光 系统，但球面波曝光系统可调整的自由度较少，且存在刻槽弯曲的问题，会导 致光栅的分辨能力下降。非球面波曝光系统设计、加工及调试难度大，工艺上 不易实现，往往导致实际的光栅刻槽密度与期望值存在较大误差。

变周期扫描光刻是制作变栅距光栅的另一种重要方法，干涉光学系统形成 小口径(微米～毫米量级)的干涉图样，由二维工作台承载光栅基底进行步进扫描 运动，使干涉图样与光栅基底之间产生相对运动，将干涉条纹记录在光栅基底 涂覆的光刻胶中，直至完成整块光栅基底有效面积的曝光。为实现变栅距光栅 的制作，在曝光过程中，需要根据用于光刻的干涉条纹线密度变化函数，通过 精密光电控制改变相干光束的干涉夹角，不断精密调整干涉条纹线密度，使制 作的光栅刻槽密度满足设计指标要求。这种制作方式所制作的变栅距光栅不存 在刻槽弯曲的问题，干涉图样中存在数百条干涉条纹，大大提高了制作效率， 在进行大面积光栅制作时，无需大口径的光学系统。

但若令干涉条纹线密度变化函数等于变栅距光栅的目标刻槽密度函数，进 行干涉条纹线密度的调整，制作得到的变栅距光栅刻槽密度与设计值存在较大 偏差。这主要是由于以下两点原因，变周期扫描光刻系统在改变干涉条纹的线 密度时，干涉图样中全部干涉条纹的线密度发生相同的变化，无法实现干涉条 纹逐条线距的精密调整。且干涉图样的强度分布为高斯分布，为了保证曝光量 的均匀性，相邻扫描段的干涉图样之间存在一定的重叠，对制作出的光栅的刻 槽分布具有均化效应。

建立干涉条纹线密度的设计方法，是变周期扫描光刻技术应用的关键问题。 本发明提出一种用于消像差变栅距光栅扫描光刻的干涉条纹线密度设计方法， 按照此方法设计的干涉条纹线密度变化函数，改变光刻过程中干涉条纹的线密 度，可使最终得到变栅距光栅刻槽密度满足设计指标要求。

发明内容

本发明提出消像差变栅距光栅扫描光刻的干涉条纹线密度设计方法，利用 该方法可根据变栅距光栅刻槽密度目标函数，完成扫描光刻过程中干涉条纹线 密度函数的设计，按此干涉条纹线密度设计函数，变化干涉条纹的线密度，最 终得到的变周期光栅刻槽密度满足光栅刻槽密度目标函数的要求。

消像差变栅距光栅扫描光刻条纹线密度设计方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、确定变栅距光栅的刻线密度函数及通用光刻过程制作参数；

步骤一一、根据变栅距光栅的消像差特性及其在仪器中的应用需求，设计 变栅距光栅刻槽密度目标函数g(x)为：