CN101246229A - 一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的方法 - Google Patents

Abstract

一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的方法，属于光栅制作技术领域。加工制作凹面光栅基底；加工制作凸面母光栅基底；在凸面母光栅基底的工作面上旋涂感光材料；采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅；显影，得到凸面光刻胶掩模光栅，即为光刻胶母光栅。对光刻胶母光栅进行光栅的复制；或对显影后得到的光刻胶凸面光栅进行离子束刻蚀，复制；制作出与此凸面母光栅相对应的凹面光栅。本发明避免了直接在凹面基底上进行离子束刻蚀的难题，在保证良好的成像质量的前提下，可以实现对最终产品凹面光栅槽型的精确控制。同时，凸面母光栅可以大量复制制作子代凹面光栅，非常适合于工业化生产。

Description

一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的方法

技术领域

本发明涉及一种直接制作凸面光栅作为母光栅以及用此母光栅来复制制作凹面光栅的方法，可以广泛应用于光谱仪器、分析测量等领域，属于光栅制作技术领域。

背景技术

目前，光谱仪器的应用范围正在不断扩大，它占据了分析仪器1/4的市场份额，在社会生产、生活和科学研究中发挥着不可替代的作用。衍射光栅作为光谱学研究中的关键元件，在多种多样的光谱仪器中扮演了越来越重要的角色，其中凹面光栅具有集色散、聚焦于一体的特性，平场凹面光栅还具备准直的特性，这些特点使得凹面光栅已经成为光谱仪器中关键甚至唯一的光学元件。

衍射效率是衡量凹面光栅质量好坏的一个重要指标。尤其对于紫外波段来说，衍射效率更是一个需要特别考虑的指标。为了获得较高衍射效率的凹面光栅，需要精确的控制光栅的槽形参数，在凹面基底上制作出满足要求的锯齿形、矩形等光栅槽形。

近年来，全息——离子束刻蚀法被广泛应用来制作衍射光栅。祝邵箕的《衍射光栅》第五章讲解了利用全息法进行衍射光栅的曝光制作的内容。采用全息法制作的凹面光栅具有无鬼线、低杂散光、高信噪比等优点，同时还可以进行像差的校正。使用惰性气体的常规物理溅射过程称为离子束刻蚀。具有能量单色性很强及一定密度的大面积、准直均匀离子束发射到材料(薄膜或基片)表面，通过离子撞击表面原子和材料原子间的级联碰撞过程，离子将其携带的动量或能量转移给材料原子，打破原子间的结合和产生活化原子的动量矢量反转，形成材料原子的物理溅射。离子溅射可实现掩模——材料间的精密图形转移，在材料表面刻蚀出三维构造。但是，离子束刻蚀凹面光栅却面临着很多困难。以制作闪耀凹面光栅为例，如附图1所示，采用一般的平行离子束刻蚀凹面光栅，存在整个光栅面上闪耀角不同的缺点，同时，因为凹面光栅基底的遮挡作用，也无法进行小角度闪耀角的刻蚀。为了在整个凹面光栅面上得到大小一致的闪耀角，需要采用如附图2所示的离子束入射形式。但是在此种情况下，同样由于凹面光栅基底的遮挡作用，在大多数情况下，该入射形式是不可能的。当然，采用聚焦离子束刻蚀技术也是可以在整个凹面光栅面上得到大小一致的闪耀角的。但是此种技术刻蚀效率低，花费时间长；同样的，由于凹面基底的遮挡作用，也无法针对小闪耀角的情况进行刻蚀。对于刻蚀诸如矩形、梯形等其他光栅槽形的凹面光栅也存在着同样的问题。上述问题都极大的影响了对凹面光栅槽形的精确控制，降低了凹面光栅产品的质量。

专利号为JP8082551-A；JP3434907-B2的专利(Concave saw-tooth slot for gratingmanufacturing method-involves usage of concave replica process to make replica ofconcave slots of saw-tooth for grating)提出了一种解决方案。该方案为了解决由于凹面基底的遮挡作用而带来的无法刻蚀问题，提出了如下工艺流程：首先，在制作出合适的凹面光栅之后，复制得到相应的第一代凸面光栅。其次，刻蚀复制得到的凸面光栅，得到闪耀凸面光栅。最后，利用该闪耀凸面光栅再次复制得到第二代凹面光栅，至此，得到了闪耀凹面光栅。但是，采用此方案具有如下两个缺点：第一，用于刻蚀的凸面光栅为复制后得到的，并不满足离子束刻蚀技术的需要。某些情况下，需要经过再次技术处理才能满足刻蚀需要，增加了工艺的复杂性，不利于工业化生产；但是，在更多的情况下，针对复制后的凸面光栅是无法进行离子束刻蚀过程的，导致此种方法完全失效。第二，离子束刻蚀工艺受被刻蚀的基底材料的影响很大，采用复制后的凸面光栅作为被刻蚀的对象，其基底材料具有局限性，限制了刻蚀工艺的自由度，增加了刻蚀的难度，在某些情况下甚至无法刻蚀得到所需要的光栅槽形。上述问题使得该方法实用性不强。

本发明提出了一种直接在凸面基底上制作出光刻胶母光栅的方法。制作出的母光栅既可以直接用于复制制作凹面光栅，也可以方便的通过离子束刻蚀等方法精确的得到需要的光栅槽形，然后再复制制作凹面光栅，达到提高衍射效率的目的。本方法工艺步骤简单，有利于工业化生产，为解决上文提到的现有凹面光栅制作中的问题提供了一个可行的方案。

发明内容

本发明的目的是针对凹面光栅制作中无法有效控制光栅槽形的问题，提出一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的替代方案。该方案将上述问题转换为了控制凸面母光栅槽型的问题，可大大降低实现难度，为精确控制凹面光栅的槽形铺平道路，并且有利于工业化生产。

利用本发明制作凹面光栅的步骤如下：

1、加工制作凹面光栅基底。所述凹面基底工作面的面型为球面或非球面(如：轮胎面、抛物面)。

2、加工制作凸面母光栅基底。所述凸面母光栅基底的工作面面型应与步骤1中的凹面光栅基底的工作面面型相一致。所述凸面基底的功能面为平面、球面或非球面。凸面基底的工作面和功能面都是光学面，做抛光处理。所述制作凸面基底的材料对曝光所用的光波长是透明的。

3、在凸面母光栅基底的工作面上旋涂感光材料，得到感光材料层(140)。所述感光材料为光刻胶。

4、采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅。曝光光路结构应根据如下步骤确定：首先，给出使用波长范围、探测用CCD尺寸、凹面光栅使用光路范围、光栅工作级次以及曝光波长等参数数值；其次，将上述各个参数输入优化程序中进行优化计算，便可以得到合格的光路结构参数。

具体优化公式推导如下：

如附图9和附图10所示，分别为凸面光栅的曝光光路结构与凹面光栅的使用光路结构。对于任意光线APB来说其相对于主光线AOB的光程差函数为：

ΔF＝APB-AOB-nmλ

   ＝(PA+PB)-(AO+BO)-nmλ                        (1)

根据记录光源C、D的位置可以得到：

$n=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]---\left(2\right)$

将式(2)代入式(1)得到：

$\mathrm{\ΔF}=(\mathrm{PA}+\mathrm{PB})-(\mathrm{AO}+\mathrm{BO})-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]$

$=M-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}H---\left(3\right)$

将公式(3)中各个线段的长度分别以P(ε，ω，l)点、A(r_A，θ_A)点、B(r_B，θ_B)点、C(r_C，θ_C)点和D(r_D，θ_D)点坐标表示，可以得到

ΔF＝ΔF(ε，ω，l，R，λ，λ₀，m，r_A，θ_A，z_A，r_B，θ_B，z_B，r_C，θ_C，r_D，θ_D)    (4)

对于P(ε，ω，l)点，有ε＜＜ω，l，可据此对ε进行二项式展开，得到ε＝ε(ω，l)。

最终可以得到以光栅ω、l坐标为变量表示的光程差函数：

ΔF＝F₁₀ω+F₀₁l+F₂₀ω²+F₁₁ωl+F₀₂l²+F₃₀ω³+F₂₁ω²l+F₁₂ωl²+F₀₃l³

     +F₄₀ω⁴+F₃₁ω³l+F₂₂ω²l²+F₁₃ωl³+F₀₄l⁴+……                        (5)

具体来说：F₁₀是与光栅色散有关的项；F₂₀是与水平聚焦条件有关的项，它对像质的影响是最大的，也是我们需要首先考虑的项；F₀₂、F₀₄是与像散有关的项；F₃₀是与慧型像差有关的项；F₁₂、F₂₂是像散慧差项；F₄₀是球差项；其余F_ij与高阶像差有关。

为在所使用的波段内消除由F_ij所表征的像差，可以求解下式：

$I_{\mathrm{ij}}=\underset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_1\right)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{\∫}}{F}_{\mathrm{ij}}^2{\mathrm{d\θ}}_B=\min ---\left(6\right)$

对于我们所要设计的平场消像差凹面光栅来说，需要使I₂₀，I₃₀，I₀₂取得最小值，求解出满足条件的各个结构参数。

5、对步骤4中曝光后的感光材料层进行显影，得到凸面光刻胶掩模光栅，即为光刻胶母光栅。

6a.在某些情况下，上述光刻胶母光栅的槽形已经满足需要，此时便可进行光栅的复制，制作得到与凸面母光栅相对应的凹面光栅。

根据上述1～6a步进行操作，便可以得到合格的凹面光栅。在很多情况下，为了得到满足要求的光栅槽形，需要通过离子束刻蚀工艺来对光刻胶光栅进行刻蚀，此时应在步骤5之后执行如下步骤：

6b.对步骤5中显影后得到的凸面光刻胶掩模光栅进行离子束刻蚀。凸面母光栅的槽形可以方便的利用离子束刻蚀工艺进行精确控制。

复制步骤6b中刻蚀后得到的凸面母光栅，制作出与此凸面母光栅相对应的凹面光栅。复制所得凹面光栅槽形与凸面母光栅槽形相一致。

通过采用本发明，避免了直接在凹面基底上进行离子束刻蚀的难题，在保证良好的成像质量的前提下，可以实现对最终产品凹面光栅槽型的精确控制。同时，凸面母光栅可以大量复制制作子代凹面光栅，非常适合于工业化生产。

附图说明

图1为平行离子束刻蚀凹面光栅剖面示意图。

图2为闪耀角一致凹面光栅刻蚀示意图。

图3子图(A)为最终凹面光栅产品的凹面面型剖面示意图，子图(B)为凸面母光栅基底面型剖面示意图。

图4子图(A)为本发明中凸面光栅旋涂光刻胶后的剖面示意图，子图(B)为本发明中完成了曝光显影步骤后得到的光刻胶光栅剖面示意图。

图5为本发明中复制光刻胶凸面母光栅得到的凹面光栅剖面示意图。

图6子图(A)为本发明中刻蚀光刻胶凸面母光栅的剖面示意图，子图(B)为本发明中刻蚀后得到的凸面母光栅的剖面示意图。

图7为本发明中复制刻蚀凸面母光栅得到的凹面光栅剖面示意图。

图8为实施例1中的凸面光栅全息曝光光路示意图。

图9为实施例1中的凹面光栅使用光路示意图。

图10为实施例1中凹面光栅光谱采样实验结果图。

具体实施方式

下文将给出三个具体实施例以及相应的附图，为直接制作凸面光栅作为母光栅来复制制作凹面光栅的具体实施过程做进一步的详细说明。

具体实施例一：

本实施例说明一种制作光刻胶母光栅的方法。具体要求如下：

                                   表1

本实施例操作流程如下：

1、加工制作凹面光栅基底。所述凹面基底工作面的面型为球面。如附图3(A)所示，该凹面基底130的工作面131是球面。

2、加工制作凸面母光栅基底。如附图3(B)所述凸面母光栅基底的工作面133面型应与步骤1中的凹面光栅基底的工作面131面型相一致。所述凸面基底的功能面134为平面。凸面基底的工作面133和功能面134都是光学面，做抛光处理。所述制作凸面基底的材料对曝光所用的光波长441.6nm是透明的，是K9玻璃。

3、如附图4(A)在凸面母光栅基底的工作面133上旋涂感光材料，得到感光材料层(140)。所述感光材料为光刻胶。

4、采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅，如附图4(B)所示。曝光光路结构根据表1给出的使用波长范围、探测用CCD尺寸、凹面光栅使用光路范围、光栅工作级次以及曝光波长等各个参数值输入优化程序中进行优化计算，便可以得到合格的光路结构参数。

具体优化公式推导如下：

如附图9和附图10所示，分别为凸面光栅的曝光光路结构与凹面光栅的使用光路结构。对于任意光线APB来说其相对于主光线AOB的光程差函数为：

ΔF＝APB-AOB-nmλ

   ＝(PA+PB)-(AO+BO)-nmλ                              (1)

根据记录光源C、D的位置可以得到：

$n=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]---\left(2\right)$

将式(2)代入式(1)得到：

$\mathrm{\ΔF}=(\mathrm{PA}+\mathrm{PB})-(\mathrm{AO}+\mathrm{BO})-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]$

$=M-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}H---\left(3\right)$

将公式(3)中各个线段的长度分别以P(ε，ω，l)点、A(r_A，θ_A)点、B(r_B，θ_B)点、C(r_C，θ_C)点和D(r_D，θ_D)点坐标表示，可以得到

ΔF＝ΔF(ε，ω，l，R，λ，λ₀，m，r_A，θ_A，z_A，r_B，θ_B，z_B，r_C，θ_C，r_D，θ_D)    (4)

对于P(ε，ω，l)点，有ε＜＜ω，l，可据此对ε进行二项式展开，得到ε＝ε(ω，l)。

最终可以得到以光栅ω、l坐标为变量表示的光程差函数：

ΔF＝F₁₀ω+F₀₁l+F₂₀ω²+F₁₁ωl+F₀₂l²+F₃₀ω³+F₂₁ω²l+F₁₂ωl²+F₀₃l³

     +F₄₀ω⁴+F₃₁ω³l+F₂₂ω²l²+F₁₃ωl³+F₀₄l⁴+……                         (5)

具体来说：F₁₀是与光栅色散有关的项；F₂₀是与水平聚焦条件有关的项，它对像质的影响是最大的，也是我们需要首先考虑的项；F₀₂、F₀₄是与像散有关的项；F₃₀是与慧型像差有关的项；F₁₂、F₂₂是像散慧差项；F₄₀是球差项；其余F_ij与高阶像差有关。

为在所使用的波段内消除由F_ij所表征的像差，可以求解下式：

$I_{\mathrm{ij}}=\underset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_1\right)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{\∫}}{F}_{\mathrm{ij}}^2{\mathrm{d\θ}}_B=\min ---\left(6\right)$

对于我们所要设计的平场消像差凹面光栅来说，需要使I₂₀，I₃₀，I₀₂取得最小值，求解出满足条件的各个结构参数如表2所示：

                                       表2

5、对步骤4中曝光后的感光材料进行显影，得到光刻胶光栅。如附图4(B)所示，此时光刻胶层140呈现浮雕光栅面形。

至此，光刻胶母光栅制作完毕。

具体实施例二：

本实施例说明一种制作平场凹面光栅的方法。具体要求如下：

                                       表3

本实施例操作流程如下：

1、加工制作凹面光栅基底。所述凹面基底工作面的面型为球面。如附图3(A)所示，该凹面基底130的工作面131是球面。

2、加工制作凸面母光栅基底。如附图3(B)所述凸面母光栅基底的工作面133面型应与步骤1中的凹面光栅基底的工作面131面型相一致。所述凸面基底的功能面134为平面。凸面基底的工作面133和功能面134都是光学面，做抛光处理。所述制作凸面基底的材料对曝光所用的光波长441.6nm是透明的，是K9玻璃。

3、如附图4(A)在凸面母光栅基底的工作面133上旋涂感光材料，得到感光材料层(140)。所述感光材料为光刻胶。

4、采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅，如附图4(B)所示。曝光光路结构根据表1给出的使用波长范围、探测用CCD尺寸、凹面光栅使用光路范围、光栅工作级次以及曝光波长等各个参数值输入优化程序中进行优化计算，便可以得到合格的光路结构参数。

具体优化公式推导如下：

如附图9和附图10所示，分别为凸面光栅的曝光光路结构与凹面光栅的使用光路结构。对于任意光线APB来说其相对于主光线AOB的光程差函数为：

ΔF＝APB-AOB-nmλ

   ＝(PA+PB)-(AO+BO)-nmλ                                    (1)

根据记录光源C、D的位置可以得到：

$n=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]---\left(2\right)$

将式(2)代入式(1)得到：

$\mathrm{\ΔF}=(\mathrm{PA}+\mathrm{PB})-(\mathrm{AO}+\mathrm{BO})-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]$

$=M-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}H---\left(3\right)$

将公式(3)中各个线段的长度分别以P(ε，ω，l)点、A(r_A，θ_A)点、B(r_B，θ_B)点、C(r_C，θ_C)点和D(r_D，θ_D)点坐标表示，可以得到

ΔF＝ΔF(ε，ω，l，R，λ，λ₀，m，r_A，θ_A，z_A，r_B，θ_B，z_B，r_C，θ_C，r_D，θ_D)    (4)

对于P(ε，ω，l)点，有ε＜＜ω，l，可据此对ε进行二项式展开，得到ε＝ε(ω，l)。

最终可以得到以光栅ω、l坐标为变量表示的光程差函数：

ΔF＝F₁₀ω+F₀₁l+F₂₀ω²+F₁₁ωl+F₀₂l²+F₃₀ω³+F₂₁ω²l+F₁₂ωl²+F₀₃l³

     +F₄₀ω⁴+F₃₁ω³l+F₂₂ω²l²+F₁₃ωl³+F₀₄l⁴+……                        (5)

具体来说：F₁₀是与光栅色散有关的项；F₂₀是与水平聚焦条件有关的项，它对像质的影响是最大的，也是我们需要首先考虑的项；F₀₂、F₀₄是与像散有关的项；F₃₀是与慧型像差有关的项；F₁₂、F₂₂是像散慧差项；F₄₀是球差项；其余F_ij与高阶像差有关。

为在所使用的波段内消除由F_ij所表征的像差，可以求解下式：

$I_{\mathrm{ij}}=\underset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_1\right)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{\∫}}{F}_{\mathrm{ij}}^2{\mathrm{d\θ}}_B=\min ---\left(6\right)$

对于我们所要设计的平场消像差凹面光栅来说，需要使I₂₀，I₃₀，I₀₂取得最小值，求解出满足条件的各个结构参数如表4所示：

                                      表4

5、对步骤4中曝光后的感光材料进行显影，得到光刻胶光栅。如附图4(B)所示，此时光刻胶层140呈现浮雕光栅面形。

6、进行光栅复制，制作得到与凸面母光栅相对应的凹面光栅，如附图5所示。该凹面光栅的使用光路如附图9所示，图中各个量的参数如表4所示。

至此，完成了此种平场凹面光栅的制作。下面将给出该光栅的实验检测结果。采用5微米的狭缝作为入射狭缝A，探测用线阵CCD型号为ILX554B，参数为2048像素，像素宽度为14微米。光谱光源采用了OCEAN公司生产的HG-1型Hg-Ar灯。

实验实测的光谱相对强度曲线图如附图10所示。实验测得的分辨率结果如下表所示，实验结果与设计值相符：

说明根据本发明制作的凸面光栅可以作为母光栅复制制作出符合用户需求的凹面光栅。

具体实施例三：

本实施例说明一种制作闪耀平场凹面光栅的方法。本实施例的具体要求与1～5步均与实施例二相同，在第5步之后按照如下步骤进行加工制作：

6、对步骤5中显影后得到的凸面光刻胶掩模光栅进行离子束刻蚀。如附图6所示，得到闪耀凸面光栅。

离子束刻蚀的具体步骤如下：

6.1开离子刻蚀机电源，开分子泵循环水。刻蚀腔内充入氮气，打开刻蚀腔门，装入样片。

6.2开机械泵，待机械泵平稳后，开上道阀。一分钟后，开真空计。真空度低达5Pa后，开下道阀；真空度低达2Pa后，关上道阀，开高阀，关氮气；真空度低达1Pa后，开分子泵中频电源，启动分子泵。

6.3开工作台冷却水电源，开冷却按钮。开Ar气截止阀。

6.4真空度至3×10^-3左右时，开“阀控”开关；真空度至2×10^-2左右时，开离子源电源。

6.5调“阴极”旋钮，使阴极电流至5A；调“阳极”旋钮，使放电电压和放电电流起弧；调“屏栅”旋钮，使离子能量至300eV；调“加速”旋钮，使加速电压至200；再调“屏栅”旋钮，使离子能量至500eV；微调“阴极”、“阳极”和“屏栅”旋钮，使离子束流至100mA，离子能量至500eV；调“中和”旋钮，使中和电流为离子束流的120％，即120mA；最后确认束流密度不大于零。

6.6设定刻蚀时间为3分钟，按“旋转”、“时控”按钮，开始刻蚀。

6.7刻蚀完毕后，关闭“旋转”、“时控”按钮。反向调“屏栅”旋钮，使离子能量降至300eV；反向调“中和”、“加速”旋钮，使其回零；同时反向调“屏栅”、“阴极”和“阳极”旋钮，使离子能量逐渐降至零。

6.8关离子源电源开关，关冷却水开关，关流量显示仪。当真空度至3×10^-3以下时，关Ar气截止阀。

6.9关真空计；关高阀；停分子泵；待分子泵停稳后，关中频电源；关下道阀；关机械泵。

6.10刻蚀腔内充入氮气，打开刻蚀腔门，拿出样片。取片后，应使刻蚀机内保持一定真空度，即开机械泵和上道阀，抽真空1分钟。

7.复制步骤6中刻蚀后得到的凸面母光栅，制作得到与凸面母光栅相对应的凹面光栅，如附图7所示。该凹面光栅的使用光路如附图9所示，图中各个量的参数如表4所示。

至此，完成了闪耀平场凹面光栅的制作。

本发明给出的实施例并非用以限定本发明。本领域任何相关技术人员，在不脱离本发明的范围的情况下，都可得到近似的结果而不脱离本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

(1)加工制作凹面光栅基底；

(2)加工制作凸面母光栅基底：

所述凸面母光栅基底的工作面面型与步骤(1)中的凹面光栅基底的工作面面型相一致；所述凸面基底的功能面为平面、球面或非球面；

凸面基底的工作面和功能面都是光学面，做抛光处理；

所述制作凸面基底的材料对曝光所用的光波长是透明的；

(3)在步骤(2)所得凸面母光栅基底的工作面上旋涂感光材料，得到感光材料层(140)；

(4)采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅；

(5)对步骤(4)中曝光后的感光材料层进行显影，得到凸面光刻胶掩模光栅，即为光刻胶母光栅。

2、根据权利要求1所述的一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的方法，其特征在于，所述感光材料为光刻胶。

3、根据权利要求1所述的一种在凸面基底上直接制作光刻胶母光栅的方法，其特征在于，所述全息法曝光曝光光路结构根据如下步骤确定：首先，给出使用波长范围、探测用CCD尺寸、凹面光栅使用光路范围、光栅工作级次以及曝光波长参数数值；其次，将上述各个参数输入优化公式中进行计算，得到光路结构参数；

优化公式推导如下：

对于任意光线APB来说其相对于主光线AOB的光程差函数为：

ΔF＝APB-AOB-nmλ

   ＝(PA+PB)-(AO+BO)-nmλ                   (1)

根据记录光源C、D的位置可以得到：

$n=\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]---\left(2\right)$

将式(2)代入式(1)得到：

$\mathrm{\ΔF}=(\mathrm{PA}+\mathrm{PB})-(\mathrm{AO}+\mathrm{BO})-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}[(\mathrm{PC}-\mathrm{PD})-(\mathrm{CO}-\mathrm{DO})]$

$=M-\frac{\mathrm{m\λ}}{{\mathrm{\λ}}_0}H---\left(3\right)$

将公式(3)中各个线段的长度分别以P(ε，ω，l)点、A(r_A，θ_A)点、B(r_B，θ_B)点、C(r_C，θ_C)点和D(r_D，θ_D)点坐标表示，可以得到

ΔF＝ΔF(ε，ω，l，R，λ，λ₀，m，r_A，θ_A，z_A，r_B，θ_B，z_B，r_C，θ_C，r_D，θ_D)    (4)

对于P(ε，ω，l)点，有ε＜＜ω，l，可据此对ε进行二项式展开，得到ε＝ε(ω，l)。

最终可以得到以光栅ω、l坐标为变量表示的光程差函数：

ΔF＝F₁₀ω+F₀₁l+F₂₀ω²+F₁₁ωl+F₀₂l²+F₃₀ω³+F₂₁ω²l+F₁₂ωl²+F₀₃l³

     +F₄₀ω⁴+F₃₁ω³l+F₂₂ω²l²+F₃₃ωl³+F₀₄l⁴+……(5)

其中，F₁₀是与光栅色散有关的项；F₂₀是与水平聚焦条件有关的项；F₀₂、F₀₄是与像散有关的项；F₃₀是与慧型像差有关的项；F₁₂、F₂₂是像散慧差项；F₄₀是球差项；其余F_ij与高阶像差有关；

为在所使用的波段内消除由F_ij所表征的像差，求解下式：

$I_{\mathrm{ij}}=\underset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_1\right)}{\overset{{\mathrm{\θ}}_B\left({\mathrm{\λ}}_2\right)}{\∫}}{F}_{\mathrm{ij}}^2{\mathrm{d\θ}}_B=\min ---\left(6\right)$

对于所要设计的平场消像差凹面光栅来说，需要使I₂₀，I₃₀，I₀₂取得最小值，求解出满足条件的各个光路结构参数。

4、一种制作凹面光栅的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

(1)加工制作凹面光栅基底；

(2)加工制作凸面母光栅基底：

所述凸面母光栅基底的工作面面型与步骤(1)中的凹面光栅基底的工作面面型相一致；所述凸面基底的功能面为平面、球面或非球面；

凸面基底的工作面和功能面都是光学面，做抛光处理；

所述制作凸面基底的材料对曝光所用的光波长是透明的；

(3)在步骤(2)所得凸面母光栅基底的工作面上旋涂感光材料，得到感光材料层(140)；

(4)采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅；

(5)对步骤(4)中曝光后的感光材料层进行显影，得到凸面光刻胶掩模光栅，即为光刻胶母光栅；

(6)对步骤(5)中所得到的光刻胶母光栅进行光栅的复制，制作得到与凸面母光栅相对应的凹面光栅。

5、一种制作凹面光栅的方法，其特征在于，该方法步骤如下：

(1)加工制作凹面光栅基底；

(2)加工制作凸面母光栅基底：

所述凸面母光栅基底的工作面面型与步骤(1)中的凹面光栅基底的工作面面型相一致；所述凸面基底的功能面为平面、球面或非球面；

凸面基底的工作面和功能面都是光学面，做抛光处理；

所述制作凸面基底的材料对曝光所用的光波长是透明的；

(3)在步骤(2)所得凸面母光栅基底的工作面上旋涂感光材料，得到感光材料层(140)；

(4)采用全息法曝光得到凸面光刻胶掩模光栅；

(5)对步骤(4)中曝光后的感光材料层进行显影，得到凸面光刻胶掩模光栅，即为光刻胶母光栅。

(6)对步骤5中显影后得到的光刻胶凸面光栅进行离子束刻蚀；

(7)复制步骤(6)中离子束刻蚀后得到的凸面母光栅，制作出与此凸面母光栅相对应的凹面光栅。

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