CN102207569A - 一种制作位相型波带片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作位相型波带片的方法，包括：制作基片；在该基片上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行光刻、曝光和显影，形成波带片的光刻胶图形；在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积氮化硅层；去除光刻胶并刻蚀基片，形成位相型波带片。本发明提供的制作位相型波带片的方法，相对于传统波带片制作工艺，制作工艺简单，成本低廉，能提高波带片的衍射效率。

Description

一种制作位相型波带片的方法

技术领域

本发明涉及衍射光学元件制作技术领域，尤其涉及一种采用等离子体气相沉积(PECVD)技术制作位相型波带片的方法。

背景技术

波带片实质上就是一种衍射光栅，它可以产生很多衍射级次。无论什么时候，在光线通过连线的圆环边界时，光程差为mλ/2(m为整数)。图1给出一个单色平面波照射一个波带片时，第一和第三级焦点的光路。负的衍射级数也存在，对应于从虚焦点出现的光线。理论上，波带片可以有无限个焦点：

$f_m=\frac{f}{m}---\left(1\right)$

式(1)中当m＝1时可以得到f≡f₁，在这一点上，波带片和传统透镜之间明显不同。然而各个衍射级次的衍射效率必须要考虑，所以实际中并不是所有的焦点都必须存在。例如，对于菲涅耳波带片来说，交替存在的透明和不透明圆环部分都是等面积，但所有偶数级次焦点位置的合成振幅都是零。仅仅奇数级次焦点(m＝±1，±3，±5....)位置和零级(未衍射部分)的振幅出现。如图1所示，图1是波带片多级焦点的情况，图中给出第一级和第三级实、虚焦点的位置。

传统的波带片制作工艺往往是制作面积相同的透明和不透明的交替圆环，不透明的原来用来遮挡半波长的奇数倍或者偶数倍的光，而透明的部分用来透过半波长的偶数倍或者奇数倍的光，而他们由于遮挡了一般的面积，从而衍射效率都要低于50％。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用PECVD工艺制作位相型波带片的方法，以提高波带片的衍射效率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制作位相型波带片的方法，包括：

制作基片；

在该基片上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行光刻、曝光和显影，形成波带片的光刻胶图形；

在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积氮化硅层；

去除光刻胶并刻蚀基片，形成位相型波带片。

上述方案中，所述制作基片的步骤包括：在清洁的石英玻璃衬底上，采用电子束蒸发方法蒸发铬Cr/金Au层，形成基片，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm。

上述方案中，所述在基片上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行光刻、曝光和显影，形成波带片的光刻胶图形的步骤包括：在基片上旋涂厚度为600nm的电子束光刻胶zep-A，并在烘箱中烘烤使其干燥，然后利用电子束在涂了电子束光刻胶zep-A的基片上轰击出所需的波带片图形；对形成的波带片图形进行曝光，然后使用显影液进行显影，在基片上形成波带片的光刻胶图形。

上述方案中，所述在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积氮化硅层的步骤包括：采用等离子体气相沉积技术，在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积一层氮化硅层，该氮化硅层的厚度是波长的奇数倍。所述沉积氮化硅层在120℃的温度下进行。

上述方案中，所述去除光刻胶并刻蚀基片，形成位相型波带片的步骤包括：采用去胶液去除光刻胶，然后采用ICP刻蚀基片底层的铬金层，形成位相型波带片。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的制作位相型波带片的方法，相对于传统波带片制作工艺，制作工艺简单，成本低廉，能提高波带片的衍射效率。

2、本发明提供的制作位相型波带片的方法，利用的PECVD的方法制作的波带片使得第2n+1环和第2n+2环的相位相差一个相位，而第2n环和第2n+1环的相位不是相差半个相位而是完全一样，如图7，这样既保证了聚焦效果也能够达到更高的衍射效率。

3、本发明提供的制作位相型波带片的方法，采用的zep光刻胶具有很高的分辨率，采用可以极大的提高精确率，波带片台阶的直壁性好。

4、本发明提供的制作位相型波带片的方法，是一种制造工艺简单、制造成本低、生产效率高，并能提供更高的衍射效率的制作方法，可以制作出具有聚焦功能的波带片。

附图说明

图1是波带片多级焦点的情况，图中给出第一级和第三级实、虚焦点的位置；

图2是本发明提供的制作位相型波带片的方法流程图；

图3是依照本发明实施例制作位相型波带片时对衬底基片电子束曝光的示意图；

图4是依照本发明实施例制作位相型波带片时显影后图形的示意图；

图5是依照本发明实施例制作位相型波带片时PECVD之后的示意图；

图6是依照本发明实施例制作的位相型波带片的示意图；

图7是依照本发明实施例制作的位相型波带片的相位与级数关系的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明利用光在氮化硅的折射系数和空气中的折射系数不同，对光的位相进行转变，从而制作高衍射效率的波带片。

如图2所示，图2是本发明提供的制作位相型波带片的方法流程图，该方法包括：

步骤1：制作基片；

步骤2：在该基片上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行光刻、曝光和显影，形成波带片的光刻胶图形；

步骤3：在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积氮化硅层；

步骤4：去除光刻胶并刻蚀基片，形成位相型波带片。

基于图2所示的制作位相型波带片的方法，图3至图6示出了依照本发明实施例制作位相型波带片的工艺流程图。

如图3所示，在清洁的石英玻璃衬底上，采用电子束蒸发方法蒸发铬Cr/金Au层形成基片，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm；然后在该基片上旋涂厚度为600nm的电子束光刻胶zep-A，并在烘箱中烘烤使其干燥，然后利用电子束在涂了电子束光刻胶zep-A的基片上轰击出所需的波带片图形。

如图4所示，对形成的波带片图形进行曝光，然后使用显影液进行显影，在基片上形成一个个的光刻胶环带。

如图5所示，采用PECVD方法在形成光刻胶环带的基片上沉积一层氮化硅层，氮化硅层的厚度是波长的奇数倍。沉积一般在较低的温度下进行，例如温度为120℃，在较低的温度下沉积氮化硅，不会对光刻胶的线条产生影响，不会影响其精确性，能够保证光刻胶的直壁性。另外，在此温度下采用PECVD方式能较好的控制氮化硅层的厚度。

如图6所示，采用去胶液去除光刻胶，然后采用ICP刻蚀基片底层的铬金层，形成位相型波带片。

图7示出了依照本发明实施例制作的位相型波带片的相位与级数关系的示意图。依照本发明实施例提供的制作位相型波带片的方法，利用的PECVD的方法制作的波带片使得第2n+1环和第2n+2环的相位相差一个相位，而第2n环和第2n+1环的相位不是相差半个相位而是完全一样，如图7，这样既保证了聚焦效果也能够达到更高的衍射效率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制作位相型波带片的方法，其特征在于，包括：

制作基片；

在该基片上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行光刻、曝光和显影，形成波带片的光刻胶图形；

在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积氮化硅层；

去除光刻胶并刻蚀基片，形成位相型波带片。

2.根据权利要求1所述的制作位相型波带片的方法，其特征在于，所述制作基片的步骤包括：

在清洁的石英玻璃衬底上，采用电子束蒸发方法蒸发铬Cr/金Au层，形成基片，其中Cr的厚度为5nm，Au的厚度为10nm。

3.根据权利要求1所述的制作位相型波带片的方法，其特征在于，所述在基片上旋涂光刻胶，对该光刻胶进行光刻、曝光和显影，形成波带片的光刻胶图形的步骤包括：

在基片上旋涂厚度为600nm的电子束光刻胶zep-A，并在烘箱中烘烤使其干燥，然后利用电子束在涂了电子束光刻胶zep-A的基片上轰击出所需的波带片图形；对形成的波带片图形进行曝光，然后使用显影液进行显影，在基片上形成波带片的光刻胶图形。

4.根据权利要求1所述的制作位相型波带片的方法，其特征在于，所述在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积氮化硅层的步骤包括：

采用等离子体气相沉积技术，在形成波带片的光刻胶图形的基片上沉积一层氮化硅层，该氮化硅层的厚度是波长的奇数倍。

5.根据权利要求4所述的制作位相型波带片的方法，其特征在于，所述沉积氮化硅层在120℃的温度下进行。

6.根据权利要求2所述的制作位相型波带片的方法，其特征在于，所述去除光刻胶并刻蚀基片，形成位相型波带片的步骤包括：

采用去胶液去除光刻胶，然后采用ICP刻蚀基片底层的铬金层，形成位相型波带片。

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