CN102323634B - 一种全息双闪耀光栅的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种全息双闪耀光栅的制作方法，所述全息双闪耀光栅的两个闪耀角分别是A闪耀角和B闪耀角，通过A、B两个光栅区上分别使用光刻胶光栅和同质光栅为掩模进行斜向离子束刻蚀，实现两个闪耀角的不同控制，避免了二次光刻胶光刻工艺。由于在制作同质光栅时，可以控制正向离子束刻蚀的时间，使同质光栅的槽深得到精确控制，另外由于同质光栅掩模和基片是同一种材质形成，两者的刻蚀速率始终保持一致，因此可以实现闪耀角的精确控制。

Description

一种全息双闪耀光栅的制作方法

技术领域

本发明涉及一种衍射光学元件的制备方法，具体涉及一种全息双闪耀光栅的制备方法。

背景技术

光栅是一种应用非常广泛而重要的高分辨率的色散光学元件，在现代光学仪器中占有相当重要的地位。

众所周知，单个栅缝衍射主极大方向实际上既是光线的几何光学传播方向，也是整个多缝光栅的零级方向，它集中着光能，而又不能把各种波长分开，而实际应用中则偏重于将尽可能多的光能集中在某一特定的级次上。为此需要将衍射光栅刻制成具有经过计算确定的槽形，使单个栅槽衍射的主极大方向(或光线几何光学传播方向)与整个光栅预定的衍射级次方向一致，这样可使大部分光能量集中在预定的衍射级次上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀(blaze)，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀使得光栅的衍射效率得到极大的提高。

闪耀光栅虽然有着很多的优点，但是在宽波段上，如从紫外到红外波段都想获得较高的衍射效率，还是很困难，为此，出现了全息双闪耀光栅产品，以实现宽波段内，均有较高的，均匀的衍射效率。全息双闪耀光栅由于具有宽波段的高效率优势，具有非常广阔的市场前景。

在申请号为CN200910231737.3的中国专利申请文件中，公开了一种全息双闪耀光栅的制作方法，该方法先在基片上制作出A闪耀角的光栅，然后遮挡A区域，再在B区域上制作具有B闪耀角的光栅。两种不同闪耀角的闪耀光栅均采用采用全息离子束刻蚀方法，即先在表面制作光刻胶光栅掩模，然后用斜向离子束刻蚀，在基片上制作出三角形的闪耀光栅。通过控制前后A、B两区域上的光刻胶厚度，实现双闪耀角的制作。

然而在上述的方法中，形成两个光栅闪耀角需要进行两次光刻胶涂布和光刻工艺。另外区分A、B闪耀角完全依赖光刻胶光栅的槽深。由于光刻胶经过光刻工艺之后形成的光栅，其占宽比、槽形和槽深很难实现精确控制，另外由于在斜向离子束刻蚀的时候，由于光刻胶和基片材质上的差异，会出现刻蚀速率不一致，导致最终形成的闪耀光栅，其闪耀角与预期存在误差，没有办法实现精确控制。

为此，有必要寻求一种新的制作全息双闪耀光栅的方法，解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种既能够精确控制双闪耀角，又不需要两次光刻胶涂布和光刻工艺的全息双闪耀光栅的制作方法。该全息双闪耀光栅的两个闪耀角分别是A闪耀角和B闪耀角，双闪耀光栅分为两个区，对应A闪耀角的为A光栅区，对应B闪耀角的为B光栅区。

该制作方法包括步骤：

1)在基片上涂布光刻胶，该光刻胶厚度由所述A闪耀角决定；

2)对所述光刻胶层进行光刻，形成用于制作A闪耀角的光刻胶光栅；

3)遮挡所述B光栅区，在A光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束刻蚀，利用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成A闪耀角的闪耀光栅；

4)遮挡所述A光栅区，在B光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行正向离子束刻蚀，将光刻胶光栅图形转移到基片上，形成B光栅区的同质光栅，刻蚀深度由B闪耀角决定；

5)清洗基片，去除剩余光刻胶。

6)遮挡A光栅区，以所述B光栅区的同质光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成B闪耀角的闪耀光栅；

7)清洗基片，得到双闪耀角的闪耀光栅。

可选的，所述正向离子束刻蚀采用Ar离子束刻蚀方法或CHF3反应离子束刻蚀方法，其具体的工艺参数为：Ar离子束刻蚀时，离子能量为380eV至520eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为240V至300V，工作压强为2.0×10^-2Pa；CHF₃反应离子束刻蚀时，离子能量为300eV至470eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为200V至300V，工作压强为1.4×10^-2Pa。

可选的，所述光刻胶光栅的占宽比为0.25-0.6，周期为300至3000nm。

可选的，所述光刻胶光栅为矩形光栅或正弦形光栅。

可选的，所述同质光栅为矩形光栅或梯形光栅。

可选的，所述斜向Ar离子束扫描刻蚀的工艺参数为：离子能量380eV至520eV，离子束流70mA至140mA，加速电压240V至300V，工作压强2.0×10-2Pa，刻蚀角度为8°至40°。

可选的，在所述遮挡A光栅区或遮挡B光栅区时，使用的遮挡物为一条纹板。

可选的，在所述步骤4之前，进一步包括对光刻胶光栅进行灰化处理的步骤。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明在制作B闪耀角时，增加了一步制作同质光栅的步骤，这样可以分别控制A光栅区的光刻胶光栅掩模厚度和B光栅区的同质光栅掩模厚度来实现两种不同的闪耀角的制作，避免了二次光刻胶光刻工艺。

2.在B光栅区采用正向离子束刻蚀形成的同质光栅掩模，由于正向离子束刻蚀的各向异性特征，只在刻蚀方向上具有良好的刻蚀效果，因此可以实现同质光栅槽形和槽深的精确控制。

3.本发明在斜向Ar离子束扫描刻蚀的过程中，由于同质光栅掩模和基片是同一种材质形成，两者的刻蚀速率始终保持一致，因此可以实现闪耀角的精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的全息双闪耀光栅制作方法流程图；

图2矩形光栅的几何关系图；

图3是本发明第一实施方式下各个步骤对应的效果示意图；

图4为本发明第二实施方式下各个步骤对应的效果示意图；

图5是正弦形光栅的几何关系图；

图6梯形光栅的几何关系图；

图7为本发明第三实施方式下各个步骤对应的效果示意图；

图8为本发明第四实施方式下各个步骤对应的效果示意图

具体实施方式

现有的全息双闪耀光栅制作方法中，在制作A、B闪耀角时，先在光刻胶上制作光栅，并以该光刻胶光栅为掩模进行斜向离子束刻蚀，该方式存在如下的问题：第一、需要两次光刻胶光刻工艺；第二、光刻胶经过光刻工艺之后形成的光栅，受曝光工艺和显影刻蚀工艺的限制，其槽形和槽深很难实现精确控制；第三、在斜向离子束刻蚀的时候，由于光刻胶和基片材质上的差异，会出现刻蚀速率不一致，导致最终形成的闪耀光栅，其闪耀角与预期存在误差，没有办法实现精确控制。

本发明通过在A、B两个光栅区上分别以不同的光栅为掩模，使得A、B两个闪耀角能够分别被制作出来，从而避免了两次光刻胶光刻工艺，并且在制作B闪耀角时，先以光刻胶光栅为掩模制作同质光栅，再以该同质光栅为掩模进行斜向Ar离子扫描刻蚀形成闪耀光栅，与现有技术相比，本发明的同质光栅掩模在制作时，可以通过控制正向离子束刻蚀来控制光栅的槽深和槽形，另外由于同质光栅掩模和基片是同一种材质形成，两者的刻蚀速率始终保持一致，因此可以实现闪耀角的精确控制。

请参见图1，图1是本发明的全息双闪耀光栅制作方法流程图。如图所示，本发明的全息双闪耀光栅制作方法流程图包括步骤：

S11：在基片上涂布光刻胶。所述涂布光刻胶的工艺可以为旋涂法，也可以是蒸涂法。该光刻胶层可以是正胶，也可以是负胶，视后续不同的处理方式而定。涂布的光刻胶层厚度由A闪耀角决定。

S12：对所述光刻胶层进行光刻，形成适于制作A闪耀角的光刻胶光栅结构。所述光刻可以为激光干涉光刻工艺，也可以是掩模曝光光刻工艺。在本发明中选择激光干涉光刻工艺，具体为：激光源发出的光线经光路分束后形成两束或多束相干光，并利用透镜汇聚到光刻胶表面形成明暗相间的干涉图形。在干涉图形曝光区域的那一部分光刻胶发生性质转变。经显影液显影刻蚀后，在光刻胶上形成凹槽和凸起相间隔的光栅结构。

S13：遮挡所述B光栅区，在A光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束刻蚀，利用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成A闪耀角的闪耀光栅。该斜向Ar离子束扫描刻蚀的具体工艺参数为：离子能量380eV至520eV，离子束流70mA至140mA，加速电压240V至300V，工作压强2.0×10^-2Pa。

S14：遮挡所述A光栅区，在B光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行正向离子束刻蚀，将光刻胶光栅图形转移到基片上，形成B光栅区的同质光栅，刻蚀深度由B闪耀角决定。所述正向离子束刻蚀采用Ar离子束刻蚀方法或CHF₃反应离子束刻蚀方法，其具体的工艺参数为：Ar离子束

刻蚀时，离子能量为380eV至520eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为240V至300V，工作压强为2.0×10^-2Pa；CHF₃反应离子束刻蚀时，离子能量为300eV至470eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为200V至300V，工作压强为1.4×10^-2Pa。

S15：清洗基片，去除剩余光刻胶。正向离子束刻蚀完成后，基片表面会剩余部分残存的光刻胶，对该部分残存光刻胶采用硫酸+氧化剂溶液进行清洗，使剩余的光刻胶被充分反应去除，露出基片上的A光栅区闪耀光栅和B光栅区同质光栅。

S16：遮挡A光栅区，以所述B光栅区的同质光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成B闪耀角的闪耀光栅。该斜向Ar离子束扫描刻蚀的具体工艺参数为：离子能量380eV至520eV，离子束流70mA至140mA，加速电压240V至300V，工作压强2.0×10^-2Pa。刻蚀角度为8°至40°。

S17：清洗基片，得到双闪耀角的闪耀光栅。

在步骤S11中光刻胶的厚度是与闪耀角相关的，在制作普通的闪耀光栅时，也需要进行确定。

一般地，闪耀角θs与光刻胶光栅掩模的槽形和离子束入射角有关。这里给出矩形光栅掩模时，闪耀角θs与槽形和离子束入射角的经验公式，θs≈α-3°。

参见附图2所示，由图2中的光栅掩模参数和离子束入射角α的几何关系，我们可以得到：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可见不同的闪耀角时，要求光刻胶光栅掩模参数也相应不同。当光栅周期Λ和占宽比a/Λ一定时，要获得不同的闪耀角，就需要改变光栅掩模的厚度d。本领域技术人员能够根据闪耀角确定光栅掩膜的厚度。

在步骤S14中刻蚀的深度是与闪耀角相关的，在制作普通的闪耀光栅时，也需要进行确定。

一般地，闪耀角θs与同质光栅掩模的槽形和离子束入射角有关。这里给出矩形光栅掩模时，闪耀角θs与槽形和离子束入射角的经验公式，θs≈α-3°。

同样的，对于矩形的同质光栅而言，根据光栅掩模参数和离子束入射角α，我们可以得到：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可见不同的闪耀角时，要求同质光栅掩模参数也相应不同。当光栅周期Λ和占宽比a/Λ一定时，要获得不同的闪耀角，就需要改变光栅掩模的厚度d。本领域技术人员能够根据闪耀角确定光栅掩模的厚度。

上述技术方案中，步骤S12中通过干涉光刻所制作的光栅结构的周期(Λ)为0.3～3微米；占宽比为0.25～0.6，槽形可以是矩形光栅或者正弦形光栅。

上述技术方案中，步骤S14中通过正向离子束刻蚀所制作的光栅结构的周期(Λ)为0.3～3微米；占宽比为0.25～0.6，槽形可以是矩形光栅或者梯形光栅。

可选的，在步骤S14之前，对光刻胶进行灰化处理，灰化时间根据所需的光栅占宽比而定。通常光刻胶通过光刻工艺后形成的光栅结构的占宽比在0.5-0.6左右，想要通过光刻工艺来调节光栅的占宽比相对来说比较困难，因此本发明通过增加灰化工艺，实现对光刻胶光栅结构的占宽比调节，该灰化工艺可以使光栅结构的占宽比在0.25至0.6的范围内进行有效的调节。

下面再以几个具体实施方式对本发明的全息双闪耀光栅制作方法做详细说明。需要理解的是，下述几个实施方式所列举的参数仅是对本发明所保护范围中的几种具体应用，而不是以此限定本发明的保护范围。

实施例一：请参见图3，图3是本发明的第一实施方式中各个步骤对应的状态示意图。制作光栅周期为833纳米，两个闪耀角分别是25°和10°的全息双闪耀光栅，采用干涉曝光、离子束刻蚀和倾斜离子束扫描刻蚀实现，包括以下步骤：

(1)在基片10上涂布光刻胶11，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期(Λ)为833纳米，两个闪耀角分别是25°和10°。根据闪耀角θs与槽形和离子束入射角的经验公式，θs≈α-3°。

采用矩形光刻胶光栅(参见附图2)为例，首先制作25°闪耀角(A闪耀角)光栅，一般地，占宽比f＝a/Λ＝0.5，由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可得光栅掩模的槽深d是221纳米。故这里涂布230纳米厚的光刻胶。

(2)进行干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模12。

(3)遮挡B光栅区，对于A光栅区的光刻胶光栅掩模12，通过斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用光刻胶光栅掩模12对离子束的遮挡效果，使基底10的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的闪耀光栅槽形13；这里斜向Ar离子束倾斜角α＝θs+3°＝28°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。

(4)采用矩形光栅为例，分析制作10°闪耀角(B闪耀角)光栅所需要的刻蚀深度，一般地，占宽比f＝a/Λ＝0.5，由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可得光栅掩模的槽深d是96纳米。为此遮挡A光栅区，对于B光栅区，通过正向离子束刻蚀，将光刻胶光栅掩模12的图形转移到基片上，形成同质光栅掩模14，刻蚀的深度为96纳米，这里采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa。

(5)清洗基片，去除剩余光刻胶。

(6)继续遮挡A光栅区，对于B光栅区的同质光栅掩，14，通过斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模14对离子束的遮挡效果，使基片10的不同位置先后被刻蚀，形成三角形的闪耀光栅槽形；这里离子束倾斜角α＝θs+3°＝13°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量400eV，离子束流100mA，加速电压240V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以恰好将同质光栅掩模刻完为最佳，即在B光栅区得到刻蚀完成的10°闪耀角闪耀光栅15。

(7)清洗基片，得到了双闪耀光栅。

实施例二：请参见图4，图4是本发明的第二实施方式中各个步骤对应的状态示意图。制作光栅周期为1000纳米，两个闪耀角分别是25°和12°的全息双闪耀光栅，采用干涉曝光、正向离子束刻蚀和斜向Ar离子束扫描刻蚀实现，包括以下步骤：

(1)在基片20上涂布光刻胶21，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期(Λ)为1000纳米，两个闪耀角分别是25°和12°。根据闪耀角θs与槽形和离子束入射角的经验公式，θs≈α-3°。

采用正弦形光刻胶光栅(参见附图5)为例，首先制作25°闪耀角(A闪耀角)光栅，该光栅的占宽比f＝a/Λ＝0.5，光栅的轮廓可以用方程：

y＝-d×sin(2πx/Λ)

表示，图中所示的切线通过原点，且Λ/2＜x＜(3/4)Λ。通过计算可得到：

$\mathrm{tg\α}=\frac{y_0}{x_0}=1.365\frac{d}{\mathrm{\Λ}}$

可得光栅掩模的槽深d是389纳米。故这里涂布400纳米厚的光刻胶。

(2)进行干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模22。

(3)遮挡B光栅区，对于A光栅区的光刻胶光栅掩模22，通过斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用光刻胶光栅掩模22对离子束的遮挡效果，使基底20的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的闪耀光栅槽形23；这里离子束倾斜角α＝θs+3°＝28°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。

(4)采用梯形光栅(参见附图6)为例，分析制作12°闪耀角(B闪耀角)光栅所需要的刻蚀深度，一般地，占宽比f＝a/Λ＝0.5，梯形角β为80°。由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}\×(1-f)+\frac{d}{\mathrm{tg\β}}}$

可得光栅掩模的槽深d是141纳米。为此，遮挡A光栅区，对于B光栅区，通过离子束刻蚀，将光刻胶光栅掩模转移到基片上，形成同质光栅掩模24，刻蚀的深度为141纳米，这里采用CHF₃反应离子束刻蚀，离子能量400eV，离子束流100mA，加速电压240V，工作压强1.4×10^-2Pa。

(5)清洗基片，去除剩余光刻胶。

(6)继续遮挡A光栅区，对于B光栅区的同质光栅掩模24，通过斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模24对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成三角形的闪耀光栅槽形；这里离子束倾斜角α＝θs+3°＝15°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10-2Pa；刻蚀时间以恰好将同质光栅掩模刻完为最佳，即在B光栅区得到刻蚀完成的12°闪耀角闪耀光栅25。

(7)清洗基片，得到了双闪耀光栅。

实施例三：请参见图7，图7是本发明的第三实施方式中各个步骤对应的状态示意图。本实施方式中，使用条纹板37进行遮挡，使得双闪耀光栅的2个闪耀角A区、B区交替分布，如图7所示。制作光栅周期为500纳米，两个闪耀角分别是20°和10°的全息双闪耀光栅，采用干涉曝光、离子束刻蚀和倾斜离子束扫描刻蚀实现，包括以下步骤：

(1)在基片30上涂布光刻胶31，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期(Λ)为500纳米，两个闪耀角分别是20°和10°。根据闪耀角θs与槽形和离子束入射角的经验公式，θs≈α-3°。

采用矩形光刻胶光栅为例，首先制作20°闪耀角(A闪耀角)光栅，一般地，占宽比f＝a/Λ＝0.5，由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可得光栅掩模的槽深(d)是106纳米。故这里涂布110纳米厚的光刻胶。

(2)进行干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模32。

(3)遮挡B光栅区，对于A光栅区的光刻胶光栅掩模32，通过斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的闪耀光栅槽形33；这里离子束倾斜角α＝θs+3°＝23°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。这里形成的A光栅区和B光栅区，依据条纹板37上的图案分布而定，比如条纹板37上的镂空部分宽度为10mm，间隔为10mm，则形成的A光栅区和B光栅区以各自宽度10mm间隔分布，形成ABAB...的重复结构。

(4)采用梯形光栅为例，分析制作10°闪耀角(B闪耀角)光栅所需要的刻蚀深度，一般地，占宽比f＝a/Λ＝0.5，梯形角β为80°。由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}\×(1-f)+\frac{d}{\mathrm{tg\β}}}$

可得光栅掩模的槽深(d)是60纳米。为此对于B光栅区，通过离子束刻蚀，将光刻胶光栅掩模32转移到基片上，形成同质光栅掩模34，刻蚀的深度为60纳米，这里采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa。

(5)清洗基片，去除剩余光刻胶。

(6)遮挡A光栅区，对于B光栅区的同质光栅掩模，通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模34对离子束的遮挡效果，使基片30的不同位置先后被刻蚀，形成三角形的闪耀光栅槽形；这里离子束倾斜角α＝θs+3°＝13°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以恰好将同质光栅掩模刻完为最佳，即在B光栅区得到刻蚀完成的10°闪耀角闪耀光栅35。

(7)清洗基片，得到了双闪耀光栅。

实施例四：请参见图8，图8是本发明的第四实施方式中各个步骤对应的状态示意图。本实施方式中，使用条纹板47进行遮挡，使得双闪耀光栅的2个闪耀角A区、B区交替分布。制作光栅周期为500纳米，两个闪耀角分别是20°和10°的全息双闪耀光栅，采用干涉曝光、离子束刻蚀和倾斜离子束扫描刻蚀实现，包括以下步骤：

(1)在基片40上涂布光刻胶41，根据需要制作的双闪耀光栅的要求，即光栅周期(Λ)为500纳米，两个闪耀角分别是20°和10°。根据闪耀角θs与槽形和离子束入射角的经验公式，θs≈α-3°。

采用矩形光刻胶光栅为例，首先制作20°闪耀角(A闪耀角)光栅，一般地，占宽比f＝a/Λ＝0.5，由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可得光栅掩模的槽深(d)是106纳米。故这里涂布110纳米厚的光刻胶。

(2)进行干涉光刻，制作符合A闪耀角要求的光刻胶光栅掩模42。

(3)遮挡B光栅区，对于A光栅区的光刻胶光栅掩模，通过斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用光刻胶光栅掩模42对离子束的遮挡效果，使基底材料的不同位置先后被刻蚀，以形成三角形的闪耀光栅槽形43；这里离子束倾斜角α＝θs+3°＝23°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以光刻胶恰好刻完为最佳。这里形成的A光栅区和B光栅区，依据条纹板37上的图案分布而定，比如条纹板37上的镂空部分宽度为3mm，间隔为3mm，则形成的A光栅区和B光栅区以各自宽度3mm间隔分布，形成ABAB...的重复结构。

(4)采用矩形光栅，分析制作10°闪耀角(B闪耀角)光栅所需要的刻蚀深度及占宽比f＝a/Λ。通过在正向离子束刻蚀之前加入灰化工艺，可以对光刻胶光栅掩模42的占宽比进行调节，形成新的光刻胶光栅掩模44。该新的光刻胶光栅掩模44的占宽比为0.35。具体地工艺为：通过将光刻胶光栅放入反应离子刻蚀机中，使用氧气反应离子刻蚀，射频功率45W，自偏压300V，工作压强1.0Pa。然后再由公式：

$\mathrm{tg\α}=\frac{d}{\mathrm{\Λ}-a}$

可得光栅掩模的槽深d是75纳米。为此对于B光栅区，通过离子束刻蚀，将光刻胶光栅掩模44转移到基片40上，形成同质光栅掩模45，刻蚀的深度为75纳米，，这里采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa。

(5)清洗基片，去除剩余光刻胶。

(6)遮挡A光栅区，对于B光栅区的同质光栅掩模45，通过倾斜Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模45对离子束的遮挡效果，使基片40的不同位置先后被刻蚀，形成三角形的闪耀光栅槽形；这里斜向Ar离子束倾斜角α＝θs+3°＝13°，采用Ar离子束刻蚀，离子能量450eV，离子束流100mA，加速电压260V，工作压强2.0×10^-2Pa；刻蚀时间以恰好将同质光栅掩模刻完为最佳，即在B光栅区得到刻蚀完成的10°闪耀角闪耀光栅46。

(7)清洗基片，得到了双闪耀光栅。

上述的各个实施方式中，所选的基片可以为石英玻璃、K9玻璃或者其他透明光学材料。

综上所述，本发明提出的一种全息双闪耀光栅的制作方法，通过A、B两个光栅区上分别使用光刻胶光栅和同质光栅为掩模进行斜向离子束刻蚀，实现两个闪耀角的不同控制。本发明与现有的方法相比，具有如下几个特点：

1.本发明在制作B闪耀角时，增加了一步制作同质光栅的步骤，这样可以分别控制A光栅区的光刻胶光栅掩模厚度和B光栅区的同质光栅掩模厚度来实现两种不同的闪耀角的制作，避免了二次光刻胶光刻工艺。

2.在B光栅区采用正向离子束刻蚀形成的同质光栅掩模，由于正向离子束刻蚀的各向异性特征，只在刻蚀方向上具有良好的刻蚀效果，因此可以实现同质光栅槽形和槽深的精确控制。

3.本发明在斜向Ar离子束扫描刻蚀的过程中，由于同质光栅掩模和基片是同一种材质形成，两者的刻蚀速率始终保持一致，因此可以实现闪耀角的精确控制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种全息双闪耀光栅制作方法，所述全息双闪耀光栅的两个闪耀角分别是A闪耀角和B闪耀角，双闪耀光栅分为两个区，对应A闪耀角的为A光栅区，对应B闪耀角的为B光栅区，其特征在于：所述制作方法包括下列步骤：

1)在基片上涂布光刻胶，该光刻胶厚度由所述A闪耀角决定；

2)对所述光刻胶进行光刻，形成用于制作A闪耀角的光刻胶光栅；

3)遮挡所述B光栅区，在A光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束刻蚀，利用光刻胶光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成A闪耀角的闪耀光栅；

4)分析制作B闪耀角光栅所需要的刻蚀深度及占宽比，对光刻胶光栅结构进行灰化处理，以调节光刻胶光栅的占宽比，使光刻胶光栅的占宽比达到B闪耀角的要求，遮挡所述A光栅区，在B光栅区上，以所述光刻胶光栅为掩模，对基片进行正向离子束刻蚀，将光刻胶光栅图形转移到基片上，形成B光栅区的同质光栅，刻蚀深度由B闪耀角决定；

5)清洗基片，去除剩余光刻胶；

6)遮挡A光栅区，以所述B光栅区的同质光栅为掩模，对基片进行斜向Ar离子束扫描刻蚀，利用同质光栅掩模对离子束的遮挡效果，使基片材料的不同位置先后被刻蚀，形成B闪耀角的闪耀光栅；

7)清洗基片，得到双闪耀角的闪耀光栅。

2.如权利要求1所述的全息双闪耀光栅制作方法，其特征在于：所述正向离子束刻蚀采用Ar离子束刻蚀方法或CHF₃反应离子束刻蚀方法，其具体的工艺参数为：Ar离子束刻蚀时，离子能量为380eV至520eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为240V至300V，工作压强为2.0×10^-2Pa；CHF₃反应离子束刻蚀时，离子能量为300eV至470eV，离子束流为70mA至140mA，加速电压为200V至300V，工作压强为1.4×10^-2Pa。

3.如权利要求1所述的全息双闪耀光栅制作方法，其特征在于：所述光刻胶光栅的占宽比为0.25-0.6，周期为300至3000nm。

4.如权利要求1所述的全息双闪耀光栅制作方法，其特征在于：所述光刻胶光栅为矩形光栅或正弦形光栅。

5.如权利要求1所述的全息双闪耀光栅制作方法，其特征在于：所述同质光栅为矩形光栅或梯形光栅。

6.如权利要求1所述的全息双闪耀光栅制作方法，其特征在于：在所述遮挡A光栅区或遮挡B光栅区时，使用的遮挡物为一条纹板。