CN103376485A - 一种采用镀膜技术制作光栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光栅制作技术领域，公开了一种采用镀膜技术制作光栅的方法，以现有光栅作为基底光栅，然后通过镀膜沉积技术在基底光栅上进行镀膜；镀膜过程中，通过控制膜料沉积方向与基底光栅之间的角度在基底光栅的光栅面上形成各种光栅槽结构的介质膜层。本发明通过控制膜料沉积方向与基底光栅之间的角度在基底光栅的光栅面上形成各种光栅槽结构的介质膜层，避免了一些硬质膜系材料的刻蚀，同时可以实现光栅膜层结构的精确控制，提供更多膜层结构的可选方案，便于光栅膜层结构的设计、调整光栅占空比、提高光栅衍射效率等，而且提高了光栅制作效率。
Description
技术领域
本发明涉及光栅制作技术领域，尤其涉及一种采用镀膜技术制作光栅的方法。
背景技术
光栅作为一种优良的色散元件，在光通信领域，光谱分析领域得到了广泛的运用。近年来，特别是光刻法全息光栅工艺的出现和完善，大大提高了光栅的制作效率和光栅质量。使光栅得以在更广泛的领域里发挥作用。
近年来光刻法制作全息光栅工艺得到大力的发展，光刻工艺和光栅复制工艺都在不断的完善，但目前依然存在一定的局限性。采用光刻法制作全息光栅的大致工艺流程为：涂胶——曝光——显影——刻蚀。为了提高光栅衍射效率，同时降低刻蚀难度，通常会在基底上镀多层介质膜，之后在涂胶、曝光、显影和刻蚀。采用这种先镀膜后刻蚀的光刻工艺，依然存在至少两类问题：一类是光刻深度不足，目前采用离子束等刻蚀技术刻蚀光栅，只有极少数材料可以刻蚀到理想深度，而对于大多数材料来说，要想刻蚀到理想的深度，技术难度都较大；另一类是有些膜料采用等离子束等刻蚀方法进行刻蚀，刻蚀速率很低，刻蚀困难。
美国专利局公告的专利《Method of fabricating diffraction grating and diffraction grating》(《制造衍射光栅的方法及衍射光栅》，专利号：US 20010008741 A1)公开了一种改善光刻工艺中曝光过程产生杂散光问题的方法，同时提出了一种制作新型光栅槽形的方法。即在一片基片的两个表面上先后进行涂胶——曝光——显影，或在一个基片的同一表面上重复进行涂胶——曝光——显影这一过程。并将其中第一次曝光显影所得光栅作为母光栅（掩膜板），控制第二次的曝光方向，实现制作出来的光栅槽壁具有一定的倾角。但这种方法并未改变光栅槽墩本身膜层的层结构，即光栅槽墩膜层依然是层层叠加结构。
发明内容
本发明提出一种采用镀膜技术制作光栅的方法，可实现各种结构的光栅槽，有利于增加膜层结构的设计及控制光栅衍射效率。
为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种采用镀膜技术制作光栅的方法，以现有光栅作为基底光栅，然后通过镀膜沉积技术在基底光栅上进行镀膜；镀膜过程中，通过控制膜料沉积方向与基底光栅之间的角度在基底光栅的光栅面上形成各种光栅槽结构的介质膜层。
进一步的，所述镀膜沉积技术为热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术，或者是溅射镀膜技术。
进一步的，在镀膜过程中，膜料沉积方向与基底光栅之间的角度为固定角度或是动态变化的角度。其中，所述动态变化的角度的变化包括角度大小的变化和角度变化速率的变化。
进一步的，所述膜料为金属膜或氧化物膜，如Si3N4、TiO2或Ta2O5。等。
进一步的，所述介质膜层为单层介质膜或多层介质膜。
进一步的，所述基底光栅为通过光刻工艺制备的全息光栅。
进一步的，所述制得的光栅为透射光栅或反射光栅。
本发明的有益效果：本发明的一种采用镀膜技术制作光栅的方法，通过控制膜料沉积方向与基底光栅之间的角度在基底光栅的光栅面上形成各种光栅槽结构的介质膜层，避免了一些硬质膜系材料的刻蚀，同时可以实现光栅膜层结构的精确控制，提供更多膜层结构的可选方案，便于光栅膜层结构的设计、调整光栅占空比、提高光栅衍射效率等，而且提高了光栅制作效率。
附图说明
图1-3为本发明膜料垂直沉积实施例的各种膜结构示意图；
图4为本发明膜料倾斜沉积实施例的膜结构示意图；
图5-8为本发明膜料混合沉积实施例的各种膜结构示意图。
标记说明：1、基底光栅；2、膜料；3、介质膜层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
本发明采用镀膜技术制作光栅，以现有光栅作为基底光栅1，然后通过镀膜沉积技术在基底光栅1上进行镀膜，通过控制膜料2沉积方向与基底光栅1之间的角度在基底光栅1的光栅面上形成各种光栅槽结构的介质膜层2。其中镀膜沉积技术主要采用热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术，也可以采用溅射镀膜技术来实现。基底光栅1优选的是通过光刻工艺制备的全息光栅，根据材料折射率、温度稳定性、成本以及设计的需要等选择相应的光学玻璃或晶体，如熔石英等。膜料2可以采用金属膜或氧化物膜等，如TiO2或Ta2O5。
如图1所示，采用热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术进行镀膜，控制膜料2的沉积方向，使其垂直沉积在基底光栅1的全息面上形成介质膜层3，同时控制好介质膜层3的厚度，实现如图2所示的结构，介质膜层3只覆盖于基底光栅1的光栅槽底和槽墩顶面。该结构中，基底光栅1选用熔石英基片光刻成的全息光栅，其光栅常数为1.03微米，槽深1.5微米，占空比0.5。
图2所示结构仅采用单种膜料2进行镀膜沉积，形成单层的介质膜层3。镀膜过程中也可以换用多种膜料2进行镀膜沉积，形成多层的介质膜层3，如图3所示。该方法同时适用于透射式和反射式光栅的制作。
在图4中，同样采用热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术进行镀膜，控制膜料2的沉积方向，使其倾斜沉积在基底光栅1的光栅槽内，形成介质膜层3，同时控制好介质膜层3的厚度，实现如图4中所示的结构，介质膜层3只覆盖于基底光栅1槽墩的一个侧面及槽底。该结构中，基底光栅1的槽深1.0微米，占空比0.3。通过选择合适的光栅槽深和占空比，并设计好膜料沉积角度，可以实现介质膜闪耀光栅的制作。
在图5中，采用热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术进行镀膜，镀膜过程中，膜料2的沉积方向具有垂直与倾斜各方向的混合，控制号膜料2沉积方向和厚度，使膜料2均匀的沉积在基底光栅1的槽底、槽墩顶面及槽墩各侧面形成介质膜层3，实现如图5中所示的结构，介质膜层3均匀覆盖于基底光栅1的槽底、槽墩顶面和槽墩各个侧面。该结构中的基底光栅1的槽深1.7微米，占空比0.4
同样的，在镀膜过程中也可以换用多种膜料2进行镀膜沉积，形成多层的介质膜层3，如图6所示，多层的介质膜层3均匀覆盖于基底光栅1的槽底、槽墩顶面和槽墩各个侧面。
上述各种结构的实现一般只需要采用固定的膜料2沉积方向，当设计膜料2沉积方向为动态变化时，还可以实现更多层次的膜层结构。
如图7所示，通过对膜料2沉积方向和膜料沉积速率的设计控制，在基底光栅1的光栅面上实现介质膜层3厚度的精确分布。该结构中，通过控制膜料2垂直方向和倾斜方向的速度和比例，使得基底光栅1槽底、槽墩顶面和槽墩侧面的介质膜层3具有不同的厚度，如图7中所示，槽底和槽墩顶面的介质膜层3厚度与槽墩侧面的介质膜层3厚度比例为3：1，当比例为1:1时，则为图5中所示情况。
如图8所示，当控制各个倾斜方向的膜料速率比例，则可实现槽墩各个侧面介质膜层3厚度的精确分布。在图8所示结构中，减少了其中一个倾斜方向的膜料，实现了介质膜层3在基底光栅1槽底、槽墩顶面及侧面的不完全覆盖，及不同的介质膜层3厚度。
在镀膜过程中，当设计膜料2倾斜角度具有动态变化规律时，可以实现更丰富的介质膜层及光栅槽结构，给光栅的设计带来了新的元素，增加了设计上的灵活性，也降低了光栅制作成本，提高了光栅制作效率。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出的各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种采用镀膜技术制作光栅的方法，以现有光栅作为基底光栅，然后通过镀膜沉积技术在基底光栅上进行镀膜，其特征在于：通过控制膜料沉积方向与基底光栅之间的角度在基底光栅的光栅面上形成各种光栅槽结构的介质膜层。
2.如权利要求1所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：所述镀膜沉积技术为热蒸发镀膜结合离子束辅助沉积技术，或者是溅射镀膜技术。
3.如权利要求1所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：在镀膜过程中，膜料沉积方向与基底光栅之间的角度为固定角度或是动态变化的角度。
4.如权利要求3所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：所述动态变化的角度的变化包括角度大小的变化和角度变化速率的变化。
5.如权利要求1所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：所述膜料为金属膜或氧化物膜。
6.如权利要求1所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：所述介质膜层为单层介质膜或多层介质膜。
7.如权利要求1所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：所述基底光栅为通过光刻工艺制备的全息光栅。
8.如权利要求1所述一种采用镀膜技术制作光栅的方法，其特征在于：所制得的光栅为透射光栅或反射光栅。
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