WO2013056627A1 - 一种全息双闪耀光栅的制作方法 - Google Patents

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吴建宏
陈明辉
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Definitions

  • Grating is a widely used and important high-resolution dispersive optical component, which plays an important role in modern optical instruments.
  • the B blaze angle is completely dependent on the groove depth of the photoresist grating. Due to the grating formed by the photoresist after the photolithography process, it is difficult to achieve precise control of the width ratio, the groove shape and the groove depth, and also because of the photoresist and the substrate material during the oblique ion beam etching. The difference, there will be inconsistent etch rate, resulting in the resulting blazed grating, its blaze angle and expected error, there is no way to achieve precise control.
  • a holographic double blazed grating that can accurately control double blaze angles without requiring two photoresist coating and photolithography processes.
  • the two blazed angles of the holographic double blazed grating are A blazed angle and B blazed angle, respectively.
  • the double blazed grating is divided into two regions, corresponding to the A blazed angle of the A grating region, and corresponding to the B blazed angle is the B grating region.
  • the production method includes the steps of:
  • the different positions of the material are successively etched to form a blazed grating of B blaze angle; 7) Clean the substrate to obtain a blazed grating with double blazed angles.
  • the homogenous grating is a rectangular grating or a trapezoidal grating.
  • the process parameters of the oblique Ar ion beam scanning etching are: ion energy 380eV to 520eV, ion beam current 70 mA to 140 mA, acceleration voltage 240V to 300V, working pressure 2.0 X 10" 2 Pa, etching
  • the angle is 8° to 40.
  • FIG. 1 is a flow chart of a method for fabricating a holographic double blazed grating of the present invention
  • Figure 6 is a geometric relationship diagram of a trapezoidal grating
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the effect corresponding to each step in the fourth embodiment of the present invention.
  • holographic double blazed grating manufacturing method when fabricating A and B blaze angles, a grating is first formed on the photoresist, and oblique ion beam etching is performed using the photoresist grating as a mask.
  • the method has the following problems: First, two photoresist lithography processes are required; Second, the grating formed by the photoresist after the photolithography process is limited by the exposure process and the development etch process, and the groove shape and The groove depth is difficult to achieve precise control.
  • the groove depth d of the available grating mask is 141 nm.
  • the A grating region is blocked, and for the B grating region, the photoresist grating mask is transferred onto the substrate by ion beam etching to form a homogenous grating mask 24, and the etching depth is 141 nm, where CHF is used.
  • the groove depth (d) of the available grating mask is 106 nm. Therefore, a 110 nm thick photoresist is applied here.
  • the A grating region and the B grating region formed here are determined according to the pattern distribution on the stripe plate 37, for example
  • the width of the hollow portion on the stripe plate 37 is 10 mm, and the interval is 10 mm.
  • the formed A grating region and the B grating region are distributed at intervals of 10 mm each to form a repeating structure of ABAB.
  • the etching depth required for fabricating a 10° blazed angle (B blaze angle) grating is generally analyzed.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a state corresponding to each step in the fourth embodiment of the present invention.
  • the stripe plate 47 is used to block the two blazed angles A and B regions of the double blazed grating.
  • a holographic double blazed grating with a grating period of 500 nm and two blazed angles of 20° and 10°, respectively, is achieved by interference exposure, ion beam etching and oblique ion beam scanning etching, including the following steps: (1) A photoresist 41 is applied on the substrate 40, and the requirements of the double blazed grating produced as needed, that is, the grating period (?) is 500 nm, and the two blaze angles are 20, respectively. And 10. . According to the radiance angle 0s and the trough shape and the angle of incidence of the ion beam, the formula is 0s ⁇ - 3. .
  • the groove depth d of the available grating mask is 75 nm.
  • the photoresist grating mask 44 is transferred onto the substrate 40 by ion beam etching to form a homogenous grating mask 45, and the etching depth is 75 nm, where Ar ion beam etching is used.
  • the selected substrate may be quartz glass, K9 glass or other transparent optical material.
  • the method for fabricating a holographic double blazed grating proposed by the present invention performs oblique ion beam etching by using a photoresist grating and a homogenous grating as masks on the two grating regions A and B respectively. Different control of the two blaze angles.
  • the present invention has the following characteristics:

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Abstract

一种全息双闪耀光栅的制造方法，其中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（12）和同质光栅（14）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（14）时，可以控制正向离子束刻蚀的时间，使同质光栅（14）的槽深得到精确控制，另外由于同质光栅掩模和基片（10）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
本申请要求于 2011 年 10 月 19 日提交中国专利局、 申请号为 201110318455.4、发明名称为"一种全息双闪耀光栅的制作方法"的中国专利 申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
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 ^艮困难， 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 、 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，
^^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， ^^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 380 eV 至 520eV, 离子束流为 70 mA至 140mA, 加速电压为 240 V至 300V, 工作 压强为 2.0 X 10"2Pa; CHF3反应离子束刻蚀时，离子能量为 300 eV至 470eV, 离子束流为 70 mA至 140mA, 加速电压为 200 V至 300V, 工作压强为 1.4 X 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 70 mA至 140mA, 加速电压 240V至 300V, 工作压强 2.0 X 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筒单地介绍， 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为本发明的全息双闪耀光栅制作方法流程图；
图 2为矩形光栅的几何关系图；
图 3为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为正弦形光栅的几何关系图；
图 6为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 4艮难实现精确控制； 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 70 mA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 380 eV至 520eV,离子束流为 70 mA至 140mA, 加速电压为 240 V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 300 eV至 470eV, 离子束流为 70 mA至 140mA, 加速电压 为 200 V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， ^^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 70 mA 至 140mA, 加速电压 240V至 300V, 工作压强 2.0 x 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 0s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 0s与槽形和离子束入射角的经验公式，0s^ - 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：
d
= -
A - 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—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 0s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 0s与槽形和离子束入射角的经验公式， 0s ( 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（X , 我们可以得到：
d
= -
A - 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—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。 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 0s与槽形和离子束入射角的经马全公式， es 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/A=0.5 , 由公式：
d
= -
A - 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， ^^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 a=0s +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 x 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/A=0.5 , 由公式：
d 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， ^^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 a=0s +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 x l(T2Pa; 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 0s与槽形和离子束入射角的经马全公式， 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/A=0.5, 光栅的轮廓可以用方程：
Figure imgf000011_0001
表示， 图中所示的切线通过原点， 且 Λ/2<χ< (3/4)Λ。 通过计算可得 到：
tga = ^ = 1.365- 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， 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 a=0s +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 x l(T2Pa; 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/A=0.5, 梯形角 β为
80° 。 由公式： d
tgcc
d
Λχ(1-/) + 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 χ l(T2Pa。
( 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， ^^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 a=0s +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 0s与槽形和离子束入射角的经验公式， es 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/A=0.5 , 由公式：
d
= -
Λ - α
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 a=0s +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 x l(T2Pa; 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， 依据条紋板 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/A=0.5 , 梯形角 β为 80° 。 由公式：
Figure imgf000013_0001
可得光栅掩模的槽深 U )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 x 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， ^^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 a=0s +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 x 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 0s与槽形和离子束入射角的经马全公式， 0s^ - 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/A=0.5 , 由公式：
d
= -
Λ - α
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， 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 a=0s +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 x l(T2Pa; 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， 依据条紋板 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/A。 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：
d
tga =—
Λ - α
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 x 10-2Pa。 ( 5 ) 清洗基片， 去除剩余光刻胶。
( 6 )遮挡 Α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 a=0s +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 x l(T2Pa; 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

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，权该光刻胶厚度由所述 A闪耀角决定；
2)对光刻胶层进行光刻， 形成用于制作 A闪耀角的光刻胶光栅；
利 _
3)遮挡所述 B光栅区， 在 A光栅 4区上， 以所述光刻胶光栅为掩模， 对 要
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， 求
^^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， ^^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 x 10"2Pa; CHF3反应离子束刻蚀时， 离子能量为 300 eV至 470eV, 离子束流为 70 mA 至 140mA, 加速电压为 200 V至 300V, 工作压强为 1.4 χ l(T2Pa。
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： 所述 斜向 Ar离子束扫描刻蚀的工艺参数为： 离子能量 380至 520eV, 离子束流 70至 140mA, 加速电压 240至 300V, 工作压强 2.0 10"2Pa, 刻蚀角度为 8。 至 40。 。
7、 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。
8、 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。
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