[發(fā)明專利]一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法

有效

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• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102495443A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌進中;張大偉;黃元申;王琦;李柏承;莊松林
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/20
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光柵制作技術(shù)領(lǐng)域，具體講就是涉及一種以傅里葉合成曝光為基礎(chǔ)制作中階梯光柵的方法。

背景技術(shù)

中階梯光柵是一種特殊的衍射光柵，它以較高的衍射級次和較大的衍射角工作，具有高色散、高分辨率、全波長閃耀的特性，經(jīng)光柵或棱鏡對級次重疊的中階梯光柵光譜進行二次色散后可形成二維面陣光譜，適于面陣檢測器接收。與常規(guī)光譜儀相比，它具有檢出限低、波段寬、無移動部件、結(jié)構(gòu)緊湊、無需多次掃描曝光便可實現(xiàn)多元素光譜的瞬態(tài)測量特點，有利于實現(xiàn)光譜儀器的高度智能化和自動化，代表了先進光譜技術(shù)的發(fā)展趨勢。

中階梯光柵母版的制作一直是以機械刻劃工藝為主，再通過中階梯光柵的特殊復(fù)制技術(shù)來達成產(chǎn)業(yè)化目標。然而中階梯光柵的刻劃對環(huán)境要求非常苛刻，需要極其嚴格的恒溫和防振，同時，機械刻劃法需要很長的刻劃時間，通常需要幾天幾夜的時間，耗費了大量勞動時間和生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)難題是提供中階梯光柵的制作方法，能更加快捷、成本更低的實現(xiàn)中階梯光柵制作。

技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)難題，本發(fā)明設(shè)計一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，其特征在于，它包括以下幾個步驟：

(1)根據(jù)所需制備的中階梯光柵槽形特征參數(shù)要求，寫成槽形周期函數(shù)形式，并寫出其傅里葉級數(shù)，即無限項正弦函數(shù)之和，根據(jù)實際槽形的精度要求，確定近似項的項數(shù)，其中一項為常數(shù)項，與其它項合并為正弦函數(shù)項，再將中階梯光柵槽形近似為正弦干涉條紋的疊加；

(2)根據(jù)步驟(1)中干涉條紋的周期計算出光的入射光與反射光的角度；

(3)根據(jù)步驟(1)中干涉條紋的振幅以及光刻膠的感光特性計算干涉條紋的曝光強度，即曝光光強和曝光時間的乘積，對于不同特性的光刻膠使用不同的曝光強度；

(4)根據(jù)步驟(1)干涉條紋的位相關(guān)系計算光路中所使用的反射鏡的膜厚，精確控制干涉條紋的位相關(guān)系，以滿足精確的槽形合成；

(5)將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，光路中的光依次曝光后，顯影處理，再在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備。

進一步，所述步驟(1)將中階梯槽形函數(shù)通過傅里葉級數(shù)展開的方法分解成無數(shù)個不同周期、不同振幅、不同位相的正弦函數(shù)的疊加，將其合成近似成中階梯光柵槽形，即包括基波和諧波項。

進一步，所述步驟(2)(3)(4)中對干涉條紋周期、振幅、位相的控制，具體方式為：

1)通過控制每束光的光強或者曝光時間來控制各個干涉條紋的振幅；

2)通過精確控制每束光的入射光與反射光的夾角來控制干涉條紋的周期；

3)通過精確控制反射鏡不同區(qū)域膜層厚度來控制各個干涉條紋之間的位相關(guān)系。

進一步，所述步驟(5)使用的光依次曝光，最后一次曝光后進行顯影。

進一步，所述顯影完成后再鍍金屬反射膜。

有益效果

本方法較制備中階梯光柵工藝容易實現(xiàn)，能夠有效降低成本，減少制作時間，提高中階梯光柵的制備效率，本方法以傅里葉合成曝光為基礎(chǔ)制作，容易實現(xiàn)，有很強的可行性。

附圖說明

附圖1為合成曝光法制作中階梯光柵的光路示意圖。

附圖2為合成曝光法制作中階梯光柵光路示意圖中反射鏡6的主視圖。

附圖3為合成曝光法制作中階梯光柵光路示意圖中反射鏡6的右視圖。

附圖4為本發(fā)明合成曝光法制作的中階梯光柵產(chǎn)品示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步說明。

一種合成曝光法制作中階梯光柵的方法，它包括以下幾個步驟：首先根據(jù)所需制備的中階梯光柵槽形特征參數(shù)要求，寫成槽形周期函數(shù)形式，并寫出其傅里葉級數(shù)，即無限項正弦函數(shù)之和。根據(jù)實際經(jīng)驗和槽形的精度要求，確定近似項的項數(shù)；以前七項近似為例，其中一項為常數(shù)項，與另外六項合并為三個正弦函數(shù)項，再將中階梯光柵槽形近似為三組正弦干涉條紋的疊加；根據(jù)干涉條紋的周期計算出三束光的入射光與反射光的角度；根據(jù)干涉條紋的振幅以及光刻膠的感光特性計算三組干涉條紋的曝光強度，即曝光光強和曝光時間的乘積。對于不同特性的光刻膠使用不同的曝光強度；根據(jù)步三組干涉條紋的位相關(guān)系計算三光路中所使用的反射鏡的膜厚，精確控制三組干涉條紋的位相關(guān)系，以滿足精確的槽形合成；

最后將涂有光刻膠的光柵基底放在干涉條紋接收區(qū)域，三路光依次曝光后，顯影處理，再在具有中階梯光柵槽形的光柵基底上鍍金屬反射膜，完成中階梯光柵的制備。