[發(fā)明專利]一種衍射光學元件的制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410220044.5
• 申請日: 2014-05-23
• 公開（公告）號: CN103969724A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 張保平;左海杰;張江勇;應磊瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B3/00;G03F7/20
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微光學器件的制作，尤其是涉及無需套刻對版來制作多臺階微透鏡的一種衍射光學元件的制作方法。

背景技術(shù)

衍射微透鏡陣列的制備是基于傳統(tǒng)的折射型微透鏡陣列發(fā)展起來的，二者的制作工藝具有傳承性。衍射微透鏡具備多臺階的特性，目前其制作方法大致分為光刻膠加離子刻蝕轉(zhuǎn)移法、束能直寫技術(shù)以及灰度掩膜技術(shù)。但是最為實用，可靠性最好的方法當屬光刻膠加離子刻蝕轉(zhuǎn)移的方法。

對于二元微透鏡，階梯形分布的相位近似表達式可以巧妙地克服在加工一個厚度連續(xù)變化形狀時遇到的困難，并且可以通過一系列二元振幅掩模曝光和圖形轉(zhuǎn)印來實現(xiàn)(見Swanson G J.Binary optics technology:the theory and design of multi-level diffractive optical elements[R].MASSACHUSETTS INST OF TECH LEXINGTON LINCOLN LAB,1989.)。在光刻工藝中，二元光學元件的位相等級數(shù)L和所需的掩模數(shù)N之間存在這樣的關(guān)系：L＝2^N。因此制作8相位臺階和16相位臺階微透鏡分別需要三塊和四塊掩模版。實際制作中一般采用三塊掩模版，經(jīng)三次光刻和三次刻蝕技術(shù)制造八相位(或八臺階)衍射微透鏡陣列，可基本滿足要求。微透鏡的制作工藝主要包括掩模版的設計和制作，利用光刻技術(shù)將所設計的掩模版圖形轉(zhuǎn)印到光刻膠上，利用干法刻蝕或濕法刻蝕技術(shù)將光刻膠圖形高保真地轉(zhuǎn)移到襯底表面，形成所需的浮雕結(jié)構(gòu)。

隨著器件特征尺寸的減小，微透鏡環(huán)帶之間的寬度也隨之減小，為了制作高精度的衍射微透鏡就必須滿足相應的對準精度。常規(guī)的套刻工藝中第n塊掩膜版和第n-1塊掩膜版是嚴格對準的，環(huán)帶線條隨著器件減小變得越來越精細，細微的套刻誤差將導致衍射效率大大降低(見Unno Y.Point-spread function for binary diffractive lenses fabricated with misaligned masks[J].Applied optics,1998,37(16):3401-3407.)。影響衍射效率的重要因素有三個：縱向刻蝕深度誤差，橫向?qū)收`差和線寬誤差，而橫向?qū)收`差對衍射效率影響是最大的。因而目前一般的光刻精度嚴重制約了微透鏡尺寸繼續(xù)減小。工藝上迫切需要一種能夠擺脫光刻精度限制的方法來制作微透鏡。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種衍射光學元件的制作方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)在基片上制作金屬層；

2)涂膠，光刻顯影，腐蝕出金屬層作為刻蝕掩膜，該金屬層直徑為微透鏡最外層環(huán)帶外徑；

3)按設計厚度刻蝕基片形成最外層第一個環(huán)帶；

4)第二次涂膠，背面曝光光刻，顯影，保留光刻膠，側(cè)向腐蝕步驟2)中的金屬層，去除光刻膠；

5)正面涂膠，背面曝光顯影；

6)按設計厚度刻蝕基片形成最外層第二個環(huán)帶；

7)重復步驟4)，直到刻蝕出所有環(huán)帶，得到具有多臺階的微透鏡衍射光學元件。

在步驟1)中，所述金屬層可選自Cr層，Au層，Ni層等中的一種，也可以是其他非溶于光刻膠顯影劑的掩膜；所述在基片上制作金屬層的方法可包括濺射、電鍍、沉積等中的一種。

在步驟2)中，所述刻蝕掩膜的外徑為微透鏡最外層環(huán)帶。

在步驟4)中，所述側(cè)向腐蝕的腐蝕量由微透鏡最外層第二個環(huán)帶寬度確定。

在步驟5)中，所述背面曝光的目的是保留金屬層上面的光刻膠作為側(cè)向腐蝕的掩膜。

本發(fā)明通過背面曝光來制作金屬層的側(cè)向腐蝕掩膜，通過控制金屬層的腐蝕時間來確定環(huán)帶寬度。區(qū)別于傳統(tǒng)的套刻方法位相等級數(shù)L和所需的掩模數(shù)N之間存在這樣的關(guān)系：L＝2^N，本發(fā)明可以通過簡單方法制作任意臺階微透鏡；本發(fā)明完全擺脫套刻環(huán)節(jié)，通過犧牲層的腐蝕量來控制每一個臺階寬度，從而得到一系列同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)；在無需套刻的情況下制作多臺階微透鏡。通過僅有的一次掩膜光刻形成微透鏡最外層環(huán)帶，再通過腐蝕，去膠，刻蝕形成基底的圖形，然后進行循環(huán)得到按次序從外到內(nèi)逐次得到環(huán)帶圖形。本發(fā)明從根本上避免了傳統(tǒng)套刻方法制作微透鏡帶來的不可避免的誤差，減少了制作過程中的工藝步驟，降低了難度，同時也為制作其他多臺階器件提供了途徑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光刻示意圖(用于產(chǎn)生腐蝕Cr金屬層的膠掩膜)；

圖2為本發(fā)明的第一次腐蝕產(chǎn)生的Cr掩膜示意圖；