專利名稱：寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光譜技術領域，具體涉及的一種寬波段全息光柵的反應離子束刻蝕方法。
背景技術：
光譜儀器是進行光譜分析的基礎設備，其應用領域遍及各行各業(yè)。光柵是光譜儀器的核心單元器件，光柵質量直接影響光譜儀器性能。衍射效率作為光柵主要性能指標，直接影響光譜儀器的信噪比、分辨率。光譜儀器行業(yè)期望獲得一種在較寬光譜范圍內(波段)均具有較高衍射效率的光柵，然而，由于光柵閃耀角對應特定閃耀波長的性質，普通光柵無法實現(xiàn)在較寬光譜范圍內衍射效率均較高。寬波段光柵由于在同一基片上具有多個閃耀角或同一槽形上具有多個閃耀面，在較寬光譜范圍內能夠達到較高衍射效率，滿足光譜儀器行業(yè)的需求。目前，寬波段光柵的制作方法為機械刻劃法，即利用刻劃過程中刻劃刀的旋轉實現(xiàn)在同一光柵基片上制作不同閃耀角，利用此種方法的單位是日本日立公司；或利用雙刃刻劃刀在光柵基片上制作同一槽形上具有多個閃耀面的閃耀光柵，利用此種方法的單位為中科院長春光機所。但是，由于機械刻劃法制作的光柵有鬼線、雜散光高等缺點，在應用上受到較大限制。利用全息-反應離子束刻蝕工藝制作寬波段光柵能夠克服上述不足，國外工藝方面的研究正在進行，國內尚未開展此方面研究。
發(fā)明內容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有采用機械刻劃法制作的光柵存在有鬼線及雜散光高的缺點，并且存在光柵在使用時受到限制的問題，提供一種寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法。寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法，包括以下步驟步驟一、將光柵基片放置在回轉工作臺上；所述回轉工作臺繞回轉軸旋轉，光柵基片刻線所在的平面與刻線方向平行于回轉軸；步驟二、在光柵基片上放置擋板，調整狹縫的寬度，所述狹縫寬度為a=W/3，W為光柵基片的寬度；步驟三、調整離子束方向與光柵基片表面成Φ角，選取Ar氣體2飛sccm，CHF3氣體O. 5^1. 5sccm,離子能量400eV，實現(xiàn)對光柵基片第一區(qū)域的刻蝕，形成閃耀角β !；步驟四、平移擋板至光柵基片的下一位置，選取Ar氣體6 9sccm, CHF3氣體1.5^2. 5sccm,離子能量400eV，實現(xiàn)對光柵基片第二區(qū)域的刻蝕，形成閃耀角β 2 ；步驟五、繼續(xù)平移擋板,選取Ar氣體9 14sccm、CHF3氣體2. 5^4. 5sccm,離子能量400eV，實現(xiàn)對光柵基片第三區(qū)域的刻蝕，形成閃耀角β3，實現(xiàn)對光柵基片的刻蝕；所述的步驟四與步驟五中平移擋板的距離與狹縫的寬度相同。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明涉及的寬波段光柵是指光柵刻線槽分布在平面基片上，刻線之間相互平行。首先在平面石英基片上采用全息曝光的方法制作成槽形是類矩形的光刻膠掩模，然后以它為基片進行反應離子束刻蝕?？涛g后成為在同一基片上分三個區(qū)域，具有三種槽形為鋸齒形的閃耀寬波段光柵。本發(fā)明的技術方案是采用分區(qū)刻蝕法，即在同一光柵基片上分三個區(qū)域刻蝕，形成三種對應不同波段的閃耀角，使得刻蝕后的寬波段光柵的在很大的光譜范圍內均達到較高衍射效率。
圖1為本發(fā)明所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法應用的刻蝕機工作臺示意圖；圖2為本發(fā)明所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法中分區(qū)刻蝕示意圖；圖3為本發(fā)明所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法的三種閃耀角的示意圖；圖4為本發(fā)明所述的寬波段光柵反應離子束刻蝕方法的效果圖；
圖5中(a)、(b)和(C)采為采本發(fā)明所述的寬波段光柵反應離子束刻蝕方法形成三種閃耀角的效果圖。圖中1、離子束方向，2、Φ角，3、擋板，4、刻線方向，5、光柵基片，6、回轉工作臺，7、回轉軸，a、第一區(qū)域，b、第二區(qū)域，C、第三區(qū)域。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1至圖3說明本實施方式，寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、寬波段光柵掩模石英基片的放置(如圖1所示)，是將槽形為類矩形的光刻膠掩模光柵基片5放置在一個回轉工作臺6上，此工作臺可繞回轉軸7回轉，以實現(xiàn)離子束流與光柵基片5夾角的調整；寬波段光柵掩?？叹€所在平面及刻線方向4平行于回轉軸7。步驟二、調整離子束方向I與光柵基片5的表面成Φ角2，所述，
φ= arctan((l + Vpcp / Vsq>)sinβ2)，VpipIVsifi取0. 5計算出Φ角，其中匕為光刻膠掩模刻蝕速
率，P;掩模為石英刻蝕速率，β2為寬波段光柵所刻蝕區(qū)域2的閃耀角。從上式可以看出，
通過調整光刻膠掩模刻蝕速率Piv與石英刻蝕速率比值，能夠實現(xiàn)在相同離子束入射角情況下獲得不同的閃耀角。步驟三、所述的狹縫是一個矩形開口，寬度a=W/3，W為寬波段光柵寬度，長度由寬波段光柵基片5外形尺寸決定，只要大于基片外形尺寸即可。步驟四、所述狹縫到寬波段光柵基片5表面的距離< 3mm，在不碰到光柵基片表面的情況下，盡量接近基片表面；狹縫的邊緣與光柵基片5的邊緣平齊，狹縫另一邊緣在距離光柵基片5邊緣W/3處，此時狹縫的寬度與光柵基片5的刻蝕區(qū)域相同；狹縫所在平面與光柵基片表面平行。步驟五、光柵基片5的刻蝕區(qū)域為寬度W/3的寬波段光柵掩模平面上的光柵刻線，此區(qū)域為第一區(qū)域a,選取Ar氣體2 6sccm、CHF3氣體O. 5 1. 5sccm,離子能量400eV,完成對區(qū)域I的刻蝕，形成閃耀角β 10所述步驟六中，將狹縫沿寬波段光柵基片表面平行移動W/3，使狹縫的兩邊緣與光柵基片5邊緣各相距W/3，此時狹縫寬與第二區(qū)域b的寬度相同。
步驟七、第二區(qū)域b為寬波段光柵掩模平面上的光柵刻線，刻蝕寬度為W/3，選取Ar氣體6 9sccm、CHF3氣體1. 5 2. 5sccm,離子能量400eV，完成對第二區(qū)域b的刻蝕，形成閃耀角β2。步驟八、將狹縫沿寬波段光柵基片表面5繼續(xù)平行移動W/3，使狹縫的另一邊緣與光柵基片5另一邊緣平齊，此時狹縫寬度與第三刻蝕區(qū)域c的寬度相同。步驟九、第三區(qū)域c為寬波段光柵掩模平面上的光柵刻線，刻蝕寬度為W/3，選取Ar氣體9 14sccm、CHF3氣體2. 5 4. 5sccm,離子能量400eV，完成對第三區(qū)域c的刻蝕，形成閃耀角β3。
具體實施方式
二、結合圖1至圖5說明本實施方式，本實施方式為具體實施方式
一所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法的實施例一、寬波段光柵掩模石英基片的放置。將槽形為類矩形的光刻膠掩模石英基片放置在一個回轉工作臺上，此工作臺可繞回轉軸回轉，以實現(xiàn)離子束流與光柵基片夾角的調整；寬波段光柵掩模刻線所在平面及刻線方向平行于回轉軸；二、確定離子束入射角度Φ。本實施例寬波段光柵刻線密度為12001/mm，使用波段為 300nm-900nm，區(qū)域 1，2，3 的理論閃耀角分別為 β !=13. 9°，β2=21. 1°，β3=28·7。，計算出φ=28. 4°。三、調整狹縫寬度。本實施例寬波段光柵尺寸為60mmX60mm，狹縫寬度調整為20mmo四、放置狹縫到位置一，狹縫到寬波段光柵掩模石英基片表面的距離2mm ;狹縫的邊緣與光柵基片邊緣平齊，狹縫另一邊緣在距離基片邊緣20mm ;狹縫所在平面與光柵基底表面平行。五、刻蝕寬波段光柵的第一區(qū)域a?？涛g寬波段光柵掩模平面上面積為20mmX 60mm的第一區(qū)域a內的光柵刻線；選取Ar氣體4sccm、CHF3氣體O. 9sccm,離子能量400eV，束流密度100mA，加速電壓200V，刻蝕時間15mirT20min，形成閃耀角β !=14. 2。，如圖5a所示。六、調整狹縫到位置二，將狹縫沿寬波段光柵基片表面平行移動20_，使狹縫的兩邊緣與光柵基片邊緣各相距20mm。七、刻蝕寬波段光柵第二區(qū)域b，刻蝕寬波段光柵掩模平面上面積為20mmX60mm的第二區(qū)域b內的光柵刻線；選取Ar氣體8sccm、CHF3氣體1. 8sccm,離子能量400eV,束流密度100mA，加速電壓200V，刻蝕時間15mirT20min，形成閃耀角β 2=20. 5°，如圖5b所示。八、調整狹縫到位置三，將狹縫沿寬波段光柵基片表面繼續(xù)平行移動20mm，使狹縫的另一邊緣與光柵基片另一邊緣平齊。九、刻蝕寬波段光柵第三區(qū)域C，刻蝕寬波段光柵掩模平面上面積為20mmX60mm的第三區(qū)域c內的光柵刻線；選取Ar氣體12sccm、CHF3氣體3. 6sccm,離子能量400eV，束流密度100mA，加速電壓200V，刻蝕時間15mirT20min，形成閃耀角β 3=29. 1°，如圖5c所
/Jn ο結合圖4說明本實施方式，光刻膠類矩形槽是采用全息曝光的方法得到的。具體步驟是在平面光柵石英基片上涂覆一層可用來記錄位相信息的光致抗蝕劑，將其放入光學干涉系統(tǒng)中曝光，然后在放入顯影液種顯影，形成光刻膠類矩形槽。
結合圖5說明本實施方式，鋸齒形槽是指在符合要求的類矩形槽光柵掩模制備完成的基礎上，采用本發(fā)明的方法，通過反應離子束刻蝕將其轉移到光柵基底材料中。其原理是當反應離子束刻蝕方向與光柵掩模石英基片上的光刻膠類矩形槽形成一個角度時，由于石英基片上各點的光刻膠厚度不同，在光刻膠全部刻完時，在石英基片上刻蝕出的光柵截面為鋸齒槽形。以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。任何所屬技術領域中的具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當視權利要求書所界定范圍為準。
權利要求
1.寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法，其特征是，該刻蝕方法包括以下步驟 步驟一、將光柵基片(5)放置在回轉工作臺(6)上；所述回轉工作臺(6)繞回轉軸(7)旋轉，光柵基片(5)刻線所在的平面與刻線方向(4)平行于回轉軸(7)； 步驟二、在光柵基片(5 )上放置擋板(3 )，調整狹縫的寬度，所述狹縫寬度為a=W/3，W為光柵基片(5)的寬度； 步驟三、調整離子束方向(I)與光柵基片(5)表面成0角(2)，選取Ar氣體2飛sccm，CHF3氣體0. 5^1. 5sccm,離子能量400eV，實現(xiàn)對光柵基片(5)第一區(qū)域(a)的刻蝕，形成閃耀角; 步驟四、平移擋板(3)至光柵基片(5)的下一位置，選取Ar氣體6 9sCCm，CHF3氣體I.5^2. 5sccm,離子能量400eV，實現(xiàn)對光柵基片(5)第二區(qū)域(b)的刻蝕，形成閃耀角3 2 ；步驟五、繼續(xù)平移擋板(3),選取Ar氣體9 14sccm、CHF3氣體2. 5^4. 5sccm,離子能量400eV，實現(xiàn)對光柵基片(5)第三區(qū)域(c)的刻蝕，形成閃耀角P3，實現(xiàn)對光柵基片(5)的刻蝕； 所述的步驟四與步驟五中平移擋板(3)的距離與狹縫的寬度相同。
2.根據(jù)權利要求I所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法，其特征在于，步驟二所述的在光柵基片(5)上放置擋板(3)，所述擋板(3)表面至光柵基片(5)表面的距離小于3mm，擋板(3 )的表面與光柵基片(5 )表面平行。
3.根據(jù)權利要求I所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法，其特征在于，步驟三所述的調整離子束方向與光柵基片(5)表面成小角(2)，所述口=&1^11((1 +廠,,,/)/廠、1/,)5丨11/ :),取0.5計算出角，其中為光刻膠掩?？涛g速率，為光柵基片(5)的刻蝕速率，P2為刻蝕光柵基片(5)的第二區(qū)域(b)的閃耀角。
4.根據(jù)權利要求I所述的寬波段光柵的反應離子束刻蝕方法，其特征在于，所述光柵基片(5)第一區(qū)域(a)的刻蝕寬度、光柵基片(5)第二區(qū)域(b)的刻蝕寬度和光柵基片(5)第三區(qū)域(C)的刻蝕寬度相同，并且每個區(qū)域的刻蝕寬度與狹縫寬度相同。
全文摘要
類矩形全息光柵的等離子體刻蝕方法，涉及光譜技術領域，解決現(xiàn)有對全息光柵的刻蝕過程中引起側壁及槽底粗糙度高的問題，本發(fā)明包括多個交替進行的刻蝕周期，每個刻蝕周期包括一個刻蝕步驟、一個鈍化沉積步驟和一個拋光步驟。刻蝕步驟所采用的第一工藝條件、鈍化沉積步驟所采用的第二工藝條件、拋光步驟第三工藝條件之間以時間間隔彼此分開，間隔時間大于前序步驟中反應氣體等離子體壽命。使用該發(fā)明的等離子體刻蝕方法獲得的類矩形全息光柵側壁及槽底具有良好的光滑度，其雜散光強度低。
文檔編號G02B5/18GK102981197SQ20121053667
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2012年12月12日
發(fā)明者譚鑫, 巴音賀希格, 齊向東, 吳娜, 李文昊, 孔鵬 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所