二氧化硅基衍射光柵的一步式制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二氧化硅基衍射光柵的一步式制作方法，屬于光學(xué)器件制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散的光學(xué)元件，它是一塊刻有大量平行等寬，等距狹縫的平面玻璃或金屬片。目前，制作光柵較為成熟的方法有機(jī)械刻化，光電刻化，復(fù)制方法和全息照相四種。
[0003]機(jī)械刻化是古老方法，但是可靠，間隙刻化技術(shù)比較成熟，但是，刻化一塊10XlOOmm的光柵計(jì)算需要4個(gè)晝夜，因此要求機(jī)器，環(huán)境在長時(shí)間內(nèi)保持精確恒定不變，這一點(diǎn)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中很難達(dá)到。另外，目前高密度的衍射光柵應(yīng)用越來越廣，其柵距一般為亞微米數(shù)量級，純機(jī)械刻化已不可能進(jìn)行如此高密度的光柵制作。
[0004]光電刻化就是利用光電控制的方法在某種程度上排除光柵刻化過程中機(jī)械變動(dòng)和環(huán)境條件改變所產(chǎn)生的各種刻化誤差，它一方面提高了光柵刻化質(zhì)量，另一方面也能在一定程度上簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，降低各別零件的精度和對周圍環(huán)境的要求，但是加工過程中由于工作臺(tái)間歇式分度運(yùn)動(dòng)的慣性和基準(zhǔn)光柵的柵距誤差會(huì)嚴(yán)重影響光柵品質(zhì)。
[0005]光柵復(fù)制光柵刻化需要時(shí)間長，效率低，成本很高，不能滿足光譜儀器需要，因此，此方法沒有得到普遍應(yīng)用。
[0006]全息照相刻化可以制造無鬼線，雜散光很弱的可覆蓋整個(gè)光譜區(qū)高分辨率光柵，原則上可以制作無尺寸限制的平面或凹面光柵。但是，制造全息光柵過程中:大功率激光器，環(huán)境周圍的雜散光，光路的穩(wěn)定性等因素會(huì)嚴(yán)重影響全息光柵的集光率及對槽型的精準(zhǔn)掌控，制約了此項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
[0007]納米壓印技術(shù)(熱壓印，紫外壓印，軟膜壓印)經(jīng)過多年的發(fā)展，在納米器件制造及光學(xué)器件制造領(lǐng)域的潛能逐漸被人們所認(rèn)知，其在應(yīng)用過程中顯現(xiàn)出了傳統(tǒng)的工藝復(fù)雜的光刻技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(例如分辨率高，低成本等)，但也暴露出缺點(diǎn)與不足之處，例如:由于硬模板缺陷，硬模板與納米壓印膠脫模困難或環(huán)境中灰塵顆粒導(dǎo)致的壓印圖形的大面積缺陷，特別是對于光學(xué)器件是無法接受的，因此制約了納米壓印技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，使得此項(xiàng)技術(shù)依然停留于實(shí)驗(yàn)室階段。
[0008]基底完整壓印光刻技術(shù)(SCIL-SubstrateConformal Imprint Lithography)米用特殊的連續(xù)性接觸方式【從模板的一側(cè)開始，固定模具刻槽中的真空被轉(zhuǎn)換為壓力，模板在縱向上產(chǎn)生變形，局部開始接觸基底，隨著越來越多的刻槽被逐一轉(zhuǎn)換至壓力狀態(tài)，接觸面積不斷擴(kuò)大，直至覆蓋整個(gè)基底面積】，SCIL技術(shù)同時(shí)擁有硬質(zhì)石英模板高分辨率與軟質(zhì)聚合物模板可實(shí)現(xiàn)大面積壓印的雙重優(yōu)點(diǎn)，基底完整壓印光刻技術(shù)中使用的工作模板在壓力下不產(chǎn)生橫向的拉伸形變同時(shí)又可以在縱向彎曲以配合大面積基底的表面不平整度，從而實(shí)現(xiàn)大面積模板和基底的均勻接觸并且可以很好的限制由于顆粒狀污染物所造成的缺陷面積，最大限度的保證結(jié)構(gòu)在壓印過程中不產(chǎn)生形變，從而保證此技術(shù)的高分辨率。
[0009]基于基底完整壓印光刻技術(shù)(SCIL)目前主要用于發(fā)光二極管的制作，但在精密光學(xué)儀器制造領(lǐng)域則未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為了提供一種基于SCIL技術(shù)的二氧化硅(Si02)基狹縫衍射光柵的一步式制作方法，以使得制作基于二氧化硅材質(zhì)的高密度周期性狹縫結(jié)構(gòu)的制作工藝簡單，制作周期大大縮短，并且光柵的精度與分辨率可與使用刻化法得到的光柵相媲美。
[0011]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]本發(fā)明的一種二氧化硅基衍射光柵的一步式制作方法，具體步驟如下:
[0013]步驟一:旋涂，采用旋涂工藝在硅基底旋涂納米壓印膠，形成預(yù)定厚度的納米壓印膠層；
[0014]步驟二:壓印，將工作表面外形為與待加工光柵外形相匹配的軟質(zhì)模板，順序壓印在硅基底上旋涂的納米壓印膠層上，形成壓印合體；
[0015]步驟三:曝光，對步驟二得到的壓印合體進(jìn)行紫外曝光固化，曝光采用的紫外光密度為8.5?10mw/cm2，曝光時(shí)間:480?500s ；
[0016]步驟四:脫模，順序解除軟質(zhì)模板對硅基底上納米壓印膠層的壓力，使軟質(zhì)模板從壓印合體中順序地脫離，即可得到目標(biāo)產(chǎn)品。
[0017]所述納米壓印膠為購買于荷蘭飛利浦公司、標(biāo)號為:SOL-GEL V5-500的納米壓印膠。
[0018]上述所有工藝流程均在具有千級潔凈度的超凈間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明基于基底完整壓印光刻技術(shù)(SCIL)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對基于二氧化硅【玻璃的主要成份】材質(zhì)的狹縫衍射光柵的一步式制作，使得玻璃材質(zhì)光柵的精度和分辨率得到了進(jìn)一步的提升。
[0021]本發(fā)明較現(xiàn)有的光柵加工手段，大大減少了光柵的制作成本，簡化了光柵生產(chǎn)的制作工藝，縮短了光柵的制作周期，提升了光柵的生產(chǎn)效率；
[0022]本發(fā)明，使得大面積光柵在具有千級潔凈度的超凈間環(huán)境便可進(jìn)行大量快速的制作。
[0023]本發(fā)明可以制作出的高精度，高品質(zhì)，高分辨率的衍射光柵，迎合了新一代光譜儀等光學(xué)儀器對光柵的要求，具有廣闊的市場應(yīng)用背景。
【附圖說明】
[0024]圖1為實(shí)施例1得到的目標(biāo)產(chǎn)品周期結(jié)構(gòu)的電鏡圖；
[0025]圖2為實(shí)施例1得到的目標(biāo)產(chǎn)品周期結(jié)構(gòu)在垂直光照射下的暗場圖像；
[0026]圖3為實(shí)施例1得到的目標(biāo)產(chǎn)品周期結(jié)構(gòu)接受光學(xué)屏上圖像的相機(jī)照片；
[0027]圖4為實(shí)施例2得到的目標(biāo)產(chǎn)品周期結(jié)構(gòu)的電鏡圖；
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的描述。
[0029]實(shí)施例1
[0030]實(shí)施例中使用的納米壓印設(shè)備是SUSS MicroTec-SCIL，光刻設(shè)備是SUSS MA6光刻機(jī)，納米壓印膠:購買于荷蘭飛利浦公司，標(biāo)號為:S0L-GEL V5-500 ;
[0031]實(shí)施例中旋涂的納米壓印膠的預(yù)定厚度為500nm ；
[0032]以制作一種具有亞微米量級平行等寬，等間距的高品質(zhì)衍射光柵為例，其制作步驟如下:
[0033]步驟一:將納米壓印元