一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法技术

本发明专利技术公开了一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，解决常规近场全息方法不能直接复制及微调掩模线密度及其空间分布的问题。通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。本发明专利技术可以有效的微调近场全息变间距光栅位相掩模的线密度分布，由此减少了对电子束光刻制作方法的依赖，降低位相掩模的制作成本，在一定程度上灵活快速地获得具有不同线密度分布的掩模，以满足不同场合的不同需求，是一种十分重要的、低成本的变间距光栅的制作方法。本发明专利技术对利用近场全息方法调控光栅线密度空间分布，在此基础上提高高精度变间距光栅的制作质量和效率十分重要。

A controllable fine tuning method for linear density distribution of variable pitch grating mask

【技术实现步骤摘要】
一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法
本专利技术属于衍射光学元件的微纳加工
，具体涉及一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，其为基于近场全息技术的变间距光栅及其位相掩模线密度可控微调方法。
技术介绍
近场全息法是一种快速、稳定的制作衍射光栅，特别是变间距光栅的制作方法。其基本原理是：近场全息曝光时所用的激光经位相掩模后，利用位相掩模对入射光的两个衍射级次之间的干涉将位相掩模的图形转移到涂覆了光刻胶的光栅基底上，再经刻蚀过程将光刻胶光栅的图形转移到光栅基底上。近场全息所用位相掩模是此方法的核心器件，由于位相掩模的使用，使近场全息的曝光系统光路简单、紧凑、稳定。电子束光刻在制备高线密度光栅图形、以及调控光栅线密度空间分布方面具有很大的灵活性。因此，在近场全息中使用基于电子束光刻方法制备的高精度位相掩模，是制作高质量衍射光栅的理想方法。另一方面，众所周知，电子束光刻技术对环境稳定性要求高，制作周期长，是一种成本相对较高的微纳加工方法。按照目前常规的近场全息方法，需根据近场全息光路、拟制作变间距光栅的线密度分布n_g(x)以及位相掩模的几何尺寸优化设计位相掩模的线密度分布n_m(x)，n_g(x)与n_m(x)两者并不相等。因此，位相掩模的光栅图形与拟制备光栅图形具有一一对应关系，即某一块位相掩模只对应某一特定的制作光栅图形。换言之，常规的单次近场全息方法无法直接复制出位相掩模图形，其位相掩模与制作光栅之间图形区域长度[即变间距光栅图形沿线密度变化方向的长度]及其线密度分布会发生变化。位相掩模在长时间使用过程中难免会存在磨损或污染情况，再次直接用电子束光刻制备新的熔石英掩模成本高、时间长。近场全息光路的改变，将需要重新利用电子束光刻方法制作新的位相掩模，这将显著增加制备位相掩模所需的时间、经济成本；因此，如何基于近场全息方法，复制或在一定范围内微调变间距光栅的线密度空间分布以制备新的位相掩模，对于节约位相掩模的制作成本也是一项很有实际意义的工作；迫切需要发展基于近场全息的光栅图形线密度调控方法，以提高近场全息法制备光栅图形的灵活性和潜力，同时缓解利用电子束光刻法制作高质量光栅位相掩模的压力。为解决此问题，本专利技术提出基于近场全息法微调线密度及其空间分布的方法，进一步发展一种制备基于近场全息法制备变间距光栅位相掩模线密度可控微调方法。即通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。此专利技术是一种可控的、稳定的、快速的位相掩模制作方法，是一种十分重要的、低成本的变间距光栅的制作方法。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于近场全息方法制作具有线密度空间分布可调的位相掩模制备方法，即通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。这种方法主要解决常规近场全息方法不能改变制作光栅线密度及其空间分布、以及位相掩模磨损后需利用电子束光刻法重新制作价格昂贵的位相掩模的问题。本专利技术可提高近场全息方法制作图形灵活性、降低近场全息位相掩模制作成本等特点。本专利技术将在变间距光栅、周期性亚微米结构制备等微纳制作领域具有极大的应用潜力。为克服现有技术存在的问题，本专利技术提供的技术方案是：一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，包括：步骤(1)、建立近场全息曝光系统，所述全息曝光系统包括紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的无光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间以折射率匹配液填充，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光互相干涉在光栅基底的光刻胶层上形成变间距光刻胶光栅图形；步骤(2)、使用厚度为h_liq1的初始掩模A进行曝光，忽略折射率匹配液的厚度，初始掩模A的光栅图形面到基底A(厚度为h_A＝h_liq1)上光刻胶层的距离为h_liq1，激光光束从低线密度一侧以θ角，首先照射到初始掩模A，设变间距光栅掩模中心线密度的负一级自准直角为θ-1，则入射角θ接近θ-1[θ与θ-1之间的偏差小于±0.5°]，初始掩模A的零级和负一级衍射光形成的干涉条纹记录在基底A的光刻胶层(即对基底A上的光刻胶层曝光)，进一步显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；步骤(3)、将基底A上记录的干涉条纹，即变间距光刻胶光栅掩模图形转移到熔石英基底上，即通过反应离子束刻蚀一定槽深，槽深刻蚀参数为满足近场全息曝光时两干涉光束对比度(即位相掩模的零级和负一级衍射效率的比值)在90％以上，去除残余光刻胶，至此便得到过渡掩模：掩模B；步骤(4)、将步骤(3)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)中的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B(厚度为h_B＝h_A)的距离为h_liq2＝h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此便得到与初始掩模A线密度分布一致的掩模C-0；步骤(5)、在步骤(2)中采用初始掩模A对基底A(厚度为h_A＝h_liq1)进行近场全息曝光-显影，不同于步骤(2)的是入射方向为从低线密度方向以略微偏离θ-1的θ角入射，初始掩模A的光栅图形面到基底A的光刻胶层的距离为h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底A；显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；步骤(6)、对步骤(5)中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤(3)，至此便得到厚度h_A＝h_liq1的过渡掩模：掩模B；步骤(7)、将步骤(6)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)的是入射方向为从高线密度方向以略微偏离θ-1的θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B(厚度为h_B＝h_A)的距离为h_liq2＝h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调入射角θ，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模C-n，n为非零整数编号；步骤(8)、在步骤(2)中采用初始掩模A对基底A进行近场全息曝光-显影，不同于步骤(2)的是基底A的厚度h_A≠h_liq1，显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；步骤(9)、对步骤(8)中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤(3)，至此便得到厚度h_A≠h_liq1的过渡掩模：掩模B；步骤(10)、将步骤(9)制得的厚度h_A≠h_liq1的掩模B以步骤(2)的光路对基底B(厚度为h_B＝h_A)进行曝光，不同于步骤(2)中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，且掩模B的光栅图形与基底B的光刻胶面的间距调整为h_liq2＝h_A≠h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调过渡掩模B的基底厚度，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，其特征在于：包括：/n步骤(1)、建立近场全息曝光系统，所述全息曝光系统包括紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的无光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间以折射率匹配液填充，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光互相干涉在光栅基底的光刻胶层上形成变间距光刻胶光栅图形；/n步骤(2)、使用厚度为h_liq1的初始掩模A进行曝光，忽略折射率匹配液的厚度，初始掩模A的光栅图形面到基底A(厚度为h_A＝h_liq1)上光刻胶层的距离为h_liq1，激光光束从低线密度一侧以θ角，首先照射到初始掩模A，设变间距光栅掩模中心线密度的负一级自准直角为θ

【技术特征摘要】
1.一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，其特征在于：包括：
步骤(1)、建立近场全息曝光系统，所述全息曝光系统包括紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的无光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间以折射率匹配液填充，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光互相干涉在光栅基底的光刻胶层上形成变间距光刻胶光栅图形；
步骤(2)、使用厚度为h_liq1的初始掩模A进行曝光，忽略折射率匹配液的厚度，初始掩模A的光栅图形面到基底A(厚度为h_A＝h_liq1)上光刻胶层的距离为h_liq1，激光光束从低线密度一侧以θ角，首先照射到初始掩模A，设变间距光栅掩模中心线密度的负一级自准直角为θ-1，则入射角θ接近θ-1，θ与θ-1之间的偏差小于±0.5°，初始掩模A的零级和负一级衍射光形成的干涉条纹记录在基底A的光刻胶层即对基底A上的光刻胶层曝光，进一步显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(3)、将基底A上记录的干涉条纹，即变间距光刻胶光栅掩模图形转移到熔石英基底上，即通过反应离子束刻蚀一定槽深，槽深刻蚀参数为满足近场全息曝光时两干涉光束对比度(即位相掩模的零级和负一级衍射效率的比值)在90％以上，去除残余光刻胶，至此便得到过渡掩模：掩模B；
步骤(4)、将步骤(3)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)中的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B(厚度为h_B＝h_A)的距离为h_liq2＝h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此便得到与初始掩模A线密度分布一致的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，林达奎，陈火耀，刘正坤，洪义麟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34