本發(fā)明涉及一種衍射光柵制作方法，特別涉及一種基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵的制作方法，屬于光學(xué)元件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

反射式光柵是一種常見(jiàn)的分光儀器，應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛。反射式光柵是將白光反射，通過(guò)干涉和衍射，將光色散，從而將復(fù)合光分解為光譜。

傳統(tǒng)的光柵制作方式有機(jī)械刻劃，光電刻劃，復(fù)制，全息照相刻劃四種，以上方法對(duì)精度要求都非常高，而且一次只能加工一片光柵，加工成本和周期都很高。

自1960年光刻工藝誕生之后，光刻在集成電路制造和微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域占有絕對(duì)的地位，隨著半導(dǎo)體對(duì)性能的要求不斷提升，光刻精度也越來(lái)越高，成本也越來(lái)越低，讓光刻技術(shù)應(yīng)用到光柵制作中成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵的制作方法，該方法是一種高效，高精度的反射式光柵制作方法，通過(guò)紫外光刻技術(shù)，使得制作過(guò)程簡(jiǎn)單，單批次成品量上升，降低對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵的制作方法，所述反射式光柵包括二氧化硅基底以及在基底上設(shè)置的n個(gè)楔形光柵單元，并順序?qū)πㄐ喂鈻艈卧幪?hào)為1,2,…,n；其中，單個(gè)楔形光柵單元的反射式面寬度為a、光柵常量為d、傾角為β、頂點(diǎn)距基底高為m、頂點(diǎn)到基底垂線的垂點(diǎn)到傾角頂點(diǎn)的距離為b；

該反射式光柵的制作方法包括以下具體步驟：

步驟1，制備二氧化硅基底；

步驟2，第一次紫外光刻：在基底上均勻涂上厚度為m的光刻膠后，將基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進(jìn)行紫外光刻，形成n個(gè)楔形凹槽，其中，n為編號(hào)為奇數(shù)的楔形光柵單元個(gè)數(shù)；

步驟3，第一次濺入二氧化硅：將步驟2光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在重力作用下向步驟2形成的楔形凹槽內(nèi)分別濺入二氧化硅，形成編號(hào)為奇數(shù)的所有楔形光柵單元；

步驟4，去除基底上的光刻膠；

步驟5，第二次紫外光刻：在基底上均勻涂上厚度為m的光刻膠后，將基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進(jìn)行紫外光刻，形成n'個(gè)楔形凹槽，其中，n'為編號(hào)為偶數(shù)的楔形光柵單元個(gè)數(shù)；

步驟6，第二次濺入二氧化硅：將步驟5光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在重力作用下向步驟5形成的楔形凹槽內(nèi)分別濺入二氧化硅，形成編號(hào)為偶數(shù)的所有楔形光柵單元；

步驟7，去除基底上的光刻膠；

步驟8，在刻劃好的光柵上鍍銀并切割成片。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，該制作方法還包括對(duì)切割成片的成品光柵進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)不合格的產(chǎn)品進(jìn)行再次切割。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，掩膜版的透光區(qū)和遮光區(qū)寬度均為c·d·sinα，其中，c為紫外圖案經(jīng)過(guò)透鏡后的縮小倍數(shù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，相對(duì)于第一次紫外光刻時(shí)掩膜版的位置，第二次紫外光刻時(shí)掩膜版在刻線的垂直方向移動(dòng)了一個(gè)刻線寬度的數(shù)量級(jí)，即移動(dòng)了c·d·sinα。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，第一次和第二次濺入二氧化硅均在真空下完成。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，第一次和第二次去除基底上的光刻膠均在冷卻之后。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案，步驟1中制備的二氧化硅基底為圓形。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

1、對(duì)機(jī)械裝置需求下降，這種新型的基于紫外光刻技術(shù)的光柵制作方法，只需要在最后切割步驟需要用到一般機(jī)械切割裝置，而不需要在生產(chǎn)光柵條紋時(shí)使用高精度切割設(shè)備，降低了對(duì)機(jī)械裝置的要求；

2、光柵成品質(zhì)量高，相比復(fù)制光柵，這種方法制作的光柵全部都是原刻光柵，能極大程度上提高光柵成品的質(zhì)量，保證產(chǎn)品的分辨率；

3、單次生產(chǎn)產(chǎn)量高，現(xiàn)有的所有光柵加工方法都是同一臺(tái)設(shè)備只能對(duì)一片較小的光柵進(jìn)行加工，復(fù)制法中，一塊原刻光柵一次只能生產(chǎn)一片復(fù)制光柵；機(jī)械刻劃加工出來(lái)的光柵大小受到嚴(yán)格控制，基于紫外光刻技術(shù)的方法可以一次生產(chǎn)大型的光柵片，再通過(guò)切割獲得大量光柵，從而提高整體產(chǎn)量；全息照相刻劃雖然能生產(chǎn)大型光柵，但對(duì)技術(shù)要求特別高；

4、生產(chǎn)周期短，除了復(fù)制光柵之外，其余傳統(tǒng)的光柵制作方法一次只能刻劃一條刻線，因此需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)生產(chǎn)少量光柵，整體時(shí)間成本高。除而基于紫外光刻技術(shù)的光柵制作方法在兩次光刻、濺入之后就可以生產(chǎn)出所有的刻線，大大提高了生產(chǎn)效率；

5、光柵分辨率高，有光柵制作方法中，機(jī)械刻劃和光電刻劃的刻線最多為1000條/mm，全息照相技術(shù)的刻線大約為4000/mm，也就是說(shuō)現(xiàn)有的光柵制作方法單條刻線最窄大約為250nm，基于紫外光刻的光柵制作方法則可以達(dá)到180nm甚至更低；

6、可以制作很薄的光柵：由于傳統(tǒng)的機(jī)械刻劃和光電刻劃加工時(shí)對(duì)光柵片的壓力會(huì)非常大，如果基底過(guò)薄，加工過(guò)程中很容易損壞未成的光柵，而基于紫外光刻技術(shù)的光柵制作方法對(duì)基底幾乎沒(méi)有壓力或者直接的破壞，因此可以加工出很薄的光柵；

7、生產(chǎn)成本低：隨著光刻工藝的進(jìn)步，光刻的成本也越來(lái)越低，現(xiàn)有的成熟工藝已經(jīng)達(dá)到了40nm和28nm，而光柵制作只需要亞微米級(jí)別的光刻，因此生產(chǎn)成本不高。

附圖說(shuō)明

圖1是整個(gè)光柵的截面圖。

圖2是單個(gè)楔形反射式面的截面圖。

圖3是最開(kāi)始涂上光刻膠時(shí)的截面圖。

圖4是第一次紫外光刻時(shí)的截面圖。

圖5是第一次紫外光刻后的截面圖。

圖6是第一次濺入二氧化硅時(shí)的截面圖。

圖7是第一次濺入二氧化硅后的截面圖。

圖8是第二次涂上光刻膠時(shí)的截面圖。

圖9是第二次紫外光刻時(shí)的截面圖。

圖10時(shí)第二次紫外光刻后的截面圖。

圖11是第二次濺入二氧化硅時(shí)的截面圖。

圖12是第二次濺入二氧化硅后的截面圖。

圖13是表面鍍銀之后的截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明的基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵制作方法是一種新型、高效、高精度、高分辨率的反射式光柵制作方法。該光柵以二氧化硅為基底，在基底上設(shè)有多個(gè)平行的楔形反射面，整個(gè)光柵表面鍍銀，以提高反射效果。這種光柵制作方法應(yīng)用傾斜光刻和濺入二氧化硅來(lái)制作楔形反射面，因此不依賴高精度刻劃設(shè)備；通過(guò)紫外光刻的方式同時(shí)刻劃多條刻線，能極大地縮小生產(chǎn)周期；而且這種制備方法可以制作寬度為180nm以下的刻線，因此生產(chǎn)出來(lái)的光柵分辨率非常高；這種制作方法還能生產(chǎn)任意尺寸的光柵，再通過(guò)切割獲得成片光柵，從而提高整體產(chǎn)量。

本發(fā)明制作的反射式光柵包括二氧化硅基底以及在基底上設(shè)置的n個(gè)楔形光柵單元，如圖1所示，順序?qū)πㄐ喂鈻艈卧幪?hào)為1,2,…,n。如圖2所示，單個(gè)楔形光柵單元的反射式面寬度為a、光柵常量為d、傾角為β、頂點(diǎn)距基底高為m、頂點(diǎn)到基底垂線的垂點(diǎn)到傾角頂點(diǎn)的距離為b。

基于紫外光刻技術(shù)的如圖1所示的反射式光柵的制作方法為：

1)準(zhǔn)備二氧化硅基底：類似單晶硅晶圓制作方法，不過(guò)材料采用的是二氧化硅,基底要求表面平整，純凈度高，最好是圓形片，這樣涂光刻膠的時(shí)候能更為均勻。

2)如圖3所示，在生產(chǎn)好的二氧化硅基底上均勻涂上厚度為m的光刻膠，m為光柵高度。

3)第一次光刻：如圖4所示，將涂膠后的二氧化硅基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進(jìn)行紫外光刻，掩模版上透光區(qū)和遮光區(qū)寬度均為c·d·sinα,d為光柵常量，c為紫外圖案經(jīng)過(guò)透鏡后的縮小倍數(shù)，光刻結(jié)束的基底截面如圖5所示。

4)第一次濺入二氧化硅：如圖6所示，將第一次光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在真空中向凹槽內(nèi)濺入二氧化硅，濺入的二氧化硅在重力作用下將形成楔形反射式面。

5)冷卻后去膠，制成編號(hào)為奇數(shù)的所有楔形光柵單元，此時(shí)基底的截面如圖7所示。

6)如圖8所示，對(duì)5)中的基底再一次涂上厚度為m的光刻膠。

7)第二次光刻：如圖9所示，將基底由水平狀態(tài)傾斜角度后進(jìn)行紫外光刻。此時(shí)相比于3)中的第一次光刻，掩模版在刻線的垂直方向移動(dòng)一個(gè)刻線寬度的數(shù)量級(jí)，即移動(dòng)c·d·sinα，光刻結(jié)束后的截面如圖10所示。

8)第二次濺入二氧化硅：如圖11所示，將第二次光刻完成的基底由水平狀態(tài)傾斜β角度，在真空中向凹槽內(nèi)濺入二氧化硅，濺入的二氧化硅在重力作用下將形成楔形反射式面。

9)冷卻后去膠，制成編號(hào)為偶數(shù)的所有楔形光柵單元，此時(shí)基底的截面如圖12所示。

10)在刻劃好的光柵上鍍銀，如圖13所示。

11)切割成片，對(duì)成品光柵進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，合格的光柵直接出廠，不合格的產(chǎn)品在檢查出不合格的部分之后將進(jìn)行再次切割，獲得的合格部分也可以出廠。

具有以上制作過(guò)程的加工方法即視為本發(fā)明的基于紫外光刻技術(shù)的反射式光柵制作方法。本發(fā)明的光柵制作過(guò)程中，主要應(yīng)用了傾斜光刻來(lái)制作楔形反射面，通過(guò)控制掩模板的大小和形狀可以制作任意尺寸的光柵器件。由于單次生產(chǎn)出來(lái)的是大型的光柵，可以通過(guò)切割獲得成片光柵，從而達(dá)到單片光柵的利益最大化。同時(shí)，紫外光刻法不會(huì)產(chǎn)生鬼線和伴線，不存在刻劃光柵刻槽的微觀不規(guī)則或者毛刺缺陷。即便在加工過(guò)程中出現(xiàn)了這些缺陷，在后面的質(zhì)量檢測(cè)中也可以將不合格片丟棄，保留合格的光柵出廠。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。