本發(fā)明涉及光學(xué)元件，特別涉及一種光柵制作方法及光柵尺。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的光柵制作中，不管是在待光刻基材上鍍制單層結(jié)構(gòu)的光柵膜，還是多層結(jié)構(gòu)的光柵膜，靶材濺射原子入射角度通常始終垂直于待光刻基材或其中一層光柵膜，然而，這種方式存在諸多不足。

2、在膜層質(zhì)量方面，垂直入射易導(dǎo)致膜層均勻性不佳，原子垂直撞擊易造成局部堆積集中，影響膜層整體均勻性，在高精度光學(xué)光柵中影響其光學(xué)性能，同時，垂直入射難以有效填充表面微觀缺陷，致使膜層表面粗糙度增加，影響光的散射，降低光學(xué)質(zhì)量和信號清晰度。

3、在膜層結(jié)合力上，垂直入射使得結(jié)合方式單一，機(jī)械結(jié)合力不足，面對溫度變化或機(jī)械振動等情況時，膜層易分層、剝落，影響光柵使用壽命和穩(wěn)定性，而且化學(xué)結(jié)合也受限，無法充分形成穩(wěn)定界面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致長期使用中性能下降。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的為提供一種光柵制作方法及光柵尺，旨在解決現(xiàn)有的光柵制作中靶材濺射原子入射角度通常始終垂直于待光刻基材或其中一層光柵膜，導(dǎo)致膜層質(zhì)量較差和膜層結(jié)合力較低的技術(shù)問題。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種光柵制作方法，包括：

3、將待光刻基材通過夾具放入磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，使預(yù)設(shè)的第一靶材通過第一預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述待光刻基材上，鍍制形成第一介質(zhì)膜，其中所述第一靶材的濺射原子在所述待光刻基材上的入射角度小于或等于15°；

4、將預(yù)設(shè)的第二靶材通過第二預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第一介質(zhì)膜上，鍍制形成第二介質(zhì)膜，其中所述第二靶材的濺射原子的入射角度垂直于所述第一介質(zhì)膜；

5、將預(yù)設(shè)的第三靶材通過第三預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第二介質(zhì)膜上，鍍制形成第三介質(zhì)膜，其中所述第三靶材的濺射原子在所述第二介質(zhì)膜上的入射角度小于或等于15°；

6、按照預(yù)設(shè)光柵圖形，對所述第一介質(zhì)膜、所述第二介質(zhì)膜和所述第三介質(zhì)膜進(jìn)行光刻，之后經(jīng)蝕刻得到光柵。

7、進(jìn)一步地，所述將待光刻基材通過夾具放入磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)之前的步驟，包括：

8、在所述待光刻基材上通過粒度值依次從起始粒度值增加至終止粒度值，且粒度遞增梯度為每100目一級的砂紙進(jìn)行打磨，得到打磨樣品，其中所述砂紙與所述待光刻基材的表面的傾斜角度為10°-30°，所述砂紙自所述待光刻基材的表面的中心向四周順時針旋轉(zhuǎn)；

9、將所述打磨樣品放入丙酮溶液進(jìn)行超聲清洗10-15分鐘，得到超聲清洗樣品；

10、將所述超聲清洗樣品通過去離子水自所述待光刻基材的表面的中心向四周逆時針旋轉(zhuǎn)清洗1-2分鐘，得到旋轉(zhuǎn)清洗樣品；

11、將所述旋轉(zhuǎn)清洗樣品放入稀鹽酸溶液中浸泡5-10分鐘，再次通過所述去離子水沖洗并烘干，得到所述待光刻基材。

12、進(jìn)一步地，所述使預(yù)設(shè)的第一靶材通過第一預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述待光刻基材上，鍍制形成第一介質(zhì)膜，其中所述第一靶材的濺射原子在所述待光刻基材上的入射角度小于或等于15°的步驟，包括：

13、將所述磁控濺射裝置的所述真空腔室內(nèi)的本底真空度抽至低于5×10-4pa，并通入預(yù)定濃度的氬氣作為濺射氣體，得到第一真空腔室，其中，所述氬氣的氣體流量為30-40sccm；

14、在所述第一真空腔室內(nèi)通過所述濺射氣體將所述第一靶材的所述濺射原子按照所述第一預(yù)定濺射功率進(jìn)行拋物線型運(yùn)動和/或傾斜折線運(yùn)動，使所述第一靶材濺射沉積在所述待光刻基材上形成第一介質(zhì)膜，其中，所述第一靶材的所述濺射原子的入射角度按照每次調(diào)整1°-2°的步長速度進(jìn)行調(diào)整，且所述第一靶材與所述待光刻基材的距離為2-5㎝；

15、判斷所述第一介質(zhì)膜的膜厚是否在第一預(yù)設(shè)膜厚的±5%范圍內(nèi)；

16、若是，則停止濺射所述第一靶材，得到第一光刻膜樣品。

17、進(jìn)一步地，所述將預(yù)設(shè)的第二靶材通過第二預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第一介質(zhì)膜上，鍍制形成第二介質(zhì)膜，其中所述第二靶材的濺射原子的入射角度垂直于所述第一介質(zhì)膜的步驟，包括：

18、在第一真空腔室內(nèi)通過氬氣等離子體轟擊清洗所述第一光刻膜樣品，并判斷所述第一真空腔室內(nèi)所述濺射氣體的濃度是否在所述預(yù)定濃度的±10范圍內(nèi)；

19、若否，則再次通入氬氣，使所述濺射氣體達(dá)到預(yù)定濃度，同時通入預(yù)定濃度的氮氣作為反應(yīng)氣體，得到第二真空腔室，其中，所述氬氣的氣體流量為40-50sccm，所述氮氣的氣體流量為10-15sccm；

20、在所述第二真空腔室內(nèi)通過所述濺射氣體和所述反應(yīng)氣體將所述第二靶材的所述濺射原子按照所述第二預(yù)定濺射功率進(jìn)行螺旋運(yùn)動和/或彎曲運(yùn)動，使所述第二靶材在所述第一光刻膜樣品上濺射沉積形成第二介質(zhì)膜，其中，所述第二靶材的濺射原子的入射角度按照每次調(diào)整1°-2°的步長速度進(jìn)行調(diào)整，且所述第二靶材與所述第一光刻膜樣品的距離為5-8㎝；

21、判斷所述第二介質(zhì)膜的膜厚是否在第二預(yù)設(shè)膜厚的±5%范圍內(nèi)；

22、若是，則停止濺射所述第二靶材，得到第二光刻膜樣品。

23、進(jìn)一步地，所述將預(yù)設(shè)的第三靶材通過第三預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第二介質(zhì)膜上，鍍制形成第三介質(zhì)膜，其中所述第三靶材的濺射原子在所述第二介質(zhì)膜上的入射角度小于或等于15°的步驟，包括：

24、在所述第二真空腔室內(nèi)通過氧氣等離子體清洗所述第二光刻膜樣品，并判斷所述第二真空腔室內(nèi)所述濺射氣體的濃度是否在所述預(yù)定濃度的±10范圍內(nèi)；

25、若否，則再次通入氬氣，使所述濺射氣體達(dá)到預(yù)定濃度，同時通入預(yù)定濃度的氧氣作為反應(yīng)氣體，得到第三真空腔室，其中，所述氬氣的氣體流量為30-40sccm，所述氧氣的氣體流量為5-10sccm；

26、在所述第三真空腔室內(nèi)通過所述濺射氣體和所述反應(yīng)氣體將所述第三靶材的濺射原子按照所述第三預(yù)定濺射功率進(jìn)行拋物線型運(yùn)動和/或傾斜折線運(yùn)動，使所述第三靶材在所述第二光刻膜樣品上濺射沉積形成第三介質(zhì)膜，其中，所述第三靶材的濺射原子的入射角度按照每次調(diào)整1°-2°的步長速度進(jìn)行調(diào)整，且所述第三靶材與所述第二光刻膜樣品的距離為6-9㎝；

27、判斷所述第三介質(zhì)膜的膜厚是否在第三預(yù)設(shè)膜厚的±5%范圍內(nèi)；

28、若是，則停止濺射所述第三靶材，得到第三光刻膜樣品。

29、進(jìn)一步地，所述將預(yù)設(shè)的第三靶材通過第三預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第二介質(zhì)膜上，鍍制形成第三介質(zhì)膜的步驟之后，包括：

30、在真空環(huán)境下，將蒸發(fā)后的有機(jī)材料蒸汽引導(dǎo)至所述第三光刻膜樣品的所述第三介質(zhì)膜的表面，形成保護(hù)膜，其中，所述有機(jī)材料蒸汽與所述第三介質(zhì)膜的引導(dǎo)角度小于或等于15°，且所述有機(jī)材料蒸汽對所述第三介質(zhì)膜的表面從左往右按照第一預(yù)設(shè)正弦曲線參數(shù)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行覆蓋；

31、判斷所述保護(hù)膜的膜厚是否在第四預(yù)設(shè)膜厚的±5%范圍內(nèi)；

32、若是，則停止蒸發(fā)有機(jī)材料。

33、進(jìn)一步地，所述按照預(yù)設(shè)光柵圖形，對所述第一介質(zhì)膜、所述第二介質(zhì)膜和所述第三介質(zhì)膜進(jìn)行光刻，之后經(jīng)蝕刻得到光柵的步驟，包括：

34、在所述第三介質(zhì)膜上旋涂預(yù)設(shè)的光刻膠，使所述光刻膠的厚度達(dá)到第五預(yù)設(shè)膜厚，得到涂膠樣品；

35、將帶有預(yù)設(shè)光柵圖形的掩膜與所述涂膠樣品緊密貼合，并進(jìn)行曝光得到曝光樣品；

36、將所述曝光樣品放入顯影液中通過攪拌裝置進(jìn)行攪拌，使所述曝光樣品顯影，得到光刻后有光柵圖案的待蝕刻樣品，其中，所述攪拌裝置與所述顯影液的液面的攪拌角度為10°-20°，且所述攪拌裝置以順時針和逆時針分別攪拌30秒-60秒。

37、進(jìn)一步地，所述在所述第三介質(zhì)膜上旋涂預(yù)設(shè)的光刻膠，使所述光刻膠的厚度達(dá)到第五預(yù)設(shè)膜厚，得到涂膠樣品的步驟，包括：

38、將所述光刻膠滴至所述第三介質(zhì)膜的中心位置形成第一光刻膠，以及在以所述第一光刻膠為中心且離心率為小于或等于0.8的橢圓上，將所述光刻膠滴至所述橢圓的周長上形成多個第二光刻膠，得到待旋轉(zhuǎn)樣品，其中，所述第一光刻膠與所述第二光刻膠相互對稱；

39、將所述待旋轉(zhuǎn)樣品按照預(yù)設(shè)速度進(jìn)行順時針旋轉(zhuǎn)；

40、判斷所述第一光刻膠與所述第二光刻膠在所述待旋轉(zhuǎn)樣品上的膜厚是否在第五預(yù)設(shè)膜厚的±5%范圍內(nèi)；

41、若是，則停止旋轉(zhuǎn)所述待旋轉(zhuǎn)樣品，得到所述涂膠樣品。

42、進(jìn)一步地，所述按照預(yù)設(shè)光柵圖形，對所述第一介質(zhì)膜、所述第二介質(zhì)膜和所述第三介質(zhì)膜進(jìn)行光刻，之后經(jīng)蝕刻得到光柵的步驟，包括：

43、將所述待蝕刻樣品放入第一介質(zhì)溶液內(nèi)，判斷所述待蝕刻樣品上的所述第三介質(zhì)膜的蝕刻深度是否達(dá)到第一設(shè)定深度；

44、若是，則通過去離子水對所述待蝕刻樣品的表面的自中心向四周順時針旋轉(zhuǎn)進(jìn)行沖洗，并烘干得到第一蝕刻樣品；

45、將所述第一蝕刻樣品放入第二介質(zhì)溶液內(nèi)，判斷所述第一蝕刻樣品上的所述第二介質(zhì)膜的蝕刻深度是否達(dá)到第二設(shè)定深度；

46、若是，則通過所述去離子水對所述第一蝕刻樣品的表面的自中心向四周逆時針旋轉(zhuǎn)進(jìn)行沖洗，并烘干得到第二蝕刻樣品；

47、將所述第二蝕刻樣品放入第三介質(zhì)溶液內(nèi)，判斷所述第二蝕刻樣品上的所述第一介質(zhì)膜的蝕刻深度是否達(dá)到第三設(shè)定深度；

48、若是，則通過所述去離子水對所述第二蝕刻樣品的表面從左往右按照第二預(yù)設(shè)正弦曲線參數(shù)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行沖洗，并烘干得到所述光柵。

49、本發(fā)明還提出一種光柵尺，包括權(quán)利上述任一項實施例所述的光柵制作方法，所述第一介質(zhì)膜、所述第二介質(zhì)膜和所述第三介質(zhì)膜從下往上依次鍍制在所述待光刻基材上。

50、有益效果：

51、本發(fā)明的一種光柵制作方法，包括：將待光刻基材通過夾具放入磁控濺射裝置的真空腔室內(nèi)，使預(yù)設(shè)的第一靶材通過第一預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述待光刻基材上，鍍制形成第一介質(zhì)膜，其中所述第一靶材的濺射原子在所述待光刻基材上的入射角度小于或等于15°；將預(yù)設(shè)的第二靶材通過第二預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第一介質(zhì)膜上，鍍制形成第二介質(zhì)膜，其中所述第二靶材的濺射原子的入射角度垂直于所述第一介質(zhì)膜；將預(yù)設(shè)的第三靶材通過第三預(yù)定濺射功率濺射沉積在所述第二介質(zhì)膜上，鍍制形成第三介質(zhì)膜，其中所述第三靶材的濺射原子在所述第二介質(zhì)膜上的入射角度小于或等于15°；按照預(yù)設(shè)光柵圖形，對所述第一介質(zhì)膜、所述第二介質(zhì)膜和所述第三介質(zhì)膜進(jìn)行光刻，之后經(jīng)蝕刻得到光柵。當(dāng)?shù)谝话胁牡臑R射原子以小于或等于15°的入射角度沉積在待光刻基材上時，小角度入射使原子能夠以較為“平緩”的方式沉積，原子具有一定的橫向運(yùn)動分量，能更充分地在基材表面鋪展，從而有效填充表面的微小孔隙和不平整處，讓膜層更加致密均勻，有助于提升光柵的光學(xué)性能，另外除了垂直的沖擊力，還有側(cè)向的摩擦力，這有利于增強(qiáng)原子與基材之間的物理吸附和化學(xué)鍵合，使得膜層和基材結(jié)合得更加牢固，提升光柵的穩(wěn)定性和耐用性；當(dāng)?shù)诙胁牡臑R射原子入射角度垂直于第一介質(zhì)膜時，垂直入射能夠確保濺射原子在第一介質(zhì)膜上均勻地沉積，使得原子在垂直方向上的堆積更加規(guī)則，有利于形成平整、厚度均勻的第二介質(zhì)膜，保證更好的光學(xué)性能，減少因膜厚不均導(dǎo)致的光程差等問題，提高光柵的衍射效率和精度，使垂直入射的原子與第一介質(zhì)膜表面能夠形成緊密、有序的結(jié)合，增強(qiáng)了第二介質(zhì)膜與第一介質(zhì)膜之間的結(jié)合強(qiáng)度；當(dāng)?shù)谌胁牡臑R射原子在第二介質(zhì)膜上的入射角度小于或等于15°時，較小的入射角度使濺射原子帶有側(cè)向運(yùn)動分量，有助于原子在沉積過程中更好地填充第二介質(zhì)膜表面可能存在的微小凹坑和縫隙，讓第三介質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)更加致密、均勻，能夠有效減少光的散射和反射損失，提升光柵的光學(xué)性能，傾斜的入射角度讓原子與第二介質(zhì)膜之間形成多角度的相互作用，除了垂直方向的結(jié)合力，側(cè)向的作用力也有助于增強(qiáng)機(jī)械咬合力，促進(jìn)原子與膜層間化學(xué)鍵的形成，使第三介質(zhì)膜與第二介質(zhì)膜的結(jié)合更加牢固，提高光柵的穩(wěn)定性和可靠性。

52、因此，通過不同原子的不同入射角度鍍制多層結(jié)構(gòu)光柵膜，使膜層生長更具多樣性和可控性，對于膜層質(zhì)量，不同角度入射的原子能從不同方向填充膜層缺陷，減少空洞和不均勻性，提高整體致密性和平整度，進(jìn)而提升光學(xué)性能和信號傳輸質(zhì)量。在膜層結(jié)合力方面，多種入射角度使原子與膜層或基材形成更復(fù)雜的結(jié)合結(jié)構(gòu)，增加了機(jī)械咬合和化學(xué)鍵合的機(jī)會，增強(qiáng)了各層之間的結(jié)合強(qiáng)度，降低了分層和剝落的風(fēng)險，提高了光柵在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐久性，有效克服了傳統(tǒng)垂直入射角度導(dǎo)致的膜層質(zhì)量差和結(jié)合力低的問題。