本發(fā)明屬于空間光學(xué)系統(tǒng)先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高大口徑菲涅耳波帶片衍射效率的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)制作工藝不同，衍射元件可分為振幅型和位相型兩類。振幅型衍射元件的衍射效率很低，僅有10％左右。而位相型衍射元件的衍射效率能達(dá)到40％以上，可克服振幅型衍射元件衍射效率較低的問(wèn)題，因而較振幅型衍射元件具有更大的應(yīng)用前景。
為進(jìn)一步提高衍射效率，可把2臺(tái)階光柵結(jié)構(gòu)制作成多臺(tái)階光柵形式。理論分析表明，臺(tái)階數(shù)越多，光柵理論衍射效率越高，如四臺(tái)階的理論衍射效率可達(dá)到81％，八臺(tái)階可達(dá)到95％。但是隨著臺(tái)階數(shù)增多，制作難度相應(yīng)增加。
位相型元件一般首先使用光刻工藝加工掩模，再通過(guò)刻蝕的方法進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移。對(duì)于多臺(tái)階元件，需要進(jìn)行多次套刻和刻蝕加工才能完成。當(dāng)光柵周期確定時(shí)，光刻工藝能夠加工的最小線寬決定了所能加工的臺(tái)階數(shù)。
基于菲涅爾波帶片的衍射成像元件屬于大口徑變周期圓光柵元件。從中心區(qū)域向邊緣的光柵周期逐漸變小。光柵周期也可以用線寬來(lái)表述。由于光刻工藝的限制，線寬很小的波帶片邊緣區(qū)域最多只能加工成4臺(tái)階結(jié)構(gòu)，因此傳統(tǒng)上一般將菲涅爾波帶片制作成四臺(tái)階的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種提高大口徑菲涅爾波帶片衍射效率的方法，該方法提出了混合多臺(tái)階的制作方法，所做出的菲涅爾波帶片的衍射效率大幅提高。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種提高大口徑菲涅耳波帶片衍射效率的方法，包括如下步驟
步驟一、根據(jù)菲涅耳波帶片上區(qū)域i的設(shè)計(jì)線寬Li和光刻機(jī)加工的最小線寬l0確定區(qū)域i對(duì)應(yīng)的臺(tái)階數(shù)2n：即2n≤Li/l0≤2n+1。
步驟二、在石英玻璃基板上制備光刻膠掩模結(jié)構(gòu)。
步驟三、進(jìn)行第一次離子束刻蝕，在對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)為2的區(qū)域加工出2臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
步驟四、清洗光刻膠，進(jìn)行第一次套刻加工。
步驟五、進(jìn)行第二次離子束刻蝕，在對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)為4的區(qū)域加工出4臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
步驟六、清洗光刻膠，進(jìn)行第二次套刻加工。
步驟七、進(jìn)行第三次離子束刻蝕，在對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)為8的區(qū)域加工8臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
步驟八、依次類推，直至所有區(qū)域加工完成為止。
步驟九、刻蝕完成后，去除光刻膠，獲得多臺(tái)階混合的多臺(tái)階菲涅耳波帶片。
進(jìn)一步地，步驟一中，石英玻璃基板為兩面拋光，則在該石英玻璃基板上制備光刻膠掩模結(jié)構(gòu)的方法具體為：在石英玻璃基板上旋涂一層光刻膠，然后進(jìn)行前烘處理，接著，使用激光直寫機(jī)在光刻膠表面曝光所設(shè)計(jì)的菲涅耳波帶片圖案，曝光完成后，進(jìn)行顯影操作，顯影完成后，再進(jìn)行后烘堅(jiān)膜處理；
光刻膠為適合離子束刻蝕的正性光刻膠。
有益效果：
1、本發(fā)明采用了混合臺(tái)階數(shù)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，在不升級(jí)光刻設(shè)備所能加工的極限線寬前提下，最大限度的提高衍射效率。與傳統(tǒng)的整體四臺(tái)階或整體八臺(tái)階方法，兩者具有本質(zhì)區(qū)別。
2、本發(fā)明采用無(wú)掩模光刻。使用激光直寫機(jī)直接在基板上通過(guò)激光直寫工藝進(jìn)行圖案加工和套刻。而不是傳統(tǒng)的先加工掩模版，再進(jìn)行復(fù)制加工的方法，節(jié)省了工藝環(huán)節(jié)，有利于提高線寬的精度和降低加工成本。
3、本發(fā)明使用離子束刻蝕的方法，將光刻膠上的圖案轉(zhuǎn)移到石英玻璃基底。而不是傳統(tǒng)的濕法刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕法。
附圖說(shuō)明
圖1為混合臺(tái)階數(shù)菲涅耳衍射結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例1、一種提高大口徑菲涅耳波帶片衍射效率的方法，包括如下步驟
步驟一、根據(jù)菲涅耳波帶片上區(qū)域i的設(shè)計(jì)線寬Li和光刻機(jī)加工的最小線寬l0確定區(qū)域i對(duì)應(yīng)的臺(tái)階數(shù)2n：即2n≤Li/l0≤2n+1。
步驟二、在石英玻璃基板上制備光刻膠掩模結(jié)構(gòu)；
步驟三、進(jìn)行第一次離子束刻蝕，在對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)為2的區(qū)域加工出2臺(tái)階結(jié)構(gòu)；
步驟四、清洗光刻膠，進(jìn)行第一次套刻加工；
步驟五、進(jìn)行第二次離子束刻蝕，在對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)為4的區(qū)域加工出4臺(tái)階結(jié)構(gòu)；
步驟六、清洗光刻膠，進(jìn)行第二次套刻加工；
步驟七、進(jìn)行第三次離子束刻蝕，在對(duì)應(yīng)臺(tái)階數(shù)為8的區(qū)域加工8臺(tái)階結(jié)構(gòu)；
步驟八、依次類推，直至所有區(qū)域加工完成為止。其中每個(gè)臺(tái)階結(jié)構(gòu)的最小臺(tái)階寬度和光刻機(jī)的最小線寬相一致；
步驟八、刻蝕完成后，去除光刻膠，獲得多臺(tái)階混合的多臺(tái)階菲涅耳波帶片。
實(shí)施例2、本實(shí)施例中n為3。則后續(xù)步驟具體如下：
(a)在石英玻璃基板上制備光刻膠掩模結(jié)構(gòu)。
首先，在兩面精確拋光的石英玻璃基板上旋涂一層光刻膠。光刻膠一般選擇適合離子束刻蝕的正性光刻膠。旋涂完成后，進(jìn)行前烘處理。接著，使用激光直寫機(jī)在光刻膠表面曝光所設(shè)計(jì)的菲涅耳波帶片圖案。曝光完成后，進(jìn)行顯影操作。顯影完成后，再進(jìn)行后烘堅(jiān)膜處理。
(b)進(jìn)行離子束刻蝕加工，加工出2臺(tái)階結(jié)構(gòu)
將帶有光刻膠圖案的菲涅耳波帶片放入離子束刻蝕機(jī)，設(shè)定好加工參數(shù)，進(jìn)行刻蝕加工。需要事前標(biāo)定好加工時(shí)間和刻蝕深度之間的定量關(guān)系，從而獲得理想的刻蝕深度。
(c)清洗光刻膠，進(jìn)行第一次套刻加工
離子束加工完畢后，清洗光刻膠。接下來(lái)，重復(fù)步驟(a)。
(d)再次使用離子束刻蝕加工，加工出4臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
將第一次套刻加工后獲得的光刻膠掩模材料放入離子束刻蝕機(jī)，加工出4臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
(e)清洗光刻膠，進(jìn)行第二次套刻加工
離子束加工完畢后，清洗光刻膠。接下來(lái)，重復(fù)步驟(a)。
(f)第三次使用離子束刻蝕加工，加工出中心區(qū)域的8臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
將帶有第二次套刻加工的光刻膠掩模材料放入離子束刻蝕機(jī)器，加工出中心區(qū)域的8臺(tái)階結(jié)構(gòu)。
(g)刻蝕完成后，去除光刻膠，獲得4臺(tái)階和8臺(tái)階混合的多臺(tái)階菲涅耳波帶片。
綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。