一種
衍射光學(xué)元件的制作方法
【zhuanli摘要】一種衍射光學(xué)元件的制作方法，涉及微光學(xué)器件的制作。1)在基片上制作金屬層；2)涂膠，光刻顯影，腐蝕出金屬層作為刻蝕掩膜，該金屬層直徑為微透鏡最外層環(huán)帶外徑；3)按設(shè)計(jì)厚度刻蝕基片形成最外層第一個(gè)環(huán)帶；4)第二次涂膠，背面曝光光刻，顯影，保留光刻膠，側(cè)向腐蝕步驟2)中的金屬層，去除光刻膠；5)正面涂膠，背面曝光顯影；6)按設(shè)計(jì)厚度刻蝕基片形成最外層第二個(gè)環(huán)帶；7)重復(fù)步驟4)，直到刻蝕出所有環(huán)帶，得到具有多臺(tái)階的微透鏡衍射光學(xué)元件。從根本上避免了傳統(tǒng)套刻方法制作微透鏡帶來(lái)的不可避免的誤差，減少了制作過(guò)程中的工藝步驟，降低了難度，同時(shí)也為制作其他多臺(tái)階器件提供了途徑。
【zhuanli說(shuō)明】一種衍射光學(xué)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微光學(xué)器件的制作，尤其是涉及無(wú)需套刻對(duì)版來(lái)制作多臺(tái)階微透鏡的一種衍射光學(xué)元件的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]衍射
微透鏡陣列的制備是基于傳統(tǒng)的折射型微透鏡陣列發(fā)展起來(lái)的，二者的制作工藝具有傳承性。衍射微透鏡具備多臺(tái)階的特性，目前其制作方法大致分為光刻膠加離子刻蝕轉(zhuǎn)移法、束能直寫(xiě)技術(shù)以及灰度掩膜技術(shù)。但是最為實(shí)用，可靠性最好的方法當(dāng)屬光刻膠加離子刻蝕轉(zhuǎn)移的方法。
[0003]對(duì)于二元微透鏡，階梯形分布的相位近似表達(dá)式可以巧妙地克服在加工一個(gè)厚度連續(xù)變化形狀時(shí)遇到的困難，并且可以通過(guò)一系列二元振幅掩模曝光和圖形轉(zhuǎn)印來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn) Swanson G J.Binary optics technology: the theory and design of mult1-leveldiffractive optical elements[R].MASSACHUSETTS INST OF TECH LEXINGTON LINCOLNLAB, 1989.)。在光刻工藝中，二元光學(xué)元件的位相等級(jí)數(shù)L和所需的掩模數(shù)N之間存在這樣的關(guān)系:L = 2n。因此制作8相位臺(tái)階和16相位臺(tái)階微透鏡分別需要三塊和四塊掩模版。實(shí)際制作中一般采用三塊掩模版，經(jīng)三次光刻和三次刻蝕技術(shù)制造八相位(或八臺(tái)階)衍射微透鏡陣列，可基本滿足要求。微透鏡的制作工藝主要包括掩模版的設(shè)計(jì)和制作，利用光刻技術(shù)將所設(shè)計(jì)的掩模版圖形轉(zhuǎn)印到光刻膠上，利用干法刻蝕或濕法刻蝕技術(shù)將光刻膠圖形高保真地轉(zhuǎn)移到襯底表面，形成所需的浮雕結(jié)構(gòu)。
[0004]隨著器件特征尺寸的減小，微透鏡環(huán)帶之間的寬度也隨之減小，為了制作高精度的衍射微透鏡就必須滿足相應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)精度。常規(guī)的套刻工藝中第η塊掩膜版和第η-1塊掩膜版是嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)的，環(huán)帶線條隨著器件減小變得越來(lái)越精細(xì)，細(xì)微的套刻誤差將導(dǎo)致衍身寸效率大大降低(見(jiàn) Unno Y.Point-spread function for binary diffractive lensesfabricated with misaligned masks[J].Applied optics,1998，37 (16):3401-3407.)。影響衍射效率的重要因素有三個(gè):縱向刻蝕深度誤差，橫向?qū)?zhǔn)誤差和線寬誤差，而橫向?qū)?zhǔn)誤差對(duì)衍射效率影響是最大的。因而目前一般的光刻精度嚴(yán)重制約了微透鏡尺寸繼續(xù)減小。工藝上迫切需要一種能夠擺脫光刻精度限制的方法來(lái)制作微透鏡。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種衍射光學(xué)元件的制作方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007]I)在基片上制作金屬層；
[0008]2)涂膠，光刻顯影，腐蝕出金屬層作為刻蝕掩膜，該金屬層直徑為微透鏡最外層環(huán)帶外徑；
[0009]3)按設(shè)計(jì)厚度刻蝕基片形成最外層第一個(gè)環(huán)帶；
[0010]4)第二次涂膠，背面曝光光刻，顯影，保留光刻膠，側(cè)向腐蝕步驟2)中的金屬層，去除光刻膠；
[0011]5)正面涂膠，背面曝光顯影；
[0012]6)按設(shè)計(jì)厚度刻蝕基片形成最外層第二個(gè)環(huán)帶；
[0013]7)重復(fù)步驟4)，直到刻蝕出所有環(huán)帶，得到具有多臺(tái)階的微透鏡衍射光學(xué)元件。
[0014]在步驟I)中，所述金屬層可選自Cr層，Au層，Ni層等中的一種，也可以是其他非溶于光刻膠顯影劑的掩膜；所述在基片上制作金屬層的方法可包括濺射、電鍍、沉積等中的一種。
[0015]在步驟2)中，所述刻蝕掩膜的外徑為微透鏡最外層環(huán)帶。
[0016]在步驟4)中，所述側(cè)向腐蝕的腐蝕量由微透鏡最外層第二個(gè)環(huán)帶寬度確定。
[0017]在步驟5)中，所述背面曝光的目的是保留金屬層上面的光刻膠作為側(cè)向腐蝕的掩膜。
[0018]本發(fā)明通過(guò)背面曝光來(lái)制作金屬層的側(cè)向腐蝕掩膜，通過(guò)控制金屬層的腐蝕時(shí)間來(lái)確定環(huán)帶寬度。區(qū)別于傳統(tǒng)的套刻方法位相等級(jí)數(shù)L和所需的掩模數(shù)N之間存在這樣的關(guān)系:L = 2N，本發(fā)明可以通過(guò)簡(jiǎn)單方法制作任意臺(tái)階微透鏡；本發(fā)明完全擺脫套刻環(huán)節(jié)，通過(guò)犧牲層的腐蝕量來(lái)控制每一個(gè)臺(tái)階寬度，從而得到一系列同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)；在無(wú)需套刻的情況下制作多臺(tái)階微透鏡。通過(guò)僅有的一次掩膜光刻形成微透鏡最外層環(huán)帶，再通過(guò)腐蝕，去膠，刻蝕形成基底的圖形，然后進(jìn)行循環(huán)得到按次序從外到內(nèi)逐次得到環(huán)帶圖形。本發(fā)明從根本上避免了傳統(tǒng)套刻方法制作微透鏡帶來(lái)的不可避免的誤差，減少了制作過(guò)程中的工藝步驟，降低了難度，同時(shí)也為制作其他多臺(tái)階器件提供了途徑。
