一种大面积光栅的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大面积光栅的制备方法，包括：S1：搭建干涉曝光光路；S2：选定制备大面积光栅所需的光刻胶和基底材料，再依次进行匀胶和前烘步骤；S3：预设曝光时间并曝光；S4：预设显影时间并显影；S5：观察基底中心的光刻胶是否已经溶解完，如果是，则减小显影时间并再次执行步骤S2～S4，如果否，则继续执行步骤S6：S6：观察基底中心的光刻胶占空比是否已经达到光刻胶的极限分辨率，如果是，则继续执行步骤S7，如果否，则增加曝光时间并再次执行步骤S2～S5；S7：测量达到光刻胶的极限分辨率的面积，该面积为干涉曝光光路能够曝光得到的光栅的最大面积，并记录此时的曝光时间和显影时间。本发明专利技术降低了大面积光栅制造的成本。本发明专利技术降低了大面积光栅制造的成本。本发明专利技术降低了大面积光栅制造的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积光栅的制备方法


[0001]本专利技术涉及微纳加工领域，尤其涉及一种大面积光栅的制备方法。

技术介绍

[0002]光栅具有优异的光学性能，在现代生产生活中得到了广泛的应用，但是现有的制备工艺中，面积越大的光栅制备成本越昂贵，降低大面积光栅的制备成本有很重要的意义。
[0003]为了实现大面积光栅的制作，国内外也已经有了很多相关的探索。主要还是分为两大探索的路径，分别为纳米压印和全息干涉曝光。纳米压印是将具有纳米级尺寸图案的模板在机械力的作用下压到涂有高分子材料的衬底上，进行等比例压印复制图案的工艺。作为一种低成本的下一代光刻技术，纳米压印技术被誉为十大可改变世界的科技之一。2008年，复旦大学谢申奇应用热压印技术制备了周期为1微米、500nm、300nm、200nm，面积大小为10mm
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10mm的光栅，其中模具是用电子束光刻技术在硅基上制备而成，2016年，中国科学技术大学老师运用紫外固化压印的技术，制作了100mm
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100mm大面积的光栅。2018年，WEIDONG KANG等使用纳米压印和金属热蒸发工艺制造了4英寸大面积柔性红外纳米偏振片。2019年，兰红波等利用自主研发的复合压印光刻机，并结合优化的工艺参数，在3种不同的硬质基材上实现了最大直径为15.24cm的圆形区域的微尺度光栅结构制造。然而，由于纳米压印的流程中第一步都是需要制备母模板，现有技术路线制备母模板仍然主要使用电子束直写这一成本极高的方式，而大面积电子束直写有时间长、成本极其昂贵的问题，并且一般的用硅制备的母模板能够循环利用的次数也是小于30次，因此现有技术制备大面积的均匀光栅过程中都存在纳米压印母模板的制备成本高的问题。
[0004]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种大面积光栅的制备方法，降低了大面积光栅制造的成本。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术公开了一种大面积光栅的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：搭建干涉曝光光路；
[0009]S2：选定制备所述大面积光栅所需的光刻胶和基底材料，再依次进行匀胶和前烘步骤；
[0010]S3：预设曝光时间，并采用干涉曝光光路进行曝光；
[0011]S4：预设显影时间，并进行显影；
[0012]S5：观察基底中心的光刻胶是否已经溶解完，如果是，则减小显影时间并再次执行步骤S2～S4，如果否，则继续执行步骤S6：
[0013]S6：观察基底中心的光刻胶占空比是否已经达到光刻胶的极限分辨率，如果是，则继续执行步骤S7，如果否，则增加曝光时间并再次执行步骤S2～S5；
[0014]S7：测量达到光刻胶的极限分辨率的面积，该面积为所述干涉曝光光路能够曝光得到的光栅的最大面积，并记录此时的曝光时间和显影时间为所述干涉曝光光路能够曝光得到的光栅的最大面积的参数。
[0015]优选地，所述干涉曝光光路包括光源、快门、偏振分光棱镜、两个二分之一波片和两组曝光组件，其中所述光源发出的光束依次经过快门、第一个二分之一波片和偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜将光束分成两束光，其中一束光经过第一组曝光组件后到达曝光平面，另一束光依次经过第二个二分之一波片和第二组曝光组件后到达所述曝光平面，且两束光从所述偏振分光棱镜到所述曝光平面是对称布置的。
[0016]优选地，两组所述曝光组件分别包括完全一致的反射镜、空间滤波器、小孔光阑和准直透镜，一束光依次经过第一组曝光组件中的所述反射镜、所述空间滤波器、所述小孔光阑和所述准直透镜后到达曝光平面，另一束光依次经过第二个二分之一波片和第二组曝光组件中的所述反射镜、所述空间滤波器、所述小孔光阑和所述准直透镜后到达所述曝光平面。
[0017]优选地，通过调节第一个二分之一波片使通过所述偏振分光棱镜后的两束光最终的光强相等。
[0018]优选地，步骤S3中预设曝光时间具体包括：测量所述干涉曝光光路中曝光处的功率I2，根据来确定预设的曝光时间t2，其中，I1和t1分别指的是经过实验测量得到过的曝光处的光强和曝光时间。
[0019]优选地，步骤S4中预设的显影时间大于或等于30s。
[0020]优选地，步骤S4中所述显影步骤是在保持基底与显影液相对静止的条件进行的。
[0021]优选地，步骤S5中采用超景深显微镜来观察基底中心的光刻胶是否已经溶解完，步骤S6采用扫描电子显微镜来观察基底中心的光刻胶占空比是否已经达到光刻胶的极限分辨率。
[0022]优选地，步骤S7在测量达到光刻胶的极限分辨率的面积之前还包括：
[0023]观察基底中心的光刻胶是否已经因为透镜加工工艺带来占空比的变化，如果是，则继续执行测量达到光刻胶的极限分辨率的面积，如果否，则继续增加曝光时间并再次执行步骤S2～S6。
[0024]优选地，步骤S7中在测量达到光刻胶的极限分辨率的面积之后还包括：判断是否更换过所述干涉曝光光路中的准直透镜，如果否，则将所述干涉曝光光路中的准直透镜更换为焦距更长的准直透镜并重复步骤S2～S6；如果是，则将此次测量达到光刻胶的极限分辨率的面积与上一次的进行比较，并判断此次测量达到光刻胶的极限分辨率的面积是否比上一次的大：如果是，则再次将所述干涉曝光光路中的准直透镜更换为焦距更长的准直透镜并重复步骤S2～S6；如果否，则使用上一次测量达到光刻胶的极限分辨率的面积为所述干涉曝光光路中的光源能够得到的光栅的最大面积，并记录上一次实验的曝光时间、显影时间和准直透镜的焦距为所述干涉曝光光路中的光源能够得到的光栅的最大面积的参数。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的制备方法中，提出可以通
过增加曝光时间使光刻胶光栅达到极限分辨率的方式来制造实现具有均匀线宽的光刻胶光栅，能够在实验室条件下使用功率有限的激光器也能制备出具有均匀占空比的面积尽可能大的光栅，且通过调节曝光时间和显影时间，能够消除由于透镜制造工艺误差带来的光栅占空比的不均匀性。本专利技术提供的制备方法可以在不使用超高功率激光器和平顶光调制器时就能制作出具有均匀占空比光刻胶光栅，从而降低了大面积光栅制造的成本，使得大面积均匀占空比光刻胶光栅在普通实验室条件下即可方便制造。
[0026]在进一步的方案中，本专利技术还提出可以通过选择焦距最合适的准直透镜，即等效于对激光选择最合适的扩束孔径来实现消除由于透镜制造工艺误差带来的均匀性误差。根据本专利技术方法已经基于专利技术人实验室条件加工出了周期为550纳米，占空比为0.237(即线宽为130纳米)，均匀面积高达直径30毫米的大面积光栅。
附图说明
[0027]图1是本专利技术优选实施例公开的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积光栅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：搭建干涉曝光光路；S2：选定制备所述大面积光栅所需的光刻胶和基底材料，再依次进行匀胶和前烘步骤；S3：预设曝光时间，并采用干涉曝光光路进行曝光；S4：预设显影时间，并进行显影；S5：观察基底中心的光刻胶是否已经溶解完，如果是，则减小显影时间并再次执行步骤S2～S4，如果否，则继续执行步骤S6：S6：观察基底中心的光刻胶占空比是否已经达到光刻胶的极限分辨率，如果是，则继续执行步骤S7，如果否，则增加曝光时间并再次执行步骤S2～S5；S7：测量达到光刻胶的极限分辨率的面积，该面积为所述干涉曝光光路能够曝光得到的光栅的最大面积，并记录此时的曝光时间和显影时间为所述干涉曝光光路能够曝光得到的光栅的最大面积的参数。2.根据权利要求1所述的大面积光栅的制备方法，其特征在于，所述干涉曝光光路包括光源、快门、偏振分光棱镜、两个二分之一波片和两组曝光组件，其中所述光源发出的光束依次经过快门、第一个二分之一波片和偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜将光束分成两束光，其中一束光经过第一组曝光组件后到达曝光平面，另一束光依次经过第二个二分之一波片和第二组曝光组件后到达所述曝光平面，且两束光从所述偏振分光棱镜到所述曝光平面是对称布置的。3.根据权利要求2所述的大面积光栅的制备方法，其特征在于，两组所述曝光组件分别包括完全一致的反射镜、空间滤波器、小孔光阑和准直透镜，一束光依次经过第一组曝光组件中的所述反射镜、所述空间滤波器、所述小孔光阑和所述准直透镜后到达曝光平面，另一束光依次经过第二个二分之一波片和第二组曝光组件中的所述反射镜、所述空间滤波器、所述小孔光阑和所述准直透镜后到达所述曝光平面。4.根据权利要求2所述的大面积光栅的制备方法，其特征在于，通过调节第一个二分之一波片使通过所述偏振分光棱镜后的两束光最终的光强相等。5.根据权利要求1所述的大面积光栅的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：周倩，倪凯，梁久久，王翀宇，陈垚鑫，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：