一种球面闪耀光栅的曝光方法技术

本发明专利技术公开了一种球面闪耀光栅的曝光方法，包括以下步骤：测量待曝光球面光栅基底信息，包括球面高度

【技术实现步骤摘要】
一种球面闪耀光栅的曝光方法


[0001]本专利技术涉及高精密光学元件制造相关
，尤其涉及一种球面闪耀光栅的曝光方法
。

技术介绍

[0002]光栅是遥感技术中成像光谱仪的核心元件
。
其中使用球面闪耀光栅的
Offner
分光成像系统具有结构紧凑
、
光谱弯曲小和像质高等优点，因而成为成像光谱仪分光系统的首选
。
[0003]球面闪耀光栅的制作方法主要有机械刻划法
、
全息离子束刻蚀法
、
电子束曝光法等
。
机械刻划法使用带有合适角度的金刚石刻刀在光栅基底上刻出闪耀光栅，具有操作便捷
、
耗时少
、
成本低廉等优点，但目前仅用于平面光栅的刻划
。
全息离子束刻蚀法是运用光的干涉在光刻胶上形成锯齿槽形，然后通过离子束倾斜刻蚀在光栅基片上形成光栅闪耀槽形
。
全息离子束刻蚀法在控制光刻胶闪耀槽形上难以实现高精度，且无法进行低刻线密度光栅加工
。
电子束曝光法在光栅槽形
、
基底形状上有较高灵活性，是精度最高
、
光栅衍射效率最高
、
面型较好的一种光栅制备方式
。
电子束曝光法通过工艺过程中纳米级的曝光尺度控制，将刻线密度从几线覆盖至上千线，适用各个波段
、
各个光谱分辨率的光栅制备要求
。
[0004]球面闪耀光栅的核心评价指标是衍射效率，当衍射效率达到最大时，可认为光栅响应性能最优，而决定衍射效率的是光栅槽形精度
。
然而，电子束曝光法在光栅槽形制备时，如何进行光栅虚拟掩模与曝光剂量的控制来提高光栅槽形精度
、
获得理想槽形是核心技术难点，以及如何通过单元像素尺寸设置来实现周期误差小于
5nm
是关键问题
。
[0005]由于有效的曝光方法及其相关工艺缺乏，目前实际球面闪耀光栅三角槽形加工精度不足，主要体现在光栅闪耀角加工精度不足，反闪耀角值较小，周期精度不能保证，导致光栅衍射效率发生偏离且相对较低
。
[0006]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于电子束光刻的球面闪耀光栅的曝光方法，通过控制光栅槽形及周期误差提高球面闪耀光栅衍射效率
。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是：球面闪耀光栅三角槽形加工精度不足，主要体现在光栅闪耀角加工精度不足，反闪耀角值较小，周期精度不能保证
。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种球面闪耀光栅的曝光方法，包括以下步骤：
[0009]S1、
测量待曝光光栅基底信息；所述基底信息包括球面高度
、
曲率半径
。
[0010]S2、
在基底表面涂覆电子束抗蚀剂；旋涂速度为
1000r/min
‑
4000r/min
，旋转时间为
30s
‑
90s
，根据电子束抗蚀剂厚度要求，进行多次涂胶，达到电子束抗蚀剂的表面分布不均匀性误差＜1％，电子束抗蚀剂层厚度误差＜2％
。
[0011]S3、
绘制光栅掩膜图形，并通过电子束曝光图形转换工具调整所述光栅掩膜图形的尺寸，使调整后的光栅掩膜图形的周期和长度是曝光步长的整数倍，灰度量级为光栅三角槽深度的整数倍，大写场尺寸为光栅周期的整数倍
。
[0012]S4、
采用所述光栅掩模图形，对基底进行电子束曝光
、
显影
、
后烘，得到球面闪耀光栅
。
[0013]S5、
进行光栅槽形测试，如果不满足闪耀角误差＜
0.1
°
、
反闪耀角＞设计值或者周期误差＜
0.01
μ
m
，则进行光栅曝光剂量设计值的补偿或工艺参数的微调
。
[0014]进一步的，所述步骤
S4
中电子束曝光具体为：首先将光栅划分成若干个大写场，每个大写场包含若干个光栅刻槽，再将每个光栅刻槽划分成若干个小写场，然后在曝光过程中小写场不断切换直至一个大写场完成曝光，再切换至另一个大写场继续曝光；其中，在小写场曝光过程中，电子束以台阶宽度为步长进行扫描曝光，并通过选择相应的曝光剂量来设置每个台阶的高度
。
[0015]进一步的，所述步骤
S4
中每个台阶占用一个像元，则每条光栅刻槽由若干个像元组成
。
[0016]进一步的，所述步骤
S4
中曝光时使用相同的加速电压，则通过设置每个台阶高度处电子束停留的时间，来达到相应的曝光剂量
。
[0017]进一步的，所述步骤
S4
中曝光像素精度范围为
5nm
‑
15nm
，强度精度范围为
1pA
‑
5pA
，单个像素停留时间范围为0‑
20
μ
s。
[0018]进一步的，所述步骤
S4
中显影时间精度为
0.1s
，显影方式为匀速喷洒，显影液材料为
mibk:IPA
，浓度范围为
1:2
‑
1:4。
[0019]进一步的，所述步骤
S4
中后烘时间精度为
1s
，后烘温度精度为
1℃。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0021]1、
本专利技术方法通过将光栅划分成若干个大写场，每个大写场再划分成若干个子写场，然后在小写场曝光过程中，电子束以台阶宽度为步长进行扫描曝光，并通过选择相应的曝光剂量来设置每个台阶的高度，将光栅闪耀面用若干个台阶近似，并通过对光栅曝光参数的设计及工艺控制，使得光栅制备过程中周期
、
闪耀角
、
反闪耀角得到精确控制，解决了闪耀角加工精度不足，反闪耀角值较小，周期精度不能保证的问题，提高了光栅三角槽形制备精度，使光栅衍射效率等性能大幅提升
。
[0022]2、
本专利技术还通过对光栅曝光参数的优化设计以及旋涂
、
显影
、
后烘工艺参数的优化，保证了光栅制备过程中周期
、
闪耀角
、
反闪耀角的精确控制，极大地减少了光栅参数误差，进一步提高了光栅三角槽形制备精度
。
附图说明
[0023]图1为本专利技术光栅电子束曝光台阶式设计方法原理示意图；
[0024]图2为本专利技术曝光方法的流程示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例2的曝光后光栅槽形三维图；
[0026]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种球面闪耀光栅的曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
测量待曝光光栅基底信息；
S2、
在基底表面涂覆电子束抗蚀剂；
S3、
绘制光栅掩膜图形，并通过电子束曝光图形转换工具调整所述光栅掩膜图形的尺寸；
S4、
采用所述光栅掩模图形，对基底进行电子束曝光
、
显影
、
后烘，得到球面闪耀光栅；所述电子束曝光具体为：首先将光栅划分成若干个大写场，每个大写场包含若干个光栅刻槽，再将每个光栅刻槽划分成若干个小写场，然后在曝光过程中小写场不断切换直至一个大写场完成曝光，再切换至另一个大写场继续曝光；其中，在小写场曝光过程中，电子束以台阶宽度为步长进行扫描曝光，并通过选择相应的曝光剂量来设置每个台阶的高度
。2.
如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述步骤
S4
中每个台阶占用一个像元，则每条光栅刻槽由若干个像元组成
。3.
如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述步骤
S4
中曝光时使用相同的加速电压，则通过设置每个台阶高度处电子束停留的时间，来达到相应的曝光剂量
。4.
如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述步骤
S4
中曝光像素精度范围为
5nm
‑
15nm
，强度精度范围为
1pA
‑
5pA
，单个像素停留时间范围为0‑
20
μ
s。5.
如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述步骤
S4
中显影时间精度为

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银年，姚明亮，孙德新，鲁金超，柯有龙，张宗存，刘书锋，赵鹏飞，
申请(专利权)人：南通智能感知研究院，
类型：发明
国别省市：