[发明专利]微光学衍射光栅及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于电磁辐射的微光学衍射光栅以及适于制造其的方法。根据本发明的衍射光栅尤其可以用作显微分光计，其中可以以扫描微光栅的形式使用根据本发明的衍射光栅。

背景技术

这种具有可转动(Verschwenkbar)衍射光栅的显微分光计，例如由H.Grueger等人记载于“Performance and Applications of aspectrometer with micromachined scanning grating”；Micromachiningand Microfabrication，part of SPIE Photonic West(2003)中。

很多应用都需要非常小的微机械系统，相应地，也必须以相应小的形式提供其中所用的衍射光栅。如已经指出的，在该工艺中，所述衍射光栅绕旋转轴旋转，因此，从相应的辐射源导向到这种衍射光栅的电磁辐射在光谱范围内依次经引导通过适用于检测特定波长电磁辐射的一个或更多个检测器。

通常，通过铸造方法由所谓的母料(Master)或也可通过全息方法来制造高精确度和有效的衍射光栅。对于由母料形成衍射光栅，必须事先制造母料。对此，进行制造使得利用划线工具在基材(例如由金属构成的)上形成等距离的线。随后，可以通过硬化塑料例如环氧树脂，由这种母料形成结构。形成之后，可以在这种所形成结构上施加高折射率的金属层。

但是，关于此方面的问题是，所述形成需要相当大的机械压力，并且相当大的压缩力作用于厚度典型地只有几十微米的基材上。另外的问题在于所需的侧向调节精度(lateralen Justiergenauigkeit auf)。

除此之外，这种由母料形成的单个衍射光栅元件的可能个数是受限的。由此自然增加了这种适用于微机械应用的衍射光栅的制造成本。

用于制造相应衍射光栅的全息方法基于利用激光辐射的干涉原理。通过部分激光射线的干涉产生强度分布，该分布在一定程度上是正弦的，并且由其利用相应干涉图案照射基材上的感光层。然后，在曝光和随后的显影之后，所述干涉强度分布以拓扑形式转移到感光层上。随后可以用高反射性金属膜涂覆所述感光层。

然而，在制造过程中不能使用例如成熟形式的在半导体制造中常用的装配技术，使得在这种装配技术中需要额外的工具。

此外已知的是，通过本身已知的灰度光刻(Graustufenlithographie)的工艺技术，制造具有相应表面拓扑结构的衍射光栅。然而，在此方面，衍射光栅的单个线的数目/距离是受限的，使得这种衍射光栅的光谱分辨率也同样受限。

然而，还可以通过施加到基材的反射层的简单结构化，提供衍射光栅。在此方面，可以得到非常近似矩形的衍射光栅。然而，如此制造的衍生光栅具有低的有效性，并且因此只可以用于高强度电磁辐射源的光谱分析。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供具有适合表面结构的有效微光学衍射光栅，并且可以成本有效地大量生产。

根据本发明，利用具有权利要求1的特征的微光学衍射光栅实现该目的。可以利用根据权利要求13的方法制造所述衍射光栅。

可以通过从属权利要求中记载的特征，实现本发明的有利实施方案和进一步改进的方案。

制造根据本发明的用于电磁辐射的衍射光栅，使得在基材的表面处形成表面结构。

该表面结构由彼此等距离布置并且还应该彼此平行对齐的线形结构元件组成。由此，线形结构元件在基材的相应表面处形成凸起部分。这也可以通过在表面中同样地形成线形凹槽实现。

然后在基材的整个表面上即，也在结构元件的表面上形成至少一个层，所述层形成具有交替布置的波峰和波谷的均匀的正弦波形表面轮廓。因为在用于制造根据本发明的衍生光栅的涂覆技术中可以利用圆化作用(Verrundungseffekt)，所以可以在至少一个层的形成中独立于线形表面结构形成这种波形表面轮廓。

因此，其中在基材的相应表面上形成的结构元件的横截面几何形状在有限的程度上是不重要的。因此，结构元件可以包括具有相应边缘区域的三角形、矩形或梯形横截面形状，并且也可以形成几乎连续的波形表面结构。

在波形表面轮廓的形成中也可容易地控制例如可以通过侧向蚀刻形成的至少部分椭圆形横截面形状的结构元件，这将在以后描述。