[发明专利]基于HSQ工艺的制作位相型光子筛的方法

说明书

技术领域

本发明涉及衍射光学元件技术领域，尤其涉及一种采用HSQ工艺制作位相型光子筛的方法。

背景技术

光子筛是基于菲涅耳波带片的一种新型的衍射光学元件。它将菲涅耳波带片上亮环对应的区域用大量随机分布的透光小孔来代替，小孔的直径为相应波带片环带宽度的1.53倍。这些位置随机分布的透光小孔使得衍射光之间相互干涉从而能够有效的抑制旁瓣效应和高级衍射，提高分辨率，得到更为锐利的焦斑。

传统波带片在成像领域其分辨率决定于它的最外环宽度，该尺寸受到加工工艺的限制因而分辨率难以得到进一步的提高。光子筛由于其最外环小孔直径为对应波带片环宽的1.53倍，可以放宽对加工工艺的要求，能够制作更大口径的光子筛，从而提高成像的分辨率。光子筛的重量比相同参数的波带片更轻，因而在航天望远镜领域有着更加广阔的前景。

光子筛的这些特性使得它在高分辨率成像，亚波长光刻，显微镜技术方面有着非常好的应用前景。然而相对于波带片，光子筛的衍射效率更低，严重制约了光子筛的应用前景。相对于普通振幅型光子筛，位相型光子筛有着更高的衍射效率，因而在成像和光刻领域得到普遍采用。

然而位相型光子筛的制作通常采用刻蚀方法，该方法存在着使用成本高，效率低的缺点。尤其对于有凸起型的位相型光子筛，普通采用的等离子刻蚀设备刻蚀会将基片上大部分面积的衬底刻蚀掉而仅留有图形部分，这种方法不仅使用成本高昂，耗费时间长，得到的结果也难以保证大面积的平整性，影响产品质量，生产效率低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述采用刻蚀的方法制作位相型光子筛存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种制造工艺简单、制造成本低、生产效率高，并能提供更高的分辨率的HSQ工艺制作方法，来完成具有凸起小孔的位相型光子筛的制造。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种采用HSQ工艺制作位相型光子筛的方法，该方法包括：

A、制作第一光子筛掩膜版A和第二光子筛掩膜版B；

B、在基片上涂HSQ胶，用第一光子筛掩膜版A对其进行光刻、烘干，并蒸发一层金属膜；

C、用电化学腐蚀法去除HSQ上的金属膜；

D、在基片上涂5214正胶，用第二光子筛掩膜版B对其进行光刻，对暴露出来的部分去金属膜；

E、去胶后得到位相型光子筛。

上述方案中，步骤A中所述第一光子筛掩膜版A、第二光子筛掩膜版B和步骤B中所述的基片，其介质均是石英。

上述方案中，步骤A中所述第一光子筛掩膜版A中的透光小孔随机分布在奇数环带上，这些小孔在光刻后即为基片上的凸起小孔；所述第二光子筛掩膜版B中的透光小孔随机分布在偶数环带上，这些小孔在光刻后即为基片上的平面小孔。

上述方案中，在奇数环透光小孔有凸起，从而额外产生π的相位差，产生叠加的效果，达到提高衍射效率的作用。

上述方案中，步骤B中所述HSQ胶胶厚H＝λ/(n-1)，其中λ是光刻波长，n为石英的折射率，且该胶在光刻并烘干后，即变成石英固体形态。

上述方案中，步骤B中所述金属膜为金属铬膜，其厚度为60nm。

上述方案中，步骤C中所述电化学腐蚀法采用铜片来保护基片上的铬膜，而HSQ上的铬膜被去铬液腐蚀掉。

上述方案中，该位相型光子筛由直径4英寸石英基片、基片上镀有一层金属铬薄膜、在不透光的金属铬薄膜上随机分布一系列透光小孔构成，其奇数环上分布的透光小孔凸起，高度H＝λ/(n-1)，其中λ是光刻波长，n为石英的折射率，偶数环上分布的透光小孔为平面透光小孔。

上述方案中，所述随机分布的透光小孔分布在中心半径为r，宽度为w的一系列环带上，透光小孔之间不重叠，其中偶数环上的小孔是平面透光孔，满足：

r_n²＝2nfλ+n²λ²；n＝1，2，3，.....

对应r_n上的平面式透光小孔的直径为：

d_n＝w_n＝λf/2r_n；

奇数环上的小孔是凸起透光小孔，满足：

r_m²＝(2m+1)fλ+(2m+1)²λ²；m＝1，2，3，.....

对应r_m上的平面式透光小孔的直径为：