專利名稱：Ⅳ型凹面全息光柵的制作工藝流程的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光譜技術領域中涉及的一種iv型凹面全息光柵的制作工藝 流程。
二背景技術：
在真空紫外、特別是軟X射線波段，所有物質對光輻射都有強烈的吸 收，而傳統(tǒng)的平面光柵光譜儀由于引入了準直鏡和聚光鏡，所以存在由準 直鏡和聚光鏡造成的附加損失，這對于提高整個光譜儀系統(tǒng)的集光效率是 不理想的。而凹面光柵則較為優(yōu)越，由于凹面光柵具有自聚焦特性，在成 像時不需要準直光學系統(tǒng)和聚焦光學系統(tǒng)即能形成譜線。按照像差校正的 種類和程度的不同，凹面全息光柵已從I型發(fā)展到iv型
采用兩束平行光作光源，在平面或凹面光柵基坯上記錄兩平面波前的 干涉條紋，可以得到與平面或凹面等柵距刻劃光柵相當?shù)娜⒐鈻拧＿@種 凹面全息光柵稱為i型凹面全息光柵，和刻劃凹面等柵距光柵一樣，具有 較大的殘余象差。
制作ii型凹面全息光柵可用兩相干球面波來記錄，兩球面波中心即記
錄點都在羅蘭圓上，n型凹面全息光柵通常被用作制造羅蘭圓攝譜儀。
ni型凹面全息光柵通常也被稱作平像場光柵，用于制作平像場光譜儀， 此類光譜儀所成的像在一個平面上，這樣有利于使用ccd陣列接收。
在設計拍攝iv型凹面全息光柵的光路時，要考慮到使用它的單色儀的 結構參數(shù)和性能要求，使本來安置在儀器上會出現(xiàn)的某種象差在拍攝時有 意識地將它們抵消，或者在所使用的波段內，使其減小到最低程度。所以 在計算iv型凹面全息光柵之前，必須先確定單色儀的形式、性能和參數(shù)， 用計算機求解符合單色儀要求的iv型凹面全息光柵，確定記錄點的位置。 使用iv型凹面全息光柵可以消除光學系統(tǒng)的像差，可以縮小光譜儀器
的尺寸，減少組成的零部件數(shù)量，提高光學儀器的成像質量、分辨本領和 測試精度。因此，IV型凹面全息光柵可大量用于光譜儀中，這種光柵成為 不可缺少的光學元件，并且還可用于可見、紫外區(qū)的多波段分光器以及簡 單的單色儀中，具有獨特的優(yōu)點。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種IV型凹面全息光柵的制作工藝 流程。解決技術問題的技術方案如圖l所示包括基底處理l、涂膠2、前
烘3、全息曝光4、顯影5、后烘6、熱熔7、離子束刻蝕8、清潔處理9、
鍍膜IO。詳細內容如下，基底處理l:光柵基底應采用無氣泡、無劃痕、 拋光好的凹面K9光學玻璃，用碳酸鈣清洗凹面K9玻璃基底，保證基底表 面清潔、致密、干燥，以有利于光刻膠與基底表面的粘附。涂膠2:在清
洗好的光柵基底上涂敷光刻膠，采用旋轉法涂膠，即將光刻膠滴在光柵基
底上，通過離心旋轉獲得均勻一致的光刻膠薄膜。光刻膠采用Shiplyl805 正性光刻膠，涂膠時的旋轉速度控制在1700 5000轉/分為好，其甩膠時 間不少于30秒，這樣可以保證溶劑的充分揮發(fā)以及膠膜厚度的均勻性，涂 敷厚度為300 700nm。膠層厚度主要由涂膠時的旋轉速度來控制，轉速越 高則膠層越薄，轉速越低則膠層越厚。選擇膠層厚度時主要依靠凹面光柵 的刻線密度，刻線密度越大則要求膠層越薄。前烘3:將涂敷完光刻膠后 的光柵基底放入烘箱中，然后升高烘箱溫度至90。C，開始計時，30分鐘后 取出。前烘的作用是去除光刻膠在空氣中干燥時不能除去的溶劑，并使光 刻膠與襯底接觸更為緊密。全息曝光4:將處理好的涂有光刻膠的光柵基 底放入光學零件形成的干涉場中進行曝光。光學零件形成的干涉場如圖2 所示，包括Kr+激光器11、平面反射鏡12、半反半透鏡13、平面反射鏡14 和15、針孔濾波器16和17、干涉場18和光柵基底19。在Kr+激光器11 的激光束傳播方向的光軸上置有平面反射鏡12，平面反射鏡12與光軸成 45°角；在平面反射鏡12的反射光光路上置有半反半透鏡13，它的半反 半透面與光軸成45°角；分別在半反半透鏡13的反射面和透射面出射光
的光軸上置有平面反射鏡14和平面反射鏡15;分別在平面反射鏡14和平 面反射鏡15的反射光線的光軸上置有針孔濾波器16和針孔濾波器17;針
孔濾波器16和針孔濾波器17發(fā)射光線的交匯區(qū)域形成了干涉場18;在干 涉場18內置有經過前烘的光柵基底19，光柵基底19的中心點位于干涉場 18的中心位置。曝光時間為10 120秒，根據(jù)光刻膠的型號和干涉場強度
來控制曝光時間長短。顯影5:把曝光之后的光柵基底放入顯影液中，顯
影液為5%。的NaOH溶液，在常溫下顯影，顯影時間為10 60秒，顯影時 間受曝光時間、顯影液濃度的影響，由于光敏作用使光刻膠潛在的光柵圖 形被溶解形成正弦圖形，此時光柵基底上具有光柵條紋，也被稱為光刻膠 光柵。后烘6:將顯影后的光刻膠光柵放入烘箱中，然后升高烘箱溫度至 120°C，開始計時，30分鐘后取出。后烘的作用是改善光刻膠與襯底的粘 附能力，并去除顯影后留下的溶劑。熱熔7:完成后烘時不要把光刻膠光 柵從烘箱中取出，直接升高烘箱溫度至16(TC，開始計時，30分鐘后取出， 這個步驟稱為熱熔。熱熔過程主要目的是降低表面粗糙度，就是要把光刻 膠加熱至熔融狀態(tài)，在其表面張力的作用下，刻槽表面的毛刺便得到消除。 離子束刻蝕8:由于光刻膠光柵的物理性質和光學性能遠比做在K9玻璃上 的全息光柵差，所以要將光刻膠光柵轉移到玻璃基底，本步驟采用Ar離子 束刻蝕技術很好的實現(xiàn)了這個過程。將熱熔后的光刻膠光柵置入北京 Advance離子束研究所生產的LKJ-1C-150離子束刻蝕機中進行離子束刻 蝕，刻蝕時間為10-30分鐘，刻蝕時間由刻蝕深度和離子束能量決定。清 潔處理9:將離子束刻蝕后的光柵放入丙酮溶液中清洗掉表面殘留光刻膠 以及雜質。鍍膜10:將清潔處理完的離子束刻蝕后的光柵放入真空鍍膜機 中蒸鍍鋁膜，用來增強光柵的衍射效率。
本發(fā)明的積極效果是本發(fā)明的W型凹面全息光柵制作工藝流程是新
穎的、低成本的、易于實現(xiàn)的，特別是使用光刻膠熱熔法代替了傳統(tǒng)的反 應離子刻蝕，大大地節(jié)約了成本、縮短了制作周期，利用本工藝流程可以 制作出高質量的凹面光柵，該種光柵在光學系統(tǒng)中的應用能夠減少系統(tǒng)的
零部件，可消除光學系統(tǒng)的象散和彗差。
四
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。圖2是本發(fā)明方法第四步中采用的IV型
凹面全息光柵曝光裝置光路結構示意圖。
五具體實施例方式
本發(fā)明按圖l所示的制備工藝流程圖步驟實施，具體如下
1、 用碳酸鈣清洗無氣泡、無劃痕、拋光好的凹面K9玻璃基底；
2、 在凹面K9玻璃基底上涂敷Shiplyl805正性光刻膠300 700nm厚，膠 層厚度是根據(jù)刻線密度和控制離心機轉速實現(xiàn)的；
3、 將涂敷好光刻膠的光柵基底放入烘箱中前烘，升高烘箱溫度至90°C， 開始計時，30分鐘后取出；
4、 將光柵基底放入干涉場中曝光10 120秒，根據(jù)光刻膠的型號和干涉場 強度來控制曝光時間長短；
5、 將曝光后的光柵基底放入5%。的NaOH溶液中，在常溫下顯影10 60秒， 顯影時間受曝光時間、顯影液濃度的影響；
6、 將顯影后的光刻膠光柵放入烘箱中后烘，升高烘箱溫度至12(TC，開始 計時，30分鐘后取出；
7、 進一步升高烘箱溫度進行熱熔，熱熔溫度為160°C,熱熔時間為30分 鐘；
8、 采用Ar離子刻蝕技術進行離子束刻蝕，刻蝕時間為10-30分鐘，刻蝕 時間由刻蝕深度和離子束能量決定；
9、 清潔處理，用丙酮溶液去除離子束刻蝕后光柵表面殘留的光刻膠以及雜 質；
10、 在真空鍍膜機中對清洗后的光柵表面蒸鍍鋁膜。
權利要求
1、IV型凹面全息光柵的制作工藝流程，其特征在于包括基底處理(1)、涂膠(2)、前烘(3)、全息曝光(4)、顯影(5)、后烘(6)、熱熔(7)、離子束刻蝕(8)、清潔處理(9)、鍍膜(10)；詳細內容如下，基底處理(1)光柵基底應采用無氣泡、無劃痕、拋光好的凹面K9光學玻璃，用碳酸鈣清洗凹面K9玻璃基底；涂膠(2)在清洗好的光柵基底上涂敷光刻膠，采用旋轉法涂膠，即將光刻膠滴在光柵基底上，通過離心旋轉獲得均勻一致的光刻膠薄膜；光刻膠采用Shiply1805正性光刻膠，涂膠時的旋轉速度控制在1700～5000轉/分為好，其甩膠時間不少于30秒，涂敷厚度為300～700nm；前烘(3)將涂敷完光刻膠后的光柵基底放入烘箱中，然后升高烘箱溫度至90℃，開始計時，30分鐘后取出；全息曝光(4)將處理好的涂有光刻膠的光柵基底放入光學零件形成的干涉場中進行曝光，曝光時間為10～120秒；顯影(5)把曝光之后的光柵基底放入顯影液中，顯影液為5‰的NaOH溶液，在常溫下顯影，顯影時間為10～60秒；后烘(6)將顯影后的光刻膠光柵放入烘箱中，然后升高烘箱溫度至120℃，開始計時，30分鐘后取出；熱熔(7)完成后烘時不要把光刻膠光柵從烘箱中取出，直接升高烘箱溫度至160℃，開始計時，30分鐘后取出；離子束刻蝕(8)將熱熔后的光刻膠光柵置入北京Advance離子束研究所生產的LKJ-1C-150離子束刻蝕機中進行離子束刻蝕，刻蝕時間為10-30分鐘；清潔處理(9)將離子束刻蝕后的光柵放入丙酮溶液中清洗掉表面殘留光刻膠以及雜質；鍍膜(10)將清潔處理完的離子束刻蝕后的光柵放入真空鍍膜機中蒸鍍鋁膜。
全文摘要
IV型凹面全息光柵的制作工藝流程，屬于光譜技術領域中涉及的一種光柵的制作工藝流程。本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種IV型凹面全息光柵的制作工藝流程，解決技術問題的技術方案包括基底處理、涂膠、前烘、全息曝光、顯影、后烘、熱熔、離子束刻蝕、清潔處理、鍍膜。該IV型凹面全息光柵制作工藝流程是新穎的、低成本的、易于實現(xiàn)的，特別是使用光刻膠熱熔法代替了傳統(tǒng)的反應離子刻蝕，大大地節(jié)約了成本、縮短了制作周期，該種光柵在光學系統(tǒng)中的應用能夠減少系統(tǒng)的零部件，可消除光學系統(tǒng)的象散和彗差。
文檔編號G02B5/18GK101101344SQ200610016998
公開日2008年1月9日 申請日期2006年7月7日 優(yōu)先權日2006年7月7日
發(fā)明者巴音賀希格, 李文昊, 齊向東 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所