调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度的方法

摘要

调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度的方法，涉及光谱技术领域，解决现有调整离子束与光栅刻线方向垂直度的方法存在垂直度精度较低且存在误差的问题，建立离子束刻蚀装置；制备刻有两条正交直线及开有中心圆孔的平板；在离子束刻蚀装置中置入激光器、反射镜及平板，使激光器发出的激光束通过平板中心圆孔入射到反射镜，经反射镜反射的光入射至光栅表面形成0级衍射光及-1级衍射光；通过调整五维样品台的旋转及俯仰，使-1级衍射光入射回平板的圆孔内；最终光栅栅线与离子束流的垂直度调整完毕。该方法能快速准确的调整光栅栅线与离子束流的垂直度，对制作出高质量的平面闪耀全息光栅有直接的重要意义。

说明书

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，具体涉及的平面闪耀全息光栅制作所使用 的离子束刻蚀装置中调整栅线与离子束流垂直度的方法。

背景技术

离子束刻蚀装置是一种常用的平面闪耀全息光栅制作装置，离子束流 以垂直于光刻胶栅线方向，与光刻胶光栅基底成一定角度入射至基底 表面，将基底上的正弦型光刻胶光栅槽形刻蚀转移至基底上，形成三 角槽形闪耀全息光栅，其闪耀角等于束流的入射角。它的最大优点在 于：离子束流垂直于栅线方向，因此，只要调整基底与束流的夹角， 即入射角，即可制作不同闪耀角的闪耀全息光栅。

但是实际操作中这种装置的精确调整较为困难，光刻胶光栅栅线与离 子束流垂直度的精确度很难保证。平面闪耀全息光栅的刻蚀原理是， 欲制作闪耀角为θ，光栅周期为d的平面闪耀全息光栅，需提供光栅周 期为d，占空比为1:1，高度为h=0.7326dtanθ的正弦型光刻胶掩模， 使离子束流垂直于光刻胶栅线方向，与光刻胶光栅基底成θ角入射至 基底表面，通过一定刻蚀时间，形成闪耀角为的平面闪耀全息光栅。 如果离子束流与光刻胶栅线方向不垂直，即离子束流在光栅基底表面 投影与光刻胶栅线垂线成一个角度δ，则形成的平面闪耀全息光栅的 闪耀角，可见只有当δ=0时，获得的闪耀角才与设计值相同。即，在 平面闪耀全息光栅刻蚀装置中，必须保证离子束流与光刻胶光栅栅线 严格垂直才能保证制作出的闪耀光栅的闪耀角与设计值相同，否则便 会产生闪耀角误差，离子束流在光栅基底表面投影与光刻胶栅线垂线 夹角δ 越大，闪耀角的误差越大。

目前，调整垂直度的方法主要是依赖光栅基底端面靠样品台定位边、 离子源壳体靠定位面来保证。由于离子源壳体、样品台定位边的加工 精度不高，加之光栅基底在制作过程中无法保证端面与栅线垂直、且 有较大一部分基底为圆形基底，所以其垂直度精度较低，需要建立一 种新的调整离子束流与光刻胶栅线方向垂直度的方法。

发明内容

本发明为解决现有调整离子束与光栅刻线方向垂直度的方法存在垂直 度精度较低且存在误差的问题，提供一种调整闪耀光栅离子束刻蚀装 置中栅线与束流垂直度的方法。

调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度的方法，该方法由 以下步骤实现：

步骤一、离子源产生离子束流经离子源栅网出射，所述离子束流的出 射方向垂直于离子源栅网平面；

步骤二、光源光束经平板的中心圆孔入射至反射镜，经反射镜反射的 光束入射至光栅表面形成0级衍射光和-1级衍射光；0级衍射光入射至 平板的中心圆孔内并与光栅栅线垂直；所述反射镜固定在步骤一所述 的离子源栅网表面，反射镜的反射面与离子源栅网表面平行；

步骤三、调整光栅，使步骤二所述的-1级衍射光入射至平板的中心圆 孔，入射至平板的中心圆孔的-1级衍射光与光栅栅线垂直，所述-1级 衍射光所形成的平面与反射镜的反射面垂直，最终实现离子束流方向 与光栅栅线方向垂直。

本发明工作原理：本发明所述的方法利用光学方法调整光栅栅线与离 子束流的垂直度可以达到很高的精度。离子束流7为离子源6产生的等 离子体经离子源栅网5出射，其束流方向垂直于离子源栅网5；平面反 射镜4黏贴于离子源栅网上，其反射面与离子源栅网5表面平行，即离 子束流7垂直于反射镜4；激光束3入射至反射镜4上，反射光反射至光 栅9表面形成-1级衍射光11回到激光束3的出射圆孔13内，激光束3与- 1级衍射 光11所形成的平面与光栅9栅线方向垂直；同时，该平面与平面反射镜 4的反射面垂直，因此离子束流7方向与光栅9栅线方向垂直。

本发明的有益效果：本发明提出的方法可以快速准确的调整平面闪耀 全息光栅离子束刻蚀装置中光刻胶栅线与离子束流的垂直度，对制作 出高质量的平面闪耀全息光栅有直接的重要价值。

附图说明

图1为本发明所述的调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度 的方法中的装置示意图；

图2为所述的调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度的方法 中平板的示意图；

图3为所述的调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度的方法 中光栅栅线与离子束流不垂直情况下激光器的激光束及光栅衍射光示 意图；

图4为本发明所述的调整闪耀光栅离子束刻蚀装置中栅线与束流垂直度 的方法中光栅栅线与离子束流垂直情况下激光器的激光束及光栅衍射 光示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，调整闪耀光栅离子 束刻蚀装置中栅线与束流垂直度的方法，该方法的的具体过程为：

步骤一、离子源6产生的离子束流通过栅网5出射，其方向垂直于栅网 平面，与光栅9栅线垂直，与其表面成θ角，即为所刻蚀平面闪耀全息 光栅的闪耀角，通过调整五维样品台8可以实现θ角的调整，即可获得 不同闪耀角的平面闪耀全息光栅。

步骤二，激光器1发出的激光束3通过平板2的中心圆孔13入射到反射镜 4，经反射镜4反射的光入射至光栅9表面形成0级衍射光10及-1级衍射 光11；如果光栅9上的光刻胶栅线与离子束流7不垂直，即栅线垂线与 离子束流成δ角，如图3所示，则-1级衍射光11将照射到平板2上形成 光斑15，光斑15的位置与δ角及θ角有关；

步骤三，通过五维样品台8的旋转可调整δ角，通过五维样品台8的俯 仰可调整θ角，使-1级衍射光11入射回平板2的中心圆孔13内；此时， 光栅9上的光刻胶栅线与离子束流7垂直，即δ=0，至此，光栅9栅线与 离子束流7的垂直度调整完毕。

本实施方式中的所述的闪耀光栅离子束刻蚀装置包括激光器1、平板2 、离子源栅网5、离子源6、粘贴于离子源栅网平面的反射镜4、五维样 品台8和光栅9，五维样品台8能够实现光栅9的旋转、俯仰和三维平移 运动；所述平板2表面刻有用计算机绘制的两条相互垂直的直线，即第 一直线12和第二直线14；并以两直线交点为圆心，圆心的口径，即中 心圆孔13的直径，与激光束束斑直径相当；平板2固定在激光器1上， 离子源6产生离子束流经离子源栅网5出射。

本实施方式所述的光栅9采用全息曝光方式获得的1200gr/mm光刻胶光 栅掩模，光刻胶为日本shipley1805正性光致抗蚀剂，基底为K9玻璃； 离子源6采用北京瑞德依格公司生产的阴极灯丝源，栅网5为钼网，口 径Φ150mm；激光器1采用He-Ne激光器，出射波长为632.8nm；平板2采 用透明的有机玻璃平板；平板2上正交的第一直线12与第二直线14是使 用计算机控制精确绘制的；平板2上的中心圆孔13是以两直线交点为圆 心，以激光器1出射激光束口径为直径，利用计算机控制精确开通孔， 其口径为Φ2.5mm；五维样品台8采用无氧铜制作，可实现旋转、俯仰 及三个方向平移的精确调整。

以上所述仅为本发明的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。任 何所属技术领域中的具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围 内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视权利要求 书所界定范围为准。