在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法

摘要

一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，涉及光谱技术领域，要解决的技术问题是提供一种高精度调整干涉条纹方向的方法，解决技术问题的技术方案为：将基准光栅置于二维运动工作台上；配备一套扫描曝光光路；调节反射镜使曝光光束均满足Littrow条件；沿扫描方向移动工作台，根据CCD上观察到的干涉图样变化情况调节基准光栅方向；调节平面反射镜，使两光束在位置PSD和角度PSD上重合。采用本发明所述的方法能精确调节干涉条纹方向，为扫描干涉场曝光系统在扫描过程中的对比度提供了保证，对扫描曝光全息光栅的制作具有较大的实际意义。

说明书

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，具体涉及的一种在扫描干涉曝光制作全息光栅 的光路中精确调整干涉条纹方向的方法。

背景技术

制造全息光栅的方法主要有以下两种：一种是静态干涉场曝光方式，即两 束平面高斯光束相叠加形成直线状干涉条纹，干涉场与光栅基底始终保持静止， 一次曝光将干涉条纹记录于光刻胶上。另一种是扫描干涉场曝光方式，从激光 器出射的光入射至直立放置的光学承载机构上，光束沿竖直面进行传播，分束 后的两束小口径的高斯光束在光栅基底表面相干形成干涉条纹，如图1所示， 通过精密工作台的二维运动将干涉条纹记录于光刻胶上。图2为通过扫描方式 在整个光栅基底上曝光的原理示意图。干涉场1沿Y方向扫描曝光形成光栅刻 线2，沿X方向步进最终在整个光栅基底上曝光。

在扫描曝光方式中，系统需沿Y扫描形成连续的刻线，而系统在实际工作 中，扫描方向与干涉条纹方向并不能做到完全平行，二者会有一定的夹角θ，如 图3所示，从图中可以看出，干涉条纹与扫描方向间存在的夹角，会降低曝光 的对比度，使刻线线宽增大，夹角太大还会将刻线抹去。因此，为减小夹角对 干涉条纹的影响，必须精确调整干涉条纹方向，使其与扫描方向的夹角达到微 弧度量级。但干涉场具有尺寸小、干涉条纹密等特点，无法对干涉条纹方向进 行直接精确测量和调整。

发明内容

本发明为解决在现有的扫描曝光光路中，由于扫描方向与干涉条纹方向不 完全平行，且存在一定的夹角，导致降低曝光的对比度，刻线线宽增大以及夹 角太大会将光栅刻线抹去的问题，提供一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条 纹方向的方法。

在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将基准光栅和光栅基底放置于二维运动工作台上，基准光栅表面 与光栅基底表面位于同一平面内。

步骤二、配备扫描曝光光路；调整曝光光路中的两路曝光光束，使两路曝 光光束在光栅基底表面形成干涉场；

步骤三、移动二维运动工作台，使步骤二中形成的干涉场位于基准光栅上， 并调整两路曝光光束在基准光栅表面重合且均满足自准直条件；

步骤四、沿扫描方向移动二维工作台，并根据CCD上的干涉图变化调整基 准光栅的方向；调整曝光光路，使两路光束在位置和角度分别在位置PSD和角 度PSD上重合，实现基准光栅的刻线方向与二维工作台扫描方向平行。

本发明工作原理说明：根据光栅相位移动定理，基准光栅沿垂直于刻线方 向的位移分量会使左侧光束的-1级衍射光产生相移，从而使CCD上接收的干涉 图样发生明暗变化。调节基准光栅刻线方向，使得沿扫描方向移动工作台时CCD 观察到的干涉图样不发生明暗变化，即说明基准光栅沿垂直于刻线方向的位移 分量接近于0，即基准光栅刻线方向与扫描方向一致。角度PSD放置于角度解 耦透镜的后焦面上，角度PSD上探测到的位置信息反映了左侧光束的-1级衍射 光和右侧光束0级反射光的角度信息。位置PSD置于位置解耦透镜后方，且与 基准光栅表面互为共轭面，则位置PSD探测到的位置信息反应了右侧曝光光束 和左侧曝光光束入射到基准光栅表面时的位置信息。步骤五中的调节使得左侧 光束的-1级衍射光和右侧光束0级反射光重合，根据光栅衍射的基本原理，可 知右侧曝光光束和左侧曝光光束间相叠加产生的干涉条纹方向与基准光栅的刻 线方向一致，从而使欲曝光的干涉条纹与工作台扫描方向一致。

本发明的有益效果：本发明提出了一种高精度调整干涉条纹方向的方法， 可以将干涉条纹方向与工作台的扫描方向的夹角调整至微弧度量级。采用此方 法，使无法直接探测的干涉条纹方向的调整转换为基准光栅和光束角度及位置 的调整，为扫描干涉场曝光系统在扫描过程中的对比度提供了保证，对扫描曝 光全息光栅的制作具有较大的实际意义。

附图说明

图1为现有的扫描曝光光束示意图；

图2为现有扫描曝光光路中通过扫描方式在整个光栅基底上曝光的原理示 意图；

图3为现有扫描曝光光路中干涉条纹方向与扫描方向有一定夹角时扫描曝 光形成的刻线示意图；

图4为本发明所述的一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法 中二维运动工作台俯视图。

图5为本发明所述的一种在扫描曝光光路中精确调整干涉条纹方向的方法 中扫描曝光光路和干涉条纹方向调整结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图4和图5说明本实施方式，一种在扫描曝光光路中 精确调整干涉条纹方向的方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、将基准光栅置于二维运动工作台上。图4为二维运动工作台俯视 图，欲曝光的光栅基底3置于二维运动工作台4上，扫描运动方向双导轨5、6 与步进运动方向双导轨7、8相垂直。工作台4由直线电机牵引可以分别沿扫描 方向和步进方向运动。将与欲曝光光栅周期相同的平面直刻线光栅作为基准光 栅，基准光栅9放置在工作台4上，基准光栅9表面与光栅基底3表面位于同 一平面内，基准光栅9的刻线方向大致与扫描方向平行。

步骤二、配备一套扫描曝光光路。如图5所示，包括分束光栅10，右侧第 一平面反射镜11、左侧第一平面反射镜12、右侧第二平面反射镜13和左侧第 二平面反射镜14。激光光束25经分束光栅10衍射，得到分束光栅10的+1级 衍射光27依次经过右侧第一平面反射镜11和右侧第二平面反射镜13反射后的 右侧曝光光束28与分束光栅10的-1级衍射光26依次经过左侧第一平面反射镜 12和左侧第二平面反射镜14反射、半反半透镜15透射后的左侧曝光光束29在 欲曝光的光栅基底3表面相互叠加形成干涉场。

步骤三、调节反射镜使曝光光束均满足Littrow条件。移动二维工作台使干 涉场位于基准光栅9上，调整右侧第一平面反射镜11、左侧第一平面反射镜12、 右侧第二平面反射镜13和左侧第二平面反射镜14。使得右侧曝光光束28和左 侧曝光光束29在基准光栅表面重合且均满足Littrow条件，即入射光与其经过 基准光栅9之后的-1级衍射光30重合。

步骤四、沿扫描方向移动工作台，根据CCD18上观察到的干涉图样变化情 况调节基准光栅9的方向。左侧曝光光束29经基准光栅9衍射后的左侧光束的 -1级衍射光30与右侧曝光光束28经基准光栅9反射的右侧光束0级反射光31 分别经半反半透镜15反射、转向平面反射镜16反射、第一分束棱镜17反射后 在CCD18接收面上相干形成干涉图样。沿扫描方向移动工作台，若CCD18上 接收到干涉图样发生明暗变化，调节基准光栅9的刻线方向，直至移动工作台， CCD18上的干涉条纹不发生明暗变化为至。

步骤五、调节平面反射镜，使两光束在位置PSD21和角度PSD24上重合。 左侧光束的-1级衍射光30和右侧光束0级反射光31依次经半反半透镜15反射、 转向平面反射镜16反射、第一分束棱镜17透射，再经过第二分束棱镜19，第 二分束棱镜的反射光经位置解耦透镜20透射入射至位置PSD21接收，而第二 分束棱镜19的透射光经角度转向反射镜22反射、角度解耦透镜23透射后入射 至角度PSD24接收。遮上右侧曝光光束28，分别记录位置PSD21和角度PSD 24上的光斑位置数据。遮上左侧曝光光束29，使右侧曝光光束28入射，调节 右侧第一平面反射镜11和右侧第二平面反射镜13，使位置PSD21和角度PSD24 上的位置读数与前面记录的读数相同。

本实施方式中所述的激光光源采用氪离子激光器，波长为413.1nm；步骤 一中的光栅基底3采用K9光学玻璃，光栅基底3表面上涂敷的光致抗蚀剂为日 本产的Shipley1805型光致抗蚀剂，基准光栅9需要根据实际要求选择与欲制作 的全息光栅刻线密度相等的直刻线反射光栅；步骤二中的分束光栅10为线密度 为500gr/mm的直刻线透射光栅，右侧第一平面反射镜11、左侧第一平面反射镜 12、右侧第二平面反射镜13和左侧第二平面反射镜14的反射面均镀有413.1nm 激光波长的高反膜，口径为Φ25mm；步骤五中的位置PSD21和角度PSD24为 Newport公司的OBP-U-9H，CCD18为Adimic公司的RA1000m，位置解耦透 镜20和角度解耦透镜23的口径为Φ25mm，焦距分别为300mm和400mm。