同质掩模法制作闪耀光栅研究

【摘要】：本文围绕全息离子束刻蚀闪耀光栅的方法，对全息离子束刻蚀的过程以及刻蚀过程的图形演化进行了理论和实验的研究。主要包括以下几个方面： 首先介绍了闪耀光栅制作技术的发展以及国内外研究现状，综合叙述了离子束刻蚀技术和Kaufman离子源系统的原理。深入研究了光刻胶、K9玻璃和石英三种光学材料的刻蚀特性，分别以Ar、CHF3为工作气体，研究了三种材料刻蚀速率随入射角度的变化关系，得到刻蚀速率与入射角度的拟合方程，为离子束刻蚀闪耀光栅提供了实验依据和理论指导。 详细介绍了高级线段运动算法。在忽略二次效应的基础上，用高级线段运动算法编写了离子束刻蚀模拟程序，并验证了该程序的可行性。模拟了在倾斜离子束刻蚀下同质掩模的图形演化规律，模拟表明合适占空比和高度的同质掩模可以刻蚀制作出槽形好的闪耀光栅，为合理设计同质掩模的占空比和高度提供了理论依据。 针对传统全息离子束刻蚀技术中光刻胶掩模难以控制的问题，提出了使用同质掩模的方法来刻蚀制作闪耀光栅。在实验上通过Ar离子束结合CHF3反应离子束刻蚀来制作同质掩模，有效的控制了同质掩模的占空比和高度。使用同质掩模的方法对于不同闪耀角的闪耀光栅进行了理论设计和制作，制作结果表明针对不同的闪耀角能够制作出接近90°槽顶角的闪耀光栅。 在实验制作方面，首先使用传统的全息光刻的方法制作了光刻胶掩模，然后使用Ar离子束结合CHF3刻蚀出需要的同质掩模，最后通过倾斜离子束刻蚀制作出闪耀光栅。分别制作出了闪耀角为20°、反闪耀角为68.5°和闪耀角为11°、反闪耀角为72°的闪耀光栅。将刻蚀好的闪耀光栅表面镀铝反射膜，在+1级Littrow角入射下对光栅的+1级衍射光进行了衍射效率的测量。