CN111856636B - 一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，解决常规近场全息方法不能直接复制及微调掩模线密度及其空间分布的问题。通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。本发明可以有效的微调近场全息变间距光栅位相掩模的线密度分布，由此减少了对电子束光刻制作方法的依赖，降低位相掩模的制作成本，在一定程度上灵活快速地获得具有不同线密度分布的掩模，以满足不同场合的不同需求，是一种十分重要的、低成本的变间距光栅的制作方法。本发明对利用近场全息方法调控光栅线密度空间分布，在此基础上提高高精度变间距光栅的制作质量和效率十分重要。

Description

一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法
技术领域
本发明属于衍射光学元件的微纳加工技术领域，具体涉及一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，其为基于近场全息技术的变间距光栅及其位相掩模线密度可控微调方法。
背景技术
近场全息法是一种快速、稳定的制作衍射光栅，特别是变间距光栅的制作方法。其基本原理是：近场全息曝光时所用的激光经位相掩模后，利用位相掩模对入射光的两个衍射级次之间的干涉将位相掩模的图形转移到涂覆了光刻胶的光栅基底上，再经刻蚀过程将光刻胶光栅的图形转移到光栅基底上。近场全息所用位相掩模是此方法的核心器件，由于位相掩模的使用，使近场全息的曝光***光路简单、紧凑、稳定。电子束光刻在制备高线密度光栅图形、以及调控光栅线密度空间分布方面具有很大的灵活性。因此，在近场全息中使用基于电子束光刻方法制备的高精度位相掩模，是制作高质量衍射光栅的理想方法。另一方面，众所周知，电子束光刻技术对环境稳定性要求高，制作周期长，是一种成本相对较高的微纳加工方法。
按照目前常规的近场全息方法，需根据近场全息光路、拟制作变间距光栅的线密度分布n_g(x)以及位相掩模的几何尺寸优化设计位相掩模的线密度分布n_m(x)，n_g(x)与n_m(x)两者并不相等。因此，位相掩模的光栅图形与拟制备光栅图形具有一一对应关系，即某一块位相掩模只对应某一特定的制作光栅图形。换言之，常规的单次近场全息方法无法直接复制出位相掩模图形，其位相掩模与制作光栅之间图形区域长度[即变间距光栅图形沿线密度变化方向的长度]及其线密度分布会发生变化。位相掩模在长时间使用过程中难免会存在磨损或污染情况，再次直接用电子束光刻制备新的熔石英掩模成本高、时间长。近场全息光路的改变，将需要重新利用电子束光刻方法制作新的位相掩模，这将显著增加制备位相掩模所需的时间、经济成本；因此，如何基于近场全息方法，复制或在一定范围内微调变间距光栅的线密度空间分布以制备新的位相掩模，对于节约位相掩模的制作成本也是一项很有实际意义的工作；迫切需要发展基于近场全息的光栅图形线密度调控方法，以提高近场全息法制备光栅图形的灵活性和潜力，同时缓解利用电子束光刻法制作高质量光栅位相掩模的压力。
为解决此问题，本发明提出基于近场全息法微调线密度及其空间分布的方法，进一步发展一种制备基于近场全息法制备变间距光栅位相掩模线密度可控微调方法。即通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。此发明是一种可控的、稳定的、快速的位相掩模制作方法，是一种十分重要的、低成本的变间距光栅的制作方法。
发明内容
本发明提出一种基于近场全息方法制作具有线密度空间分布可调的位相掩模制备方法，即通过微调近场全息曝光参数和引入过渡掩模来实现线密度与初始掩模线密度分布相同或呈一定偏移的一系列线密度分布渐变的变间距光栅掩模。这种方法主要解决常规近场全息方法不能改变制作光栅线密度及其空间分布、以及位相掩模磨损后需利用电子束光刻法重新制作价格昂贵的位相掩模的问题。本发明可提高近场全息方法制作图形灵活性、降低近场全息位相掩模制作成本等特点。本发明将在变间距光栅、周期性亚微米结构制备等微纳制作领域具有极大的应用潜力。
为克服现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案是：一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，包括：
步骤(1)、建立近场全息曝光***，所述全息曝光***包括紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的无光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间以折射率匹配液填充，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光互相干涉在光栅基底的光刻胶层上形成变间距光刻胶光栅图形；
步骤(2)、使用厚度为h_liq1的初始掩模A进行曝光，忽略折射率匹配液的厚度，初始掩模A的光栅图形面到基底A(厚度为h_A＝h_liq1)上光刻胶层的距离为h_liq1，激光光束从低线密度一侧以θ角，首先照射到初始掩模A，设变间距光栅掩模中心线密度的负一级自准直角为θ-1，则入射角θ接近θ-1[θ与θ-1之间的偏差小于±0.5°]，初始掩模A的零级和负一级衍射光形成的干涉条纹记录在基底A的光刻胶层(即对基底A上的光刻胶层曝光)，进一步显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(3)、将基底A上记录的干涉条纹，即变间距光刻胶光栅掩模图形转移到熔石英基底上，即通过反应离子束刻蚀一定槽深，槽深刻蚀参数为满足近场全息曝光时两干涉光束对比度(即位相掩模的零级和负一级衍射效率的比值)在90％以上，去除残余光刻胶，至此便得到过渡掩模：掩模B；
步骤(4)、将步骤(3)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)中的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B(厚度为h_B＝h_A)的距离为h_liq2＝h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此便得到与初始掩模A线密度分布一致的掩模C-0；
步骤(5)、在步骤(2)中采用初始掩模A对基底A(厚度为h_A＝h_liq1)进行近场全息曝光-显影，不同于步骤(2)的是入射方向为从低线密度方向以略微偏离θ-1的θ角入射，初始掩模A的光栅图形面到基底A的光刻胶层的距离为h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底A；显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(6)、对步骤(5)中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤(3)，至此便得到厚度h_A＝h_liq1的过渡掩模：掩模B；
步骤(7)、将步骤(6)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)的是入射方向为从高线密度方向以略微偏离θ-1的θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B(厚度为h_B＝h_A)的距离为h_liq2＝h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调入射角θ，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模C-n，n为非零整数编号；
步骤(8)、在步骤(2)中采用初始掩模A对基底A进行近场全息曝光-显影，不同于步骤(2)的是基底A的厚度h_A≠h_liq1，显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(9)、对步骤(8)中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤(3)，至此便得到厚度h_A≠h_liq1的过渡掩模：掩模B；
步骤(10)、将步骤(9)制得的厚度h_A≠h_liq1的掩模B以步骤(2)的光路对基底B(厚度为h_B＝h_A)进行曝光，不同于步骤(2)中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，且掩模B的光栅图形与基底B的光刻胶面的间距调整为h_liq2＝h_A≠h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调过渡掩模B的基底厚度，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模D-n，n为非零整数编号。
本发明与现有技术相比的优点和积极效果为：
(1)本发明提供了基于近场全息技术的有效调控变间距光栅位相掩模的线密度分布的方法，由此减少对电子束刻制作方法的依赖，可以在一定程度上灵活快速地获得具有不同线密度分布的位相掩模，以满足不同场合的不同需求。
(2)本发明可利用近场全息方法调控光栅线密度空间分布，并对在此基础上提高高精度变间距光栅的制作质量和效率十分重要。
附图说明
图1为熔石英位相掩模与光栅基底之间由折射率匹配液相联结(曝光方式I)的近场全息光路示意图；
图2为曝光方式I中，近场全息法制作熔石英位相掩模[图中简称为掩模]的技术路线流程图，其中，图2(a)为利用初始熔石英位相掩模A(厚度为h_liq1)在基底A(厚度为h_A)上近场全息(曝光-显影)示意图，以制作过渡熔石英位相掩模B的变间距光刻胶光栅掩模；图2(b)为将过渡掩模B的变间距光刻胶光栅掩模图形通过反应离子束刻蚀转移到基底A上的示意图；图2(c)为利用过渡掩模B在基底B上制作熔石英位相掩模C的光刻胶光栅掩模的近场全息(曝光-显影)示意图；图2(d)为掩模C的变间距光刻胶光栅掩模经过图2(b)的图形转移过程后，制作而成的位相掩模：掩模C。
图3为曝光方式I所用初始掩模A及过渡掩模B的(a)线密度空间分布及(b)两者线密度分布的差值曲线。
图4为曝光方式I中，入射角度分别为34.5°，35°，35.5°，36°，36.5°时制得的掩模C-1，C-2，C-0，C-3，C-4线密度分布曲线，其中，图4(a)为C-0，C-1，C-2，C-3，C-4线密度分布曲线；图4(b)为C-0，C-1，C-2，C-3，C-4与初始掩模A线密度分布的差值曲线；
图5为曝光方式I中，将过渡掩模B的厚度分别微调为为5mm，5.5mm，6mm，6.5mm，7mm时制得的掩模D-0，D-1，D-2，D-3，D-4线密度分布曲线，其中，图5(a)为D-0，D-1，D-2，D-3，D-4线密度分布曲线；图5(b)为D-0，D-1，D-2，D-3，D-4与初始掩模A线密度分布的差值曲线。
图6为熔石英位相掩模与光栅基底之间为空气间隙(曝光方式II)的近场全息光路示意图；
图7为曝光方式II中，近场全息法制作熔石英位相掩模[图中简称为掩模]的技术路线流程图，其中，图7(a)为利用初始熔石英位相掩模A在基底A上近场全息(曝光-显影)示意图，以制作过渡位相掩模B的光刻胶光栅掩模的近场全息(曝光-显影)示意图，其中初始掩模A的光栅图形面与基底A的光刻胶表面间距为h_air1；图7(b)为将过渡掩模B的变间距光刻胶光栅掩模图形通过反应离子束刻蚀转移到基底A上的示意图；图7(c)为利用过渡掩模B在基底B上制作熔石英位相掩模C的变间距光刻胶光栅掩模的近场全息(曝光-显影)示意图；图7(d)为掩模C的光刻胶光栅掩模经过图7(b)的图形转移过程后，制作而成的位相掩模：掩模C。
图8为曝光方式II所用初始掩模A及过渡掩模B的(a)线密度空间分布及(b)两者线密度分布的差值曲线。
图9为曝光方式II中，入射角度分别为34.5°，35°，35.5°，36°，36.5°时制得的掩模C-1，C-2，C-0，C-3，C-4线密度分布曲线，其中，图9(a)为C-0，C-1，C-2，C-3，C-4线密度分布曲线；图9(b)为C-0，C-1，C-2，C-3，C-4与初始掩模A线密度分布的差值曲线；
图10为曝光方式II中，过渡掩模B的厚度分别为2mm，2.5mm，3mm，3.5mm，4mm时制得的掩模D-1，D-2，D-0，D-3，D-4线密度分布曲线，其中，图10(a)为D-0，D-1，D-2，D-3，D-4线密度分布曲线；图10(b)为D-0，D-1，D-2，D-3，D-4与初始掩模A线密度分布的差值曲线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，具体包括如下步骤：
实施例1：
步骤(1)、如图1所示，建立近场全息曝光***，所述全息曝光***包括波长为325nm的紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的无光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间以折射率匹配液填充(曝光方式I)，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光在光刻胶基底上的叠加区域互相干涉形成变间距光刻胶光栅图形；
步骤(2)、如图2(a)所示，使用掩模A(厚度h_liq1＝6mm；光栅有效区域长度即变间距光栅的线密度变化方向的图形尺寸为50mm，有效区域宽度即光栅栅线长度30mm，掩模中心线密度为3600lines/mm)以曝光方式I进行曝光，忽略折射率匹配液的厚度，掩模A的光栅图形面到基底A(厚度为h_A＝h_liq1＝6mm)上光刻胶层的距离为h_liq1＝6mm，激光光束从低线密度一侧以θ＝35.5°首先照射到掩模A，初始掩模A的零级和负一级衍射光形成的干涉条纹记录在基底A的光刻胶层(即对基底A上的光刻胶层曝光)，进一步显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(3)、如图2(b)所示，将步骤(2)中基底A上记录的干涉条纹即变间距光刻胶光栅掩模图形通过反应离子束刻蚀转移到熔石英基底上，刻蚀槽深为250nm，槽深刻蚀参数为满足近场全息曝光时两干涉光束对比度(即位相掩模的零级和负一级衍射效率的比值)在90％以上，去除残余光刻胶，至此便得到过渡掩模：掩模B；如图3所示，过渡掩模B的光栅有效区域长度为47.7mm，比掩模A的相应长度缩短2.3mm，且如图3(b)所示，掩模B两端的线密度变化范围与掩模A的相差约-20至45lines/mm之间；
步骤(4)、如图2(c)所示，将步骤(3)制得的掩模B以曝光方式I曝光，不同于步骤(2)中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以θ＝35.5°角入射，掩模B的光栅图形面到基底B(材质为熔石英，厚度为h_B＝6mm)的光刻胶面距离为h_liq2＝6mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此在基底B上便得到与初始掩模A线密度分布一致的掩模C-0(如图4所示，掩模C-0的光栅有效区域长度为50mm，有效区域宽度仍为30mm)；
步骤(5)、如图2(a)所示，在步骤(2)中采用掩模A对基底A(厚度为h_A＝h_liq1＝6mm)进行近场全息曝光-显影，不同于步骤(2)的是入射方向为从低线密度方向以θ角分别为34.5°，35°，36°，36.5°入射，掩模A的光栅图形面到基底A的光刻胶层的距离为h_liq1＝6mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底A；显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(6)、如图2(b)所示，对步骤(5)中获得的变间距光刻胶光栅掩模分别进行步骤(3)，至此便得到厚度h_A＝h_liq1＝6mm的过渡掩模：掩模B；
步骤(7)、如图2(c)所示，将步骤(6)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)的是入射方向为从高线密度方向以θ角分别为34.5°，35°，36°，36.5°入射[图2(a)掩模A的近场全息曝光入射角与图2(c)掩模B的曝光入射角相等]，掩模B的光栅图形面到基底B(厚度为h_B＝h_A＝6mm)的距离为h_liq2＝h_liq1＝6mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调入射角θ，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模C-1，C-2，C-3，C-4；
如图4所示，C-1～C-4掩模的光栅有效区域长度仍为50mm，与掩模A的有效区域长度相等；如图4(b)所示，掩模C-1(C-4)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为0.2至0.8(-0.2至0.8)lines/mm之间；掩模C-2(C-3)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为0.1至-0.3(-0.1至0.3)lines/mm之间；因此，通过过渡掩模及微调近场全息曝光入射角可在不改变光栅有效长度的条件下，细微调整光刻胶掩模或位相掩模的线密度分布；
步骤(8)、如图2(a)所示，在步骤(2)中采用掩模A(厚度为h_liq1＝6mm)对基底A(h_A≠6mm)进行曝光方式I的近场全息曝光-显影，入射方向为从低线密度方向以35.5°角入射，不同于步骤(2)的是基底A的厚度分别为5mm，5.5mm，6.5mm，7mm，显影后分别获得四种基底厚度的变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(9)、如图2(b)所示，对步骤(8)中获得的变间距光刻胶光栅掩模分别进行步骤(3)，至此便得到厚度分别为5mm，5.5mm，6.5mm，7mm的过渡掩模：掩模B；
步骤(10)、如图2(c)所示，将步骤(9)制得的厚度分别为5mm，5.5mm，6.5mm，7mm的掩模B以步骤(2)的光路对基底B(材质为熔石英，厚度为h_B＝h_A)进行曝光，不同于步骤(2)中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以35.5°角入射，且位相掩模B的光栅图形面与基底B的光刻胶面的间距(h_liq2＝h_A)分别为5mm，5.5mm，6.5mm，7mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B(厚度为h_B＝h_A≠h_liq1)；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调过渡掩模B的基底厚度，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模D-1，D-2，D-3，D-4；
如图5所示，D-1～D-4掩模的光栅有效区域长度仍为50mm，与掩模A的有效区域长度相等；如图5(b)所示，掩模D-1(D-4)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为-3至7(3至-7)lines/mm之间；掩模D-2(D-3)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为-1至3(1至-3)lines/mm之间；因此，通过过渡掩模及微调近场全息曝光时掩模与光栅基底之间的间距(在曝光方式I的条件下，即过渡掩模B的基底厚度)，可在不改变光栅有效长度的条件下，调整光刻胶掩模或位相掩模的线密度分布。
实施例2：
步骤(1)、如图6所示，建立近场全息曝光***，所述全息曝光***包括波长为325nm的紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间为空气隙(曝光方式II)，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光在光刻胶基底上的叠加区域互相干涉形成变间距光刻胶光栅图形。
步骤(2)、如图7(a)所示，使用初始掩模A(厚度为6mm；光栅有效区域长度即变间距光栅线密度变化方向的图形尺寸为50mm，有效区域宽度即光栅栅线的长度为30mm，掩模中心线密度为3600lines/mm)以曝光方式II进行曝光。初始掩模A的光栅图形面到基底A(熔石英材质，对其厚度无特殊要求)上光刻胶层的距离为h_air1＝3mm，激光光束从低线密度一侧以θ＝35.5°首先照射到初始掩模A，初始掩模A的零级和负一级衍射光形成的干涉条纹记录在基底A的光刻胶层(即对基底A上的光刻胶层曝光)，进一步显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(3)、如图7(b)所示，将基底A上记录的干涉条纹，即变间距光刻胶光栅掩模图形通过反应离子束刻蚀转移到熔石英基底上，刻蚀槽深为250nm，槽深刻蚀参数为满足近场全息曝光时两干涉光束对比度(即位相掩模的零级和负一级衍射效率的比值)在90％以上，去除残余光刻胶，至此便得到过渡掩模：掩模B；如图8所示，过渡掩模B的光栅有效区域长度为47.1mm，比初始掩模A的相应长度缩短2.9mm，且如图8(b)所示，掩模B两端的线密度变化范围与初始掩模A的相差约为-20至60lines/mm之间；
步骤(4)、如图7(c)所示，将步骤(3)制得的掩模B以曝光方式II曝光，不同于步骤(2)中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以θ＝35.5°角入射，掩模B光栅图形到基底B(材质为熔石英，厚度为6mm)表面的光刻胶距离仍为h_air2＝3mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此便得到与初始掩模A线密度分布一致的掩模C-0(如图9所示，与初始掩模A相同，掩模C的光栅有效区域长度为50mm，有效区域宽度为30mm)；
步骤(5)、如图7(a)所示，在步骤(2)中采用初始掩模A对基底A(材质为熔石英，对其厚度无特殊要求)进行曝光方式II的近场全息(曝光-显影)，不同于步骤(2)的是入射方向为从低线密度方向以θ角分别为34.5°，35°，36°，36.5°入射，掩模A的光栅图形面到基底A的光刻胶层的距离为h_air1＝3mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底A；显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(6)、如图7(b)所示，对步骤(5)中获得的变间距光刻胶光栅掩模分别进行步骤(3)，至此便得到四个不同曝光入射角度下制备的过渡掩模：掩模B；
步骤(7)、如图7(c)所示，将步骤(6)制得的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)的是入射方向为从高线密度方向以θ角分别为34.5°，35°，36°，36.5°入射[步骤(5)掩模A的近场全息曝光入射角与此步骤掩模B的曝光入射角相等]，掩模B的光栅图形面到基底B(材质为熔石英，对其厚度无特殊要求)的距离为h_air2＝3mm，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，通过微调入射角θ，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模C-1，C-2，C-3，C-4；
如图9所示，C-1～C-4掩模的光栅有效区域长度仍为50mm，与初始掩模A的有效区域长度相等；如图9(b)所示，掩模C-1(C-4)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为1至-4(-0.5至4)lines/mm之间；掩模C-2(C-3)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为0.2至-2(-0.2至2)lines/mm之间；因此，通过过渡掩模及微调近场全息曝光入射角可在不改变光栅有效长度的条件下，细微调整光刻胶掩模或位相掩模的线密度分布；
步骤(8)、如图7(a)所示，在步骤(2)中利用初始掩模A对基底A(材质为熔石英，对其厚度无特殊要求)进行曝光方式II的近场全息(曝光-显影)，激光光束从低线密度一侧以θ＝35.5°入射，与步骤(2)相区别，将初始掩模A的光栅图形到基底A表面的光刻胶距离分别调整为h_air1＝2mm，2.5mm，3.5mm，4mm，曝光-显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤(9)、如图7(b)所示，对步骤(8)中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤(3)，至此便得到空气间隙分别为2mm，2.5mm，3.5mm，4mm的条件下近场全息制备的过渡掩模：掩模B；
步骤(10)、如图7(c)所示，将步骤(9)制得的空气间隙分别为2mm，2.5mm，3.5mm，4mm的掩模B以步骤(2)的光路进行曝光，不同于步骤(2)中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以θ＝35.5°角入射，且掩模B的光栅图形与涂覆光刻胶的基底B(材质为熔石英，对其厚度无特殊要求)的间距分别调整为h_air2＝2mm，2.5mm，3.5mm，4mm[选择步骤(8)与此步骤的空气间隙的间距相等，即h_air1＝h_air2]，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤(3)实验，至此，在曝光方式II的近场全息光路中，通过微调过近场全息中位相掩模与拟制作光刻胶光栅掩模基底之间空气间隙的厚度，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模D-1，D-2，D-3，D-4；
如图10所示，D-1～D-4掩模的光栅有效区域长度仍为50mm，与掩模A的有效区域长度相等；如图10(b)所示，掩模D-1(D-4)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为-5至20(5至-20)lines/mm之间；掩模D-2(D-3)两端的线密度变化范围与掩模A的相比偏差约为-3至8(3至-8)lines/mm之间；因此，通过过渡掩模及微调近场全息曝光时掩模与光栅基底之间的间距，可在不改变光栅有效长度的条件下，细微调整光刻胶掩模或位相掩模的线密度分布。

Claims (1)

1.一种变间距光栅掩模线密度分布可控微调方法，其特征在于：包括：
步骤（1）、建立近场全息曝光***，所述全息曝光***包括紫外波段激光器、针孔、准直透镜、熔石英位相掩模、涂覆光刻胶的光栅基底和转台，所述的熔石英位相掩模与光栅基底放置在转台上，熔石英位相掩模的无光栅图形面与涂覆光刻胶的光栅基底之间以折射率匹配液填充，紫外波段激光器发出的光依次经过针孔和准直透镜后，形成平行光，以一定的入射角θ照射到熔石英位相掩模上的变间距光栅图形产生零级与负一级衍射光，此零级与负一级衍射光互相干涉在光栅基底的光刻胶层上形成变间距光刻胶光栅图形；
步骤（2）、使用厚度为h_liq1的初始掩模A 进行曝光，忽略折射率匹配液的厚度，初始掩模A的光栅图形面到基底A上光刻胶层的距离为h_liq1，基底A的厚度为h_A=h_liq1，激光光束从低线密度一侧以θ角，首先照射到初始掩模A，设变间距光栅掩模中心线密度的负一级自准直角为θ-1，则入射角θ接近θ-1，θ与θ-1之间的偏差小于±0.5°，初始掩模A的零级和负一级衍射光形成的干涉条纹记录在基底A的光刻胶层即对基底A上的光刻胶层曝光，进一步显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤（3）、将基底A上记录的干涉条纹，即变间距光刻胶光栅掩模图形转移到熔石英基底上，即通过反应离子束刻蚀一定槽深，槽深刻蚀参数为满足近场全息曝光时两干涉光束对比度即位相掩模的零级和负一级衍射效率的比值，当该比值在90%以上，去除残余光刻胶，至此便得到过渡掩模：掩模B；
步骤（4）、将步骤（3）制得的掩模B以步骤（2）的光路进行曝光，不同于步骤（2）中的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B的距离为h_liq2=h_liq1，基底B的厚度为h_B =h_A，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤（3）实验，至此便得到与初始掩模A线密度分布一致的掩模C-0；
步骤（5）、在步骤（2）中采用初始掩模A对厚度为h_A=h_liq1的基底A进行近场全息曝光-显影，不同于步骤（2）的是入射方向为从低线密度方向以略微偏离θ-1的θ角入射，初始掩模A的光栅图形面到基底A的光刻胶层的距离为h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底A；显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤（6）、对步骤（5）中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤（3），至此便得到厚度h_A=h_liq1的过渡掩模：掩模B；
步骤（7）、将步骤（6）制得的掩模B以步骤（2）的光路进行曝光，不同于步骤（2）的是入射方向为从高线密度方向以略微偏离θ-1的θ角入射，掩模B的光栅图形面到基底B的距离为h_liq2=h_liq1，基底B厚度为h_B =h_A，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤（3）实验，至此，通过微调入射角θ，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模C-n，n为非零整数编号；
步骤（8）、在步骤（2）中采用初始掩模A对基底A进行近场全息曝光-显影，不同于步骤（2）的是基底A的厚度h_A≠h_liq1，显影后获得变间距光刻胶光栅掩模；
步骤（9）、对步骤（8）中获得的变间距光刻胶光栅掩模进行步骤（3），至此便得到厚度h_A≠h_liq1的过渡掩模：掩模B；
步骤（10）、将步骤（9）制得的厚度h_A≠h_liq1的掩模B以步骤（2）的光路对厚度为h_B=h_A的基底B进行曝光，不同于步骤（2）中的曝光的是入射方向改为从高线密度方向以θ角入射，且掩模B的光栅图形与基底B的光刻胶面的间距调整为h_liq2=h_A≠h_liq1，由此得到光刻胶表面记录有干涉条纹的基底B；再进行步骤（3）实验，至此，通过微调过渡掩模B的基底厚度，便得到与初始掩模A线密度分布有一定偏移量的掩模D-n，n为非零整数编号。
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