柱面图形光学刻划的研究

　　1　引　言

　　长久以来,国内的光学刻划技术一直局限于在平面上刻划条纹图案。虽然采用刀刻的方法已制作出曲面衍射光栅,但能否在曲面上用光学刻划的手段刻制条纹图案,在此之前尚缺乏这方面的研究。然而,随着我国航天事业的发展,空间光学技术也随之应运而生并飞速发展,对于研制的某高级航天遥感器,急需攻克柱面图形光学刻划技术,以满足系统的设计需要。在此　　前提下,圆柱面上光学刻划图形的研究便提上日程。该项技术的研究,拟解决的关键问题有三个:(1)如何在圆柱面上涂布光刻胶;(2)刻划间隙的选取(接近式光刻);(3)新型光刻掩模板的研制。下面详细讨论其解决方法。

　　2　柱面涂胶问题

　　在圆柱面上涂布厚度均匀一致的光刻胶层,用通常的离心式涂胶法已难以实现,经过反复的方案比较,决定采用提拉法涂胶,该方法具有简易、无需精密设备和熟练的操作者等优点。提拉法涂胶的提升速度直接决定了涂布胶层的厚度;此外影响胶层厚度的因素还有温度、湿度、光刻胶粘度等。首先根据曝光量、图形分辨率及图形质量要求确定胶层厚度,然后再采用实验测定及曲线拟合的方法找出厚度与提升速度的关系,依据此关系按需要的胶层厚度即可知应采用的提升速度。

　　光刻胶层太薄易出现针孔,但感光时间短、分辨率高;胶层太厚,则感光时间长,显影困难甚至无影像出现,但针孔等缺陷少易于控制。光刻胶厚度与光刻条纹的分辨率成反比,所以希望胶层尽量薄,但考虑到针孔问题不宜太薄,取0.5～1.0μm为宜。用国产Bp-212(T)型正性光刻胶,在笔者设计涂胶装置中对胶层厚度与提升速度的关系进行实测,数据示于表1、表2。

　　根据上述实测数据,用最小二乘法进行曲线回归及数据拟合得结果示于表3。

　　由表中数据可知,变量间拟合较好,回归效果显著。

　　拟合曲线如图1所示,在Ⅰ区,d与V基本上呈线性关系,此区域胶层厚度较易控制;在Ⅱ区,d与V的线性程度差一些。当粘度一定时,胶层厚度d与提升速度V的关系也就唯一确定,根据确定的d即可由回归方程(1)、(2)找出相应的提升速度V。

3　刻划间隙的确定

　　待刻坯件为一圆环,外径320mm,内径270mm,　厚30mm,被刻面为外侧圆柱面。由于圆柱面上整个圆周曝光坯件需转动,若采用接触式曝光法则易损伤光刻胶层,故选用接近式曝光法。对于接近式曝光的刻划间隙问题前人曾作过讨论[1],但其前提是用复眼柱面透镜照明系统。因复眼柱面透境加工难度大、费用高、周期长,为此,笔者提出能否用普通平行光照明系统代替复眼透镜系统,经理论分析及实验证明,对于100对线/毫米线密度以下条纹图案的光刻,完全可用普通平行光照明系统在较大的刻划间隙下得到满意的刻线。详细的理论分析及实验方法另有文章介绍[2],在此仅给出结果如下: