用激光光刻法制备大直径衍射元件

           1.引言

           现在，绝大多数光学系统依靠反射或折射元件来实现某些功能。有资料表明，衍射光学元件(DOE’s)在特定应用中具有某些优点。

          有各种制备DOE，s的技术，如金刚石切削　　技术可以把各种红外材料、金属或塑料制成衍射表面。还有一种金刚石工具可用来直接在衬底材料上切削出衍射表面的凸凹纹。金刚石切削一般用在反射金属表面或红外材料(如锗)上。也有可能用金刚石加工应用于注模塑料法中的母版元件。金刚石切削技术能制备具有高衍射效率的衍射表面。

         用该技术获得最佳衍射效率的关键在于如何将金刚石工具顶端雕刻成所希望的形状。这一技术的主要缺点是加工工具成本过高，而且难以将其用在一些光学材料(如玻璃)上制备衍射表面。

　　光刻法一直被广泛用于制备各种衍射光学元件。然而，它依赖于那些无法适应各种不同尺寸光学元件要求的加工工艺和设备。例如:对于某种触点式打印机或晶片步进器，如果不做设备改进，则很难接受一个较厚的光学衬底。     此外，高质量的带形图案保真度要求多掩模配准，而这一点很难实现。大孔径衍射硅元件的潜在商业应用之一是光刻系统。对于深紫外线准分子激光光刻系统来说，硅是一种很合适的衬底材料，可用来制备透射光学元件。在这种光学系统中，衍射光学元件可用于校正系统中的色差和波前误差。应用于光刻系统中的衍射元件必须有高效率以保持系统中光足够的通量和高图像对比度。此外，散射光也对光刻系统的工作明显有害。大尺寸光刻透镜要求具有制作几十毫米级口径衬底的能力，而很难利用光刻设备来制备这种大口径透镜。因为它要求在光学衬底上将几种曝光范围重合在一处，而这种重合通常会引起误差，从而使最小线宽的获得受到限制。电子束刻划掩模可实现大面积刻划，但它要求更大直径的触点式打印机。大直径DOE’s的应用还包括提供非球面波前的衡消光学系统和干涉透射球面波前的聚焦光学元件。

　　本文讨论了采用激光光刻技术设计的专用于制备大直径(大于200mm)轴对称衍射元件的设备的设计与操作。与以往的轴对称激光光刻机不同，该设备是被优化用来在光致抗蚀剂　　上产生持续表面凹凸图纹的。这种图纹可被复制到衬底上，在使用硅作衬底时，甚至可借助于反应离子刻蚀直接将其蚀刻在衬底上。

　　2.激光光刻机的设计和操作