[发明专利]一种线栅偏振器的制造方法及制造系统

说明书

技术领域

本发明涉及线栅偏振器技术领域，更准确的说涉及一种线栅偏振器的制造方法及制造系统。

背景技术

偏振器在光学元件和光电子元件中应用广泛，其用于产生和检验线偏振光，且偏振器的性能好坏直接影响上述光学元件和光电子元件的性能。偏振器的实现可分为双折射晶体、偏振分光膜、高分子膜以及线栅等，其中，线栅偏振器是一种新型的偏振器。线栅偏振器包括衍射光栅和基板，衍射光栅在基板上以短于透射光波长的间距平行分布，即线栅周期小于入射光的波长。射线栅偏振器的光中，与线栅方向平行的光大部分被反射，与线栅方向垂直的光大部分透射。线栅偏振器具有体积小、结构紧凑、易于集成、对入射角不敏感的特点，存在广阔的应用前景。为了提高线栅偏振器的性能，需要线栅具有高深宽比结构，即线栅的槽深大于其周期。现有的线栅偏振器加工方法主要包括以下三种：

1、电子束直写，电子束直写的分辨率可达到几个纳米，其能够保证掩模的高精度，但是存在两个主要问题：首先，高能电子束存在散射，临近效应明显，其产生的二次离子会导致分辨率下降，不利于制作高深宽比的特征结构；其次，电子束直写加工效率低，设备昂贵。在电子束直写出光栅掩模图形以后，利用氯基气体反应离子刻蚀，将光栅掩模图形转移到金属膜层上。

2、全息干涉光刻，全息干涉光刻技术是制作周期性结构图形的主要手段之一，具有高分辨率、精度高等优点，可以方便的实现大面积批量制作。在全息光刻出光栅掩模图形以后，利用氯基气体反应离子刻蚀，将光栅掩模图形转移到金属膜层上。

3、纳米压印技术，纳米压印具有高分辩率、超低成本和高生产率等特点，但因其属于接触式图形转移过程，所需要的纳米压印模板的制作还是需要依赖电子束直写和全息干涉光刻等技术。通过纳米压印，得到光栅掩模图形以后，利用氯基气体反应离子刻蚀，将光栅掩模图形转移到金属膜层上。

综上，现有的线栅偏振器加工方法在实现高深宽比结构时均存在较大困难，无法在保证精度的同时控制成本，难以实现大面积线栅偏振器的制造。另外，上述三种方法均采用氯基气体反应离子刻蚀，生产安全性得不到保障。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种线栅偏振器的制造方法，采用层叠刻蚀的方式逐层制造线栅，采用全息光刻方法逐层制作光刻胶掩模，并采用离子束刻蚀方法实现掩模转移，并利用光学莫尔条纹方法将从第二层开始的光栅与第一层的光栅进行对准，制造高深宽比结构的线栅。

本发明的另一个目的在于提供一种线栅偏振器的制造系统，包括镀膜机、光刻涂胶机、PECVD装置、干法刻蚀机、离子束刻蚀机全息光刻系统、以及与所述全息光刻系统结合设置的光学对准装置，用于实施上述线栅偏振器的制造方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种线栅偏振器的制造方法，当制造两层的线栅偏振器时，包括步骤：

(1)在基片上镀制金属膜层；

(2)在金属膜层上涂布光刻胶；

(3)采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模；

(4)采用离子束刻蚀方法实现掩模转移，在金属膜层上形成沟槽，并清洗剩余的光刻胶；

(5)选取基片一侧边缘作为参考光栅区，其余部分作为制作区，在制作区沟槽内填入硅材料；

(6)采用离子束刻蚀方法对制作区表面进行抛光；

(7)在制作区表面镀制金属膜层；

(8)重复步骤(2)、(3)、(4)，且在重复步骤(3)时，采用光学莫尔条纹法进行光栅对准后进行步骤(3)；

(9)采用干法刻蚀去除硅材料。

优选地，当制造至少三层的线栅偏振器时，包括步骤：

(1)在基片上镀制金属膜层；

(2)在金属膜层上涂布光刻胶；

(3)采用全息光刻方法在光刻胶上制作光刻胶掩模；

(4)采用离子束刻蚀方法实现掩模转移，在金属膜层上形成沟槽，并清洗剩余的光刻胶；

(5)选取基片一侧边缘作为参考光栅区，其余部分作为制作区，在制作区沟槽内填入硅材料；

(6)采用离子束刻蚀方法对制作区表面进行抛光；

(7)在制作区表面镀制金属膜层；

(8)至少重复一次步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)，且在重复步骤(3)时，采用光学莫尔条纹法进行光栅对准后进行步骤(3)；

(9)重复步骤(2)、(3)、(4)，且在重复步骤(3)时，采用光学莫尔条纹法进行光栅对准后进行步骤(3)；

(10)采用干法刻蚀去除硅材料。