大口徑衍射光學(xué)元件的離子束刻蝕及相關(guān)問題的研究.pdf

1、衍射光學(xué)元件廣泛應(yīng)用于紅外成像系統(tǒng)、光譜分析以及其他現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光器中的重要元件--大口徑衍射光學(xué)元件的制作成了重要的究課題?，F(xiàn)在大口徑衍射光學(xué)元件的制作主要采用全息曝光和離子束刻蝕相結(jié)合的方法。表征大口徑衍射光學(xué)元件性能的主要因素包括均勻性、衍射效率以及激光損傷閾值。如何通過離子束刻蝕技術(shù)提高大口徑衍射光學(xué)元件的性能，得到均勻性更好、衍射效率更高以及高激光損傷閾值的光柵是制作工藝中的重點研究內(nèi)容。
　　

2、 本文的研究內(nèi)容定位于離子束刻蝕技術(shù)，重點關(guān)注的是刻蝕的均勻性以及多層介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵(PCG)的離子束刻蝕情況。近來，隨著高功率激光器的不斷發(fā)展，衍射光學(xué)元件的口徑不斷增大，對離子束刻蝕提出了更高的要求。目前，國內(nèi)大口徑元件的制作已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，基于大口徑光學(xué)元件的大型激光器也已建成出光。大口徑衍射光學(xué)元件的離子束刻蝕課題受到了國家863課題重大項目的資助，作者在導(dǎo)師組的指導(dǎo)下從事了課題的研究工作。作者的主要工作有以下幾個方面：

3、
　　 1.提高離子束刻蝕均勻性對于大尺寸衍射光學(xué)元件而言，尺寸的增加給全面積均勻性帶來了更大的挑戰(zhàn)。整個工藝流程中都對均勻性有著很高的要求。我們使用的離子源束流密度均勻性在需要的工作尺度范圍內(nèi)達(dá)不到要求，而樣品所處的工作臺又只在短軸方向(即橫向)掃描，所以，離子束流密度沿著長軸方向(即縱向)的均勻性修正顯得極為重要。
　　 離子束流的均勻性主要和氣體流量分布、離子源參數(shù)設(shè)置以及束闌形狀有關(guān)系。本文的工作重點在于調(diào)整束闌

4、形狀改變束流均勻性。首先是制作整體束闌，其次是制作分離式石墨條束闌，最后通過樣品的縱向平移來提高離子束刻蝕的均勻性。具體修正內(nèi)容包括縱向束流密度分布的測量與定位、橫向束流密度分布曲線的測量以及積分、縱向束流密度分布的修正。
　　 2.多層介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵的離子束刻蝕多層介質(zhì)膜脈沖壓縮光柵的離子束刻蝕包括兩個部分：初始光刻膠掩模的定性判斷與修正；離子束刻蝕中的圖形轉(zhuǎn)移情況。
　　 首先，由于全息曝光得到的光刻膠掩模的部分

5、區(qū)域可能有殘余底膜存在，殘余底膜不僅影響圖形轉(zhuǎn)移精度而且影響刻蝕均勻性，故而需要判斷掩模情況，并對可以修正的掩模進(jìn)行等離子體灰化修正掩模形狀。本論文中的等離子體灰化實驗是在我室自行研制的大尺寸衍射光柵灰化裝置上進(jìn)行的。初始光刻膠掩模到底情況，主要通過光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡的觀察結(jié)果進(jìn)行判斷。實驗中對于小尺寸的實驗片還采用了掃描電鏡(肖特基場發(fā)射掃描電子顯微鏡)看其斷面輪廓的方法，來了解掩模具體情況。
　　 通過大量的統(tǒng)計結(jié)果，

6、得到定性的判斷，即要求掩模高度>300nm，占空比>0.3，全面積衍射效率>80％且均勻。本論文中，基于現(xiàn)有的測量儀器，設(shè)計了一個新的光路來更精確的測量脈沖壓縮光柵的衍射效率。該光路消除了激光器中808 nm光源的影響，并削弱了光源中TM偏振的影響，減少了探測器疲勞以及光源波動帶來的衍射效率測量誤差。
　　 其次，為了得到更好的刻蝕選擇比，以降低光刻膠掩模加工難度，選用對光刻膠具有保護作用的CHF3作為工作氣體。我們通過對小樣品