第4章　衍射光学元件的加工技术.ppt

第四章衍射光学元件的加工技术 4 1掩模套刻技术 制作出元件的掩模版利用掩膜版光刻胶基片进行曝光 将元件放在显影液中显影 将元件放在刻蚀系统中进行刻蚀 最后清洗掉元件表面的光刻胶 便制成了衍射光学元件 分类 台阶型轮廓的二元光学器件是利用标准的大规模集成电路生产工艺制作的 它分加法相减法两种工艺途径 减法工艺 又称刻蚀法 首先制作黑白图案的掩模版 利用光刻技术将图形转印到涂在基片表面的光刻胶上 再经过刻蚀技术将光刻胶表面图形转印到基底上 在基底表面形成两台阶结构 多次重复上述工艺过程 就可制作成多台阶表面浮雕轮廓相位型光学器件 加法工艺又称薄膜淀积法 其流程与减法相同 唯一不同的是 台阶的形成不是通过刻蚀 面是淀积一定厚度的薄膜 优缺点 淀积法的优点是能够实现膜层厚度的实时监控 台阶深度精度高 而刻蚀法则在结构强度及其牢固性方面优于薄膜淀积法 一 掩模版制作掩模版可用绘图机绘制成红膜图再精缩而成 也可用光学或电子束图形发生器直接曝光生成图形 图示即电子束图形发生器制作掩模版的过程 首先在计算机内绘制掩模图形 并按一定的数据格式存入数据文件 然后由图形发生器转换成控制电子束偏转和位移的量 并驱动电子束对铬和抗蚀层基片表面曝光 经过显影后在抗蚀层上形成掩模图案 再用溶液去掉未被抗蚀层保护的铬层及残留抗蚀层 最后形成黑 有Cr区域 白 无Cr层区域 图案的掩模版 这种方法的制版分辨率约0 1 m 电子束偏转范围10 m 10 m 通过移动掩模版 最大制版面积为 200 200 mm2 光学图形发生器是用光束代替电子束完成光刻胶曝光 由于光的波长较电子束波长长得多 其分辨率比电子束低 约0 5 m 一般可制作小于20 32cm 8in 的掩模版 但因其设备较电子束图形发生器便宜得多 仍是目前最常用的一种制版方法 绘红膜图制版是利用绘图机将图形直接绘制在红膜上 再经过粗缩和精缩将红膜图缩小转印在干版上 这种制版方法最简单 分辨率约1 m 制版面积最大可达 200 200 mm2 二 曝光过程曝光过程是把掩模板的图案向涂有光刻胶的基片进行转移的过程 这一过程主要包括基片预处理 涂胶 前烘和曝光 基片预处理是对基片进行清洗和干燥 目的是去掉基片表面的灰尘和污垢 使光刻胶能够均匀的附着在基片的表面 一般可以采用洗涤剂或丙酮和酒精溶剂来清洗基片表面的有机油污和尘埃颗粒等杂质 但在对基片预处理的工艺工程中 去掉基片表面上吸附的水分是比较困难的 在单晶硅基片的预处理中 对涂有负性光刻胶的基片有时采用200 烘烤去掉表面的物理吸附水 以减少光刻胶和基片表面的接触距离 使粘附力增加 但对一般的正性光刻胶和对粘附性要求特别高的涂胶工艺 烘烤基片的方法还是远远不够的 一般的方法是采用硅有机化合物 使基片表面在短时间内由亲水性转变为憎水性 从而提高了各种去水性光刻胶与基片之间的粘附力 涂胶就是在基片表面覆盖一层光刻胶 这是光刻胶的成膜过程 对这一步的要求是所涂的胶膜必须均匀 且应该达到制作光栅工艺所要求的厚度 涂胶的方法很多 有喷雾涂胶 流动涂胶 浸润涂胶 滚动涂胶和旋转涂胶等 比较常用的是旋转涂胶法 从所涂胶膜厚度的一致性和稳定性来说 旋转涂胶法比其它方法要好 涂胶时 所涂胶膜的厚度与许多因素有关 除了与光刻胶的固含量 胶液粘度和胶的种类外 还与涂胶台的温度 涂胶台的构造形式 排气量的大小 胶液滴加量的多少 光刻胶溶剂的气化速率等因素有关 在上述条件变化不大的情况下 膜厚主要取决于光刻胶的粘度和涂胶台的转速 在实际操作时 可以通过合理的选取光刻胶的型号和涂胶台的转速来涂出所需要的胶膜 前烘在涂好的胶膜中 常含有很多溶剂 这将使得胶膜的致密性及其与基片表面的粘附性变差 从而使显影液的溶解速度不稳定 同时在微细加工过程中容易造成物理损伤 为此 必须对胶膜在一定温度下进行烘焙 即前烘 其目的主要是为了消除胶膜中的溶剂 从而保证曝光的重现性和显影时成像良好 前烘可采用热板 热风循环式或对流式烘箱 在前烘中 非常关键的一点是选择前烘的工艺参数 不同胶种应选择不同的工艺参数 以确保光刻线条的质量 美国Shiply公司生产的正性光刻胶的前烘温度通常在100 120 不同型号的光刻胶的前烘温度略有差异 曝光前烘后的光刻胶经过曝光进行光化学反应 便把掩模版的图案转移到光刻胶膜上 根据光刻胶的感光特性 以及涂胶膜厚 掩模版厚度和曝光面积等 原则上就可以确定光刻胶的感光条件即感光能量 对于固定光源和照明强度的曝光系统 就可以确定曝光时间 尽管各种胶都标有感光灵敏度指标和曝光参考条件 但由于工艺操作和系统的偏差 还是要通过实验严格确定最佳曝光时间 曝光时间过短 显影后留膜率低 胶膜会发黑 出现针孔 胶抗蚀能力差 曝光时间过长 会导致图案边缘部分微弱感光 产生 光晕 现象 同时胶膜会起皱 使图形分辨率和精度降低 除了特别注意曝光时间外 还应注意曝光时的环境状况 曝光的方式主要有接触式曝光 接近式曝光 投影曝光 接触式曝光是使用的最早和最广泛的曝光方式 该方法设备简单 生产效率高 这种方法的最大缺点是掩模和胶面的直接接触造成对胶面和掩模版的损伤和玷污 降低了掩模的使用寿命 接触式曝光需要操作人员在显微镜下观察和套准并使基片和掩模紧贴 曝光精度受到曝光系统和操作者熟练程度的影响 接近式曝光是在接触式曝光的基础上发展而来的 这种方法是使光刻掩模与加工基片表面保持很紧的距离 利用高度平行的平行光来进行曝光 接近式曝光解决了掩模版和胶面紧贴造成的损伤和玷污问题 提高了胶的抗蚀能力和掩模版的使用寿命 这种方法的缺点使是图像的分辨率和精度有所下降 投影光刻属于非接触曝光系统 光源发出的光经聚光系统照射掩模版 所得的像用光学投影的方法通过物镜系统聚焦于基片表面的光刻胶上 使其曝光 投影光刻分为等倍投影和缩小投影两种 其中 等倍投影曝光系统虽然克服了接触曝光中掩模版和胶膜表面摩擦的缺点 但在工艺上尚存在许多问题 例如 有效曝光面积小 分辨率也不高 光路长和有效景深浅等 缩小投影曝光系统是对等倍投影曝光系统的改进 它具有许多优点 1 掩模版尺寸可以比实际尺寸大的多 因而避免了小图形制版的困难 2 并且也因此易于对准 对准精度很高 3 消除了由于掩模版图形线宽过小而产生的光衍射效应 4 同时光能集中 曝光时间短 所生成的图形的对比度高 缩小投影曝光也有一些缺点 例如曝光面积小和有效景深很浅等 曝光原理正性光刻胶的主要成分为酚醛树脂 光敏化合物 PhotoActiveCompound PAC 重氮萘醌 DNQ diazonaphthoquinone 及有机溶剂 曝光前 酚醛树脂的羟基与DNQ通过氢键作用 形成了稳定的六元环结构 抑制了树脂的溶解 曝光时 光刻胶中的六元环结构被破坏 光敏化合物重氮萘醌因吸收紫外光而发生光化学反应 重氮萘醌失去一分子氮 生成碳烯 并迅速发生Wolff重排而转变成烯酮 同时 由于分子结构和其电子排布的改变 引起了自由能的相应变化 因而在光解处放出大量的热 导致光解处的瞬时温度迅速上升 1mol的分子在发生光化学反应时放出约66kcal的热量 另外 曝光过程中光解处温度的升高将加快OH与C O切断 苯酚串从受体断开 切断了的苯酚串不再极化 仅相当于普通苯酚树脂 失去了抑制溶解的能力 烯酮遇碱水 生成盐 产生大量的外加亲水点 导致曝光区的溶解速率远大于未曝光区的溶解速率 三 显影过程显影过程是把曝过光的光刻胶进行进一步的处理 使不可见的光刻胶潜像变成可见的光刻胶实像 从而使胶膜变成刻蚀用的掩膜 这一过程主要包括显影 漂洗和后烘 显影显影就是把经过曝光的基片放置在特定的溶剂中 把不需要的胶膜溶解去除的过程 对负性胶一般采用有机溶剂作为显影剂 把未曝光的胶膜溶解掉 对正性光刻胶则采用无机碱或有机碱的弱碱性水溶液作为显影剂 将曝过光的胶溶解掉 显影主要有浸入法和喷淋法两种方法 其中喷淋法是将低压高分散的显影液流经胶膜表面 这样不仅使获得的图像更为清晰 还能减少负性胶的高分子溶胀 有利于高分辨率图像的刻蚀 是目前用的较多的一种方法 光刻胶显影的工艺条件由光刻胶的显影特性决定 其工艺条件除了与显影液的种类 性质 显影方法 前烘及曝光等有关之外 最基本的是选择合适的显影温度和显影时间 一般选取20oC左右为光刻胶显影温度 这时显影时间大约为1 2min 其随膜厚等条件的不同而有差异 显影温度过高 由于溶解速度太快 会影响图形精度 温度过低 由于反应太慢 显影时间过长 会引起胶膜的溶胀和图案边缘的渗透钻蚀 甚至出现浮胶 因此在显影时 应严格控制显影时间和显影温度 漂洗漂洗紧接着显影进行 其目的是除去残留在膜胶或基片表面的显影液和某些颗粒性物质 良好的漂洗液还能消除显影时胶的溶胀和形变 改善成像精度 漂洗也有浸入法和喷淋法两种 后者的效果比较好 各种光刻胶都配有专门的漂洗液 后烘后烘又称为坚膜 就是将漂洗过的基片在一定的温度下进行焙烘 后烘的目的是为了除去残存的溶剂 改善由于溶液浸泡造成的聚合物软化和膨胀情况 使胶膜致密坚固 并通过热致交联 进一步提高胶膜与表面的粘附能力和抗化学刻蚀能力 减少刻蚀时的钻蚀和针孔 后烘的温度和时间要适当选择 若后烘不足 溶剂去不干净 则胶膜不够致密和坚固且抗蚀性差 在刻蚀时会发生浮胶和严重侧蚀等 若后烘时间过长 会使胶膜发脆 从而产生因热膨胀而弯曲 剥落和图案形变等情况 刻蚀时会发生钻蚀或浮胶 温度过高时会使光刻胶因热分解而失去抗蚀能力 后烘的工艺条件应根据光刻胶的种类 聚合物的结构性能以及刻蚀工艺的要求而确定 四 刻蚀过程在基片经过涂胶 曝光和显影后 已经在基片表面上形成一层图案化的光刻胶掩膜 然后需要通过刻蚀把光刻胶的掩膜图案转移到基片上 形成衍射光学元件 这一过程主要包括刻蚀 去胶和检测 刻蚀就是把基片上没有被光刻胶挡住的表面如玻璃 硅 金和锗等刻蚀掉 而使有光刻胶的遮蔽区保存下来 这样便在基片表面得到所需要的图案 这是整个微光学元件加工过程中非常重要的一个环节 为了得到良好的面形 采用离子束刻蚀 它具有高的刻蚀分辨率和良好的刻蚀面形 刻蚀速率影响着刻蚀均匀性 如果元件的各点刻蚀速率都一样 那么元件的表面光洁度最好 而刻蚀速率和束流密度成正比 因此应考虑尽量得到均匀的束流密度 根据定量计算束流密度的刻蚀测量法知 随着刻蚀时间的增加 单一刻蚀材料刻蚀均匀性趋于束流均匀性 由于在离子束刻蚀中采用了旋转台技术 在较长时间内 可以认为其束流是均匀的 因此为了保证元件的光洁度 常采用降低刻蚀速率 增加刻蚀时间的方法 常规的离子束刻蚀是指使用高能惰性气体离子束轰击元件表面 从而使元件表面被刻蚀 为纯物理过程 是以离子与材料原子进行动量交换为机理 通过离子撞击材料表面及材料原子和原子间的级联碰撞过程 离子将其携带的动量或能量转移给材料原子 打破原子间的结合和产生活化原子的动量矢量反转 形成材料原子的物理溅射 一个入射离子轰击材料表面的作用范围约为10 20cm3 作用时间约为10 12秒 通常各种材料原子键合力约为1 3eV 因此 离子束刻蚀是对材料原子层连续去除的过程 低真空 机械泵高真空 分子泵充入Ar气刻蚀 旋转台等待取样品 反应离子刻蚀反应离子刻蚀是选择相应的化学气体 利用在等离子体腔中产生的等离子体 通过对被刻蚀基片的物理溅射轰击和化学反应双重作用 获得抗蚀剂掩蔽下的精细三维微浮雕结构 它依赖于低压放电所产生的由离子 电子和中子组成的部分电离气体 反应气体用以进行选择性刻蚀 使光刻胶和基底的刻蚀速率不同 从而可以实现放大或缩小传递 不同的待刻材料所选刻蚀气体的差异 可对刻蚀速率及刻蚀表面的粗糙度产生很大的影响 例如 加入氟化物气体会增大石英基片的刻蚀速率 加入氧气会增大光刻胶的刻蚀速率 ME 3A型多功能机既可作反应离子刻蚀 RIE 又可作磁增强反应离子刻蚀 MERIE 且转换十分方便 只需拨一下开关 由于有磁场的作用 它在较高真空度 1Pa 下亦可起辉并稳定工作 因此 它不仅可用于常规的半导体干法刻蚀 还特别适用于亚微米和边沿陡直图形的刻蚀 使用不同的气体 它可刻蚀Si3N4 Si02 磷硅玻璃 Si poly Si W WSi Mo 石英 铌 正 负光刻胶 聚乙酰亚胺等材料 该机型具有六路进气入口 其中二路用于气路清洗 采用2或4个质量流量计 用户自选 控制气流流量 因此重复性好 可自动控时 另外 该机预抽真空的时间很短 3 5分钟 工作效率高 操作简单 主要技术指标 射频功率 10 500瓦 可调 真空系统 110升 秒分子泵机组均匀性 5 4英寸内 反应室尺寸 内径300mm整机尺寸 1 06 0 7 1 32m3 台阶式二元光学元件的制作需要多次重复掩模图形转印和刻蚀 或薄膜淀积 过程 加工环节多 周期长 且对准精度难以控制 此外 用台阶型浮雕轮廓近似连续浮雕轮廓 本身就带来误差 要减少这种近似误差 必须增加台阶数目 但随着台阶数目增加 图形线条变细 对准精度要求提高 加工更困难 为此 研究并发展了一种直写方法 即利用可变曝光剂量的激光束或电子束直接对涂在基片表面抗蚀材料曝光 显影后在抗蚀层表面形成所要求的连续浮雕轮廓 因其一次成形 器件的衍射效率和制作精度较台阶型器件有较大提高 直写技术不需要掩模板 可以在光刻胶表面直接产生浮雕轮廓 因此成为 直写 4 2直写技术 采用电子直写技术制作二元光学器件始于20世纪80年代初 首先制作的是闪耀光栅和菲涅耳透镜 所用的电子束直写设备不同于现在市场上用于IC制作的设备 而是经过改造的电子扫描显微镜 目前常用的有电子束和激光束两种直写方法 电子束方法制作精度较高 适于加工最小水平线宽小于0 5 m的器件 激光直写方法多用于最小水平线宽大于0 5 m的器件制作 一 激光直写以闪耀光栅制作为例 首先由元件表面设计结构 根据抗蚀材料的显影特性计算确定表面各点所需的曝光量分布 并将该数据存入计算机 然后对基片上抗蚀剂进行扫描式逐点曝光 显影后在其表面形成连续变化的浮雕结构 恰当地选择实验参数即可得到与理想结构十分接近的浮雕结构 对其进一步刻蚀还可以将抗蚀剂表面的结构转移到基底上 对于二元光学透镜 可以通过一次曝光 显影产生八台阶结构 直写的最大优点是工件定位后可一次写出多相位阶数或连续相位的二元光学器件结构 而避免每次掩模套刻后要进行一次刻蚀 再行精确复位 套刻次数越多越易丧失共轴精度 总之 直写法较适用于高精度单件生产 激光直写是一种新的DOE制作技术可在光刻胶的表面直接写入多台阶连续位相浮雕微结构 与二元光学 VLSI 方法相比工艺简单避免了多套掩模之间的套刻对准环节 改善了DOE的加工精度 从而提高DOE的衍射效率 激光直写制作DOE是把计算机控制与微细加工技术相结合为DOE设计和制作的方法提供了极大的灵活性制作精度可以达到亚微米量级 激光直写系统如图所式 基片置于x y平台上 被聚焦的He Ne激光束在计算机控制下对基片进行光栅式扫描并变剂量地曝光 x y平台由线性马达驱动 干涉仪控制精确定位在4个气垫支柱支撑的花岗岩石平台上滑动 其x y平台最大滑动范围300mm 300mm 可满足大多数二元光学器件的制作 静态定位精度100nm 干涉仪脉冲宽 32 20nm 动态定位精度即当平台沿x方向以10m s速度移动时 y方向位置的稳定程度定位均方差为150nm 而且一起配有防震装置 He Ne激光器的输出强度由声光调制器控制 以改变曝光量 还可选择有不同的放大倍数的聚焦物镜 以改变直写光束光斑大小 常用的50 物镜产生焦斑约1 5 m 1 e光强点 另外由压电陶瓷控制可实现自动调焦 常用工作参数为 扫描线间距1 m 写入速度10 m s 焦斑大小1 5 m 可据图形特点选择不同大小的光斑 大光斑制作的元件表面轮廓较光滑 小光斑线条分辨率高 但会引起调制结构 光斑大小 曝光量和线条间距三个参数是互相影响的 实际工作个必须统筹兼顾 存在问题激光直写技术制作器件最大的问题是不能精确控制轮廓深度 加工轮廓深度与曝光强度 扫描速度 抗蚀剂材料 显影液配方和温度状态以及显影时间等多种因素有关 任何一个因素的改变都会引起轮廓深度误差 目前只能依赖于操作人员的经验和恒定的工作条件 另外一个是连续轮廓器件共同面临的问题 由于抗蚀材料和基底的刻蚀速度不同会引起转移轮廓变形 一般在抗蚀剂表面制作微结构具有以下缺点 1 抗蚀材料表面比较粗糙 引起反散射 降低器件光学性能 2 抗蚀剂材料机械强度低 易受磨损且不适用于恶劣环境 为克服上述缺点则需要将抗蚀材料表面轮廓转移到基底上 二 电子束直写方法采用电子直写技术制作二元光学器件始于80年代初 首先制作的是闪耀光栅和菲涅耳透镜 电子束直写原理与激光束直写相同 基于电子束在抗蚀层表面曝光剂量与显影后抗蚀层高度的线性关系 将光学元件轮廓分布用曝光剂量的大小表示出来 再用该剂量的电子束对基片逐点曝光 显影后得到设计的连续表面轮廓 电子束直写制作器件的具体工艺过程如图所示 在基片上蒸镀一层导电膜 导电层具有释放静电功能 可避免写入过程中基片表面静电积累而影响实际曝光剂量大小 在导电层上涂一层抗蚀剂 先烘烤 再经曝光 显影完成母版制作 同样也可用反应离子束刻蚀将抗蚀层表面结构转移到基片上 电子束抗蚀材料与光学抗蚀材料不同 它是对电子束敏感的 现在常用的有表所列四种材料 表中比较了它们的灵敏度和抗刻蚀性 抗蚀材料的显影特性是决定器件质量的重要因素 图是两种抗蚀材料PMMA和EBR一9的显影特性曲线 图的上方为曲线的二次拟合解析式 显然 显影后移去的蚀层深度与曝光剂量不是严格的线性关系 在制作过程中应予以适当考虑或修正 电子束直写与激光束直写一样 存在轮廓深度难以精确控制和到蚀图案变形问题 此外 电子束曝光量是靠在每个格点的驻留时间来控制的 而激光束是靠强度的改变 因此局部轮廓的高低不仅与局部电子束曝光剂量有关 还与临近区域的曝光剂量行关 对复杂轮廓器件 其曝光量的控制是很困难的 电子束直写技术还有一潜在问题就是曝光时间长 增加了元件制作费用 解决该问题的一个方法是采用变分辨率电子束直写法 即用粗的电子束描述粗图形线条 而用细电子束描绘元件的细微结构 比较 激光束直写或电子束直写方法相比 则具有成本低的优点 虽然其加工精度有待提高 但总的说来 这是一种较有前途的制作方法 4 3灰度掩模技术 一 灰度掩模法灰度掩模法是正在积极探索的一种二元光学器件制作方法 通过在掩模平面内不同位置提供不同的透过率 单一的灰度掩模便含有了一组二元掩模的全部信息 在经过一次光刻后 就可得到所需要的台阶或连续变化的浮雕轮廓 该方法只经一次图形转印 与通过多次套刻和图形转印的传统二元光学器件制作方法相比 无对准误差 周期短 方法简单 灰度掩模根据制作设备及原理可分为直写灰度掩模 模拟灰度掩模和其他灰度掩模 直写灰度掩模是指用激光直写设备或电子束直写设备制作的灰度掩模 模拟灰度掩模则是通过改变二元掩模透过部分的数目和面积 利用不同的二元掩模编码方案 通过投影光刻系统进行空间滤波形成的灰度掩模 有两种方法可以产生模拟灰度掩模 一是对带有方孔的网板光掩模进行空间滤波 二是对特殊的浓淡点图进行空间滤波 利用激光直写设备在HEBSG 高能离子束轰击敏感玻璃 玻璃上制作灰度掩模 使用稀释氢氟酸直接刻蚀灰度掩模平面 由于不同的灰度决定玻璃掩模表面的不同刻蚀速率 刻蚀后对掩模进行低温漂白产生透明的位相调制 由此得到所需的表面浮雕轮廓 使用这种方法已经得到16阶衍射微透镜和衍射效率高达94 的3 3透镜阵列 这种技术保证灰度掩模及微透镜的稳定性 与光致抗蚀剂和聚合物相比 离子交换掩模层也保证了均匀性 尽管一步直接刻蚀受HEBSG玻璃基底限制 但这种玻璃出色的透过率特性能使用在可见光及某些红外波段的DOE 直写灰度掩模的特点 精度较高 但与利用直写设备制作二元光学器件一样 所需设备十分昂贵 且制作灰度掩模的速度慢 成本高 模拟灰度掩模方法在常规的光学曝光装置中使用网板光掩模 调节孔的大小 调制光强度的变化 产生所需模拟灰度图形 从而在光刻胶表面产生预先确定的曲面轮廓 这种方法是建立在传统的铬网线的适当图形和光刻工艺常规设备和材料的基础上 比较简单和实用 不受任何特殊表面形状的限制 使用这种方法已经制作出棱镜 闪耀光栅 菲涅耳透镜等光学元件 使用简单的成像系统 在精缩过程中对特殊的浓淡点图进行空间滤波 产生模拟灰度图形 浓淡点图含有尺寸可变的点图形 光的灰度由白色背景上的黑点阵列提供 这种模拟方法产生一个高调制透过率轮廓 这种方法的制约因素是 浓淡点图的频率 光致抗蚀剂的最大厚度及图形的渐变厚度 使用这种方法已经得到闪耀光栅和透镜阵列 模拟灰度掩模的特点 可建立在传统光刻工艺 常规设备及材料的基础上 比较简单实用 但网板和浓淡点图的空间频率限制了最小特征尺寸的进一步缩小 其他灰度掩模利用桌面排版系统和MATHMATICA FREEHAND软件设计灰度掩模图形并制成幻灯片 然后再精缩到黑白胶片中形成灰度掩模 再经过光刻 刻蚀 在抗蚀剂材料上形成多台阶或连续变化的浮雕轮廓 该方法一次成形 价格低廉且无对准误差 是一种有前途的二元光学器件制作方法 使用这种方法已得到衍射效率85 的闪耀光栅 限制元件衍射效率的因素是相邻光栅周期之间的倾斜的侧壁 需使用具有更高性能的精缩机来改进 用高分辨率彩色打印机 300dpi 在透明片上制作彩色掩模图 彩色打印机能制作黑 蓝 绿 青 红 品红 黄和白八种色彩的图案 每种颜色代表一个灰度 将彩色透明片的图形转印到黑白胶片上 即可形成8阶灰掩模图形 但分辨率较低 采用精缩转印 一般缩小30倍 才能满足微光学器件分辨率的需要 器件的相位轮廓台阶直接受到打印机彩色等级限制 欲再增加台阶数必需制作另一块掩模板进行套刻 为了弥补标准二元光学制作方法中刻蚀深度精度不高的问题 以色列威兹曼 Weizmann 科学院电子所研究一种异常结构的二元光学器件的制作方法 记录材料由两种膜 Ni Cr和Al 层相互交叠而成 其中Al膜用H2PO4 HNO3 CH3COOH H2O 16 1 1 12溶液刻蚀 刻蚀速度为2 8nm s Ni Cr 80 20 膜用Ce NH4 2 NO3 6 CH3COOH H2O 5 1 40溶液刻蚀 刻蚀速度为2 2nm s 分别用不同的溶液对不同的膜层刻蚀 台阶深度等于各层膜厚 两层膜都用淀积法制作 厚度可精确控制 因此 这种方法的台阶深度精度高 与淀积薄膜精度一样 现已制作的工作波长10 6 m 直径15mm 焦距150mm的4台阶菲涅耳透镜衍射效率为81 1 接近理论值 4 4加工误差对器件性能的影