[發明專利]一種光柵的制備方法

有效

• 申請號: 201110333523.4
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN103091747A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 朱振東;李群慶;張立輝;陳墨
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G03F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光柵的制備方法。

背景技術

亞波長光柵是半導體工業以及精密儀器中最常用到的光學器件之一。亞波長光柵是指光柵的結構特征尺寸與工作波長相當或更小。制備高密度、亞波長、高占空比的亞波長石英光柵非常困難。需要應用到的刻蝕技術有電子束刻蝕、聚焦離子束刻蝕、深紫外光刻、光全息刻蝕以及納米壓印技術。其中深紫外光刻方法有著衍射極限的問題，此外上述方法都有諸如成本太高，不能工業化生產等問題。

石英光柵包括一石英基底，該石英基底的一表面上形成有多個凹槽。可以通過反應離子刻蝕(Reaction-Ion-Etching，RIE)方法實現對石英基底的刻蝕形成所述多個凹槽。現有技術中采用RIE技術刻蝕石英基底的過程中，多采用四氟化碳(CF₄)、六氟化硫(SF₆)作為刻蝕氣體對石英基底進行刻蝕。然而，RIE方法在刻蝕過程中，刻蝕氣體SF₆容易與石英基底發生反應生成氟硅碳化合物。該種氟硅碳化合物附著在石英基底的表面形成保護層，并阻隔刻蝕氣體與石英基底接觸，使刻蝕反應難以進行下去。

為了克服上述問題，可在刻蝕氣體中添加氧氣（O₂）。O₂可與刻蝕過程中生成的氟硅碳化合物反應進而燒蝕掉氟硅碳化合物，使刻蝕氣體CF₄和SF₆繼續和石英基底接觸并刻蝕石英基底從而使刻蝕反應連續進行。然而，O₂會與石英基底反應生成具有硅氧鍵和硅碳鍵的化合物，該種化合物同樣會附著在石英基底的表面形成保護層阻隔刻蝕氣體CF₄和SF₆與石英基底接觸。因此，O₂仍然會阻礙刻蝕反應的進行。由于上述問題，石英基底被刻蝕后凹槽的深度有限。通常，現有技術中制備得到亞波長石英光柵中的凹槽的寬度大于200納米，深度為200納米左右，深寬比僅為1：1，使其在光譜儀器、特種干涉儀、光盤技術和光互聯領域的應用有限。

發明內容

綜上所述，確有必要提供一種對光波的衍射性能較好的光柵及其制備方法。

一種光柵的制備方法，其包括以下步驟：提供一基底；形成一抗蝕材料薄膜于該基底的表面；納米壓印并刻蝕所述抗蝕材料薄膜，得到抗蝕層；形成一掩模層于所述基底表面，所述掩模層覆蓋所述抗蝕層以及基底通過所述抗蝕層暴露的表面；剝離所述抗蝕層及抗蝕層表面的部分掩模層，使基底形成一具圖形化的掩模層；采用反應離子刻蝕法刻蝕基底得到石英光柵，刻蝕過程中刻蝕氣體為四氟化碳、六氟化硫以及氬氣；以及去除掩膜層。

與現有技術相比，本發明通過在刻蝕氣體中添加氬氣作為刻蝕氣體，從而使氬氣在刻蝕過程中轟擊產生的氟硅碳化合物，使氟硅碳化合物中的硅氟健斷裂，從而減少了刻蝕過程中氟硅碳化合物的保護作用，使刻蝕反應可以持續的進行，從而得到凹槽的寬度為25納米至150納米，且深寬比大于等于6：1的亞波長光柵。

附圖說明

圖1是本發明提供的光柵的制備方法的工藝流程圖。

圖2是本發明提供的光柵的制備方法中所采用的圖形化掩模層的俯視圖。

圖3是本發明提供的光柵的制備方法中所采用的掩模層的制備工藝流程圖。

圖4是本發明提供的光柵的制備方法中所采用的刻蝕氣體的總體積流量不同時得到亞波長光柵中的單個凹槽的橫截面形狀示意圖。

圖5是本發明提供的光柵的結構示意圖。

圖6是本發明提供的光柵的低倍掃描電鏡照片。

圖7是本發明提供的光柵的高倍掃描電鏡照片。

圖8是本發明提供的光柵的結構示意圖。

主要元件符號說明