[發明專利]光柵的制備方法

有效

• 申請號: 201110333556.9
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN103086607A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 朱振東;李群慶;張立輝;陳墨;范守善
• 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: C03C15/00
• 分類號: C03C15/00
• 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，尤其涉及一種亞波長光柵的制備方法。

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)、三氟甲烷（CHF₃）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，刻蝕形成的凹槽的橫截面呈V型，凹槽的深度有限且其側壁不陡直，使光柵的衍射效果較差。

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的制備方法。

一種光柵的制備方法，其包括以下步驟：提供一基底，在基底表面形成一圖形化的掩模層；將該形成有掩模層的基底放入一反應性等離子體系統中，通入刻蝕氣體對基底進行刻蝕，刻蝕過程分為三個階段：第一刻蝕階段，刻蝕氣體的成分為四氟化碳和氬氣，四氟化碳和氬氣同時通入，四氟化碳和氬氣的總體積流量為40sccm至120sccm，四氟化碳的體積流量的范圍為10sccm至100sccm，氬氣的體積流量的范圍為1sccm至30sccm；第二刻蝕階段，刻蝕氣體的成分改變為四氟化碳、六氟化硫以及氬氣，且四氟化碳、六氟化硫以及氬氣同時通入，其中，刻蝕氣體的等離子體的總體積流量的范圍為40sccm至120sccm，其中，六氟化硫的體積流量大于四氟化碳的體積流量；第三刻蝕階段，繼續同時通入四氟化碳、六氟化硫以及氬氣，其中四氟化碳的體積流量大于六氟化硫的體積流量，四氟化碳的體積流量的范圍為20sccm至80sccm，六氟化硫的體積流量的范圍為5sccm至50sccm，氬氣的體積流量為5sccm至40sccm；以及去除掩模層，得到一光柵。

相對于現有技術，本發明提供的光柵的制備方法具備以下有益效果：

（1）通過在第一刻蝕階段，控制四氟化碳和氬氣的總體積流量為40sccm至120sccm，四氟化碳的體積流量的范圍為10sccm至100sccm，氬氣的體積流量的范圍為1sccm至30sccm，首先在基底的表面形成多個深度較淺的凹槽，確定光柵的占空比，如此有利于在第二刻蝕階段，通過加大六氟化硫的體積流量迅速加深凹槽的深度，避免了直接進行第二刻蝕階段，凹槽的寬度會被拓寬，使光柵的占空比不準確；

（2）在第二刻蝕階段，通過控制刻蝕氣體的總體積流量的范圍為40sccm至120sccm，其中，六氟化硫的體積流量大于四氟化碳的體積流量，使刻蝕過程主要為沿著凹槽的深度方向刻蝕，較快的增加了凹槽的深度，保證了刻蝕精度和深寬比；

（3）通過在第三刻蝕階段，控制六氟化硫的體積流量的范圍為5sccm至50sccm，四氟化碳的體積流量的范圍為20sccm至80sccm，進而在第三刻蝕階段，使等離子體主要刻蝕凹槽底部的側壁，從而將第二刻蝕階段結束后形成的橫截面為V形或U形的凹槽修正成為橫截面為矩形的凹槽。凹槽的側壁陡直、表面光滑使光柵的衍射效果較好。使其在光譜儀器、特種干涉儀、光盤技術和光互聯領域具有較好的應用。

附圖說明