[發(fā)明專利]位相掩膜光刻制備占空比可調(diào)的納米周期光柵的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310557541.X
• 申請(qǐng)日: 2013-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103576225A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸靜君;袁長(zhǎng)勝;葛海雄;陳延峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫英普林納米科技有限公司
• 主分類號(hào): G02B5/18
• 分類號(hào): G02B5/18;G03F7/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及不同占空比納米周期光柵的制備技術(shù)領(lǐng)域。制備方法基于±1級(jí)位相掩模深紫外曝光光刻、光刻膠層厚度與曝光劑量協(xié)同調(diào)節(jié)、雙向遮蔽沉積、反應(yīng)離子刻蝕等技術(shù)方法。

背景技術(shù)

納米周期光柵（包括光纖光柵）及其制備技術(shù)近年來(lái)在集成光子器件、光纖通信、光纖傳感以及光信息處理領(lǐng)域里得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，各種先進(jìn)的制備技術(shù)與方法也逐漸發(fā)展并應(yīng)用起來(lái)，其中位相掩模法以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了人們的青睞。位相掩膜法對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性要求較低，同時(shí)對(duì)光源的相干性要求也較低，并且有可能在一次寫入過(guò)程同時(shí)在幾個(gè)平行光纖中寫入光柵，因此用這種方法制備光柵的成本比較低廉，工藝穩(wěn)定可靠，而且易于在工業(yè)上進(jìn)行大批量生產(chǎn)。

具備應(yīng)用功能的納米光柵，其主要的物理參數(shù)包括光柵周期、光柵深度、光柵占空比、光柵的外形以及光柵材料等，這些參數(shù)都對(duì)光柵的性能及其具體應(yīng)用有著重要影響。新型先進(jìn)且穩(wěn)定可靠的由各類材料構(gòu)成的納米周期光柵的制備技術(shù)與工藝方法，并且在周期一定情況下，調(diào)節(jié)光柵的占空比或線條寬度對(duì)于光柵性能的優(yōu)化與新功能的開(kāi)發(fā)、探索其潛在的應(yīng)用價(jià)值都是一條非常重要而又切實(shí)可能的途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種位相掩膜光刻制備占空比可調(diào)的納米周期光柵的方法，可以方便地調(diào)節(jié)光柵的占空比和線條寬度。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

位相掩膜光刻制備占空比可調(diào)的納米周期光柵的方法，包括如下步驟：

（1）在襯底表面均勻旋涂一層一定厚度的深紫外光刻膠，然后經(jīng)過(guò)預(yù)烘處理；

（2）選取一定周期的表面浮雕式石英光柵作為光刻所用的位相掩模，石英光柵的占空比為1:1、高度為266nm；

（3）利用波長(zhǎng)266nm紫外光源作為曝光光源，曝光過(guò)程中位相掩膜板與表面涂覆有光刻膠的樣品表面采用均勻接觸方式，即二者緊密貼合又不至于使掩膜板的結(jié)構(gòu)嵌入樣品膠層中，在穩(wěn)定激光輸出功率條件下，根據(jù)不同的光刻膠層厚度，通過(guò)曝光時(shí)間的控制，精確控制曝光劑量，從而控制光柵線條的寬度與占空比；

（4）通過(guò)濕法顯影過(guò)程，在一定的顯影液中浸泡一定時(shí)間后，獲得光刻膠的納米光柵結(jié)構(gòu)，該光柵結(jié)構(gòu)參數(shù)中，周期應(yīng)為掩模光柵周期的1/2；

（5）利用反應(yīng)離子刻蝕工藝，刻蝕襯底材料，獲得相應(yīng)結(jié)構(gòu)的光柵樣品。

所述光刻膠的厚度為10～1000nm，石英光柵的周期為400—2000nm；曝光劑量的調(diào)節(jié)范圍在10×40～200×40mW﹒s之間；光柵線條的寬度為10～1980nm。

進(jìn)一步地，經(jīng)過(guò)上述步驟（4）獲得光刻膠的納米光柵結(jié)構(gòu)以后，根據(jù)所需光柵線條寬度與占空比的大小，繼續(xù)如下步驟進(jìn)行修正：

a)利用遮蔽沉積技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)傾斜沉積角度：10°～89°，在已曝光顯影的光刻膠層上表面，以不同的沉積角度分別蒸發(fā)沉積金屬（如Cr，Au等）或氧化物（如SiO₂，Si₃N₄等）作為抗刻蝕阻擋層薄膜材料；然后選取適當(dāng)?shù)目涛g參數(shù)，分別采用反應(yīng)離子刻蝕方法刻蝕未受保護(hù)的光刻膠層和底層材料，獲得不同線條寬度和占空比的納米光柵結(jié)構(gòu)；

b)利用O₂等離子體反應(yīng)刻蝕沒(méi)有覆蓋有薄膜掩膜的光刻膠層，得到頂部覆蓋有掩膜層的側(cè)壁陡直的光刻膠層光柵結(jié)構(gòu)；

c)利用反應(yīng)離子刻蝕方法，在設(shè)定的刻蝕氣體（如CHF₃等）與刻蝕條件下，對(duì)未受上述光刻膠層保護(hù)的襯底材料進(jìn)行刻蝕；

d)選擇一定的配方溶液，對(duì)上述樣品上的抗刻蝕層進(jìn)行舉離，最后得到所需光柵樣品。

本發(fā)明提出了兩種技術(shù)方案用于調(diào)節(jié)所制備光柵的占空比，一是通過(guò)改變曝光劑量與膠層厚度來(lái)調(diào)節(jié)光柵占空比，二是通過(guò)調(diào)節(jié)用作刻蝕掩模的遮蔽沉積層的沉積角度并結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)光柵占空比。通過(guò)上述技術(shù)與工藝因素的調(diào)節(jié)，可以獲得不同占空比與線條寬度的光柵，從而可獲得不同性能與應(yīng)用領(lǐng)域的占空比不同的納米周期光柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明不限于光柵所用材料及其具體應(yīng)用范圍，并且該技術(shù)方法簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)定可靠，在高性能納米光柵的大批量生產(chǎn)領(lǐng)域具有突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為±1級(jí)衍射光位相掩膜接觸式深紫外曝光工藝示意圖；

圖2為光刻膠曝光顯影二元模型；

圖3為實(shí)施例2的工藝流程圖；

圖4為曝光劑量為75*40mW*s時(shí)所制備的光柵電鏡圖。

具體實(shí)施方式