[發明專利]一種硅基MEMS閃耀光柵的制備方法

在審

• 申請號: 201910357433.5
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN110082847A
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 李東玲;雷宏杰;溫泉;佘引;溫志渝
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種硅基MEMS閃耀光柵的制備方法，屬于半導體加工技術領域，基于單晶硅的各向異性濕法腐蝕特性，通過將N型(111)硅片按特定切偏角(即閃耀角)進行切割，采用兩次光刻腐蝕的方法，利用硅的慢腐蝕面(111)面相交形成閃耀光柵。采用本發明的方法制備硅基MEMS閃耀光柵，可以有效減小光柵頂部平臺，改善閃耀光柵的形貌，提高光柵的衍射效率，實現任意閃耀角閃耀光柵的制備；同時還具有精度高、易集成、成本低、重復性好、適合批量生產等優點，制備得到的硅基MEMS閃耀光柵可廣泛應用于各類光譜分析儀器中。

技術領域

本發明屬于半導體加工技術領域，具體涉及一種硅基MEMS閃耀光柵的制備方法。

背景技術

衍射光柵是現代光學器件中一種重要的分光元件，它可以使復色光發生空間分離而形成光譜，被廣泛應用于光譜分析、天文學、光通信以及原子能等領域。

衍射光柵屬于多縫衍射，它的能量主要集中在沒有色散的零級，且不能把各種波長分開，而在實際應用中往往需要將光能集中在某一特定級次上，因而出現了閃耀光柵。閃耀光柵的特點是刻槽面與光柵面不平行，兩者之間有一定的夾角稱之為閃耀角。它可以將單個刻槽面衍射的中央極大和諸刻槽間的干涉零級主極大分開，從而使光能量從干涉零級主極大(即零級光譜)轉移到某一級上去，從而實現該級次的閃耀，極大地提高光柵的衍射效率。

目前閃耀光柵的制備方法主要由機械劃刻法、全息曝光法、全息離子束刻蝕法以及各向異性濕法腐蝕法。

機械劃刻法是用金剛石刻刀在金、鋁等基底材料上劃刻出光柵，它的圖形面可以很大，但刻畫時要對每一條柵線條進行對準，效率很低，并且刻劃時會產生鬼線，表面粗糙度和面型誤差大，衍射效率低。

全息曝光法是指通過全息曝光顯影在光刻膠上制備閃耀光柵的方法，包括駐波法和傅里葉合成法。駐波法是將兩相干平面波的干涉曝光條紋記錄在平面光刻膠上，然后顯影得到三角槽形；傅里葉合成法是利用傅里葉級數的分量來合成鋸齒槽形。全息曝光法制備的光刻膠閃耀光柵槽形差，閃耀角無法精確控制，因而未能得到廣泛應用。

全息離子束刻蝕法是先用全息干涉產生正弦槽形的光刻膠光柵，然后采用離子束以一定角度轟擊光柵掩模和基底，利用掩模對離子束的遮擋效果，使基底的不同位置先后被刻蝕，從而在基底材料上得到三角形槽形，具有分辨率高、定向性好等優點。然而，全息離子束刻蝕需要專用的刻蝕設備，且圖形質量受全息曝光線條的限制，成本高，槽形難以精確控制。

各向異性濕法腐蝕法主要是針對硅基閃耀光柵的一種加工方法，是指將硅片按特定偏轉角度切割，利用硅的各向異性濕法腐蝕特性制備閃耀光柵。該方法具有設備簡單、成本低、閃耀角可控、表面粗度低、適合批量生產等特點。然而，由于受光刻最小線寬的限制，使得濕法腐蝕制備的閃耀光柵頂部存在非連續的平臺，從而使衍射效率降低。

因此，有必要尋求一種新的閃耀光柵制備工藝，以優化閃耀光柵的槽形，進一步提高閃耀光柵的衍射效率。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于針對現有閃耀光柵制備技術中的不足，提供一種硅基閃耀光柵的制備方法，采用硅的各向異性濕法腐蝕技術，利用硅的慢腐蝕面(111面)相交形成閃耀光柵，通過兩次光刻腐蝕，實現對光柵形貌的精確控制。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種硅基MEMS閃耀光柵的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將N(111)硅片按特定切偏角進行切割，形成偏晶向硅襯底，所述切偏角為設計的硅基MEMS閃耀光柵的閃耀角，由光譜范圍和閃耀波長確定；

(2)在步驟(1)中所述偏晶向硅襯底上生長薄膜材料，作為腐蝕掩膜層；