[發明專利]光柵深刻蝕的方法

在審

• 申請號: 202010634034.1
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN111916330A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 王勇祿;晉云霞;曹紅超;孔釩宇;張益彬;邵建達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01J37/32
• 分類號: H01J37/32;G02B27/44
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明提供一種光柵深刻蝕方法，該方法包括：光柵金屬掩膜結構制備、反應離子束刻蝕、化學濕法腐蝕去除掩膜殘留、傾斜鍍制金屬掩膜等過程。通過不斷重復反應離子束刻蝕→殘留掩膜去除→傾斜鍍制金屬掩膜→反應離子束刻蝕過程，可以在保持光柵占寬比的條件下逐步提升光柵的刻蝕深度，解決了氧化硅、氮化硅、氧化鉿等常用光柵材料單次掩膜刻蝕選擇比不高、無法實現大深寬比刻蝕的問題，為大深寬比衍射光學元件的刻蝕制備奠定了基礎。

技術領域

本發明涉及衍射光柵，特別是一種光柵深刻蝕的方法。

技術背景

衍射光柵作為一種常用的色散元件在光譜分析、成像、光通信以及激光脈沖壓縮等領域具有重要的應用價值。而隨著光柵使用波段的拓展，特別是在紅外波段為了實現衍射光柵高的衍射效率和較寬的光譜帶寬，往往需要對高線密度的亞波長光柵結構進行大深寬比刻蝕。傳統的單次掩膜刻蝕技術，由于刻蝕過程中掩膜形貌的不斷減薄收縮，導致很難在保證光柵設計形貌的情況下實現大的深寬比，特別是針對一些刻蝕產物為非揮發性物質的光柵材料，比如氧化鉿、氧化鉭等，因掩膜收縮和刻蝕產物再沉積造成的形貌失真現象更加嚴重。在此情況下迫切需要開發一種可以在保證光柵形貌的前提下實現亞波長光柵大深寬比的刻蝕技術。

反應離子束刻蝕是一種被廣泛應用于光柵圖形轉移的干法刻蝕手段，由于其良好的刻蝕各向異性能夠保證圖形精細轉移。但反應離子束刻蝕存在刻蝕選擇比較低的問題，雖然通過增加掩膜厚度可以提高被刻蝕材料的刻蝕深度，但是由于目前使用的衍射光柵主要是光柵周期在使用波長量級的亞波長光柵，增加掩膜厚度會增加光柵掩膜圖形的深寬比，導致光柵掩膜圖形的制備十分困難。

因此，本專利發明了一種周期性重復鍍膜復形、刻蝕的大深寬比光柵刻蝕方法，該方法通過不斷的重復(反應離子束刻蝕→濕法腐蝕去掩膜殘留→傾斜鍍掩膜→反應離子束刻蝕)過程在保證光柵形貌的同時實現了光柵結構的深刻蝕。此外，該方法可以通過增加刻蝕循環周期的方式降低光刻膠光柵掩膜的制備要求，這有利于高線密度衍射光柵元件的制作。

發明內容

本發明提供了一種光柵深刻蝕的方法，以實現對光柵深度明顯提升及光柵側壁幾乎完全垂直的效果。

本發明采用的技術方案如下：

一種光柵深刻蝕的方法，首先在基板表面磁控濺射鍍制金屬膜，之后在表面全息制備光刻膠光柵掩膜，然后使用腐蝕液腐蝕出光刻膠-金屬的復合光柵掩膜，之后使用反應離子束刻蝕，之后使用腐蝕液去除表面殘留掩膜。如單次刻蝕的光柵深度達不到設計要求，可將光柵傾斜放置鍍膜，使金屬材料沉積在光柵柵線頂部及柵脊兩側，鍍膜后再次重復反應離子束刻蝕及清洗流程，直至刻蝕到設計深度。

本發明調節各反應氣體流量，實現了較高的刻蝕選擇比，得到了幾乎垂直的光柵側壁結構。同時結合光柵側壁傾斜鍍膜與分步刻蝕技術有效增加刻蝕深度，得到理想的光柵結構。

附圖說明

圖1是氧化硅基板表面光刻膠掩膜形貌圖；

圖2是氧化硅基板表面金屬-光刻膠掩膜形貌圖；

圖3是單次刻蝕氧化硅的光柵形貌；

圖4是二次刻蝕氧化硅得到的光柵形貌圖(頂部鉻殘留未去除)；

圖5是二次刻蝕氮化硅得到的光柵形貌圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明具體實施例及相應的附圖對本發明技術方案進行清楚、完整地描述，但不應以此限制本發明的保護范圍。

實施例1

一種光柵深刻蝕的方法實施例1，包括下列步驟：

1.先在清洗干凈的氧化硅基板表面濺射一層厚度為150nm的鉻膜；