[发明专利]一种光栅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光栅的制备方法。

背景技术

亚波长光栅是半导体工业以及精密仪器中最常用到的光学器件之一。亚波长光栅是指光栅的结构特征尺寸与工作波长相当或更小。制备高密度、亚波长、高占空比的亚波长石英光栅非常困难。需要应用到的刻蚀技术有电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀、深紫外光刻、光全息刻蚀以及纳米压印技术。其中深紫外光刻方法有着衍射极限的问题，此外上述方法都有诸如成本太高，不能工业化生产等问题。

石英光栅包括一石英基底，该石英基底的一表面上形成有多个凹槽。可以通过反应离子刻蚀(Reaction-Ion-Etching，RIE)方法实现对石英基底的刻蚀形成所述多个凹槽。现有技术中采用RIE技术刻蚀石英基底的过程中，多采用四氟化碳(CF₄)、六氟化硫(SF₆)作为刻蚀气体对石英基底进行刻蚀。然而，RIE方法在刻蚀过程中，刻蚀气体SF₆容易与石英基底发生反应生成氟硅碳化合物。该种氟硅碳化合物附着在石英基底的表面形成保护层，并阻隔刻蚀气体与石英基底接触，使刻蚀反应难以进行下去。

为了克服上述问题，可在刻蚀气体中添加氧气（O₂）。O₂可与刻蚀过程中生成的氟硅碳化合物反应进而烧蚀掉氟硅碳化合物，使刻蚀气体CF₄和SF₆继续和石英基底接触并刻蚀石英基底从而使刻蚀反应连续进行。然而，O₂会与石英基底反应生成具有硅氧键和硅碳键的化合物，该种化合物同样会附着在石英基底的表面形成保护层阻隔刻蚀气体CF₄和SF₆与石英基底接触。因此，O₂仍然会阻碍刻蚀反应的进行。由于上述问题，石英基底被刻蚀后凹槽的深度有限。通常，现有技术中制备得到亚波长石英光栅中的凹槽的宽度大于200纳米，深度为200纳米左右，深宽比仅为1：1，使其在光谱仪器、特种干涉仪、光盘技术和光互联领域的应用有限。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种对光波的衍射性能较好的光栅及其制备方法。

一种光栅的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；形成一抗蚀材料薄膜于该基底的表面；纳米压印并刻蚀所述抗蚀材料薄膜，得到抗蚀层；形成一掩模层于所述基底表面，所述掩模层覆盖所述抗蚀层以及基底通过所述抗蚀层暴露的表面；剥离所述抗蚀层及抗蚀层表面的部分掩模层，使基底形成一具图形化的掩模层；采用反应离子刻蚀法刻蚀基底得到石英光栅，刻蚀过程中刻蚀气体为四氟化碳、六氟化硫以及氩气；以及去除掩膜层。

与现有技术相比，本发明通过在刻蚀气体中添加氩气作为刻蚀气体，从而使氩气在刻蚀过程中轰击产生的氟硅碳化合物，使氟硅碳化合物中的硅氟健断裂，从而减少了刻蚀过程中氟硅碳化合物的保护作用，使刻蚀反应可以持续的进行，从而得到凹槽的宽度为25纳米至150纳米，且深宽比大于等于6：1的亚波长光栅。

附图说明

图1是本发明提供的光栅的制备方法的工艺流程图。

图2是本发明提供的光栅的制备方法中所采用的图形化掩模层的俯视图。

图3是本发明提供的光栅的制备方法中所采用的掩模层的制备工艺流程图。

图4是本发明提供的光栅的制备方法中所采用的刻蚀气体的总体积流量不同时得到亚波长光栅中的单个凹槽的横截面形状示意图。

图5是本发明提供的光栅的结构示意图。

图6是本发明提供的光栅的低倍扫描电镜照片。

图7是本发明提供的光栅的高倍扫描电镜照片。

图8是本发明提供的光栅的结构示意图。

主要元件符号说明