專利名稱：光柵的制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)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(shù)：
亞波長光柵是半導體工業(yè)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)。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(yè)化生產(chǎn)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?？梢酝ㄟ^反應離子刻蝕(Reaction-1on-Etching, RIE)方法實現(xiàn)對石英基底的刻蝕形成所述多個凹槽?，F(xiàn)有技術(shù)中采用RIE技術(shù)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(fā)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(02)。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(xù)和石英基底接觸并刻蝕石英基底從而使刻蝕反應連續(xù)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(cè)壁不陡直，使光柵的衍射效果較差。

發(fā)明內(nèi)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(tǒng)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IS氣同時通入，四氟化碳和IS氣的總體積流量為40sccm至120sccm,四氟化碳的體積流量的范圍為IOsccm至IOOsccm,気氣的體積流量的范圍為Isccm至30sccm ;第二刻蝕階段，刻蝕氣體的成分改變?yōu)樗姆?、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(xù)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,気氣的體積流量為5sccm至40sccm ;以及去除掩模層,得到一光柵。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)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IS氣的總體積流量為40sccm至120sccm,四氟化碳的體積流量的范圍為IOsccm至IOOsccm,気氣的體積流量的范圍為Isccm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，保證了亥_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SOsccm，進而在第三刻蝕階段，使等離子體主要刻蝕凹槽底部的側(cè)壁，從而將第二刻蝕階段結(jié)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(cè)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(shù)和光互聯(lián)領域具有較好的應用。


圖1是本發(fā)明提供的光柵的制備方法的工藝流程圖。圖2是本發(fā)明提供的光柵的制備方法中所采用的圖形化掩模層的俯視圖。圖3是本發(fā)明提供的光柵的制備方法中所采用的掩模層的制備工藝流程圖。圖4是本發(fā)明提供的光柵的制備方法中所采用的刻蝕氣體的總體積流量不同時得到的亞波長光柵中的單個凹槽的橫截面形狀示意圖。圖5是本發(fā)明提供的光柵的制備方法中制備得到的光柵的低倍掃描電鏡照片。圖6是本發(fā)明提供的光柵的制備方法中制備得到的光柵的高倍掃描電鏡照片。圖7是本發(fā)明提供的光柵的制備方法中制備得到的未經(jīng)修飾的光柵的高倍掃描電鏡照片。主要元件符號說明:
權(quán)利要求
1.一種光柵的制備方法，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(tǒng)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IS氣的總體積流量為40sccm至120sccm,四氟化碳的體積流量的范圍為IOsccm至IOOsccm,気氣的體積流量的范圍為Isccm至30sccm ； 第二刻蝕階段，刻蝕氣體的成分改變?yōu)樗姆?、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40SCCH1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(xù)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,lS氣的體積流量為5sccm至40sccm ； 以及去除掩模層，得到一光柵。
2.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第一刻蝕階段中，四氟化碳的體積流量為40SCCm，氬氣的體積流量為lOsccm。
3.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第二刻蝕階段中，述四氟化碳的體積流量為Isccm至50sccm,六氟化硫的體積流量為IOsccm至70sccm,気氣的體積流量為 IOsccm 至 20sccm。
4.按權(quán)利要求3所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第二刻蝕階段中，所述四氟化碳的流率為20SCCm，六氟化硫的體積流量為48SCCm，氬氣的體積流量為lOsccm。
5.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第三刻蝕階段中，六氟化硫的體積流量為20SCCm，四氟化碳的體積流量為40SCCm，氬氣的體積流量為20sCCm。
6.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第一刻蝕階段中，刻蝕氣體的等離子體形成的總壓強的范圍為I帕至5帕，所述第二刻蝕階段，刻蝕氣體的等離子體的總壓強為I帕至5帕，所述第三刻蝕階段中，刻蝕氣體的等離子體的總壓強的范圍為I帕到10帕。
7.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第一刻蝕階段中，反應性等離子體系統(tǒng)的刻蝕功率的范圍為40瓦至150瓦，所述第二刻蝕階段中，反應性等離子體系統(tǒng)的刻蝕功率的范圍為40瓦至150瓦，在第三刻蝕階段中，刻蝕功率的范圍為20瓦到200瓦。
8.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第一刻蝕階段中，刻蝕時間是2分鐘至3分鐘，所述第二刻蝕階段中，刻蝕時間是2分鐘至4分鐘，所述第二刻蝕階段中，刻蝕時間是I分鐘至2分鐘。
9.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述形成圖形化的掩模層的方法包括以下步驟: 形成一抗蝕材料薄膜于該基底的表面； 納米壓印并刻蝕所述抗蝕材料薄膜，得到抗蝕層； 形成一掩模材料薄膜于所述基底表面，所述掩模材料薄膜覆蓋所述抗蝕層以及基底通過所述抗蝕層暴露的表面； 剝離所述抗蝕層及抗蝕層表面的部分掩模材料薄膜，使在基底表面形成圖形化的掩模層。
10.按權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述掩模層具有間隔設置的多個條形開口，該多個開口由掩模層的一端延伸至相對的另一端，所述條形開口的寬度的范圍為25納米至150納米。
11.一種光柵的制備方法，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(tǒng)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，第一刻蝕階段在基底表面形成多個深度較淺的凹槽； 第二刻蝕階段，刻蝕氣體的成分改變?yōu)樗姆?、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，六氟化硫的體積流量大于四氟化碳的體積流量，第二刻蝕階段加深凹槽的深度； 第三刻蝕階段，繼續(xù)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，第三刻蝕階段凹槽的底部被橫向刻蝕，得到側(cè)壁陡直的凹槽； 以及去除掩模層，得到一光柵。
12.按權(quán)利要求11所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第一刻蝕階段中，四氟化碳和IS氣的總體積流量為40sccm至120sccm,四氟化碳的體積流量的范圍為IOsccm至IOOsccm,気氣的體積流量的范圍為Isccm至30sccm。
13.按權(quán)利要求11所 述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第二刻蝕階段中，刻蝕氣體的等離子體的總體積流量的范圍為40sccm至120sccm。
14.按權(quán)利要求11所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第三刻蝕階段中，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,IS氣的體積流量為5sccm至40sccm。
全文摘要
本發(fā)明提供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(tǒng)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；第二刻蝕階段，刻蝕氣體的成分改變?yōu)樗姆?、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，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(xù)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；以及去除掩模層，得到一光柵。本發(fā)明制備得到高密度、高深寬比的亞波長衍射光柵。
文檔編號C03C15/00GK103086607SQ20111033355
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者朱振東, 李群慶, 張立輝, 陳墨, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司