光柵的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光柵的制備方法，包括以下步驟：提供一基底；在所述基底的表面形成一掩模層；納米壓印所述掩模層，使所述掩模層表面形成并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)；刻蝕所述掩模層，使所述凸起結(jié)構(gòu)的頂端兩兩靠在一起而閉合；刻蝕所述基底，使所述基底的表面圖案化，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及去除所述掩模層，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)。
【專利說明】光柵的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光柵的制備方法，尤其涉及一種閃耀光柵的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光柵是現(xiàn)代精密儀器的重要組成元件之一。普通光柵大部分的能量集中在零級衍射，由于單縫衍射的零級主極大方向等于縫間隙干涉的零級主極大方向，所以分光作用的光譜儀的能量利用非常有限。
[0003]為了使兩個極大值的方向分開，將衍射零級的主要能量集中到所需要的光譜級次上，人們設(shè)計了閃耀光柵。隨著現(xiàn)代精密儀器的分辨率的要求越來越高，對閃耀光柵的要求也越來越高，通過光射色散原理，可以實現(xiàn)特定波長分光、濾光等。閃耀光柵的制作是一項重要的工程，決定了閃耀光柵的應(yīng)用和設(shè)計功能的實現(xiàn)，尤其是亞波長閃耀光柵的制備則更困難。
[0004]當(dāng)前，國際上能實現(xiàn)亞波長閃耀光柵大多是聚合物。而以硅或石英作為基底的閃耀光柵的制備方法主要通過光刻制造工藝制備，掩模通過光刻形成多個臺階狀結(jié)構(gòu)而形成近似三角形。然而掩模在光刻過程中存在臨近場作用、化學(xué)放大、熱積累以及背面散射等問題，難以保證其形狀的精度，進而無法保真的將圖形轉(zhuǎn)移到硅或石英等目標(biāo)基底上，而且工藝復(fù)雜，成本較高，光柵精度難以控制，因此以硅或石英等材料作為基底的閃耀光柵很難實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，確有必要提供一種工藝簡單、能夠精確控制光柵精度的制備方法。
[0006]一種光柵的制備方法，包括以下步驟:提供一硅基底；在所述硅基底的表面形成一掩模層；納米壓印所述掩模層，使所述掩模層表面形成并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)；刻蝕所述掩模層，使所述凸起結(jié)構(gòu)的頂端兩兩靠在一起而閉合；刻蝕所述硅基底，使所述硅基底的表面圖案化，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及去除所述掩模層，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)。
[0007]—種光柵的制備方法，包括以下步驟:提供一基底；在所述基底的表面形成一掩模層，所述掩模層包括并排延伸的多個凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為矩形；刻蝕所述掩模層，使所述掩模層的所述多個凸起結(jié)構(gòu)中，相鄰的凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，所述兩兩閉合的凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為等腰三角形；刻蝕所述基底，形成多個橫截面為等腰三角形的三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及去除所述掩模，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)，所述三維納米結(jié)構(gòu)的橫截面為等腰三角形。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過使凸起結(jié)構(gòu)兩兩閉合的方式形成三角形的掩模，從而能夠方便的在基底表面形成高保真的三角形掩模，進而形成的光柵分辨率高，該方法工藝簡單，成本低廉，且能夠很好的控制光柵的精度。【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明第一實施例提供的光柵的制備方法的工藝流流程圖。
[0010]圖2為圖1所述的制備方法中掩模層的制備方法的工藝流程圖。
[0011]圖3為圖1所述的制備方法中所述基底的刻蝕過程。
[0012]圖4為圖1所述的制備方法制備的光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖5為圖4所示的光柵沿V-V線的剖視圖。
[0014]圖6為本發(fā)明第一實施例提供的光柵的掃描電鏡光柵。
[0015]圖7為圖6所示光柵的具體參數(shù)。
[0016]主要元件符號說明
【權(quán)利要求】
1.一種光柵的制備方法，包括以下步驟: 提供一娃基底； 在所述娃基底的表面形成一掩模層； 納米壓印所述掩模層，使所述掩模層表面形成并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)； 沿垂直于硅基底表面的方向采用惰性氣體等離子體轟擊所述掩模層，使所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)的頂端兩兩靠在一起而閉合； 沿垂直于硅基底表面的方向采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕所述硅基底和所述掩模層，使所述硅基底的表面圖案化，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及 去除所述掩模層，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述轟擊掩模層的過程中，相鄰兩個條形凸起結(jié)構(gòu)的頂端逐漸靠在一起，使所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)兩兩閉合。
3.如權(quán)利要求2所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述轟擊掩膜層的氣體為氬氣、氦氣、氮氣中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)的頂端被部分刻蝕而變窄，所述兩兩閉合的凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為三角形。
5.如權(quán)利要求4所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述基底的刻蝕方法具體包括以下階段: 對未被凸起結(jié)構(gòu)覆蓋的基底表面進行刻蝕，使基底表面形成多個凹槽，所述凹槽的深度相冋； 在所述等離子體的轟擊作用下，所述氣體與基底反應(yīng)，在刻蝕表面形成一保護層，阻礙氣體的進一步刻蝕，所述凹槽的寬度沿刻蝕方向逐漸減小，所述凹槽的內(nèi)壁與所述基底的表面形成一定角度，且所述凸起結(jié)構(gòu)邊緣位置處的部分逐漸被刻蝕掉，暴露出所述被凸起結(jié)構(gòu)覆蓋的基底表面；以及 繼續(xù)對所述基底及所述凸起結(jié)構(gòu)進行刻蝕，所述掩模層被部分刻蝕而厚度變薄，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體。
6.如權(quán)利要求5所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體的橫截面為三角形或梯形。
7.如權(quán)利要求5所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述基底的刻蝕方法為在一感應(yīng)耦合等離子體系統(tǒng)中通過等離子體刻蝕的方法。
8.如權(quán)利要求7所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述等離子體系統(tǒng)的功率為10瓦~150瓦。
9.如權(quán)利要求8所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述等離子體刻蝕中的刻蝕氣體包括CHxF4_x和O2氣體，其中，X=0，1，2或3。
10.如權(quán)利要求9所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述刻蝕氣體的通入速率為8sccnTl50sccm,形成的氣壓為0.5帕~15帕，刻蝕時間為5秒~5分鐘。
11.如權(quán)利要求10所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述刻蝕氣體包括CF4及02，所述CF4的通入速率為24sccm,所述O2的通入速率為16sccm。
12.如權(quán)利要求1所述的 光柵的制備方法，其特征在于，所述光柵的周期為納米級。
13.如權(quán)利要求12所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述光柵的周期為50納米至200納米。
14.一種光柵的制備方法，包括以下步驟: 提供一基底； 在所述基底的表面形成一掩模層，所述掩模層包括一第一掩模層及第二掩模層依次層疊設(shè)置于基底表面； 納米壓印所述掩模層，形成并排延伸的多個凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為矩形，并暴露出相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)之間的基底的部分表面； 轟擊所述掩模層，使所述掩模層的所述多個凸起結(jié)構(gòu)中，相鄰的凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，所述兩兩閉合的凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為等腰三角形； 刻蝕所述基底，形成多個橫截面為等腰三角形的三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及 去除所述掩模，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)，所述三維納米結(jié)構(gòu)的橫截面為等腰三角形。
15.如權(quán)利要求14所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述第一掩模層的厚度為100納米~500納米，所述第二掩模層的厚度為100納米~500納米，所述第一掩模層的材料為ZEP520A，所述第二掩模層的材料為HSQ。
16.如權(quán)利要求14所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述掩模層的納米壓印包括以下步驟: 提供一表面具有納米圖形的模板； 將模板形成有納米圖形的表面與所述第二掩模層貼合； 在常溫下擠壓所述模板與基底后并脫模，在第二掩模層中形成多個凹槽； 通過刻蝕去除所述凹槽底部的部分第二掩模層，露出第一掩模； 刻蝕凹槽底部的第一掩模，露出基底。
17.一種光柵的制備方法，包括以下步驟: 提供一基底； 在所述基底的表面形成一掩模層，所述掩模層包括并排延伸的多個凸起結(jié)構(gòu)，所述凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為矩形； 刻蝕所述掩模層，使所述掩模層的所述多個凸起結(jié)構(gòu)中，相鄰的凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，所述兩兩閉合的凸起結(jié)構(gòu)的橫截面為等腰三角形； 刻蝕所述基底，形成多個橫截面為等腰三角形的三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及 去除所述掩模，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)，所述三維納米結(jié)構(gòu)的橫截面為等腰三角形。
18.如權(quán)利要求17所述的光柵的制備方法，其特征在于，所述基底的材料為石英或硅。
【文檔編號】C03C15/00GK103901516SQ201210571020
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26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(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司