[发明专利]一种全息－离子束刻蚀制备光栅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学器件的制作方法，具体涉及一种在采用全息-离子束刻蚀方法制作光栅过程中控制光栅占宽比的方法。

背景技术

离子束刻蚀技术是20世纪70年代发展起来的一种干法刻蚀工艺技术，已广泛用于微电子器件制作中的超精细、高保真度图形转移。全息-离子束刻蚀光栅就是先用全息光刻制作出光栅掩模，然后通过离子束刻蚀将其转移到光栅基片材料中，它集中了机械刻划光栅的高效率和全息光栅的无鬼线、低杂散光、高信噪比的优点。因此，全息-离子束刻蚀衍射光栅应用广泛，如用于可控约束核聚变的脉冲压缩光栅、高空频的闪耀光栅、光纤光栅位相掩模等。全息光刻和离子束刻蚀是全息-离子束刻蚀光栅制作中的两大主要工艺步骤。全息光刻是用于产生光刻胶光栅浮雕图形作为掩模，离子束刻蚀是将光刻胶光栅掩模转移到光栅基底材料中。为了制作理想的全息-离子束刻蚀光栅，必须首先制作出符合要求的光刻胶光栅掩模，即具有特定占宽比、槽深，且槽底干净无残胶等(刻蚀光栅的槽深受限于光栅掩模的槽深、槽底的干净程度、光刻胶和基底材料的离子束蚀刻速率差；其占宽比决定于光栅掩模的占宽比)。所以对全息光刻工艺要求非常苛刻。为了降低对光刻胶光栅掩模的要求，本专利提出一种离子束刻蚀和反应离子束刻蚀相结合的方法，来实现对刻蚀光栅占宽比的控制。

发明内容

本发明目的是提供一种采用全息-离子束刻蚀制作光栅的方法，以实现对光栅占宽比的控制，获得较小占宽比的光栅。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种全息-离子束刻蚀制备光栅的方法，首先进行全息光刻，获得光刻胶光栅掩模，然后进行离子束刻蚀，最后去除残余的光刻胶，获得所需的光栅，所述离子束刻蚀为，先用氩(Ar)离子束进行刻蚀1至3分钟，再用三氟甲烷(CHF₃)反应离子束刻蚀至所需槽形深度。

上文中，全息光刻是现有技术，采用全息光刻后，在光刻胶上形成了光栅掩模，要求槽底干净无残胶，以免影响离子束刻蚀的质量。采用氩离子束进行刻蚀，可以实现对光刻胶光栅掩模形貌的修正，从而在三氟甲烷刻蚀时，基片侧壁能得到更大的刻蚀速率，基片能以较快的速率收缩，获得比较小的占宽比。

上述技术方案中，所述氩离子束刻蚀时，离子能量480～510ev，离子束流80～120mA，加速电压250～300v，工作压强2.0×10^-2Pa；所述三氟甲烷反应离子束刻蚀时，离子能量370～400ev，离子束流80～100mA，加速电压250～280v，工作压强1.3×10^-2Pa。

本发明技术方案制备获得的所述光栅的空频为150～1500线/毫米。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明在离子束刻蚀中，采用了两步法，首先进行氩离子束刻蚀，对光刻胶光栅掩模进行形貌修正，再采用三氟甲烷进行刻蚀，从而可以获得较小占宽比的光栅；

2.本发明可以通过对氩离子束刻蚀的时间控制，实现对光栅占宽比的控制，方法简便、易于实现，是控制刻蚀光栅占宽比的有效方法。

附图说明

图1是实施例二中Ar离子束刻蚀中光刻胶和石英的刻蚀速率随角度的变化关系图；

图2是实施例二中CHF₃反应离子束刻蚀中光刻胶和石英的刻蚀速率随角度的变化关系图；

图3是实施例二中Ar离子束刻蚀中光刻胶石英掩模交界处离子刻蚀角度的变化关系图；

图4是实施例二中CHF₃反应离子束刻蚀中光刻胶石英掩模交界处离子刻蚀角度的变化关系图；

图5是实施例二中相位掩模采用CHF₃反应离子束的刻蚀模拟图；

图6是实施例二中相位掩模先采用Ar离子束刻蚀，再采用CHF₃反应离子束的刻蚀模拟图；

图7是实施例二中原始掩模的电镜照片；

图8是实施例二中直接进行CHF₃反应离子束刻蚀的电镜照片；

图9是实施例二中先进行Ar离子束刻蚀，再进行CHF₃反应离子束刻蚀的电镜照片；

图10是实施例三中获得的150l/mm掩模的电镜照片；

图11是实施例三中获得的300l/mm掩模的电镜照片；

图12是实施例三中获得的500l/mm掩模的电镜照片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：