[发明专利]一种利用两次膜层沉积和干湿法相结合制备半圆柱形微细沟槽的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半圆柱形微细沟槽的制备方法，尤其涉及一种利用两次膜层沉积，干法刻蚀和湿法腐蚀制备半圆柱形微细沟槽的方法。

技术背景

微纳元件尤其是微纳光学元件，在科研、军事、民用等领域都具有巨大的应用潜力。半圆柱形微细沟槽是制备一些复杂结构的微纳光学元件的基础。微米和亚微米半圆柱形微细沟槽的制备是研究的难点。半圆柱形微细沟槽具有广阔的应用前景，例如，应用于超分辨成像、SPP纳米光刻等方面。

半圆柱形沟槽的制备方法一类是灰度曝光刻蚀，利用不同区域光刻胶曝光剂量的不同使曝光区域的结构图形达到所要求的形状，再通过干法刻蚀将图形转移到衬底上。如灰度掩模光刻、移动掩模光刻等，这些方法适合加工直径3微米以上的半圆柱形沟槽结构，其缺点是很难制备更小特征尺寸的结构。一些SPP器件需要半圆柱形微细沟槽结构的直径为百纳米级。电子束、离子束等直写设备虽然能够制备该尺寸的图形，但费用昂贵且加工面积仅有微米量级，难以满足实际应用的需要。本方法只需要使用常规的薄膜沉积技术、光刻技术、干法刻蚀技术及湿法腐蚀技术，就可以制备得到具有宽度为100纳米到500纳米尺寸狭缝结构的掩蔽膜层和直径宽度范围为500纳米到2.5微米，深度范围为250纳米到1.25微米的的半圆柱形微细沟槽。该方法制备出来的半圆柱形沟槽与只使用常规的薄膜沉积技术、光刻技术、湿法腐蚀技术制备出来的半圆柱形沟槽结构尺寸上相差不大，但沟槽边缘要光滑、平整很多。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有微细加工制作的限制之处，提出一种利用两次膜层沉积，干法刻蚀和湿法腐蚀制备半圆柱形微细沟槽的方法，该方法只需要采用常规的薄膜沉积技术、光刻技术、干法刻蚀技术及湿法腐蚀技术，就可以制备得到直径宽度范围为500纳米到2.5微米，深度范围为250纳米到1.25微米的半圆柱形微细沟槽。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用两次膜层沉积，干法刻蚀及湿法腐蚀制备半圆柱形微细沟槽的方法，如图1所示，步骤如下：

(1)采用磁控溅射技术或蒸镀技术在石英衬底上沉积膜层，在所述膜层上涂布光刻胶；石英衬底的厚度为200～2000微米，膜层的厚度为20～300纳米，光刻胶的厚度为100～2000纳米；

(2)采用光刻技术在光刻胶上制备周期为20微米以上，宽度为10微米及以上的图形结构；

(3)利用所述步骤(2)制备的光刻胶图形作掩蔽，干法刻蚀各向异性，湿法腐蚀各向同性的特点，先利用干法刻蚀掉没有光刻胶作掩蔽的膜层，再使用腐蚀液侧向腐蚀掉光刻胶图形边缘下方的膜层，形成宽度在100～500纳米的空气间隙；

(4)在所述步骤(3)后得到的结构表面再次沉积相同材料的膜层，去除光刻胶后得到对应于空气间隙宽度的狭缝；

(5)以所述步骤(1)和所述步骤(4)沉积的膜层为掩蔽，通过狭缝，以衬底腐蚀溶液对衬底进行各向同性腐蚀，得到直径宽度范围为500纳米到2.5微米，深度范围为250纳米到1.25微米的半圆柱形微细沟槽。

所述步骤(1)中的膜层为金属、硅或有机膜层，该膜层在后续的湿法腐蚀石英工艺中将起到掩蔽作用。

所述步骤(3)中，干法刻蚀所用的仪器为IBE，刻蚀时间为3～10分钟，腐蚀液为去铬液，温度为20～30℃，湿法腐蚀铬层的时间为1～6分钟。

所述步骤(5)中的对衬底进行湿法腐蚀时需不断搅拌衬底腐蚀溶液。所述腐蚀液为氢氟酸缓冲液，温度为20～30℃，湿法腐蚀石英衬底的时间为6～35分钟。

所述步骤(5)中，本发明与现有技术相比的优点在于：本发明只需要采用常规的薄膜沉积技术、光刻技术、干法刻蚀及湿法腐蚀技术，就可以制备得到直径宽度范围为500纳米到2.5微米，深度范围为250纳米到1.25微米的半圆柱形微细沟槽；仅采用常规的薄膜沉积技术、光刻技术、干法刻蚀及湿法腐蚀技术，可极大降低半圆柱形微细沟槽的制备成本；本发明可大面积加工，制备的半圆柱形沟槽微结构的分布面积最大可以达到上百平方厘米；为微纳元器件的加工提供了一种精确、新颖、方便、高效的加工途径。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2是本发明实施例1中，在石英衬底表面镀铬膜和涂布光刻胶后的剖面结构示意图；

图3是本发明实施例1中，采用常规光刻设备制作的宽线条图形的剖面结构示意图；

图4是本发明实施例1中，采用干法刻蚀未被光刻胶掩蔽的铬膜后的剖面结构示意图；