[发明专利]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，尤其涉及一种亚波长光栅的制备方法。

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)、三氟甲烷（CHF₃）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，刻蚀形成的凹槽的横截面呈V型，凹槽的深度有限且其侧壁不陡直，使光栅的衍射效果较差。

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的制备方法。

一种光栅的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底，在基底表面形成一图形化的掩模层；将该形成有掩模层的基底放入一反应性等离子体系统中，通入刻蚀气体对基底进行刻蚀，刻蚀过程分为三个阶段：第一刻蚀阶段，刻蚀气体的成分为四氟化碳和氩气，四氟化碳和氩气同时通入，四氟化碳和氩气的总体积流量为40sccm至120sccm，四氟化碳的体积流量的范围为10sccm至100sccm，氩气的体积流量的范围为1sccm至30sccm；第二刻蚀阶段，刻蚀气体的成分改变为四氟化碳、六氟化硫以及氩气，且四氟化碳、六氟化硫以及氩气同时通入，其中，刻蚀气体的等离子体的总体积流量的范围为40sccm至120sccm，其中，六氟化硫的体积流量大于四氟化碳的体积流量；第三刻蚀阶段，继续同时通入四氟化碳、六氟化硫以及氩气，其中四氟化碳的体积流量大于六氟化硫的体积流量，四氟化碳的体积流量的范围为20sccm至80sccm，六氟化硫的体积流量的范围为5sccm至50sccm，氩气的体积流量为5sccm至40sccm；以及去除掩模层，得到一光栅。

相对于现有技术，本发明提供的光栅的制备方法具备以下有益效果：

（1）通过在第一刻蚀阶段，控制四氟化碳和氩气的总体积流量为40sccm至120sccm，四氟化碳的体积流量的范围为10sccm至100sccm，氩气的体积流量的范围为1sccm至30sccm，首先在基底的表面形成多个深度较浅的凹槽，确定光栅的占空比，如此有利于在第二刻蚀阶段，通过加大六氟化硫的体积流量迅速加深凹槽的深度，避免了直接进行第二刻蚀阶段，凹槽的宽度会被拓宽，使光栅的占空比不准确；

（2）在第二刻蚀阶段，通过控制刻蚀气体的总体积流量的范围为40sccm至120sccm，其中，六氟化硫的体积流量大于四氟化碳的体积流量，使刻蚀过程主要为沿着凹槽的深度方向刻蚀，较快的增加了凹槽的深度，保证了刻蚀精度和深宽比；

（3）通过在第三刻蚀阶段，控制六氟化硫的体积流量的范围为5sccm至50sccm，四氟化碳的体积流量的范围为20sccm至80sccm，进而在第三刻蚀阶段，使等离子体主要刻蚀凹槽底部的侧壁，从而将第二刻蚀阶段结束后形成的横截面为V形或U形的凹槽修正成为横截面为矩形的凹槽。凹槽的侧壁陡直、表面光滑使光栅的衍射效果较好。使其在光谱仪器、特种干涉仪、光盘技术和光互联领域具有较好的应用。

附图说明