[发明专利]单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱技术领域，具体涉及一种中阶梯光栅的制作工艺流程。

背景技术

中阶梯光栅是一种用于高衍射角以及高光谱衍射级次的闪耀光栅。因其具有高色散、高分辨率以及高衍射效率等优点，在光谱仪色散元件的选用上占有很大的优势，可以说中阶梯光栅光谱仪已成为现代光谱仪器的代表。

中阶梯光栅的传统制作方法为机械刻划法，具有代表性的是美国Newport公司。但其制作成本高，有鬼线及高杂散光已成为其目前难以解决的技术难题。

单晶硅湿法刻蚀是一种新颖的制作中阶梯光栅的方法，由于其使用全息-湿法刻蚀工艺，其制作成本低、无鬼线、易获得光滑闪耀面及任意闪耀角，使其能够实现高衍射效率及低杂散光强度，国外正在开展全息-湿法刻蚀工艺相关工作研究，国内尚未开展。 

发明内容

本发明为解决现有中阶梯光栅制作方法存在制作成本高，有鬼线及高杂散光的问题，提供一种单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法。

单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、在单晶硅基底上生长SiO₂层后涂覆光刻胶； 

步骤二、将步骤一涂覆光刻胶后带有SiO₂层的基底放入烘箱中，升高烘箱温度至120℃，计时二十分钟后取出，然后将带有SiO₂层的基底放入光学零件形成的干涉场中进行全息曝光；

步骤三、将步骤二全息曝光后获得的带有SiO₂层的基底进行显影，将显影后的带有SiO₂层的基底以光刻胶面朝下放入烘箱中进行后烘；后烘后的基底进行倒置热熔，倒置热熔的过程为继续升高烘箱温度至160℃，计时三十分钟后取出；

步骤四、在倒置热熔后的带有SiO₂层的基底上制备氧化层掩膜，然后去胶，将去胶后获得的单晶硅基底进行湿法刻蚀，采用复制方法进行槽形复制，形成中阶梯光栅。

本发明的积极效果：本发明所述的中阶梯光栅制作方法的制作成本低且易于实现，特别是使用光刻胶倒置热熔法可以制备小占宽比的光刻胶掩模，大大地节约了成本、缩短了制作周期，该种光栅在光学系统中的应用能够减少系统的零部件，可显著提高光学系统的分辨率和色散。

附图说明

图1为本发明所述的单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法的流程图；

图2为本发明所述的单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法中全息曝光采用的结构示意图；

图3为本发明所述的单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法中的刻蚀时间分布图；

图4为采用本发明所述的单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法得到的光栅槽形的电镜图样。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图4说明本实施方式，单晶硅中阶梯光栅的湿法刻蚀方法，该方法由以下步骤实现：

一、基底处理：采用区熔法制备的无气泡、无划痕、单面抛光、电阻率>2000Ω·cm的偏（100）晶面θ°角的单晶硅，其中（θ°+55°）角即为所制作光栅的闪耀角。55°角为（100）晶面与（111）晶面之间的夹角。用I号清洗液的体积分别为：H₂O：H₂O₂：NH₄OH=5:2:1）和II号清洗液体积比分别为H₂O：H₂O₂：HCL=6:1:1，依次对单晶硅基底进行清洗，在依照甲苯→丙酮-→酒精→水的顺序对硅片进行表面清洗。在清洗后的单晶硅基底表面利用热氧化法生长一层厚度为70nm~120nm的SiO₂层。

二、涂胶：在SiO₂层上涂覆光刻胶，采用旋转法涂胶，即将光刻胶滴在单晶硅基底上，通过离心旋转获得均匀一致的光刻胶薄膜；光刻胶采用国产BP-712-7S正性光刻胶，涂胶时的旋转速度为1000~3000转/分，甩胶时间30秒，这样可以保证溶剂的充分挥发以及胶膜厚度的均匀性，涂覆厚度270~300nm。

三、前烘：将涂覆完光刻胶后的基底放入烘箱中，然后升高烘箱温度至120℃，开始计时，20分钟后取出。前烘的作用是去除光刻胶在空气中干燥时不能除去的溶剂，并使光刻胶与基底接触更为紧密。

四、全息曝光：将处理好的涂有光刻胶的基底放入光学零件形成的干涉场中进行曝光。