[发明专利]干刻方法及其应用

说明书

本发明涉及一种干刻蚀方法，及其在制造衍射光栅或其它微结构方面的应用。

由于碳化硅(sic)制造的衍射光栅在相对较高温度下稳定性好，且具有良好的热导率，因此特别适宜于同步加速器轨道辐射(以下称作SoR)和短波长、高能激光，其能量将使光栅变热。

采用如离子束刻蚀的干刻方法在sic衬底上直接刻蚀衍射光栅并非易事，因为遮盖衬底表面的抗蚀层被刻蚀得较sic衬底为快。虽然通常使用活性离子后(治性离子刻蚀)衬底的刻蚀速度有所改善，但sic仍是太硬，甚至在使用对sic活性的气体(如，三氟甲烷)之后，sic衬底的刻蚀速度仍然非常低，阻抗层比sic腐蚀得快，从而难以得到正确的光栅纵剖面。

因此，传统的sic衍射光栅使用软金属(例如金)做表面涂层，光栅采用机械的方法刻出(如图5所示)。在这种情况下，当光栅被非常强的光(如，SoR或高能激光)长时间照射之后，衍射光栅会变形，或者表面涂层会从衬底上脱落，因为两者的热膨胀系数不同。

一种新颖的直接刻蚀sic衬底的方法已被提出，其中，sic衬底使用高输出SoR在气相中刻蚀(Proceedings of 1990 Spring Conference，p500，Society of Applied physics)。然而，该方法只适于采用同步加速器装置，而它在工业领域中尚未广为应用。

本发明提出一种能够刻蚀硬的sic衬底的直接干刻方法，它用常规的干刻装置就可实施。

根据本发明，一种具有源气的等离子体的刻蚀衬底表面的等离子体刻蚀方法，其特征是，

在该方法中，包括下列的混合气体，

(1)对衬底活性的气体，

(2)惰性气体，

被用作源气体。

上述本发明方法的应用之一是，制造衍射光栅。其制造方法包括下例步骤：

a、用阻挡层覆盖衬底板，阻挡层的图形为光栅孔图形；

b、用等离子体刻蚀衬底，源气体是下列混合物：

(1)对衬底板材料活性的气体；

(2)惰性气体。

sic是本发明的等离子体刻蚀法最适合的刻蚀对象，其原因是如上所述，它难以用传统方法受刻，且sic衍射光栅能忍受SoR的强光或高能激光。但本发明的应用并不仅限于sic。采用惰性气体和活性气体的混合物用在以其它传统方法难以刻蚀的物质的干刻上也是有效的。

在等离子体刻蚀工艺中，活性气体被电离，由一电场加速，并辐照到衬底表面。衬底由下列的综合效果而被以较高的速度刻蚀，即，撞击离子的物理刻蚀，活性气体与衬底的化学反应。

在只使用活性气体的常规等离子体刻蚀方法中，衬底和活性气体离子的反应生成物堆积在衬底的表面，从而阻碍进一步的刻蚀。这种反应生成物的堆积使得阻蚀层的刻蚀速度大于衬底的刻蚀速度。

在本发明的等离子体刻蚀方法中，采用了活性气体和惰性气体的混合物，惰性气体离子束有效地消除了反应生成物的堆积。因此衬底的刻蚀速度未被降低，而是保持在与阻蚀层相当，或略高的水平上。因此，对于用常规的等离子体刻蚀法无效的硬衬底来说，采用这种阻蚀掩膜直接进行图形刻蚀是可行的。

图1A-1E示意性表示根据本发明的方法刻蚀一个任意图形衬底的过程。

图2A-2E示意性表示根据本发明的方法制造片状衍射光栅的过程。

图3A-3C示意性表示根据本发明的方法制造锯齿状衍射光栅的过程。

图4A是根据本发明的方法制造的锯齿状衍射光栅的剖面，而图4B是根据已有技术制造的剖面。

图5是已有技术中使用金属表面涂覆的sic衍射光栅的剖视图。

根据本发明的方法和常规的方法干刻sic衬底，然后测量sic衬底和阻蚀层的刻蚀速度之差。在所有方法中，衬底都是在烧结的sic基板上由化学气相沉积(下面称为CVD)sic而成，衬底的一半覆以正性阻蚀剂OFPR-5000(商标名，Tokyo，ohka制造)，然后用等离子体刻蚀处理它。

首先，只用活性气体四氟化碳CF₄(没有惰性气体)的离子束刻蚀sic衬底。sic刻蚀速度为72.1(A°/m)/(MA/cm²)，而阻蚀层的刻蚀速度为261.3(A°/m)/(MA/cm²)。sic和阻蚀层的刻蚀速度之比(以下称该比例为sic的选择率)仅为0.276。