光栅制造技术

本发明专利技术提供一种光栅，该光栅包括一基底，该基底的一表面形成有多个凸棱，所述多个凸棱相互平行且间隔设置，相邻的两个凸棱之间形成一凹槽，所述每个凹槽的深宽比大于或等于6：1，凹槽的宽度范围为25纳米至150纳米。本发明专利技术提供的高密度、高深宽比的亚波长光栅，可以较好的衍射光波。

【技术实现步骤摘要】
光栅
本专利技术涉及一种光栅，尤其涉及一种亚波长光栅。
技术介绍
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)、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，石英基底被刻蚀后凹槽的深度有限。通常，现有技术中制备得到的亚波长石英光栅中的凹槽的宽度大于200纳米，深度为200纳米左右，深宽比仅为1：1，使其在光谱仪器、特种干涉仪、光盘技术和光互联领域的应用有限。
技术实现思路
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。一种光栅，该光栅包括一基底，该基底的一表面形成有多个凸棱，所述多个凸棱相互平行且间隔设置，相邻的两个凸棱之间形成一凹槽，所述多个凸棱之间形成多个凹槽，所述多个凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于6：1，凹槽的宽度范围为25纳米至150纳米。一种光栅，其包括一基底，该基底的一表面形成有多个凹槽，所述多个凹槽相互平行且间隔设置，所述凹槽的深宽比为6：1至8：1，所述多个凹槽中每个凹槽的宽度范围为25纳米至150纳米。相对于现有技术，本专利技术提供的光栅的凹槽的宽度较小，介于25纳米至150纳米，深宽比较大，大于等于6：1，因此本专利技术提供的光栅为高密度、高深宽比的亚波长光栅，其衍射效率高，且该种光栅的凹槽的侧壁光滑、陡直，因此其散射小。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。附图说明图1是本专利技术提供的光栅的制备方法的工艺流程图。图2是本专利技术提供的光栅的制备方法中所采用的图形化掩模层的俯视图。图3是本专利技术提供的光栅的制备方法中所采用的掩模层的制备工艺流程图。图4是本专利技术提供的光栅的制备方法中所采用的刻蚀气体的总体积流量不同时得到的亚波长光栅中的单个凹槽的横截面形状示意图。图5是本专利技术提供的光栅的结构示意图。图6是本专利技术提供的光栅的低倍扫描电镜照片。图7是本专利技术提供的光栅的高倍扫描电镜照片。图8是本专利技术提供的光栅的结构示意图。主要元件符号说明光栅10基底110掩模层120掩模材料薄膜121第一开口122刻蚀气体130抗蚀层140抗蚀材料薄膜141凸部142预制抗蚀层143凹部144第二开口146凸棱150凹槽160如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术实施例提供的光栅10及其制备方法。为了便于理解本专利技术的技术方案，本专利技术首先介绍一种所述光栅10的制备方法。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种光栅10的制备方法，该光栅10为一种亚波长光栅，其包括以下步骤：S100：提供一基底110，在该基底110的表面形成一层图形化的掩模层120；S200：将该形成一层具有掩模层120的基底110放入一微波等离子体系统中（图未示），同时通入四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)以及氩气(Ar)组成的刻蚀气体130，对通过图形化的掩模层120暴露的基底110进行刻蚀；以及S300：去除掩模层120，得到一深宽比大于或等于6:1的光栅10。在步骤S100中，所述基底110为一平板，其形状大小不限，可以为圆形平板，方形平板等，也可以根据实际需要制备。所述基底110可以为半导体基底或硅基基底。具体地，所述基底110的材料可以为氮化镓、砷化镓、蓝宝石、氧化铝、氧化镁、硅、二氧化硅或氮化硅等。所述二氧化硅基底110可以为石英基底或玻璃基底。进一步的，所述基底110的材料可为掺杂的半导体材料如P型氮化镓或N型氮化镓等。优选地，所述基底110为一半导体层。所述基底110的大小、厚度和形状不限，可以根据实际需要选择。本实施例中，所述基底110的材料为石英。所述图形化的掩模层120具有纳米图形，具体地，所述掩模层120具有间隔设置的多个第一开口122。所述第一开口122的尺寸为纳米级。所述多个第一开口122的形状以及尺寸依据实际需要而定。所述第一开口122沿着掩模层120的厚度方向贯穿所述掩模层120。所述基底110的部分表面通过所述掩模层120的第一开口122暴露。依据所述第一开口122的形状以及尺寸，所述掩模层120可以为连续膜也可以为不连续膜。所述掩模层120的材料不限，可以依据实际需要及刻蚀所需要的气氛进行选择。请参阅图2，本实施例中，所述掩模层120为多个平行且间隔设置的掩模条124，掩模条124通过条形第一开口122相互间隔开。故，任意相邻的两个掩模条124之间具有一条形第一开口122。所述掩模条124由掩模层120的一端延伸至相对的另一端，所述条形第一开口122由掩模层120的一端延伸至相对的另一端，此时所述掩模层120不连续。或者沿着平行于掩模层120表面的任意一方向，所述条形第一开口122并未贯穿所述掩模层120。此时所述掩模层120连续，所述条形第一开口122周期性排列。本实施例中所述掩模层120为一镉层。所述条形第一开口122和掩模条124的形状以及尺寸相同。所述条形第一开口122为周期性排列，宽度为100纳米，深度为40纳米。请参阅图3，在基底110上形成掩模层120的方法具体包括以下步骤：S110：在所述基底110的表面形成一抗蚀材料薄膜141；S120：通过纳米压印的方法使所述抗蚀材料薄膜141被图形化成具有纳米图形的预制抗蚀层143，所述具有纳米图形的预制抗蚀层143包括多个凸部142和多个凹部144;S130：去除具有纳米图形的预制抗蚀层143中的凹部144中剩余的抗蚀材料薄膜141，形成具有第二开口146的所述抗蚀层140，所述基底110的部分表面通过所述抗蚀层140的第二开口146暴露；S140：在具有第二开口146的抗蚀层140的表面以及通过该抗蚀层140暴露的基底110的表面上沉积一掩模材料层121；以及S150：去除抗蚀层140，于基底110表面形成一具有纳米图形的掩模层120。在步骤S110中，在所述基底110的整个表面覆盖形成抗蚀材料薄膜141。所述抗蚀材料薄膜141可为一单层结构或复合层结构。当所述抗蚀材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光栅，该光栅包括一基底，该基底的一表面形成有多个凸棱，所述多个凸棱相互平行且间隔设置，相邻的两个凸棱之间形成一凹槽，所述多个凸棱之间形成多个凹槽，其特征在于，所述多个凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于6：1，凹槽的宽度范围为25纳米至150纳米。

【技术特征摘要】
1.一种光栅的制备方法，其包括一采用反应离子刻蚀法刻蚀基底的步骤，该刻蚀过程中的刻蚀气体为四氟化碳、六氟化硫以及氩气，刻蚀过程中四氟化碳、六氟化硫与基底反应生成氟硅化合物，氟硅化合物在氩气的轰击下分解，该光栅包括一基底，该基底的一表面形成有多个凸棱，所述多个凸棱相互平行且间隔设置，相邻的两个凸棱之间形成一凹槽，所述多个凸棱之间形成多个凹槽，其特征在于，所述多个凸棱的一端相互连接形成一体使所述凹槽形成一半封闭结构，多个凸棱中的每个凸棱均具有两个相对的侧壁，该两个侧壁均垂直于所述基底的表面，所述多个凹槽中的每个凹槽的深宽比大于或等于6∶1，凹槽的宽度为25纳米。2.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述基底的材料为硅、二氧化硅、氮化硅、石英或玻璃。3.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述多个凸棱等间距设置。4.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述多个凹槽中每个凹槽的深度范围150纳米至900纳米。5.如权利要求4所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述多个凸棱中每个凸棱的宽度为25nm至150nm。6.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振东，李群庆，张立辉，陈墨，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：