多倍频沟槽型周期栅阵制备方法与流程

本发明属于周期性微结构制备技术领域，特别是一种工艺和设备要求低、制造成本低的多倍频沟槽型周期栅阵制备方法。

背景技术：

周期栅阵是一种制作在电子或光学器件基片表面周期微结构，其中一种形式为在基片表面周期排列的若干平行下凹沟槽的组合。沟槽型周期栅阵广泛应用于微电子器件和光学器件中，如声表面波器件中的叉指换能器、反射阵、多条耦合器等，光学器件中的反射光栅、衍射光栅等。

沟槽周期栅阵的常规制作方法包括光刻、刻蚀等。在声表面波器件的应用中，随着声表面波器件工作频率的不断提高，其所包含的周期栅阵的栅频率也随之不断增大，即构成周期栅阵的平行沟槽的宽度与间隙不断减小。

周期栅阵的制备方法中的关键技术是光刻，现行技术中制作高栅频沟槽型周期栅阵的光刻方法主要是利用分辨率不断提高的光学光刻技术。

其中紫外光源的接触式或接近式光刻对工艺及设备要求低，但可实现的图形分辨率不高，而深紫外光源的投影式光刻可实现的图形分辨率高，但对设备、工艺特别是关键的高分辨率光刻掩膜版的要求高，相应增加了制造成本(参见：童志义，光学光刻技术现状及发展趋势，电子工业专业设备，2001，vol30，no1，pp.1-9)。

其次是采用先进的电子束曝光技术，直写式电子束曝光可实现超高图形分辨率,无需复杂的投影光学系统以及光刻掩膜版制备过程(参见：张琨等，电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用，电子显微学报,2006，25(2):97-103；韩伟华等，微纳加工技术在光电子领域的应用，物理,2006,35(1):51-55)，缺点是直写式曝光过程限制了图形成像的速度，产能上的瓶颈使其目前仅作为一种辅助技术，主要应用于光刻掩膜版和小批量器件的制备，工艺成本较高。

总之，现有技术存在的问题是：多倍频沟槽型周期栅阵的制备设备要求高，工艺包成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多倍频沟槽型周期栅阵制备方法，工艺和设备要求低、制造成本低。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种多倍频沟槽型周期栅阵制备方法，包括如下步骤：

(10)基准沟槽获取：在基片上通过一次移动周期栅阵光刻掩膜版、二次曝光、刻蚀，得到基准组沟槽；

(20)重复沟槽获取：在已得到基准组沟槽或者已得到基准组沟槽和部分重复组沟槽的基片上，通过二次移动周期栅阵光刻掩膜版、二次曝光、刻蚀，得到一组重复组沟槽；

(30)沟槽阵列获取：重复步骤(20)重复沟槽获取，制备所需组数的重复组沟槽，得到多倍频沟槽型周期栅阵。

所述在基片表面刻蚀沟槽的方法为湿法刻蚀，或者反应离子刻蚀。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

设备要求低，制造成本省：本发明利用低栅频率的周期栅阵光刻掩膜版实现高栅频率的周期栅阵，降低了制作高栅频率周期栅阵的工艺要求和设备要求，包括制备高分辨率光刻掩膜版的要求；从而降低工艺成本，易于实现和推广。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明多倍频沟槽型周期栅阵制备方法主流程图。

图2为图1中基准沟槽获取步骤的流程图。

图3为图1中重复沟槽获取步骤的流程图。

图4(a)为本发明用于制作3倍频沟槽型周期栅阵的常规栅频率的周期栅阵光刻掩膜版上的掩膜图形示意图；

图4(b)为本发明用于制作3倍频沟槽型周期栅阵的常规栅频率的周期栅阵光刻掩膜版的截面示意图；

图5为本发明采用上述周期栅阵光刻掩膜版制作3倍频沟槽型周期栅阵的工艺流程中第1、2、3、4、5、6次曝光时周期栅阵光刻掩膜版的相对位置(从上至下)示意图；

图6(a)～图6(l)为本发明采用上述周期栅阵光刻掩膜版制作3倍频沟槽型周期栅阵的工艺流程及各个工序完成后的基片表面结构示意图，

其中：图6(a)为第1次涂胶后基片表面结构示意图；

图6(b)为第1次曝光、第2次曝光及显影后的基片表面结构示意图；

图6(c)为第1次刻蚀基片后的基片表面结构示意图；

图6(d)为第1次去胶后基片表面结构示意图；

图6(e)为第2次涂胶后基片表面结构示意图；

图6(f)为第3次曝光、第4次曝光及显影后的基片表面结构示意图；

图6(g)为第2次刻蚀基片后的基片表面结构示意图；

图6(h)为第2次去胶后基片表面结构示意图；

图6(i)为第3次涂胶后的基片表面结构示意图；

图6(j)为第5次曝光、第6次曝光及显影后的基片表面结构示意图；

图6(k)为第3次刻蚀基片后的基片表面结构示意图；

图6(l)为第3次去胶后基片表面结构示意图。

图中：1压电基片、2光刻掩膜版、21光刻掩膜版不透光部分、22光刻掩膜版透光部分、3旋涂后曝光前的光刻胶胶膜、31第1次曝光和第2次曝光及显影后存留的光刻胶胶膜、311第1次曝光光刻胶胶膜感光部位、312第2次曝光光刻胶胶膜感光部位、313第1次曝光和第2次曝光光刻胶胶膜重叠感光部位、32第3次曝光和第4次曝光及显影后存留光刻胶胶膜、321第3次曝光光刻胶胶膜感光部位、322第4次曝光光刻胶胶膜感光部位、323第3次曝光和第4次曝光光刻胶胶膜重叠感光部位、33第5次曝光和第6次曝光及显影后存留光刻胶胶膜、331第5次曝光光刻胶胶膜感光部位、332第6次曝光后光刻胶胶膜感光部位、333第5次曝光和第6次曝光光刻胶胶膜重叠感光部位、4金属膜、5-1三倍频周期栅阵基准组沟槽、5-2三倍频周期栅阵第1组重复组沟槽、5-3三倍频周期栅阵第2组重复组沟槽。

具体实施方式

如图1所示，本发明多倍频沟槽型周期栅阵制备方法，包括如下步骤：

(10)基准沟槽获取：在基片上通过一次移动周期栅阵光刻掩膜版、二次曝光、刻蚀，得到基准组沟槽；

优选地，如图2所示，所述(10)基准沟槽获取步骤包括：

(11)第1次曝光：周期栅阵光刻掩膜版保持起始位置，对旋涂负性光刻胶的基片进行第1次曝光；

(12)第2次曝光：将光刻掩膜版右移(n-1)/2n掩膜版栅周期，对第1次曝光后的基片进行第2次曝光；

(13)刻蚀沟槽：显影去除基片未曝光部分的光刻胶胶膜，刻蚀无光刻胶胶膜处的基片材料至所需深度；

(14)去胶：去胶，得到n倍频沟槽型周期栅阵的第1组沟槽，即基准组沟槽，n为整数。

(20)重复沟槽获取：在已得到基准组沟槽或者已得到基准组沟槽和部分重复组沟槽的基片上，通过二次移动周期栅阵光刻掩膜版、二次曝光、刻蚀，得到一组重复组沟槽；

优选地，如图3所示，所述(20)重复沟槽获取步骤包括：

(21)一次曝光：将光刻掩膜版左移|n-3|/2n掩膜版栅周期，对已得到基准组沟槽或者已得到基准组沟槽和部分重复组沟槽并再次旋涂负性光刻胶的基片进行一次曝光；

(22)二次曝光：将光刻掩膜版右移(n-1)/2n掩膜版栅周期，对经第1次曝光后的基片进行二次曝光；

(23)刻蚀沟槽：显影去除基片未曝光部分的光刻胶胶膜，刻蚀无光刻胶胶膜处的基片材料至所需深度；

(24)去胶：去胶，得到n倍频沟槽型周期栅阵的下一组沟槽，即一组重复组沟槽，n为整数。

(30)沟槽栅阵获取：重复步骤(20)重复沟槽获取，制备所需组数的重复组沟槽，得到多倍频沟槽型周期栅阵。

为更好地理解本发明方法，下面以具体实施例加以说明

实施例1：

如图6(a)～图6(l)所示，一种利用常规栅频率周期栅阵光刻掩膜版在单晶硅基片上制作3倍频沟槽型周期栅阵的工艺方法，其具体步骤为：

(1)单晶硅基片上旋涂负性光刻胶；

(2)光刻掩膜版保持起始位置，第1次曝光；

(3)光刻掩膜版右移1/3掩膜版栅周期，第2次曝光；

(4)显影，去除未曝光部分的光刻胶胶膜；

(5)刻蚀无光刻胶胶膜处的单晶硅基片材料至适当深度；

(6)去胶，得到3倍频周期栅阵的第1组沟槽，即基准组沟槽；

(7)上述基片结构层上旋涂负性光刻胶；

(8)光刻掩膜版保持原位，第3次曝光；

(9)光刻掩膜版右移1/3掩膜版栅周期，第4次曝光；

(10)显影去除未曝光部分的光刻胶胶膜；

(11)刻蚀无光刻胶胶膜处的单晶硅基片材料至适当深度；

(12)去胶，得到3倍频周期栅阵的第2组沟槽，即第1组重复组沟槽；

(13)上述基片结构层上涂覆负性光刻胶；

(14)光刻掩膜版保持原位，第5次曝光；

(15)光刻掩膜版右移1/3掩膜版栅周期，第6次曝光；

(16)显影去除未曝光部分的光刻胶胶膜；

(17)刻蚀无光刻胶胶膜处的单晶硅基片材料至适当深度；

(18)去胶，得到3倍频周期栅阵的第3组沟槽，即第2组重复组沟槽，完成3倍频沟槽型周期栅阵的制作。