光栅的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种光栅的制备方法，包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面形成一掩模层；纳米压印所述掩模层，使所述掩模层表面形成并排延伸的多个条形凸起结构；刻蚀所述掩模层，使所述凸起结构的顶端两两靠在一起而闭合；刻蚀所述基底，使所述基底的表面图案化，形成多个三维纳米结构预制体；以及去除所述掩模层，形成多个三维纳米结构。
【专利说明】光栅的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光栅的制备方法，尤其涉及一种闪耀光栅的制备方法。
【背景技术】
[0002]光栅是现代精密仪器的重要组成元件之一。普通光栅大部分的能量集中在零级衍射，由于单缝衍射的零级主极大方向等于缝间隙干涉的零级主极大方向，所以分光作用的光谱仪的能量利用非常有限。
[0003]为了使两个极大值的方向分开，将衍射零级的主要能量集中到所需要的光谱级次上，人们设计了闪耀光栅。随着现代精密仪器的分辨率的要求越来越高，对闪耀光栅的要求也越来越高，通过光射色散原理，可以实现特定波长分光、滤光等。闪耀光栅的制作是一项重要的工程，决定了闪耀光栅的应用和设计功能的实现，尤其是亚波长闪耀光栅的制备则更困难。
[0004]当前，国际上能实现亚波长闪耀光栅大多是聚合物。而以硅或石英作为基底的闪耀光栅的制备方法主要通过光刻制造工艺制备，掩模通过光刻形成多个台阶状结构而形成近似三角形。然而掩模在光刻过程中存在临近场作用、化学放大、热积累以及背面散射等问题，难以保证其形状的精度，进而无法保真的将图形转移到硅或石英等目标基底上，而且工艺复杂，成本较高，光栅精度难以控制，因此以硅或石英等材料作为基底的闪耀光栅很难实现。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种工艺简单、能够精确控制光栅精度的制备方法。
[0006]一种光栅的制备方法，包括以下步骤:提供一硅基底；在所述硅基底的表面形成一掩模层；纳米压印所述掩模层，使所述掩模层表面形成并排延伸的多个条形凸起结构；刻蚀所述掩模层，使所述凸起结构的顶端两两靠在一起而闭合；刻蚀所述硅基底，使所述硅基底的表面图案化，形成多个三维纳米结构预制体；以及去除所述掩模层，形成多个三维纳米结构。
[0007]—种光栅的制备方法，包括以下步骤:提供一基底；在所述基底的表面形成一掩模层，所述掩模层包括并排延伸的多个凸起结构，所述凸起结构的横截面为矩形；刻蚀所述掩模层，使所述掩模层的所述多个凸起结构中，相邻的凸起结构依次两两闭合，所述两两闭合的凸起结构的横截面为等腰三角形；刻蚀所述基底，形成多个横截面为等腰三角形的三维纳米结构预制体；以及去除所述掩模，形成多个三维纳米结构，所述三维纳米结构的横截面为等腰三角形。
[0008]与现有技术相比较，本发明通过使凸起结构两两闭合的方式形成三角形的掩模，从而能够方便的在基底表面形成高保真的三角形掩模，进而形成的光栅分辨率高，该方法工艺简单，成本低廉，且能够很好的控制光栅的精度。【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明第一实施例提供的光栅的制备方法的工艺流流程图。
[0010]图2为图1所述的制备方法中掩模层的制备方法的工艺流程图。
[0011]图3为图1所述的制备方法中所述基底的刻蚀过程。
[0012]图4为图1所述的制备方法制备的光栅的结构示意图。
[0013]图5为图4所示的光栅沿V-V线的剖视图。
[0014]图6为本发明第一实施例提供的光栅的扫描电镜光栅。
[0015]图7为图6所示光栅的具体参数。
[0016]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种光栅的制备方法，包括以下步骤: 提供一娃基底； 在所述娃基底的表面形成一掩模层； 纳米压印所述掩模层，使所述掩模层表面形成并排延伸的多个条形凸起结构； 沿垂直于硅基底表面的方向采用惰性气体等离子体轰击所述掩模层，使所述多个条形凸起结构的顶端两两靠在一起而闭合； 沿垂直于硅基底表面的方向采用感应耦合等离子体刻蚀所述硅基底和所述掩模层，使所述硅基底的表面图案化，形成多个三维纳米结构预制体；以及 去除所述掩模层，形成多个三维纳米结构。
2.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述轰击掩模层的过程中，相邻两个条形凸起结构的顶端逐渐靠在一起，使所述多个条形凸起结构两两闭合。
3.如权利要求2所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述轰击掩膜层的气体为氩气、氦气、氮气中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述凸起结构的顶端被部分刻蚀而变窄，所述两两闭合的凸起结构的横截面为三角形。
5.如权利要求4所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述基底的刻蚀方法具体包括以下阶段: 对未被凸起结构覆盖的基底表面进行刻蚀，使基底表面形成多个凹槽，所述凹槽的深度相冋； 在所述等离子体的轰击作用下，所述气体与基底反应，在刻蚀表面形成一保护层，阻碍气体的进一步刻蚀，所述凹槽的宽度沿刻蚀方向逐渐减小，所述凹槽的内壁与所述基底的表面形成一定角度，且所述凸起结构边缘位置处的部分逐渐被刻蚀掉，暴露出所述被凸起结构覆盖的基底表面；以及 继续对所述基底及所述凸起结构进行刻蚀，所述掩模层被部分刻蚀而厚度变薄，形成多个三维纳米结构预制体。
6.如权利要求5所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述三维纳米结构预制体的横截面为三角形或梯形。
7.如权利要求5所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述基底的刻蚀方法为在一感应耦合等离子体系统中通过等离子体刻蚀的方法。
8.如权利要求7所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述等离子体系统的功率为10瓦~150瓦。
9.如权利要求8所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀中的刻蚀气体包括CHxF4_x和O2气体，其中，X=0，1，2或3。
10.如权利要求9所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体的通入速率为8sccnTl50sccm,形成的气压为0.5帕~15帕，刻蚀时间为5秒~5分钟。
11.如权利要求10所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括CF4及02，所述CF4的通入速率为24sccm,所述O2的通入速率为16sccm。
12.如权利要求1所述的 光栅的制备方法，其特征在于，所述光栅的周期为纳米级。
13.如权利要求12所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述光栅的周期为50纳米至200纳米。
14.一种光栅的制备方法，包括以下步骤: 提供一基底； 在所述基底的表面形成一掩模层，所述掩模层包括一第一掩模层及第二掩模层依次层叠设置于基底表面； 纳米压印所述掩模层，形成并排延伸的多个凸起结构，所述凸起结构的横截面为矩形，并暴露出相邻凸起结构之间的基底的部分表面； 轰击所述掩模层，使所述掩模层的所述多个凸起结构中，相邻的凸起结构依次两两闭合，所述两两闭合的凸起结构的横截面为等腰三角形； 刻蚀所述基底，形成多个横截面为等腰三角形的三维纳米结构预制体；以及 去除所述掩模，形成多个三维纳米结构，所述三维纳米结构的横截面为等腰三角形。
15.如权利要求14所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述第一掩模层的厚度为100纳米~500纳米，所述第二掩模层的厚度为100纳米~500纳米，所述第一掩模层的材料为ZEP520A，所述第二掩模层的材料为HSQ。
16.如权利要求14所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述掩模层的纳米压印包括以下步骤: 提供一表面具有纳米图形的模板； 将模板形成有纳米图形的表面与所述第二掩模层贴合； 在常温下挤压所述模板与基底后并脱模，在第二掩模层中形成多个凹槽； 通过刻蚀去除所述凹槽底部的部分第二掩模层，露出第一掩模； 刻蚀凹槽底部的第一掩模，露出基底。
17.一种光栅的制备方法，包括以下步骤: 提供一基底； 在所述基底的表面形成一掩模层，所述掩模层包括并排延伸的多个凸起结构，所述凸起结构的横截面为矩形； 刻蚀所述掩模层，使所述掩模层的所述多个凸起结构中，相邻的凸起结构依次两两闭合，所述两两闭合的凸起结构的横截面为等腰三角形； 刻蚀所述基底，形成多个横截面为等腰三角形的三维纳米结构预制体；以及 去除所述掩模，形成多个三维纳米结构，所述三维纳米结构的横截面为等腰三角形。
18.如权利要求17所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述基底的材料为石英或硅。
【文档编号】C03C15/00GK103901516SQ201210571020
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】朱振东, 李群庆, 张立辉, 陈墨, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司