制作中阶梯光栅的方法与流程

本发明涉及光学零部件微结构加工领域，具体而言，涉及一种制作中阶梯光栅的方法。

背景技术：

1、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，具有宽光谱闪耀，衍射效率高，分辨率高的优点，如今中阶梯光栅已经广泛应用到光谱仪中，提高了光谱仪的分辨率，缩小了仪器体积。

2、中阶梯光栅现阶段传统制作方法为机械刻划，但是其有鬼线，高杂散光以及制作成本高也成为了目前难以解决的难题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种制作中阶梯光栅的方法，以解决现有技术中制作中阶梯光栅的方法所制作的中阶梯光栅容易出现鬼线的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种制作中阶梯光栅的方法，包括：步骤s10：在单晶硅基片上沉积si3n4膜层；步骤s40：在单晶硅基片上涂覆第一光刻胶层并对单晶硅基片进行软烘，第一光刻胶层位于si3n4膜层的上方；步骤s50：调整单晶硅基片的位置，使单晶硅基片的单晶硅的111晶面的晶向与基准面平行；步骤s60：将单晶硅基片放置于干涉光路中，使干涉光路产生的干涉条纹与基准面垂直以使单晶硅基片的单晶硅的另一111晶面的晶向与干涉条纹的方向一致；步骤s70：对单晶硅基片进行全息曝光；步骤s80：对曝光后的单晶硅基片进行显影和后烘，单晶硅基片上的光刻胶层形成具有多个第一槽的光刻胶掩膜；步骤s100：通过离子刻蚀，将光刻胶掩膜的形貌转移到si3n4膜层中；步骤s130：将单晶硅基片浸入koh溶液内进行湿法腐蚀，以使单晶硅基片上形成与多个第一槽一一对应的多个第二槽，第二槽呈v型；步骤s150：去除si3n4膜层。

3、在其中一个实施方式中，在步骤s10与步骤s40之间，制作中阶梯光栅的方法还包括：步骤s20：在单晶硅基片上涂覆第二光刻胶层并对单晶硅基片进行软烘，第二光刻胶层位于si3n4膜层的上方；步骤s30：对单晶硅基片进行晶向标定，以形成111晶面；步骤s40包括：在完成晶向标定后的单晶硅基片上涂覆第一光刻胶层。

4、在其中一个实施方式中，晶向标定的方法包括：步骤s31：在单晶硅基片上打出圆孔，圆孔的深度超过第二光刻胶层以及si3n4膜层以露出单晶硅；步骤s32：将单晶硅基片浸入koh溶液内进行湿法腐蚀，圆孔所对应的单晶硅基片处腐蚀出方形孔，方形孔的孔壁为111晶面。

5、在其中一个实施方式中，步骤s50包括：步骤s51：通过第一激光器向方形孔内发射水平方向的红光，方形孔内产生十字光斑；步骤s52：调整单晶硅基片的位置，使得十字光斑的横线与基准面平行。

6、在其中一个实施方式中，在步骤s100与步骤s130之间，制作中阶梯光栅的方法还包括：步骤s120：对单晶硅基片进行灰化以清理光刻胶。

7、在其中一个实施方式中，在步骤s100与步骤s120之间，制作中阶梯光栅的方法还包括：步骤s110：对单晶硅基片的si3n4膜层上的槽型进行测试，如果si3n4膜层上的槽被刻透则执行步骤s120，如果si3n4膜层上的槽未被刻透则重新执行步骤s100。

8、在其中一个实施方式中，在步骤s130与步骤s150之间，制作中阶梯光栅的方法还包括：步骤s140：将单晶硅基片浸入磷酸溶液中，以去除si(oh)4聚合物。

9、在其中一个实施方式中，在步骤s80与步骤s100之间，制作中阶梯光栅的方法还包括：步骤s90：对光刻胶掩膜上的第一槽的槽型进行检测，如果合格则执行步骤s100；如果不合格，则执行下述步骤：步骤s91：对单晶硅基片进行灰化以清理光刻胶；步骤s92：在单晶硅基片上涂覆第一光刻胶层并对单晶硅基片进行软烘，第一光刻胶层位于si3n4膜层的上方，执行步骤s70。

10、在其中一个实施方式中，步骤s50包括：调整单晶硅基片的位置，使单晶硅基片的定位边与基准面平行。

11、在其中一个实施方式中，干涉光路包括第二激光器、针孔滤波器以及偏振分光镜，第二激光器出射的光束经偏振分光镜分为偏振态正交的两束光，再由针孔滤波器完成滤波和扩束后，由透镜进行准直，最后在基片表面因存在光程差而进行干涉，产生干涉条纹。

12、应用本发明的技术方案，通过光刻胶记录干涉条纹形貌形成光刻胶掩膜，然后将光刻胶掩膜中的形貌刻蚀在si3n4膜层中，由单晶硅在碱溶液中的各向异性形成中阶梯光栅沟槽。所以此方法无鬼线，制作成本低，容易获得高衍射角和低杂散光强度。此外，由于单晶硅基片的单晶硅的111晶面的晶向与干涉条纹的方向一致，使得全息曝光、显影后形成的多个第一槽为直槽，保证最后生成的光栅的质量。

13、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，在所述步骤s10与所述步骤s40之间，所述制作中阶梯光栅的方法还包括：

3.根据权利要求2所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，所述晶向标定的方法包括：

4.根据权利要求3所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，所述步骤s50包括：

5.根据权利要求1所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，在所述步骤s100与所述步骤s130之间，所述制作中阶梯光栅的方法还包括：

6.根据权利要求5所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，在所述步骤s100与所述步骤s120之间，所述制作中阶梯光栅的方法还包括：

7.根据权利要求1所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，在所述步骤s130与所述步骤s150之间，所述制作中阶梯光栅的方法还包括：

8.根据权利要求1所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，在所述步骤s80与所述步骤s100之间，所述制作中阶梯光栅的方法还包括：

9.根据权利要求1所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，所述步骤s50包括：

10.根据权利要求1所述的制作中阶梯光栅的方法，其特征在于，所述干涉光路(50)包括第二激光器(51)、针孔滤波器(52)以及偏振分光镜(53)，所述第二激光器(51)出射的光束经偏振分光镜(53)分为偏振态正交的两束光，再由针孔滤波器(52)完成滤波和扩束后，由透镜进行准直，最后在基片表面因存在光程差而进行干涉，产生干涉条纹。

技术总结
本发明提供了一种制作中阶梯光栅的方法，包括：步骤S10：在单晶硅基片上沉积Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;膜层；步骤S40：在单晶硅基片上涂覆第一光刻胶层并对单晶硅基片进行软烘；步骤S50：调整单晶硅基片使其111晶面的晶向与基准面平行；步骤S60：使单晶硅基片的单晶硅的另一111晶面的晶向与干涉条纹的方向一致；步骤S70：对单晶硅基片进行全息曝光；步骤S80：对曝光后的单晶硅基片进行显影和后烘；步骤S100：通过离子刻蚀，将光刻胶掩膜的形貌转移到Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;膜层中；步骤S130：将单晶硅基片浸入KOH溶液内进行湿法腐蚀，以形成多个V型的第二槽；步骤S150：去除Si<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;膜层。应用本发明的技术方案能够有效地解决现有技术中制作中阶梯光栅的方法所制作的中阶梯光栅容易出现半线、鬼线的问题。

技术研发人员：赵玉新,赵珍阳,赵英勃
受保护的技术使用者：山东东仪光电仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1