基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法

摘要

本发明公开了一种基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，是一种高效，高精度，高分辨率的光栅制作方法，该光栅以二氧化硅为基底，在基底上设有多个平行的楔形反射式面，整个光栅表面镀银，以提高反射效果。制作过程中主要应用了倾斜光刻来制作楔形反射面，通过控制掩模板的大小和形状可以制作任意尺寸的光栅器件。由于单次生产出来的是大型的光栅，可以通过切割获得成片光栅，从而达到单片光栅的利益最大化。同时，紫外光刻法不会产生鬼线和伴线，不存在刻划光栅刻槽的微观不规则或者毛刺缺陷。即便在加工过程中出现了这些缺陷，在后面的质量检测中也可以将不合格片丢弃，保留合格的光栅出厂。

权利要求

1.基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，所述反射式光栅包括二氧化硅基底以及在基底上设置的N个楔形光栅单元，并顺序对楔形光栅单元编号为1,2,…,N；其中，单个楔形光栅单元的反射式面宽度为a、光栅常量为d、倾角为β、顶点距基底高为m、顶点到基底垂线的垂点到倾角顶点的距离为b；

该反射式光栅的制作方法包括以下具体步骤：

步骤1，制备二氧化硅基底；

步骤2，第一次紫外光刻：在基底上均匀涂上厚度为m的光刻胶后，将基底由水平状态倾斜 角度后进行紫外光刻，形成n个楔形凹槽，其中， n为编号为奇数的楔形光栅单元个数；

步骤3，第一次溅入二氧化硅：将步骤2光刻完成的基底由水平状态倾斜β角度，在重力作用下向步骤2形成的楔形凹槽内分别溅入二氧化硅，形成编号为奇数的所有楔形光栅单元；

步骤4，去除基底上的光刻胶；

步骤5，第二次紫外光刻：在基底上均匀涂上厚度为m的光刻胶后，将基底由水平状态倾斜 角度后进行紫外光刻，形成n'个楔形凹槽，其中，n'为编号为偶数的楔形光栅单元个数；

步骤6，第二次溅入二氧化硅：将步骤5光刻完成的基底由水平状态倾斜β角度，在重力作用下向步骤5形成的楔形凹槽内分别溅入二氧化硅，形成编号为偶数的所有楔形光栅单元；

步骤7，去除基底上的光刻胶；

步骤8，在刻划好的光栅上镀银并切割成片。

2.根据权利要求1所述的基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，该制作方法还包括对切割成片的成品光栅进行质量检测，并对检测不合格的产品进行再次切割。

3.根据权利要求1所述的基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，掩膜版的透光区和遮光区宽度均为c·d·sinα，其中，c为紫外图案经过透镜后的缩小倍数。

4.根据权利要求3所述的基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，相对于第一次紫外光刻时掩膜版的位置，第二次紫外光刻时掩膜版在刻线的垂直方向移动了一个刻线宽度的数量级，即移动了c·d·sinα。

5.根据权利要求1所述的基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，第一次和第二次溅入二氧化硅均在真空下完成。

6.根据权利要求1所述的基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，第一次和第二次去除基底上的光刻胶均在冷却之后。

7.根据权利要求1所述的基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，其特征在于，步骤1中制备的二氧化硅基底为圆形。

说明书

基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种衍射光栅制作方法，特别涉及一种基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，属于光学元件技术领域。

背景技术

[0002] 反射式光栅是一种常见的分光仪器，应用领域比较广泛。反射式光栅是将白光反射，通过干涉和衍射，将光色散，从而将复合光分解为光谱。

[0003] 传统的光栅制作方式有机械刻划，光电刻划，复制，全息照相刻划四种，以上方法对精度要求都非常高，而且一次只能加工一片光栅，加工成本和周期都很高。

[0004] 自1960年光刻工艺诞生之后，光刻在集成电路制造和微机电系统等领域占有绝对的地位，随着半导体对性能的要求不断提升，光刻精度也越来越高，成本也越来越低，让光刻技术应用到光栅制作中成为可能。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，该方法是一种高效，高精度的反射式光栅制作方法，通过紫外光刻技术，使得制作过程简单，单批次成品量上升，降低对机械设备的要求。

[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

[0007] 本发明提供一种基于紫外光刻技术的反射式光栅的制作方法，所述反射式光栅包括二氧化硅基底以及在基底上设置的N个楔形光栅单元，并顺序对楔形光栅单元编号为1,2,…,N；其中，单个楔形光栅单元的反射式面宽度为a、光栅常量为d、倾角为β、顶点距基底高为m、顶点到基底垂线的垂点到倾角顶点的距离为b；

[0008] 该反射式光栅的制作方法包括以下具体步骤：

[0009] 步骤1，制备二氧化硅基底；

[0010] 步骤2，第一次紫外光刻：在基底上均匀涂上厚度为m的光刻胶后，将基底由水平状态倾斜 角度后进行紫外光刻，形成n个楔形凹槽，其中， n为编号为奇数的楔形光栅单元个数；

[0011] 步骤3，第一次溅入二氧化硅：将步骤2光刻完成的基底由水平状态倾斜β角度，在重力作用下向步骤2形成的楔形凹槽内分别溅入二氧化硅，形成编号为奇数的所有楔形光栅单元；

[0012] 步骤4，去除基底上的光刻胶；

[0013] 步骤5，第二次紫外光刻：在基底上均匀涂上厚度为m的光刻胶后，将基底由水平状态倾斜 角度后进行紫外光刻，形成n'个楔形凹槽，其中，n'为编号为偶数的楔形光栅单元个数；

[0014] 步骤6，第二次溅入二氧化硅：将步骤5光刻完成的基底由水平状态倾斜β角度，在重力作用下向步骤5形成的楔形凹槽内分别溅入二氧化硅，形成编号为偶数的所有楔形光栅单元；

[0015] 步骤7，去除基底上的光刻胶；

[0016] 步骤8，在刻划好的光栅上镀银并切割成片。

[0017] 作为本发明的进一步技术方案，该制作方法还包括对切割成片的成品光栅进行质量检测，并对检测不合格的产品进行再次切割。

[0018] 作为本发明的进一步技术方案，掩膜版的透光区和遮光区宽度均为c·d·sinα，其中，c为紫外图案经过透镜后的缩小倍数。

[0019] 作为本发明的进一步技术方案，相对于第一次紫外光刻时掩膜版的位置，第二次紫外光刻时掩膜版在刻线的垂直方向移动了一个刻线宽度的数量级，即移动了c·d·sinα。

[0020] 作为本发明的进一步技术方案，第一次和第二次溅入二氧化硅均在真空下完成。

[0021] 作为本发明的进一步技术方案，第一次和第二次去除基底上的光刻胶均在冷却之后。

[0022] 作为本发明的进一步技术方案，步骤1中制备的二氧化硅基底为圆形。

[0023] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

[0024] 1、对机械装置需求下降，这种新型的基于紫外光刻技术的光栅制作方法，只需要在最后切割步骤需要用到一般机械切割装置，而不需要在生产光栅条纹时使用高精度切割设备，降低了对机械装置的要求；

[0025] 2、光栅成品质量高，相比复制光栅，这种方法制作的光栅全部都是原刻光栅，能极大程度上提高光栅成品的质量，保证产品的分辨率；

[0026] 3、单次生产产量高，现有的所有光栅加工方法都是同一台设备只能对一片较小的光栅进行加工，复制法中，一块原刻光栅一次只能生产一片复制光栅；机械刻划加工出来的光栅大小受到严格控制，基于紫外光刻技术的方法可以一次生产大型的光栅片，再通过切割获得大量光栅，从而提高整体产量；全息照相刻划虽然能生产大型光栅，但对技术要求特别高；

[0027] 4、生产周期短，除了复制光栅之外，其余传统的光栅制作方法一次只能刻划一条刻线，因此需要花费很长的时间来生产少量光栅，整体时间成本高。除而基于紫外光刻技术的光栅制作方法在两次光刻、溅入之后就可以生产出所有的刻线，大大提高了生产效率；

[0028] 5、光栅分辨率高，有光栅制作方法中，机械刻划和光电刻划的刻线最多为1000条/mm，全息照相技术的刻线大约为4000/mm，也就是说现有的光栅制作方法单条刻线最窄大约为250nm，基于紫外光刻的光栅制作方法则可以达到180nm甚至更低；

[0029] 6、可以制作很薄的光栅：由于传统的机械刻划和光电刻划加工时对光栅片的压力会非常大，如果基底过薄，加工过程中很容易损坏未成的光栅，而基于紫外光刻技术的光栅制作方法对基底几乎没有压力或者直接的破坏，因此可以加工出很薄的光栅；

[0030] 7、生产成本低：随着光刻工艺的进步，光刻的成本也越来越低，现有的成熟工艺已经达到了40nm和28nm，而光栅制作只需要亚微米级别的光刻，因此生产成本不高。

附图说明

[0031] 图1是整个光栅的截面图。

[0032] 图2是单个楔形反射式面的截面图。

[0033] 图3是最开始涂上光刻胶时的截面图。

[0034] 图4是第一次紫外光刻时的截面图。

[0035] 图5是第一次紫外光刻后的截面图。

[0036] 图6是第一次溅入二氧化硅时的截面图。

[0037] 图7是第一次溅入二氧化硅后的截面图。

[0038] 图8是第二次涂上光刻胶时的截面图。

[0039] 图9是第二次紫外光刻时的截面图。

[0040] 图10时第二次紫外光刻后的截面图。

[0041] 图11是第二次溅入二氧化硅时的截面图。

[0042] 图12是第二次溅入二氧化硅后的截面图。

[0043] 图13是表面镀银之后的截面图。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

[0045] 本发明的基于紫外光刻技术的反射式光栅制作方法是一种新型、高效、高精度、高分辨率的反射式光栅制作方法。该光栅以二氧化硅为基底，在基底上设有多个平行的楔形反射面，整个光栅表面镀银，以提高反射效果。这种光栅制作方法应用倾斜光刻和溅入二氧化硅来制作楔形反射面，因此不依赖高精度刻划设备；通过紫外光刻的方式同时刻划多条刻线，能极大地缩小生产周期；而且这种制备方法可以制作宽度为180nm以下的刻线，因此生产出来的光栅分辨率非常高；这种制作方法还能生产任意尺寸的光栅，再通过切割获得成片光栅，从而提高整体产量。

[0046] 本发明制作的反射式光栅包括二氧化硅基底以及在基底上设置的N个楔形光栅单元，如图1所示，顺序对楔形光栅单元编号为1,2,…,N。如图2所示，单个楔形光栅单元的反射式面宽度为a、光栅常量为d、倾角为β、顶点距基底高为m、顶点到基底垂线的垂点到倾角顶点的距离为b。

[0047] 基于紫外光刻技术的如图1所示的反射式光栅的制作方法为：

[0048] 1)准备二氧化硅基底：类似单晶硅晶圆制作方法，不过材料采用的是二氧化硅,基底要求表面平整，纯净度高，最好是圆形片，这样涂光刻胶的时候能更为均匀。

[0049] 2)如图3所示，在生产好的二氧化硅基底上均匀涂上厚度为m的光刻胶，m为光栅高度。

[0050] 3)第一次光刻：如图4所示，将涂胶后的二氧化硅基底由水平状态倾斜 角度后进行紫外光刻， 掩模版上透光区和遮光区宽度均为c·d·sinα,d为光栅常量，c为紫外图案经过透镜后的缩小倍数，光刻结束的基底截面如图5所示。

[0051] 4)第一次溅入二氧化硅：如图6所示，将第一次光刻完成的基底由水平状态倾斜β角度， 在真空中向凹槽内溅入二氧化硅，溅入的二氧化硅在重力作用下将形成楔形反射式面。

[0052] 5)冷却后去胶，制成编号为奇数的所有楔形光栅单元，此时基底的截面如图7所示。

[0053] 6)如图8所示，对5)中的基底再一次涂上厚度为m的光刻胶。

[0054] 7)第二次光刻：如图9所示，将基底由水平状态倾斜 角度后进行紫外光刻。此时相比于3)中的第一次光刻，掩模版在刻线的垂直方向移动一个刻线宽度的数量级，即移动c·d·sinα，光刻结束后的截面如图10所示。

[0055] 8)第二次溅入二氧化硅：如图11所示，将第二次光刻完成的基底由水平状态倾斜β角度，在真空中向凹槽内溅入二氧化硅，溅入的二氧化硅在重力作用下将形成楔形反射式面。

[0056] 9)冷却后去胶，制成编号为偶数的所有楔形光栅单元，此时基底的截面如图12所示。

[0057] 10)在刻划好的光栅上镀银，如图13所示。

[0058] 11)切割成片，对成品光栅进行质量检测，合格的光栅直接出厂，不合格的产品在检查出不合格的部分之后将进行再次切割，获得的合格部分也可以出厂。

[0059] 具有以上制作过程的加工方法即视为本发明的基于紫外光刻技术的反射式光栅制作方法。本发明的光栅制作过程中，主要应用了倾斜光刻来制作楔形反射面，通过控制掩模板的大小和形状可以制作任意尺寸的光栅器件。由于单次生产出来的是大型的光栅，可以通过切割获得成片光栅，从而达到单片光栅的利益最大化。同时，紫外光刻法不会产生鬼线和伴线，不存在刻划光栅刻槽的微观不规则或者毛刺缺陷。即便在加工过程中出现了这些缺陷，在后面的质量检测中也可以将不合格片丢弃，保留合格的光栅出厂。

[0060] 以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。