CN103091747A - 一种光栅的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种光栅的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；形成一抗蚀材料薄膜于该基底的表面；纳米压印并刻蚀所述抗蚀材料薄膜，得到抗蚀层；形成一掩模层于所述基底表面，所述掩模层覆盖所述抗蚀层以及基底通过所述抗蚀层暴露的表面；剥离所述抗蚀层及抗蚀层表面的部分掩模层，使基底形成一具图形化的掩模层；采用反应离子刻蚀法刻蚀基底得到石英光栅，刻蚀过程中刻蚀气体为四氟化碳、六氟化硫以及氩气；以及去除掩膜层。该种光栅对光波的衍射性能较好。

Description

一种光栅的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光栅的制备方法。
背景技术
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。
发明内容
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及其制备方法。
一种光栅的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；形成一抗蚀材料薄膜于该基底的表面；纳米压印并刻蚀所述抗蚀材料薄膜，得到抗蚀层；形成一掩模层于所述基底表面，所述掩模层覆盖所述抗蚀层以及基底通过所述抗蚀层暴露的表面；剥离所述抗蚀层及抗蚀层表面的部分掩模层，使基底形成一具图形化的掩模层；采用反应离子刻蚀法刻蚀基底得到石英光栅，刻蚀过程中刻蚀气体为四氟化碳、六氟化硫以及氩气；以及去除掩膜层。
与现有技术相比，本发明通过在刻蚀气体中添加氩气作为刻蚀气体，从而使氩气在刻蚀过程中轰击产生的氟硅碳化合物，使氟硅碳化合物中的硅氟健断裂，从而减少了刻蚀过程中氟硅碳化合物的保护作用，使刻蚀反应可以持续的进行，从而得到凹槽的宽度为25纳米至150纳米，且深宽比大于等于6：1的亚波长光栅。
附图说明
图1是本发明提供的光栅的制备方法的工艺流程图。
图2是本发明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是本发明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是本发明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亚波长光栅中的单个凹槽的横截面形状示意图。
图5是本发明提供的光栅的结构示意图。
图6是本发明提供的光栅的低倍扫描电镜照片。
图7是本发明提供的光栅的高倍扫描电镜照片。
图8是本发明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发明。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的光栅10及其制备方法。为了便于理解本发明的技术方案，本发明首先介绍一种所述光栅10的制备方法。
请参阅图1，本发明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。当所述抗蚀材料薄膜141为一单层结构时，所述抗蚀材料薄膜141的材料可以为ZEP520A、HSQ（hydrogen silsesquioxane）、PMMA（Polymethylmethacrylate）、PS（Polystyrene）、SOG（Silicon on glass）、AR-N系列、AR-Z系列、AR-B系列、SAL-601或其他有机硅类低聚物等材料，所述抗蚀材料薄膜141用于保护其覆盖位置处的基底110。所述抗蚀材料薄膜141的厚度可根据实际需要进行选择，如需要刻蚀的深度等。本实施例中，所述抗蚀材料薄膜141具有两层层叠结构，一层材料为聚甲基苯烯酸甲酯(PMMA)，一层为二氧化硅无机类(hydrogen silsesquioxane，HSQ)材料。所述PMMA层邻近石英基底110设置。
本实施例中，所述抗蚀材料薄膜141的制备方法包括以下步骤：
首先，采用标准工艺清洗基底110后，于基底110的一个表面旋涂PMMA。该PMMA层的厚度为100纳米~500纳米。本实施例中，所述标准工艺为超净间标准清洗工艺。
其次，在PMMA层的远离所述基底110的表面形成一过渡层，以覆盖所述PMMA层。所述过渡层的材料为二氧化硅。可以通过溅射法或沉积法，在所述PMMA层上形成所述过渡层。本实施例中，所述PMMA层上沉积玻璃态二氧化硅，形成一厚度为10纳米至100纳米的二氧化硅薄膜。
最后，形成一HSQ层覆盖所述过渡层。
通过液滴涂布、旋涂法等方法沉积HSQ于所述过渡层，以形成HSQ层。本实施例中，将所述压印抗蚀剂HSQ采用旋涂的方式涂布于所述过渡层，该压印抗蚀剂HSQ的旋涂在高压下进行。该HSQ层的厚度为100纳米~500纳米，优选的为100纳米~300纳米。
在步骤S120中，所述采用纳米压印的方法形成具有纳米图形的所述预制抗蚀层143的方法包括以下步骤：
步骤S122，提供一表面具有纳米图形的模板，该纳米图形由多个凸起和凹陷组成；
步骤S124，在常温下，将模板形成有纳米图形的表面与所述基底110上的抗蚀材料薄膜141的HSQ层贴合，常温下压合所述模板与基底110，使模板表面的纳米图形转移至抗蚀材料薄膜141远离基底110的表面；以及
步骤S126，使模板与基底110分离，从而形成具有纳米图形的预制抗蚀层143。
在步骤S122中，所述模板的材料为硬性透明材料，如二氧化硅、石英、硼化玻璃等。本实施例中，所述模板的材料为二氧化硅。本实施例中，所述模板表面的纳米图形包括多个平行且相互间隔的条形凸起以及位于任意两个条形凸起之间的多个条形凹陷。
在步骤S124中，在压力的作用下，所述模板表面的条形凸起压入所述抗蚀材料薄膜141的内部直至抗蚀材料薄膜141中的HSQ层也在压力下变形，进而使抗蚀材料薄膜141远离基底110的表面形成图形进而形成具有纳米图形的预制抗蚀层143。然而，位于HSQ层上方的PMMA层并未在压力下变形。
所述模板表面的纳米图形的图案与所述预制抗蚀层143远离基底110的表面的纳米图形的图案相对应。所述预制抗蚀层143远离基底110的表面的纳米图形包括多个相互平行的条形凸部142以及位于任意两相邻条形凸部142之间的条形凹部144。
在步骤S130中，去除凹部144中残留的HSQ和PMMA的方法具体包括以下步骤：
步骤S132，将所述形成有抗蚀层140的基底110放置于一微波等离子体系统中，采用四氟化碳(CF4)作为反应气体刻蚀法去除凹部144中的HSQ层；以及
步骤S134，采用氧气（O2）作为反应气体去除凹部144中的PMMA层。
在步骤S132中，所述微波等离子体系统为反应离子刻蚀（Reaction-Ion-Etching，RIE）模式。该微波等离子体系统的一感应功率源产生CF4等离子体，CF4等离子体以较低的离子能量从产生区域扩散并漂移至所述基底110表面并刻蚀凹部144中的HSQ层。微波等离子体系统的功率是40瓦，CF4等离子体的通入速率为26标况毫升每分，形成的气压为2帕，采用CF4等离子体刻蚀时间为10秒。通过上述方法，凹部144中的HSQ层被刻蚀掉，暴露出凹部144中的PMMA层。凸部142中的HSQ层的厚度也略微减少，但是由于凸部142中的HSQ层的厚度大于凹部144中的HSQ层的厚度。因此，凹部144中的HSQ层被完全刻蚀掉以后，凸部142中的HSQ层仍有所保留。
在步骤S134中，采用氧等离子体刻蚀去除凹部144中的PMMA层，从而露出石英基底110。微波等离子体系统的功率是40瓦，氧等离子体的通入速率为40sccm，形成的气压为2帕，采用氧等离子体刻蚀时间为120秒。
采用氧等离子体刻蚀凹部144中的PMMA层过程中，凹部144中的PMMA层被氧化而刻蚀掉。凸部142中HSQ层在氧等离子体的作用下发生交联，因此，在刻蚀凹部144中的PMMA层的过程中，凸部142中HSQ层可以起到很好的掩模作用，使凹部144中的PMMA层的刻蚀精度较高。HSQ层对氧气和氩气有较好的抗刻蚀效果，因此，在室温压印下，在PMMA层上方形成HSQ层。通过刻蚀将所述HSQ层中的纳米图形复制到第PMMA层中。凹部144中的PMMA层被刻蚀掉以后，于抗蚀层140上形成多个第二开口146，从而使所述基底110的部分表面通过抗蚀层的第二开口146露出。所述第二开口146的尺寸为纳米级。
在步骤S140中，采用蒸镀的方法在抗蚀层140的表面以及通过抗蚀层140的第二开口146暴露的石英基底110的表面形成一掩模材料薄膜121。所述掩模材料薄膜121为一镉层，所述镉层的厚度为40纳米。
在步骤S150中，采用四氢呋喃（THF）、丙酮、丁酮、环己烷、正己烷、甲醇或无水乙醇等无毒或低毒环保容剂作为剥离剂，溶解抗蚀层140，进而去掉抗蚀层140以及覆盖在抗蚀层140表面的部分掩模材料薄膜121，保留直接形成在基底110表面的部分掩模材料薄膜121以形成掩模层120，该掩模层120的开口122为纳米级开口，所述掩模层120直接形成于基底110的表面。本实施例中，通过在丙酮溶液中超声清洗去掉抗蚀层140以及其上方的掩模材料薄膜121。
可以理解地，所述形成掩模层120的方法不限于上述方法。所述形成掩模层120的方法还可以包括以下步骤：直接形成一镉层与基底110的表面；然后形成一光刻胶于镉层的表面，通过曝光显影的方式使光刻胶图形化；采用电子束轰击通过光刻胶暴露的部分镉层，使镉层在电子束的照射下被去除，得到图形化的镉层，该图形化的镉层可用作掩模层120。所以，只需确保证所述掩模层具有有间隔设置的多个第一条形开口，该多个第一开口由掩模层的一端延伸至相对的另一端，所述掩模层的占空比为1：1，所述第一条形开口的宽度的范围为25纳米至150纳米，其形成方式不限。
在步骤S200中，所述微波等离子体系统为RIE模式。刻蚀气体包括CF4、六氟化硫(SF6)以及氩气（Ar）。该微波等离子体系统的一感应功率源产生出CF4、SF6以及Ar的等离子体形成刻蚀气氛，该CF4、SF6以及Ar的等离子体同时通入基底110的表面对基底110进行刻蚀。
由于CF4、SF6在刻蚀过程中容易与石英基底110发生反应生成氟硅化合物，且该种氟硅化合物会粘附在基底110暴露的表面，阻碍CF4、SF6刻蚀气体与基底110接触使刻蚀反应无法持续进行。然而，Ar的轰击可以使氟硅化合物被分解。氟硅化合物被分解后CF4、SF6刻蚀气体可重新与基底110接触并刻蚀基底110。因此，可以得到较大深度的凹槽。
刻蚀气体通入的总体积流量的范围为40sccm至120sccm，其中，四氟化碳的体积流量为1sccm至50sccm，六氟化硫的体积流量为10sccm至70sccm，氩气的体积流量为10sccm至20sccm。所述刻蚀气体的总体积流量的范围可为40Sccm至70Sccm，60Sccm至80Sccm，65Sccm至75Sccm，50Sccm至90Sccm。具体地，所述刻蚀气体的总体积流量的范围可为70Sccm。
可选择地，刻蚀气体还可以进一步包括O2，所述O2的体积流量为0Sccm至10Sccm。所述O2同上述刻蚀气体CF4、SF6以及Ar同时通入至微波等离子体系统中，如此有助于保护层在O2的作用下被烧蚀掉，O2与石英基底110反应生成具有硅氧键和硅碳键的化合物则在Ar的作用下被烧蚀掉。因此，刻蚀气体中添加O2有助于刻蚀速度的提高。
刻蚀气体的总体积流量介于40Sccm至120Sccm的范围内，则可保证基底110被刻蚀结束后形成的凹槽的侧壁陡直。请参阅图4，在刻蚀过程中，刻蚀气体的总体积流量小于40Sccm时，刻蚀得到石英基底上的凹槽的横截面将不是矩形，将会呈现V型。在刻蚀过程中，刻蚀气体的总体积流量大于120Sccm时，刻蚀得到石英基底上的凹槽的横截面将会是U型。这是因为，在刻蚀的过程中，所述刻蚀气体会与基底110反应，从而在刻蚀表面形成一保护层，阻碍气体的进一步刻蚀，使得刻蚀面逐渐减小，即形成所述凹槽的宽度沿刻蚀方向逐渐减小，进而使得形成的所述凹槽的内壁并非垂直于所述基底110的表面，而是形成一定角度。当刻蚀的总体积流量小于40Sccm时，无法有效的阻止保护层的形成，因此，凹槽呈V型。当刻蚀的总体积流量大于120Sccm，刻蚀气体过度地刻蚀凹槽的侧壁，因此，凹槽呈U型。
刻蚀过程中刻蚀气体总压强为1帕至5帕。所述刻蚀气体的总压强为1帕至2帕，4帕至5帕，3帕至5帕。具体地，所述刻蚀气体的总压强可为2帕。微波等离子体系统的刻蚀功率介于40瓦至200瓦。所述刻蚀气体的功率的范围可为40Wa至60Wa，70Wa-100Wa。本实施例为70Wa。
本实施例中，CF4的体积流量为40Sccm，SF6的体积流量为26Sccm，Ar的体积流量为10Sccm，刻蚀气体的总压强为2帕，微波等离子体系统的功率为70瓦。在上述刻蚀条件下，当刻蚀时间为8分钟时，刻蚀的深度为600纳米。当刻蚀时间为10分钟时，刻蚀的深度为750纳米。
步骤S300中，当所述掩模层120为一镉层时，所述去除掩模层120的方法具体包括以下步骤：取适量的浓度为0.06摩尔/升至0.25摩尔/升的铬腐蚀液K3[Fe(CN)6]，将基底110放入该铬腐蚀液当中，浸渍4分钟~15分钟。从而去除掩模层120。
本发明提供的刻蚀石英基底的方法具有以下有益效果：（1）本发明提供的刻蚀石英基底的方法中，通过选择CF4、SF6以及Ar作为反应气体，使刻蚀过程中于CF4、SF6与基底110反应生成氟硅化合物在Ar的轰击下分解，从而使刻蚀反应可以持续的进行。进而刻蚀得到的基底110上的凹槽的深度较大，得到深宽比大于或等于6:1的光栅10；（2）本发明通过控制刻蚀过程中反应气体的总体积流量介于40Sccm至120Sccm的范围内，使基底110被刻蚀结束后形成的凹槽的侧壁陡直；（3）本发明提供的刻蚀石英基底的方法中，通过选择CF4、SF6以及Ar作为反应气体，控制刻蚀过程中反应气体的总体积流量介于40Sccm至120Sccm的范围内，刻蚀气体总压强为1帕至5帕，微波等离子体系统的刻蚀功率介于40瓦至200瓦从而可以精确的控制所得到的凹槽的宽度以及深度。
请参阅图5至7，是通过上述制备方法得到的一种光栅10，该光栅10包括一基底110，该基底110的一表面形成有多个间隔设置的凸棱150。每相邻两个凸棱150之间形成有一凹槽160。所述多个凸棱150和所述多个凹槽160的延伸方向相同。所述多个凹槽160和多个凸棱150相互平行且交替设置。所述多个凸棱150中的每个凸棱150均具有两个相对的侧壁，该两个侧壁均大致垂直于基底110的表面。
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、氮化硅、碳化硅、石英或玻璃等。进一步的，所述基底110的材料也可以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。
为了清楚的描述本发明光栅10的结构，将所述多个凸棱150和所述多个凹槽160的延伸方向定义为Y方向，在与基底110形成有所述多个凸棱150和所述多个凹槽160的表面平行的水平面内，与所述多个凸棱150和所述多个凹槽160的延伸方向垂直的方向定义为X方向。故，所述X方向和所述Y方向相互垂直。进一步地将垂直于所述X方向和所述Y方向定义的表面的方向定义为Z方向。
所述凸棱150为从基底110的表面向外延伸的凸起实体。所述凸棱150与所述基底110一体成形，该凸棱150的材料与基底110的材料相同。所述凸棱150在所述基底110的表面由基底110的一端延伸至与其相对的另一端。所述凸棱150的横截面形状不限，只要每个凸棱150的两相对的侧壁垂直于基底110的上表面。可以理解，由于工艺的限制及其他因素的影响，所述凸棱150的两棱面并非绝对的平面，可具有一定的粗糙度。所述多个凸棱150的形状以及长宽高的大小相同。本实施例中，所述多个凸棱150为多个相互平行且间隔设置的长方体凸起，所述多个凸棱150均沿Y方向由基底110的一端延伸至另一端。所述凹槽160为由相邻的两凸棱150的两相对的侧壁以及基底110的表面围城的凹陷空间。所述凹槽160的形状即为该凹陷空间的形状。所述多个凹槽160由基底110表面的一端延伸至另一端。所述多个凹槽160的形状以及长宽高的大小完全相同。本实施例中，所述凹槽160的横截面形状为长方形。
所述凸棱150和凹槽160沿延Y方向的尺寸定义为其长度值，延X方向的尺寸定义为其宽度值，沿Z方向的尺寸定义为其高度值或深度值。请参阅图5，所述凸棱150的宽度标记为W1。所述凹槽160的宽度标记为W2，所述凹槽160的深度标记为D。凸棱150的宽度W1和凹槽160的宽度W2的比值定义为光栅10的占空比。凹槽的深度D和凹槽160的宽度W2的比值D/W2定义为凹槽160的深宽比。凸棱150的宽度W1和凹槽160的宽度W2之和定义为光栅10的周期C，即C= W1+ W2。
所述凸棱150的宽度W1的范围为25纳米到150纳米。凹槽160的深度D范围为150纳米至900纳米。凹槽160的宽度W2为25纳米到150纳米。占空比W1/W2为1：1。深宽比D/W2为6：1至8：1。该光栅10的周期C为50纳米至300纳米。
优选地，所述光栅10的线宽W1为150纳米，深度D为900纳米，凹槽160的宽度W2为100纳米，深宽比D/W2为6：1，占空比W1/W2为1：1，光栅10的周期C为300纳米。
优选地，所述光栅10的线宽W1为100纳米，深度D为800纳米，凹槽160的宽度W2为100纳米，深宽比D/W2为8：1，占空比W1/W2为1：1，光栅10的周期C为200纳米。
优选地，所述光栅10的线宽W1为50纳米，深度D为300纳米，凹槽160的宽度W2为50纳米，深宽比D/W2为6：1，占空比W1/W2为1：1，光栅10的周期C为100纳米。
优选地，所述光栅10的线宽W1为120纳米，深度D为720纳米，凹槽160的宽度W2为120纳米，深宽比D/W2为6：1，占空比W1/W2为1：1，光栅10的周期C为320纳米。
优选地，所述光栅10的线宽W1为130纳米，深度D为780纳米，凹槽160的宽度W2为130纳米，深宽比D/W2为6：1，占空比W1/W2为1：1。
本实施例中，所述光栅10的基底110材料为石英，线宽W1为100纳米，深度D为600纳米，凹槽160的宽度W2为100纳米，深宽比D/W2为6：1，占空比W1/W2为1：1，光栅10的周期C为200纳米。
请参阅图8，可以理解，所述多个凸棱150的一端可以相互连接形成一体。所述多个凸棱150围成所述多个凹槽160。所述光栅10包括一基底110，所述基底110的表面形成有多个相互平行且间隔设置的凹槽160。所述多个凹槽160为半封闭结构。
所述多个凹槽160中相邻两个凹槽160之间的距离标记为W1。相邻两个凹槽160之间的距离即为两邻两个凹槽160的相邻且相对的两个平行的表面的距离。所述多个凹槽160中的任意一凹槽160的宽度标记为W2。所述凹槽160的深度标记为D。相邻两个凹槽160之间的距离W1和凹槽160的宽度W2的比值定义为光栅10的占空比W1/ W2。凹槽160的深度D和凹槽160的宽度W2的比值D/W2定义为凹槽160的深宽比。相邻两个凹槽160之间的距离W1和凹槽160的宽度W2的和定义为光栅10的周期C，即C= W1+W2。
所述相邻两个凹槽160之间的距离W1的范围为25纳米到150纳米。凹槽160的深度D范围为150纳米至900纳米。凹槽160的宽度W2为25纳米到150纳米。凹槽160的占空比W1/W2为1：1。深宽比D/W2大于等于6：1。该光栅10的周期C为50纳米至300纳米。
本发明提供的光栅10的凹槽160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，因此本发明提供的光栅10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10的凹槽160的侧壁光滑、陡直，因此其散射小。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据
本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (15)

1.一种光栅的制备方法，其包括以下步骤：
提供一基底；
形成一抗蚀材料薄膜于该基底的表面；
纳米压印并刻蚀所述抗蚀材料薄膜，得到抗蚀层；
形成一掩模层于所述基底表面，所述掩模层覆盖所述抗蚀层以及基底通过所述抗蚀层暴露的表面；
剥离所述抗蚀层及抗蚀层表面的部分掩模层，使基底形成一具图形化的掩模层；
采用反应离子刻蚀法刻蚀基底得到石英光栅，刻蚀过程中刻蚀气体为四氟化碳、六氟化硫以及氩气；以及
去除掩膜层。
2.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述基底的材料为氮化镓、砷化镓、蓝宝石、氧化铝、氧化镁、硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、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，所述掩模层为具有多个平行的条形第一开口的镉层。
4.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体的总体积流量为40Sccm至120Sccm。
5.如权利要求4所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体的总体积流量为70Sccm。
6.如权利要求4所述的光栅的制备方法，其特征在于，四氟化碳的体积流量为1sccm至50sccm，六氟化硫的体积流量为10sccm至70sccm，氩气的体积流量为10sccm至20sccm。
7.如权利要求6所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述四氟化碳的体积流量为40Sccm，六氟化硫的体积流量为26Sccm，氩气的体积流量为10Sccm。
8.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀气体进一步包括氧气，所述氧气的体积流量为0Sccm至10Sccm，所述氧气同四氟化碳、六氟化硫以及氩气同时通入微波等离子体系统。
9.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀过程中的刻蚀功率为40瓦至200瓦。
10.如权利要求9所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀过程中的刻蚀功率为70瓦。
11.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀过程中的刻蚀气体的总压强为1帕到5帕。
12.如权利要求11所述的光栅的制备方法，其特征在于，刻蚀气体的总压强为2帕。
13.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述抗蚀层为两层层叠结构，一层材料为聚甲基苯烯酸甲酯，一层为二氧化硅无机类材料。
14.如权利要求1所述的光栅的制备方法，其特征在于，所述聚甲基苯烯酸甲酯层邻近石英基底设置。
15.一种光栅的制备方法，其包括以下步骤：
提供一基底，在该基底的一表面形成一层图形化的掩模层；
将该形成图形化的掩模层的基底放入一微波等离子体系统中，同时通入四氟化碳、六氟化硫以及氩气组成的刻蚀气体，刻蚀基底形成多个凹槽；以及
去除掩模层。
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