CN107015300A - 光栅制造方法及光栅 - Google Patents

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郭海侠
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Abstract

本发明提供一种光栅制造方法及光栅，该方法包括：在基板上涂覆电致抗蚀剂，形成第一层模板；在所述第一层模板上涂覆光刻胶，形成第二层模板；对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来；对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。可见，通过本发明实施例提供的光栅制造方法所制造的光栅中缝隙的侧壁表面非常光滑，提高了出光效率。

Description

光栅制造方法及光栅
技术领域
本发明涉及光栅技术领域，尤其涉及一种光栅制造方法及光栅。
背景技术
已有的光栅制造方法通常采用软硬模板结合的制作工艺，如图1所示(图1为软硬模块结合的光栅制造流程示意图)：1)在基板上依次形成硬模板(第一层掩膜)和软模板(第二层掩膜)；2)经过光栅曝光和光栅显影后，软模板上形成多条接近平行的缝隙，使缝隙底部的硬模板暴露出来；3)采用干法刻蚀对硬模板进行刻蚀；4)经过干法刻蚀对基板进行光栅刻蚀，形成具有多条缝隙的光栅。其中，软模板上形成的多条缝隙的侧壁表面通常会存在一定的粗糙度。
由于干法刻蚀对目标刻蚀材料(即基板)的刻蚀速率远远高于对掩膜材料的刻蚀速率，同时干法刻蚀具有良好的图形传递能力，因此，软模板的粗糙度会直接传递给硬模板，进而硬模板的粗糙度也会直接传递给基板，从而使形成的光栅中的多条缝隙的侧壁表面的粗糙度会比较严重。
当光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度超过一定阈值时，会对入射激光产生散射或衍射，进而降低出光效率，因此，如何降低光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度是急需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种光栅制造方法及光栅，降低了光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度。
第一方面，本发明实施例提供一种光栅制造方法，包括：
在基板上涂覆电致抗蚀剂，形成第一层模板；
在所述第一层模板上涂覆光刻胶，形成第二层模板；
对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来；
对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；
通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。
第二方面，本发明实施例提供一种采用上述第一方面所述的光栅制造方法制造的光栅。
本发明中，通过在基板上依次形成第一层模板和第二层模板；对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来；进一步地，对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；进一步地，通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。可见，由于通过对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀，所述第一层模板中形成至少两条侧壁表面非常光滑的第二缝隙，进一步地，采用干法刻蚀对基板中暴露出来的部分进行刻蚀，可降低光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度，从而提高了光栅质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或已有技术中的技术方案，下面将对实施例或已有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为软硬模块结合的光栅制造流程示意图；
图2为曝光原理示意图；
图3为软模板中所形成的缝隙侧壁表面的粗糙度示意图；
图4A为本发明光栅制造方法实施例一的流程示意图；
图4B为本发明湿法腐蚀的示意图；
图5为本发明光栅制造方法实施例二的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
已有的光栅制造方法通常采用如图1所示的光栅制造流程，其中，光栅曝光是利用两束激光互相干涉形成明暗条纹并照射在软模板(如正性光刻胶)上，使明条纹处的软模板感光后材质发生了变化(如图1中的斜线部分)，进一步地使用显影液将图1中的斜线部分清洗掉使软模板中形成多条缝隙。图2为曝光原理示意图，如图2所示，在曝光时，入射光照射到软模板表面，有部分光将透射到硬模板表面并被部分反射回来(即反射光)，此时反射光与入射光相互干扰形成驻波(包括：波峰和波谷)，这将造成曝光后的软模板所形成的缝隙侧壁表面存在一定的起伏，起伏的幅度即表面粗糙度(Line Roughness)，其中，起伏的幅度约为几十纳米；图3为软模板中所形成的缝隙侧壁表面的粗糙度示意图，图3中仅示出由驻波所产生的缝隙侧壁表面沿Z轴方向的粗糙度，同样沿X轴方向也存在相似的粗糙度(图中未示出)；可见，软模板上形成的多条缝隙的侧壁表面通常会存在较大粗糙度，由于软模板的粗糙度通过干法刻蚀会直接传递给硬模板，进而硬模板的粗糙度也会直接传递给基板，从而使形成的光栅中的多条缝隙的侧壁表面的粗糙度会比较严重，会对入射激光产生散射或衍射，进而降低出光效率，因此，有必要改善或消除光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度。
下面结合附图通过具体实施例对本发明实施例提供的光栅制造方法进行详细说明。
实施例一
图4A为本发明光栅制造方法实施例一的流程示意图，图4B为本发明湿法腐蚀的示意图。如图4A所示，本实施例的光栅制造方法可以包括：
1、在基板上涂覆电致抗蚀剂，形成第一层模板。
本步骤中，在将电致抗蚀剂(即电子胶，对光照不敏感)进行稀释以达到满足旋涂厚度要求后，通过将稀释后的电致抗蚀剂旋涂覆于基板上形成第一层模板；可选地，所述第一层模板的厚度可以为10-50nm，当然，所述第一层模板的厚度还可以为其它数值，本发明实施例对此并不作限制。可选地，所述电致抗蚀剂可以为正性电致抗蚀剂或者负性电致抗蚀剂，本发明的附图中以正性电致抗蚀剂为例进行说明。可选地，所述正性电致抗蚀剂包括以下任意一种：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶、PMMA/MA聚合物和LIGA工艺用胶。可选地，进行稀释所采用的稀释液可为有机溶剂类，当采用正性电致抗蚀剂时，正性电致抗蚀剂与稀释液的体积比为1:5-1:12。
2、在所述第一层模板上涂覆光刻胶，形成第二层模板。
本步骤中，在所述第一层模板上继续旋涂覆光刻胶，形成第二层模板；可选地，所述第二层模板的厚度可以为30-100nm，当然，所述第一层模板的厚度还可以为其它数值，本发明实施例对此并不作限制。可选地，所述光刻胶可为正性光刻胶或者负性光刻胶，本发明的附图中以正性光刻胶为例进行说明。
3、对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来。
本步骤中，通过控制曝光功率和曝光时长，对涂覆有双层模板的基板先进行光栅曝光(Holography)，其中，通过干涉形成的明暗条纹照射到所述第二层模板上，明条纹处的光照强度可使正性光刻胶发生光分解反应(如图4A中的斜线部分，其中，分解反应后所生成的物质可溶解于显影液)，暗条纹处的光照强度可近似为0(正性光刻胶不发生反应，即不可溶解于显影液)；进而通过控制对曝光后的涂覆有双层模板的基板进行光栅显影，由此在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来。可选地，所述曝光功率可以为30-60mW、所述曝光时长可以为60-120s以及所述显影时长可以为17-35s；当然，所述曝光功率、所述曝光时长和所述显影时长还可以为其它数值，本发明实施例对此并不作限制。
4、对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；其中，所述第二缝隙的侧壁表面的粗糙度低于预设粗糙度。
本步骤中，通过控制腐蚀时长和腐蚀温度，采用腐蚀液(即能够溶解电致抗蚀剂的有机溶剂)对所述第一层模板中暴露出来的部分进行腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；可选地，所述腐蚀时长可以为10-30s和所述腐蚀温度可以为22±3℃，其中，具体的腐蚀时长由所述第一层模板的厚度及所述第二缝隙的目标宽度决定；当然，所述腐蚀时长和所述腐蚀温度还可以为其它数值，本发明实施例对此并不作限制。相比于已有技术中，通过干法刻蚀对硬模板进行刻蚀；如图4A和4B所示，本发明实施例中，通过采用具有各向同性腐蚀(即垂直方向的腐蚀速率等于水平方向的腐蚀速率)的湿法腐蚀对所述第一层模板中暴露出来的部分进行均匀腐蚀，形成侧壁表面非常光滑的至少两条第二缝隙(其中，所述第二缝隙的侧壁表面的粗糙度低于预设粗糙度，可选地，所述预设粗糙度可以小于等于第一粗糙度，所述第一粗糙度可以为按照已有技术制作光栅时硬模板中缝隙的侧壁表面的粗糙度，或者为按照已有技术所制作的光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度)，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；由于垂直腐蚀和横向腐蚀的腐蚀速率相等，因此，所述第二缝隙的宽度大于所述第一缝隙的宽度，且所述第二缝隙的侧壁表面的粗糙度低于预设粗糙度(即所述第二缝隙的侧壁表面非常光滑)，从而避免了第二层模板中所产生第一缝隙的侧壁表面粗糙度传递到第一层模板的问题。
5、通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。
本步骤中，将经过步骤4处理的基板置于干法刻蚀设备中，通过控制刻蚀功率，通入甲烷和氢气对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，以形成具有多条缝隙的光栅；可选地，所述刻蚀功率可以为80-120W、所述甲烷的流量可以为10-50sccm、所述氢气的流量可以为50-150sccm以及刻蚀时长可以为60-108s(具体的刻蚀时长可根据刻蚀深度确定)；当然，所述刻蚀功率、所述甲烷的流量、所述氢气的流量以及所述刻蚀时长，还可以为其它数值，本发明实施例对此并不作限制。可见，由于步骤4中通过对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙(所述第二缝隙的宽度大于所述第一缝隙的宽度)，从而第二层模板中所产生第一缝隙的侧壁表面粗糙度不会传递到第一层模板；另一方面，由于第一层模板中所产生的第二缝隙的侧壁表面非常光滑，进一步地，采用干法刻蚀对基板中暴露出来的部分进行刻蚀，可降低光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度；因此，通过本发明实施例提供的光栅制造方法所制造的光栅中缝隙的侧壁表面非常光滑，提高了出光效率。
本发明实施例中，通过在基板上依次形成第一层模板和第二层模板；对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来；进一步地，对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；其中，所述第二缝隙的侧壁表面的粗糙度低于预设粗糙度；进一步地，通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。可见，由于通过对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀，所述第一层模板中形成至少两条侧壁表面非常光滑的第二缝隙，进一步地，采用干法刻蚀对基板中暴露出来的部分进行刻蚀，可降低光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度，从而提高了光栅质量。
实施例二
图5为本发明光栅制造方法实施例二的流程示意图。如图5所示，本实施例的光栅制造方法可以包括：
S501、在基板上涂覆正性电致抗蚀剂，形成第一层模板。
本步骤中，采用Thinner Type稀释液对正性电致抗蚀剂(如PMMA胶)进行稀释(如稀释浓度为1:9)，通过将稀释后的正性电致抗蚀剂旋涂覆于基板上形成厚度为30nm的第一层模板。
S502、在所述第一层模板上涂覆正性光刻胶，形成第二层模板。
本步骤中，在所述第一层模板上继续旋涂覆正性光刻胶，形成厚度为70nm的第二层模板。
S503、对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来。
本步骤中，控制曝光功率为35mW、曝光时长为65s和显影时长为25s，对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来。
S504、对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来。
本步骤中，控制腐蚀时长为20s和腐蚀温度为22℃，采用腐蚀液(即能够溶解正性电致抗蚀剂的有机溶剂)对所述第一层模板中暴露出来的部分进行腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；其中，所述第二缝隙的宽度大于所述第一缝隙的宽度，且所述第二缝隙的侧壁表面的粗糙度低于预设粗糙度。
可选地，为了保证光栅底部残胶和有机沾污的完全去除，进一步地，可通过等离子体去浮渣工艺对所述基板中暴露出来的部分进行清洗；其中，等离子体去浮渣工艺是由微波源产生顺流等离子体，通入一定流量的反应气体(本发明实施例中采用的是体积比为5:1的氧气与氩气的混合气体)，利用氧气对基板待刻蚀区域进行等离子体清洗，进一步去除在正性电致抗蚀剂的腐蚀清洗过程中可能在基板表面所产生的有机物沾污，进一步优化了光栅表面的粗糙度。
可选地，通过等离子体去浮渣工艺对所述基板中暴露出来的部分进行清洗，包括：控制微波等离子体发生器的功率为40-60W(如40W)，通入氧气和氩气对所述基板中暴露出来的部分进行清洗；可选地，氧气流量为30-100sccm(如50sccm)、氩气流量为10-20sccm(如10sccm)和去浮渣时长为6s-32s。
可选地，步骤S503中的光栅显影过程还可与步骤S504中的湿法腐蚀过程同时执行，例如步骤S503中所采用的显影液同时还可腐蚀所述第一层模板(即所述显影液和所述腐蚀液采用同一种液体，例如AZ-400K显影液)，此方案中显影时长非常关键(由于显影时长会影响第一层模板中的第二缝隙及第二层模板中的第一缝隙的宽度，因此，为了使第一缝隙和第二缝隙的宽度能达到目标宽度，需要对显影时长严格控制)，从而简化了湿法腐蚀的步骤。
S505、通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。
本步骤中，将经过步骤S504处理的基板置于干法刻蚀设备中，控制刻蚀功率为120W，通入流量为30sccm的甲烷和流量为100sccm的氢气对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀以形成光栅；其中，刻蚀时长为74s，具体可根据刻蚀深度确定。可见，由于步骤S504中通过对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条侧壁表面非常光滑的第二缝隙，进一步地，采用干法刻蚀对基板中暴露出来的部分进行刻蚀，可降低光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度；因此，通过本发明实施例提供的光栅制造方法所制造的光栅中缝隙的侧壁表面非常光滑，提高了出光效率。
本发明实施例中，通过在湿法腐蚀步骤之后通过等离子体去浮渣工艺对所述基板中暴露出来的部分进行清洗，进一步去除在正性电致抗蚀剂的腐蚀清洗过程中可能在基板表面所产生的有机物沾污，进一步减少了光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度；进一步地，通过将光栅显影过程与湿法腐蚀过程同时执行，简化了湿法腐蚀步骤，进而优化了光栅制造流程。
已有技术中，由于湿法腐蚀的腐蚀速率不能精确控制，为了避免基板刻蚀后达不到目标刻蚀要求的问题(若达不到目标刻蚀要求，则该光栅便无法使用)，因此，不能直接采用湿法腐蚀对基板进行刻蚀；相比之下，本发明上述实施例中，采用湿法腐蚀对第一层模板进行刻蚀，若对第一层模板刻蚀后达不到要求，可以重新在所述基板上依次生成第一层模板和第二模板，并进行重新刻蚀。
实施例三
本发明实施例提供一种采用上述实施例一或实施例二所述的光栅制造方法制造的光栅，由于通过对第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙(所述第二缝隙的侧壁表面非常光滑)，进一步地，采用干法刻蚀对基板中暴露出来的部分进行刻蚀，可降低光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度；因此，采用上述实施例一或实施例二所述的光栅制造方法制造的光栅中缝隙的侧壁表面的粗糙度较小(即缝隙的侧壁表面非常光滑)，从而提高了出光效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种光栅制造方法，其特征在于，包括：
在基板上涂覆电致抗蚀剂，形成第一层模板；
在所述第一层模板上涂覆光刻胶，形成第二层模板；
对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，以使所述第一缝隙底部的第一层模板暴露出来；
对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，以使所述第二缝隙底部的基板暴露出来；
通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，形成光栅。
2.根据权利要求1所述的光栅制造方法，其特征在于，所述第一层模板的厚度为10-50nm；和/或，
所述第二层模板的厚度为30-100nm。
3.根据权利要求1所述的光栅制造方法，其特征在于，所述对涂覆有双层模板的基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙，包括：
控制曝光功率为30-60mW、曝光时长为60-120s和显影时长为17-35s，对所述基板进行光栅曝光和光栅显影，在所述第二层模板上形成至少两条第一缝隙。
4.根据权利要求1所述的光栅制造方法，其特征在于，所述对所述第一层模板中暴露出来的部分进行湿法腐蚀形成至少两条第二缝隙，包括：
控制腐蚀时长为10-30s和腐蚀温度为22±3℃，采用腐蚀液对所述第一层模板中暴露出来的部分进行腐蚀，以形成至少两条第二缝隙。
5.根据权利要求1所述的光栅制造方法，其特征在于，所述通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀，包括：
控制刻蚀功率为80-120W，通入甲烷和氢气对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀；其中，甲烷流量为10-50sccm、氢气流量为50-150sccm和刻蚀时长为60-108s。
6.根据权利要求1、4和5中任一项所述的光栅制造方法，其特征在于，所述通过干法刻蚀对所述基板中暴露出来的部分进行刻蚀之前，还包括：
通过等离子体去浮渣工艺对所述基板中暴露出来的部分进行清洗。
7.根据权利要求6所述的光栅制造方法，其特征在于，所述通过等离子体去浮渣工艺对所述基板中暴露出来的部分进行清洗，包括：
控制微波等离子体发生器的功率为40-60W，通入氧气和氩气对所述基板中暴露出来的部分进行清洗；其中，氧气流量为30-100sccm、氩气流量为10-20sccm和去浮渣时长为6-32s。
8.一种采用权利要求1-7中任一项所述的光栅制造方法制造的光栅。
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